浅析NAKAKITA燃油粘度控制系统   

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文章来源:《上海远洋》第5期（总第115期）          作者:张永清 游 义           

      在世界燃油价格不断攀升的情况下，船公司为了节约燃油成本，以至船舶所使用的重油品质越来越差，甚至有不少现代船舶已经开始燃用渣油了。燃油的优劣直接影响燃烧质量，而燃烧质量的好坏，直接关系到主机的燃烧工况和输出功率，并影响主机的使用寿命。在燃油处理方面，除了有效的沉淀、分离、过滤之外，保证其喷射时的合适粘度是影响燃烧质量的关键所在。因此，为保证不同批次的燃油有相同的粘度，就有了燃油粘度控制系统。目前船上比较常用的是ＮＡＫＡＫＩＴＡ燃油粘度控制系统。

    首先我们来了解一下该系统的组成和工作原理。

    ＮＡＫＡＫＩＴＡ粘度控制系统（如图１）主要由测粘计、燃

油隔离器、差压变送器、Ｐ．Ｉ．Ｄ粘度控制器、自动／手动选择器、执行机构（气动膜片调节阀）、气源等部分组成。工作原理：测粘计将雾化加热器出口的燃油采样，运用毛细原理将毛细管前后的高低压信号，通过燃油隔离腔室传到差压变送器的正、负压室，然后差压变送器将其两个压力比较后得到的压差值成比例的转化成０．０２Ｍｐａ０．１０Ｍｐａ范围的气压信号（该气压信号即代表了燃油的测量粘度值），再送到Ｐ．Ｉ．Ｄ．粘度控制器和设定的标准粘度值（也是用一个气压信号来表示的）进行比较，得出一个有方向性的差值，通过Ｐ．Ｉ．Ｄ．控制规律输出一个新的气压信号；这个新的气压信号再通过自动／手动选择器送到执行机构来控制膜片阀的开度，进而控制输入雾化加热器的蒸气量来改变燃油的温度，从而改变燃油的粘度，使之逐渐达到与要求的粘度值一致。

    知道了该系统的组成和工作原理之后，我们再来解析该系统的各个组成部分。

    测粘计是该系统的基础，也是比较容易出故障的机械部分。因此，对它的维护就显得比较重要。日常管理是检查油压和气源压力（这可以从各自相应的压力表获得），保证其处于正常范围；再就是检查各接头，盘更处有无漏泄，测量马达和减速齿轮箱是否运转平稳，是否有噪音（因为这些最终都会影响到测量粘度的准确性），如有异常查找原因并解决之。一般每季度检查燃油隔离腔室的甘油液位，如有损耗需补充；检查差压变送器的零位，如有误差应校定。如果该设备即测粘计运转良好，不建议对其进行额外的检修。但是发现测粘计测定误差较大或盘更漏泄严重，则应该全面解体检查。解体时必须要彻底清洁毛细管，因为毛细管极易脏堵且它是测粘计的关键部件，直接关系到测定粘度的准确性，而且清洁它必须要全面解体测粘计才能实现；再者一旦主燃油管系相关的截止阀关不严，解体测粘计就必须停油，相当麻烦。一般毛细管应浸泡在溶剂中至少４小时，然后用小铅丝清通，再用压缩空气吹净。我们采用的是燃油添加剂来浸泡，使用后的燃油添加剂还可以加进油舱正常使用，就地取材，也不浪费，效果也不错。当然如果有专用的溶剂那更好。另外还要检查轴是否有磨损；小齿轮泵是否有磨损；轴承运转是否灵活自如，是否磨损等，如有损坏应修复或换新。需注意的是解体时应彻底清洁各个部件，仔细检查每个部件的完好性，如有异常应处理之。因为全面解体的周期较长，一般建议所有盘更和橡皮圈解体时全部换新。另外还要清洁检查减速齿轮面，确认正常后，加润滑脂装复。

