黃建華

（蛇口明華船務(wù)有限公司 深圳 518067）

0 引 言

目前所有大型船舶柴油主機和部分發(fā)電用柴油機幾乎都燃用重油，目的是為了進一步降低營運成本。這種油在常溫下黏度很高，在管路中難以輸送，更不能直接噴入氣缸進行燃燒，所以必須預(yù)先加熱，使其黏度降低到規(guī)定的范圍內(nèi)［1］。對于不同品種的燃油，在溫度條件相同的情況下，其黏度差異很大，因此在現(xiàn)代船舶，燃油進入高壓油泵前，一般不采用溫度控制而是采用黏度控制［2］。

NAKAKITA型燃油黏度控制裝置是NAKAKITA SEISAKUSHO公司的成熟產(chǎn)品，其可靠性高、故障率低、管理方便，能把燃油黏度穩(wěn)定控制在最佳噴射黏度上，在現(xiàn)代船舶被廣泛應(yīng)用。但是，自動控制裝置一旦出現(xiàn)故障，燃油黏度就會偏離最佳設(shè)定值。而燃油黏度異常會導(dǎo)致燃油設(shè)備卡阻損壞或燃油燃燒不良，影響動力裝置的可靠性、安全性、經(jīng)濟性。

1 系統(tǒng)組成及工作原理

NAKAKITA型燃油黏度控制系統(tǒng)如下頁圖1所示。它主要由測黏計、差壓變送器、調(diào)節(jié)器及氣動調(diào)節(jié)閥等部分組成。

系統(tǒng)中各元件主要參數(shù)：

（1） 測黏計

型號：NS777C； 黏度測量量程：0～30×10-6m2/s；初始檢測壓差量程：0～0.067 MPa［3］。

（2）差壓變送器

型號：Y/13A1；初始設(shè)定量程：0.067 MPa；量程可調(diào)范圍：0.5～0.216 MPa；控制空氣壓力（輸出）：0.02～0.1 MPa［4］。

圖1 NAKAKITA型燃油黏度控制系統(tǒng)

（3） 調(diào)節(jié)器

型號：NS VBT732；控制特性：PID；控制方式：正作用式；黏度刻度范圍：0～30×10-6m2/s；控制空氣壓力（輸出）：0.02～0.1 MPa［5］。

測黏計用來檢測燃油加熱器出口燃油黏度，并把燃油黏度值成比例地轉(zhuǎn)換為壓差信號，作為黏度實際值送至差壓變送器，差壓變送器把該壓差信號成比例地轉(zhuǎn)換為0.02～0.1 MPa氣動信號后再送到調(diào)節(jié)器和指定儀表。調(diào)節(jié)器根據(jù)燃油黏度測量值與給定值相比較所得到的偏差值，按比例積分、微分作用規(guī)律輸出一個控制信號來改變氣動調(diào)節(jié)閥開度，改變對燃油加熱強度，使燃油黏度維持在給定值［6］。

2 故障診斷處理

NAKAKITA燃油黏度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)遲鈍、不穩(wěn)定等現(xiàn)象直觀易發(fā)現(xiàn)；系統(tǒng)調(diào)節(jié)穩(wěn)定及時而黏度測量顯示值偏離真實值（真實值偏離給定值），不易察覺，故障較為隱蔽。

2.1 測量顯示值偏離真實值

2.1.1 調(diào)節(jié)器測量指示機構(gòu)

