船舶柴油机在线油液监测传感器的安装设计

2. 2 干式油底壳润滑系统在线油液传感器设计方法 在大型船 舶 上 柴 油 机 润 滑 系 统 多 为 干 式 油 底 壳
( 或曲轴箱) 式润滑系统，这种系统拥有专门的润滑 油存储箱。其工作原理是润滑油泵将润滑油箱中润滑 油送到柴油机润滑部位来完成柴油机的润滑，流经润 滑部位的润滑油流回到油底壳，然后再利用重力或油 泵送至润滑油箱。因该类型柴油机的回油管外露部分 适合油液取样，在线监测传感器安装适合采用外接循 环管路的方法。对于被监测船舶柴油机回油管的自然 落差较大以及只需安装少量的传感器的情况，易采用 利用回油管的自然落差安装在线传感器的设计方法， 如图 6 所示。这种方法的优点是不需要附加泵等其他 附件，缺点是受实际位置空间限制很大。
图 1 在线黏度传感器 Fig 1 On-line viscosity sensor
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图 4 润滑油管路安装传感器方法 Fig 4 Installation method of sensor on lubricating oil pipeline
of on-line viscosity and wear particle sensors
3 传感器在湿式油底壳润滑系统柴油机上的试验 为了验证在线油液监测传感器安装的效果，本文
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润滑与密封
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机利用回油管的自然落差安装传感器的实际安装图。 由于左右舷的有关阀的空间位置不同，因此在传感器 安装设计过程中要充分考虑传感器探头的可拆卸以及 探头和前置电路盒的距离，选择合适的空间来固定传 感器安装油池。
图 5 190 型柴油机上安装的传感器位置图 Fig 5 Installation sample of sensor on 190 diesel engine
Sheng Chenxing1 Zhang Yuelei1，2 Zhang Feng3 Cao Yong1
( 1. Reliability Engineering Institute，Wuhan University of Technology，Wuhan Hubei 430063，China; 2. 94270 Unit of PLA，Jinan Shandong 255017，China; 3. First Wave Technology Co． ，Ltd． ，Shenzhen Guangdong 518131，China) Abstract: The selection，installation requirements and methods of the common on-line moisture，viscosity and wear particle sensors for oil monitoring of marine diesel engine． Different design and installation methods were put forward according to different operation characteristics of marine diesel engine dry and wet type lubrication systems，and related test and engineering verification were implemented． The result shows that the on-line oil monitoring sensors designed according to the proposed methods have good and stable operating properties． They satisfy sampling requirement of on-line oil monitoring， and reduce the difficulty of the sensors installation． Keywords: on-line oil monitoring; sensor; marine diesel engine
基于油液取样的要求，在线油液传感器可安装在 油箱中、润滑油管道中和外接循环管路中。安装在油 箱中时，应装在油箱的中部，而不可装在油箱的上部 或下部; 安装在管道中时，应注意尽量不要装过滤器 前后，可考 虑 装 在 循 环 管 路 的 回 路 上 靠 近 末 端 的 位 置，且探头应安装在管路的底部，如图 4 所示。
盛晨兴1 张月雷1，2 张 峰3 曹 永1
( 1. 武汉理工大学能源与动力工程学院可靠性工程研究所 湖北武汉 430063; 2. 中国人民解放军 94270 部队 山东济南 255017; 3. 深圳先波科技有限公司 广东深圳 518131)
摘要: 论述常见的在线水分 /黏度 /磨损颗粒量传感器的选取及设计安装。针对船舶柴油机干式和湿式润滑系统的 特点，提出不同的在线油液监测传感器的设计安装方法，并进行试验研究。结果表明，按该方法设计安装的柴油机在线 油液监测传感器测试稳定性好，不仅满足油液在线监测的取样要求，且大大降低了传感器加工安装的难度。
关键词: 在线油液监测; 传感器; 船舶柴油机 中图分类号: TP212. 9 文献标识码: A 文章编号: 0254 － 0150 ( 2012) 3 － 102 － 4
Design and Installation of On-line Oil Monitoring Sensors for Marine Diesel Engine
图 6 利用回油管落差安装传感器示意图 Fig 6 Installation diagram based on a gap of return oil line