    运转中因测粘计而引起的故障主要有以下方面：

    故障一，没有检测到压差或压差太小。原因主要有：１．齿轮泵转速不够，可能是马达或减速齿轮不正常；２．采样口脏堵；３．燃油隔离腔室处的截止阀脏堵或平衡阀没有全关闭；４．泵浦过度磨损；５．安全阀漏泄等。

    故障二，压差值太高。主要原因是毛细管脏堵。

    故障三，响应太慢。原因可能是：１．燃油隔离腔室和差压变送器的连接管脏堵或管内介质粘度太高；２．隔离腔室内液体泄漏等。

    在实际工作过程中，有一次我们碰到了由于燃油本身脏污，引起测粘计不能正常工作，时而测量值高，时而测量值低，无法自动控制，伴随着燃油自冲细滤器压差上升很快，新换的滤芯只能维持一天左右的问题。在彻底解体测粘计仍然不能解决问题的情况下，我们改用手动对燃油定温控制。等该批次燃油用尽后，测粘计正常了，燃油自冲滤器也正常了。其原因是该批次燃油中含有很多轻质的细小绒毛类物质，分油机无法分离，粗滤器也无法有效过滤。因此，对于故障的分析还需要结合实际的各方面现象才能准确判断。

    除了测粘计以外，该系统还有两个比较重要的自动控制部分，即差压变送器和Ｐ．Ｉ．Ｄ控制器。

    差压变送器（如图２），主要是一个喷嘴挡板机构。从燃油隔离室来的高低压油分别连接在双膜片室（Ｄｉａｐｈｒａｇｍｃａｐｓｕｌｅ）的两侧，高压造成膜片向低压侧位移，膜片的弹性克服该压力差以维持平衡，该位移通过Ｆｌｅｘｕｒｅ作用在Ｆｏｒｃｅ ｂａｒ的下部，使其向右即围绕支点Ｄｉａｐｈｒａｇｍｓｅａｌ逆时针转动，同时Ｆｌｅｘｕｒｅ ｃｏｎｎｅｃｔｏｒ向左带动挡板靠近喷嘴，使喷嘴背压升高，推动Ｒｅｌａｙ中的膜片向右，开大Ｒｅｌａｙ中的小球阀，进而使输出的气压信号增大，表示粘度增大。同时该输出的较高气压信号又传到反馈波纹管Ｆｅｅｄｂａｃｋｂｅｌｌｏｗｓ，使其胀大，推动调节杆Ｒａｎｇｅ ｂａｒ，使其绕着支点Ｒａｎｇｅ ｗｈｅｅｌ顺时针转动，使挡板远离喷嘴，直至达到一个新的平衡。此时输出的０．０２Ｍｐａ０．１０Ｍｐａ的气压信号就代表了此时测定的粘度值，反之亦然。

    差压变送器平时重要的是要保证气源的洁净和额定０．１４Ｍｐａ的压力，保证双膜片室内的甘油质量和数量。常见的问题是零点漂移，也就是特性曲线的平移，这就需要重新做调整。同样，在拆检后重新投入使用时，它的输出也是需要重新调整的。怎样调整呢？一是我们应将使用中的燃油手动控制在常用的温度值上，即保证常用的、合适的燃油粘度切除燃油粘度的自动控制。二是关闭燃油隔离腔室处的截止阀，打开该两阀中间的平衡阀（最好拆掉连接管），打开双膜片室两侧高低压室各自的泄放闷头。此时，双膜片室内没有压差了。三是观察此时输出的气压值（可从输出气压表获得），调整调零旋钮，使输出值稳定为０．０２Ｍｐａ。四是在高压侧接入洁净气源，调整气源压力为０．０６６Ｍｐａ（该压力为测粘计检测范围的最大值。不同的毛细管型号，压力值也不同，可以从测粘计的铭牌上得到），此时输出值应为０．１０Ｍｐａ。五是如果输出不是０．１０Ｍｐａ，应该松动Ｒａｎｇｅ ｗｈｅｅｌ上的锁紧螺母，移动Ｒａｎｇｅ ｗｈｅｅｌ，使输出值稳定在０．１０Ｍｐａ上，锁紧螺母。但此时的零位已经变化了，必须重新调零，即重复第二至第五步。调定好之后，旋紧高低压腔室各自的闷头，接入连接管，打开高低压连接管路上的截止阀，关闭平衡阀，系统就可以投入工作了。