調(diào)節(jié)器測量指示機構(gòu)故障主要有：

·測量桿初始調(diào)定不符現(xiàn)狀；

·測量桿間連接處過度磨損。

（1）測量桿初始調(diào)定不符現(xiàn)狀

調(diào)節(jié)器測量彈簧管長期使用過程中性能狀態(tài)發(fā)生變化或測量彈簧管換新使得測量桿初始調(diào)定不符現(xiàn)狀。

調(diào)定方法原理與步驟［5］可參考圖2。

圖2 調(diào)節(jié)器測量指示機構(gòu)/調(diào)整方法原理圖

①測量桿間角度調(diào)整。燃油真實黏度為量程中間各值時，使測量指針位于其對應(yīng)刻度。

松開固定螺釘F，調(diào)節(jié)B桿和G桿的長度，校正C、D桿與E桿間角度。曲線形狀（撓曲度）改變，始、終點不變（如線條1）。

②零點調(diào)整。燃油真實黏度為0時，使測量指針位于0。

調(diào)節(jié)螺桿B。曲線始點改變，形狀和傾斜角不變，整根曲線平行上移或下移（如線條2）。

③放大率調(diào)整。燃油真實黏度為滿量程時，使測量指針位于滿刻度。

改變C桿與D桿的長度比例，實際操作中僅需調(diào)節(jié)螺桿C。曲線傾斜角改變，始點不變（如線條3）。

④ 重復(fù)①、②、③操作，直至滿意。

實際操作中，可根據(jù) V黏度=K·（P輸入-0.2）對應(yīng)關(guān)系，K=V黏度量程／0.8，用與黏度真實值相對應(yīng)的氣壓輸入調(diào)節(jié)器測量管，記下黑色指針讀數(shù)，檢查讀數(shù)是否相符，在圖2畫出曲線圖判斷需如何調(diào)整。實際使用中極少需要進行角度調(diào)整。

（2）測量桿間連接處過度磨損

測量桿間連接處過度磨損多是由于差壓變送器至調(diào)節(jié)器氣路中阻止壓力改變的慣性作用削弱，造成進入調(diào)節(jié)器測量彈簧管氣壓波動振幅大、頻率高，測量桿與銷子在孔徑處長期頻繁震動和彼此轉(zhuǎn)動剪切磨損。只要及時調(diào)整好定容氣室前針閥開度，保證其有理想的阻尼效果，此類故障還是極少發(fā)生。

2.1.2 差壓變送器

差壓變送器造成顯示值偏離真實值的常見原因：

·零點不準；

·量程不符。

（1） 零點不準

零點輸出氣壓小于0.02 MPa，引起黏度測量顯示值小于真實值，原因有差壓變送器的放大器膜片漏氣、恒節(jié)流孔臟污、噴嘴擋板間初始開度過大。

零點輸出氣壓大于0.02 MPa，引起黏度測量顯示值大于真實值，原因有差壓變送器的噴嘴臟污、噴嘴擋板間初始開度過小。

噴嘴擋板間初始開度過小/過大，必須調(diào)零。但調(diào)零之前，應(yīng)消除放大器臟污損壞、恒節(jié)流孔及噴嘴擋板臟污對零點影響。

零點輸出氣壓偏小，檢查或清潔放大器及恒節(jié)流孔［4］（參考圖 3）。

圖3 差壓變送器放大器/剖面圖

①關(guān)閉氣源。

② 旋出兩個長螺釘A，卸下放大器，注意背面孔道墊床，防止損壞。

③用鑷子取出恒節(jié)流孔，先用0.18 mm通針清通，再用電器清潔劑噴洗。

④ 旋出兩個短螺釘B，解體放大器。注意細小部件位置，檢查膜片是否老化破損，勿動彈簧片彈力調(diào)節(jié)螺釘，否則需要專用設(shè)備校驗。電氣清潔劑清潔所有孔道及腔室中油泥，壓縮空氣吹干。

⑤裝復(fù)后，零點檢查，據(jù)需調(diào)節(jié)調(diào)零螺釘。

零點輸出氣壓偏大，檢查或清潔噴嘴擋板［4］（參考圖 4）。

圖4 差壓變送器噴嘴擋板機構(gòu)

①關(guān)閉氣源。

②松開噴嘴螺母。注意不要讓對側(cè)焊接螺母轉(zhuǎn)動。

③ 松開卡環(huán)螺釘，旋轉(zhuǎn)S形卡環(huán)，取出噴嘴彎管。0.73 mm通針清通，電器清潔劑噴洗，壓縮空氣吹干。

④擦除擋板頂部污跡，按相反順序裝回噴嘴。

⑤裝復(fù)后，零點檢查，據(jù)需調(diào)節(jié)調(diào)零螺釘。

（2） 量程不符

系統(tǒng)長期在線運行后，測黏計齒輪泵磨損造成初始調(diào)定量程不符現(xiàn)狀而相對偏大，導(dǎo)致黏度測量顯示值小于真實值，需重新校正調(diào)整；