更多的船用柴油主机由于考虑节省空间和规范管 线，无法利用回油管的自然落差安装传感器，同时为 了减少船上加工和安装难度，可以采用泵辅助外循环 的在线传感器安装设计方法，如图 9 所示。该方法具 有以下优点: 将整个油液测试系统包括传感器安装在 一个仪器箱内，易于防水设计; 将传感器的测试循环 管路集成设计，减少了体积和便于安装，不受回油管 附近的空间限制; 只用在回油管和润滑油循环油舱上 各加工一个油孔，减少了船上加工量和加工难度，同 时也解决了 FWS-2 机油黏度传感器以及 PQM-1 颗粒 传感器的探头和前置电路连接距离的约束。该方法的 缺点是增加了外循环泵，降低了实时监测的可靠性。
在某型挖泥船主机回油管在线油液取样位置安装 实际图如图 10 所示，其在线油液监测传感器系统安 装位置图如图 11 所示。
图 12 在线黏度 / 颗粒 / 传感器输出和机油温度的变化曲线 Fig 12 Variation curves between output signal and oil temperature
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润滑与密封
LUBRICATION ENGINEERING
DOI: 10. 3969 / j. issn. 0254 － 0150. 2012. 03. 023
船舶柴油机在线油液监测传感器的安装设计
Mar. 2012 Vol. 37 No. 3
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2 柴油机在线润滑油监测的安装设计方法 船舶作为运输、航道疏浚与整治、水利工程、防
洪抢险、海洋开发及海港建设的主要工具往往远离岸 边作业，受到风、浪、流等恶劣多变环境的影响，其 安全性、可靠性受到高度重视。船舶动力系统中的柴 油机作为典型的复杂机械系统，常在封闭的高温、高 压、潮湿、高载荷、大动态范围等极端条件下工作， 保障柴油机高效可靠安全运行是保证船舶可靠运行的 前提。油液监测技术作为船用柴油机的主要监测技术 手段受到广泛重视，因此本文作者选取船用柴油机为 研究对象展 开 在 线 油 液 传 感 器 的 设 计 安 装 和 试 验 研 究。按照船用柴油机润滑系统中润滑油贮存的位置不 同，可将在线油液传感器设计安装方法分为 2 种: 湿 式油底壳润滑系统和干式油底壳润滑系统在线油液传 感器设计方法。 2. 1 湿式油底壳润滑系统在线油液传感器设计方法
1 在线油液传感器的选取及安装 1. 1 在线油液传感器的选取
从传感器可靠性、敏感性、准确性等角度充分考 虑，经过考察验证对比选取深圳某公司生产的在线机 油黏度、含水率和磨损颗粒量等在线油液监测传感器 ( 如图 1 ～ 3 所示) ，开展在线油液传感器相关设计安 装和试验研究。
收稿日期: 2011 － 08 － 14 作者简介: 盛晨兴 ( 1969—) ，男，工学博士，副教授，研究方 向为 状 态 监 测 与 故 障 诊 断、 油 液 监 测 与 故 障 诊 断． E-mail: 529435754@ qq. com．
1. 2 在线传感器的安装 考虑在线油液监测技术应用的效果和故障诊断敏
感性可靠性要求，在线油液监测传感器安装设计中必 须满足以下几个方面的要求:
( 1) 传感器探头测试部分要求始终浸在被测油 液中; ( 2) 传感器始终工作在无压力或者微小压力 状态下; ( 3) 从维护方便角度考虑，传感器应安装 在容易拆换和避免振动的场所; ( 4) 应尽量避免受 到强的热辐射和放射性的影响; ( 5) 测试位置的油 样要有代表性和真实性，油样要最大限度地携带设备 润滑系统处于平衡状态时的信息; ( 6) 杜绝油样被 设备润滑系统以外的因素污染; ( 7) 对设备的辅助 改造最小。
图 7，8 是在某打捞船上左舷柴油机和右舷柴油
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图 9 泵辅助外循环安装传感器的示意图 Fig 9 Installation diagram based on pump auxiliary cycle
漏，磨损颗 粒 的 产 生 以 及 机 油 的 黏 度 失 效 等 明 显 特 征，FWS-2 在线黏度传感器和 PQM-1 磨损颗粒量传 感器输出参数变化主要是由于温度变化而引起的机油 黏度变化所致。整个实验过程 FWS-2 黏度传感器和 PQM-1 颗粒传感器输出与机油温度的变化 曲 线 如 图 12 所示，可以看出试验温度和传感器的输出变化是 线性关系。试验结果证明了采用该安装位置和方式的 传感器在柴油机上具有良好的稳定性。
随着现代机械设备向大型化、高速化、连续化和 自动化方向发展，越来越多机械设备要求具有实时状 态监测的功能。为保证设备正常高效、可靠、安全地 运行，各种在线监测技术手段和监测传感器逐步从实 验室阶段走向工程化应用阶段。柴油机作为典型的机 械系统，机油的品质对柴油机的工作可靠性和使用寿 命有很大的影响［1 －2］，油液监测技术已成为柴油机有 效的监测技术手段［3 －4］。实践证明有效监测机油的黏 度、含水率及磨损颗粒等参数信息是预测、诊断柴油 机故障的主要依据。实现油液在线监测是油液监测技 术发展的方向［5 －6］，这将对维持柴油机的正常运转具 有重要意义，不仅能优化设备维修周期，减少停机时 间，延长设备使用寿命，而且可以减少重大事故的发 生。
船用柴油机湿式油底壳润滑系统没有专门的润滑 油箱，油底壳起着循环油柜的作用。其工作原理是由 润滑油泵直接从油底壳中把润滑油输送到各摩擦表面 来完成润滑作用，最后这些润滑油全部再流回油底壳 中。根据润滑系统的原理，综合考虑传感器安装和油 液取样要求，可采用油底壳直接安装的方法和从油底 壳外接 循 环 管 路 的 安 装 方 法。第 一 种 方 法 ( 如 图 5 Hale Waihona Puke Baidu a) 所示) 可以直接将传感器内置在柴油机上，安 装简便; 缺点是对安装密封的要求严格，要防止安装 位置油液的泄漏。第二种方法 ( 如图 5 ( b) 所示) 优点是可以在外接管路集合更多的传感器，而且对柴 油机的改造最小; 缺点是不利于柴油机内置传感器， 以及需要 附 加 泵 等 其 他 附 件，降 低 了 监 测 系 统 的 可 靠性。