    该系统为了使其控制精度增加和震荡减小，引入了Ｐ．Ｉ．Ｄ．控制，即比例积分微分控制。该种控制规律是通过ＮＳＶＢＴ７３２ 粘度控制器来实现的。现就对它的调节、维护和故障分析等作一个概要的讲述。

    打开面板，我们会发现在其上部有四个旋钮。从左至右分别是：红色较小的是设定旋钮；较大的三个依次是比例带旋钮、积分时间旋钮、微分时间旋钮，在它们的表面上有刻度值，可以依据此刻度来记忆各自调定的数值。

设定旋钮主要设定我们想要得到的粘度值，通过红色指针来表示。

    比例带旋钮调节控制规律中的比例作用的强弱。如果比例带值调节得太小，即比例作用太强，控制过程太敏感，易振荡；如果比例带值调节得太大，控制过程响应太慢。

    积分时间旋钮用来调定积分时间，即积分作用的强弱。当设定时间短，即需要达到平衡点的时间就短，积分作用强。如果时间设定太短，稳定性丢失，易振荡；如果时间设定太长，即达到平衡点的时间太长，对控制过程来讲太长，是没有意义的。

    微分时间旋钮用来调定微分作用的强弱，即超前控制的强弱。如果设定时间太短，超前控制无效；如果设定时间长，微分作用强，即超前控制作用强，虽说微分作用可以抑止振荡，但还是不能太强，否则会引起振荡。

    至此，我们怎样来调定各个旋钮的数值，使控制过程满意呢？现就结合实际，将较有操作性的一种方法（临界法）做个简单的介绍。

    １、 调定积分时间最长，微分时间最短，即切除积分，微分作用。

    ２、 始设定比例带为２５０％，逐渐减小至１０％，观察控制的过程。在导致振荡的比例带区域内，当振荡２４次就可以稳定下来时，选定该比例带值。

    ３、 逐渐减小积分时间，即加进积分作用，观察发现引起振荡的临界点，确定该临界点的积分时间值，然后稍微回调一点，选定此时的时间值。

    ４、 一般微分时间为最终选定的积分时间的１／４１／２之间。加进微分作用后，应稍微的减小比例带值。

    当然，在实际的调整过程中，还主要靠经验。一旦获得了满意的控制效果，应该在旋钮上做好标记，以备今后调整参考。

    在日常的管理维护上，首要也是保证气源的洁净，经常放残；保证气源压力稳定在０．１４Ｍｐａ上。其次，依据输出空气压力的变化，检查其喷嘴挡板机构是否有泄漏和脏堵。该Ｐ．Ｉ．Ｄ．控制器一般故障表现为当输入发生变化时，输出没有变化。其表现为：

    一是输入增大，输出没有增大，其原因可能有：

    １、 供给空气压力不正常；

    ２、 引导空气连接小孔脏堵；

    ３、 输出侧空气管泄漏；

    ４、 控制器内部的链接处有不正常；

    ５、 控制器各种内部管路泄漏；

    ６、 检测部分元件损坏等。

    二是输入减小，输出没有减小，其原因可能有：

    １、 喷嘴脏堵；

    ２、 喷嘴背压管脏堵；

    ３、 引导空气连接小孔处松脱；

    ４、 控制器内部的链接处有不正常；

    ５、 控制器各种内部管路泄漏；

    针对以上的各种原因，采取相应措施来排除故障。

对于整个控制系统来讲，实际故障要复杂得多，我们必须首先确定是哪一个部分出现问题，再分析原因将之排除。在实际工作中，我们还需要结合说明书和经验来保证燃油粘度的正常，以保证燃烧的工况良好，从而提高主机效率，降低燃油成本。