人為因素誤調(diào)偏大/偏小，導(dǎo)致黏度測量顯示值小于/大于真實值，需糾正調(diào)整。

量程調(diào)整之前，必須先清除各種影響因素，例如測黏計毛細管臟堵、齒輪泵結(jié)垢、安全閥泄漏等（量程調(diào)整見后述）。

2.1.3 測黏計

測黏計引起顯示值偏離真實值的原因包含：

·測黏計毛細管臟堵，導(dǎo)致黏度測量顯示值大于真實值；

·測黏計毛細管內(nèi)徑腐蝕變大、油泵磨損、安全閥泄漏，導(dǎo)致黏度測量顯示值小于真實值。

處理方法如下：

·解體清潔或更換毛細管；

·修復(fù)或更換安全閥、齒輪泵；

·量程校對與調(diào)整。

某輪主機燃油黏度給定14×10-6m2/s。系統(tǒng)在線工作，調(diào)節(jié)器測量指針一直超滿量程，氣動調(diào)節(jié)閥一直全開，燃油溫度不可控上升，無法自動控制。

主管人員手動調(diào)節(jié)蒸汽加熱截止閥開度，控制燃油溫度 （參考副機燃油黏度為14×10-6m2/s時的燃油加熱溫度），保持燃油真實黏度為14×10-6m2/s。此時，調(diào)節(jié)器測量指針仍在超滿量程。

船舶機動航行時，主機耗油率不斷變化，當(dāng)值人員需不斷改變蒸汽加熱截止閥開度，維持進機燃油黏度，給管理帶來極大不便。

顯然，燃油黏度測量顯示值（超滿量程）遠大于燃油黏度真實值（14×10-6m2/s）。

（1）零點檢查，差壓變送器輸出氣壓0.02 MPa，調(diào)節(jié)器黏度指示為0。

（2）輸入0.06 MPa、0.1 MPa氣壓至調(diào)節(jié)器測量管，黏度指示分別為 15×10-6m2/s、30×10-6m2/s。

綜前分析可知，差壓變送器零點正確，調(diào)節(jié)器測量指示機構(gòu)正常，故障點是測黏計毛細管臟堵。

拆下測黏計毛細管，發(fā)現(xiàn)臟堵嚴重。煤油浸泡、通針清通、壓縮空氣吹干后，檢查狀態(tài)良好，裝復(fù)。

系統(tǒng)恢復(fù)工作，調(diào)節(jié)器紅色指針給定在14×10-6m2/s。黑、紅色指針穩(wěn)定重合時，燃油加熱溫度遠遠低于真實黏度14×10-6m2/s所對應(yīng)溫度。逐步降低給定值，當(dāng)燃油溫度與真實黏度14×10-6m2/s所對應(yīng)溫度相同，黑、紅色指針重合在9×10-6m2/s。

燃油黏度測量顯示值（9×10-6m2/s）遠小于真實值（14×10-6m2/s），與前述故障現(xiàn)象相反。故判斷故障點應(yīng)為測黏計的油泵過度磨損或安全閥異常泄漏。

再次解體測黏計，拆出油泵，目測油泵齒輪，稍有磨損，無明顯損傷。

拆下的安全閥，用0.1 MPa氣壓做功能試驗，安全閥排出口漏氣明顯。

解體安全閥，發(fā)現(xiàn)安全閥閥座有燃油沖蝕凹痕，逐用PT1/4悶頭封住安全閥連接口（待申請備件更換），裝復(fù)各元件。此條件下，燃油黏度超過2 000 RW No.1時，絕對禁止啟動測黏計，避免損壞相關(guān)元件。

系統(tǒng)投入運行，燃油溫度穩(wěn)定在真實黏度14×10-6m2/s所對應(yīng)溫度，黑色指針指示13.2×10-6m2/s，黏度顯示值略小于真實值，原因是齒輪泵微磨損，可通過校正量程處理。

首先，對測黏計測量壓差量程校驗［3］（參考圖5）。

圖5 黏度和測量計測量壓差

① 根據(jù)測黏計銘牌上標注的測量壓差量程（0～0.067 MPa）與調(diào)節(jié)器黏度顯示刻度量程（0～30×10-6m2/s）的關(guān)系，畫出斜線1，斜線1為出廠時測黏計測量壓差與黏度的線性關(guān)系。

② 過 A 點（14×10-6m2/s），B 點（13.2×10-6m2/s）各畫一縱線，直線B-IS1與斜線1交于IS1。

③ 過IS1點畫一水平線與縱線A-IS2交于點IS2。

④ 通過坐標原點與點IS2畫一斜線2，斜線2為應(yīng)校正的測黏計測量壓差與黏度的線性關(guān)系。

由圖5可知，測黏計應(yīng)校正的測量壓差量程為0.063 MPa，其在差壓變送器可調(diào)量程允許范圍內(nèi)（0.5～0.216 MPa）。否則需另查明原因，例如測黏計齒輪泵嚴重磨損、毛細管內(nèi)徑過度腐蝕變大、測黏計馬達轉(zhuǎn)速異常降低等。

在此只需調(diào)量程，實際調(diào)量程操作如下：

① 手動控制燃油溫度穩(wěn)定在真實黏度14×10-6m2/s所對應(yīng)溫度。

②開啟高、低壓檢測閥，關(guān)閉檢測平衡閥，松開量程調(diào)節(jié)輪鎖緊螺母，轉(zhuǎn)動量程調(diào)節(jié)輪至調(diào)節(jié)器測量指示為14×10-6m2/s，上緊鎖緊螺母。

③開啟平衡閥，關(guān)閉高、低壓檢測閥，調(diào)節(jié)調(diào)零螺釘使差壓變送器輸出氣壓為0.02 MPa。

④重復(fù)②、③步驟至零點和量程在理想范圍。

調(diào)節(jié)器紅色指針給定14×10-6m2/s，燃油加熱溫度正常。至此，故障才徹底消除。發(fā)生故障的根本原因是管理人員保養(yǎng)不及時、管理不善。故障機理是：

不潔燃油進入毛細管中未及時清潔，毛細管臟堵嚴重，兩端測量壓差大，導(dǎo)致調(diào)節(jié)器測量指針超滿量程而無法回到給定值。調(diào)節(jié)器根據(jù)兩者偏差值輸出控制氣壓，全開氣動調(diào)節(jié)閥加熱燃油，燃油溫度不可控上升。

主管人員一直未排除故障，手動控制燃油溫度、維持燃油黏度的情況下，各儀表還在線運行。測黏計未停止運轉(zhuǎn)，毛細管臟堵越來越嚴重，最終導(dǎo)致安全閥開啟。燃油長期沖蝕安全閥閥座、閥芯而使其產(chǎn)生凹痕，復(fù)位后發(fā)生漏泄，再加上此輪已營運十幾年之久，測黏計齒輪泵產(chǎn)生一定磨損。因此，在排除初始故障后，黏度測量顯示值就小于真實值。

需強調(diào)一點，主管人員無法排除故障時，應(yīng)先切除系統(tǒng)工作，再調(diào)節(jié)氣動調(diào)節(jié)閥頂部的手操閥盤調(diào)節(jié)燃油加熱溫度，避免進一步引起各設(shè)備、儀表損壞，從而避免故障擴大化、復(fù)雜化。

2.2 測量指針不能及時、穩(wěn)定、重合在給定值

2.2.1 氣路污染

調(diào)節(jié)器的黑色測量指針不能及時、穩(wěn)定、重合在給定值多是不潔氣源造成調(diào)節(jié)器的控制器氣路污染或堵塞，特別是恒節(jié)流孔易堵［6］。

首先要消除氣源不潔的原因，然后清潔被污染元件。調(diào)節(jié)器的功率放大器拆卸、清潔步驟與差壓變送器基本相似。區(qū)別在于前者的恒節(jié)流孔帶有0.2 mm直徑的自清潔通針，按下通針即可清潔恒節(jié)流孔，更為方便；其功率放大器內(nèi)部采用彈簧代替后者可調(diào)彈力的彈簧片功能，內(nèi)部各元件解體、清潔可更為徹底。

清潔調(diào)節(jié)器噴嘴擋板的操作也較為簡單。

（1） 噴嘴清潔

旋下比例帶旋鈕上的旋塞，用0.4 mm通針清通噴嘴氣道內(nèi)油泥（注意插入深度，不可用力過猛，防止擋板變形），再用電氣清潔劑噴射氣道、壓縮空氣吹干。

（2） 擋板清潔

轉(zhuǎn)動比例帶旋鈕一角度，使擋板暴露，用電氣清潔劑于側(cè)面即可清潔擋板。

應(yīng)該著重指出，氣源干凈是各氣動儀表長期、可靠、穩(wěn)定工作的首要條件。

2.2.2 調(diào)節(jié)器控制參數(shù)設(shè)定不適

實際在船的調(diào)節(jié)器都為特定場合安裝好，控制參數(shù)都設(shè)定在理想狀態(tài)，穩(wěn)定性好，一般無需調(diào)節(jié)［6］。日常使用中在保證噴嘴、擋板、放大器、氣源等干凈正常前提下，只需把握三點：

系統(tǒng)工作不穩(wěn)定，測量指針不能穩(wěn)定在給定值（震蕩頻率小）時，適當(dāng)調(diào)大比例帶或積分時間；

系統(tǒng)達到穩(wěn)定平衡狀態(tài)，測量指針與給定值不重合時，適當(dāng)調(diào)小積分時間；

系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)遲鈍時，適當(dāng)增大微分時間。

2.2.3 其他因素

除了氣源污染氣路和控制參數(shù)設(shè)定不當(dāng)，還要考慮其他因素。例如執(zhí)行機構(gòu)（氣動調(diào)節(jié)閥）傳動部分的間隙、定容氣室前針閥開度、溫度控制系統(tǒng)中蒸汽壓力波動、油氣分離室有空氣、密封液體被燃油污染等，應(yīng)對其進行檢修。

3 故障診斷排除流程

NAKAKITA燃油黏度控制系統(tǒng)的某一故障可以呈現(xiàn)多種異?，F(xiàn)象，例如調(diào)節(jié)器積分時間太大，可表現(xiàn)為測量指針與給定指針不重合、系統(tǒng)調(diào)節(jié)不靈敏等；而同一故障現(xiàn)象可能有一種或幾種原因，例如測量值偏離真實值，原因可能在于調(diào)節(jié)器測量指示機構(gòu)、差壓變送器、測黏計等。為此，根據(jù)在船系統(tǒng)常見的故障現(xiàn)象及原因，遵循解決故障從易到難的原則，列出故障診斷排除流程圖（見圖6），希望給故障分析和排除帶來事半功倍的效果。

圖6 NAKAKITA燃油黏度控制系統(tǒng)故障診斷排除流程

4 結(jié) 論

氣動儀表氣路污染或堵塞等造成自動控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)遲鈍、不穩(wěn)定等現(xiàn)象直觀易發(fā)現(xiàn)；如系統(tǒng)調(diào)節(jié)及時穩(wěn)定（黑、紅色指針及時穩(wěn)定重合），對于測量、信號轉(zhuǎn)換、指示機構(gòu)引起燃油黏度顯示值偏離真實值導(dǎo)致燃油進機溫度增高/降低的故障，若不仔細觀察比較，往往會以為燃油加熱溫度變化僅僅是由于不同港口加裝燃油油質(zhì)不同所造成，從而錯誤地認為燃油黏度正常。此類故障隱蔽易忽略。因此為了保證系統(tǒng)可靠、穩(wěn)定、精確運行，管理人員至少應(yīng)做到：

（1）空氣瓶勤放殘水，各過濾減壓閥每天底部放殘；

（2）及時調(diào)節(jié)好緩沖氣室前針閥開度；

（3）每隔幾天按一次裝在恒節(jié)流孔上的通針；

（4）根據(jù)氣源潔度，擇期清潔各噴嘴擋板機構(gòu)；

（5）每三個月校對差壓變送器零點；

（6）每三個月參照供油公司提供的油品黏溫特性表查出燃油給定黏度對應(yīng)的溫度或主、輔機燃油加熱溫度互為參考，比較分析，按需校正差壓變送器量程；

（7）每年校驗調(diào)節(jié)器測量指示機構(gòu)；

（8）每1～2年檢查并清潔測黏計毛細管、齒輪泵。

［1］杜榮銘.船舶柴油機［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2002.

［2］鄭鳳閣，李凱.輪機自動化［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，1999.

［3］Nakakita Swisakusho.Instruction For NS-777C Viscosity Transmitter Unit［M］.Japan：Nakakita Seisakusho.1991.

［4］Nakakita Swisakusho.Instruction For Y/13A d/P Cell Transmitter［M］.Japan：Nakakita Seisakusho.1973.

［5］Nakakita Swisakusho.Instruction For NS-732 Automatic IndicatingController［M］.Japan：NakakitaSeisakusho.1986.

［6］李世臣，徐善林.輪機自動化［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2008.