譚小平 ，萬小燕

（中國石化股份 勝利油田 勝利采油廠，山東 東營 257051）

0 引言

目前油田工程機械設(shè)備的工作主機絕大多數(shù)為柴油機，燃油的消耗量大，又無法準確計量，存在人為盜賣、丟失現(xiàn)象。為控制燃油消耗，降低燃油成本，完善油料管理措施，規(guī)范和科學用油，探索油田工程機械燃油實時消耗計量方式，研發(fā)了一種新型的柴油數(shù)字油耗儀。

新型柴油數(shù)字油耗儀自2010年6月安裝在作業(yè)設(shè)備上進行跟蹤試驗，取得效果后，當年10月對所有作業(yè)設(shè)備進行安裝；2011年元月開始在特種車輛各車型上安裝。到目前為止，我們共安裝該數(shù)字油耗儀250余臺套，收到了良好的控油節(jié)油效果。

1 柴油機燃油數(shù)字測量系統(tǒng)研發(fā)

1.1 傳感器的優(yōu)選

在柴油機燃油數(shù)字測量系統(tǒng)的研發(fā)中，如何選擇合適的流量傳感器，以適應(yīng)柴油機燃油流量小和流量瞬間變化大的特點是系統(tǒng)研發(fā)的核心。對比各種單相流流量測量儀表的特點，容積式流量計的測量精度受流體的物性影響較小，同時測量精度能達到0.3%～0.5%，而差壓（孔板）流量計、電磁流量計和渦街流量計等只有百分之幾的測量精度。所以根據(jù)本系統(tǒng)通過流量小且瞬間變化大的情況，選擇容積式流量計是最適宜的，否則累計流量誤差很大。目前容積式流量計主要有橢圓齒輪流量計、腰輪流量計和刮板流量計等幾種，為確保計量精度，系統(tǒng)采用了橢圓齒輪流量計，它不僅測量精度高，且表前不需安裝直管段，非常適合油田工程機械柴油機的現(xiàn)場安裝條件。

1.2 系統(tǒng)設(shè)計

橢圓齒輪流量計的體積流量qv（L/s）計算公式如下：

其中 ：n為橢圓齒輪的轉(zhuǎn)速，r/s；V為半月牙形的容積，L。

橢圓齒輪流量計結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 橢圓齒輪流量計結(jié)構(gòu)示意圖

圖1中陰影部分為半月牙形，其容積V為一定值。若不考慮齒輪與殼體之間的泄漏量，橢圓齒輪流量計流量與齒輪的轉(zhuǎn)速成正比。所以在橢圓齒輪流量計的轉(zhuǎn)軸上安裝磁性脈沖發(fā)生器，就能準確地測出齒輪的轉(zhuǎn)速，通過脈沖計數(shù)器和運算器便可計算出通過流量計的流量。

測試系統(tǒng)主要由信號輸入部分、單片機部分和顯示器組成，系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。數(shù)字終端的主要功能是完成脈沖計數(shù)、體積計算和數(shù)據(jù)顯示。數(shù)字終端的電路原理圖見圖3。

圖2 燃油數(shù)字測量系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)框圖

燃油數(shù)字測量系統(tǒng)工作原理如下：傳感器發(fā)出的脈沖信號經(jīng)光電隔離進行信號處理，單片機在接收到處理后的數(shù)字信號后，經(jīng)內(nèi)部計時/計數(shù)器和計算器，將燃油流量值轉(zhuǎn)換成BCD碼格式，以串行通訊方式傳給LED顯示器顯示。數(shù)字終端有串口可與車載GPS通訊，也可直接將油耗傳感器與GPS設(shè)備上的I/O集成，實時遠程傳輸油耗數(shù)據(jù)。目前數(shù)字終端顯示的數(shù)據(jù)主要有總油耗、單次油耗、運行時間和平均油耗，單次油耗可通過數(shù)字終端進行清零。系統(tǒng)在功能上可取代國內(nèi)外汽車油耗測試裝置，符合車輛標準裝車件所要求的通用性、互換性、安全性。

圖3 數(shù)字終端電路原理圖

1.3 單、雙油路測量系統(tǒng)

為了提高系統(tǒng)工作的可靠性和計量的準確性，擬采用單、雙油路測量系統(tǒng)。采用單油路測量或雙油路測量系統(tǒng)，取決于柴油機燃油系統(tǒng)的回油方式?；赜凸苈芬羾娪捅玫牟裼蜋C應(yīng)采用單油路測量系統(tǒng)，而回油管路引回至油箱的柴油機要采用雙油路測量系統(tǒng)。單、雙油路測量系統(tǒng)的區(qū)別是傳感器數(shù)量和數(shù)字終端的運算方式不同。單、雙油路測量系統(tǒng)示意圖分別如圖4和圖5所示。

圖4 單油路測量系統(tǒng)示意圖

圖5 雙油路測量系統(tǒng)示意圖

2 現(xiàn)場應(yīng)用

2.1 安裝準備

根據(jù)發(fā)動機的型式和功率大小正確選擇適合的油耗傳感器，之后需確定采用單油路測量還是雙油路測量系統(tǒng)。具體地說，通井機使用單油路測量系統(tǒng)即可，修井機和特種設(shè)備大多需要使用雙油路測量系統(tǒng)才能滿足工作要求。

2.2 現(xiàn)場安裝

安裝前應(yīng)徹底清洗燃油管路，并在傳感器前安裝專配的燃油濾清器，以防止雜物進入傳感器。安裝時注意傳感器的表盤保持與地平面垂直，殼體上箭頭與燃油流動方向一致。連好流程后，擰松放氣螺栓徹底排空。

用屏蔽線束連接傳感器與數(shù)字終端。屏蔽線束用阻燃波紋管外包保護，途中采用尼龍扎帶固定線束。將數(shù)字終端的電源與車用24V直流電源常電相連，并可靠接地，上電后數(shù)字終端發(fā)光二極管常亮。

2.3 現(xiàn)場調(diào)試

啟動發(fā)動機5min～10min后，數(shù)字終端發(fā)光二極管持續(xù)閃滅，顯示終端有數(shù)字更新。數(shù)字終端有累計油耗、單次油耗、運行時間和平均油耗等4項數(shù)據(jù)顯示，其中單次油耗可一鍵清零。

2.4 系統(tǒng)升級

在目前基礎(chǔ)上，可方便地實現(xiàn)系統(tǒng)的升級改造。通過RS232串口將數(shù)字油耗儀與GPS系統(tǒng)對接，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)向GPS后臺上傳并不斷刷新。通過GPS后臺軟件可以查出任意時間段的耗油量、運行時數(shù)和平均百公里油耗等，并且可以繪出油量統(tǒng)計圖，了解任意時間段車輛耗油是否正常。

3 應(yīng)用效果

該數(shù)字油耗儀應(yīng)用在油田工程施工機械上，具有安裝方便、性能可靠、計量精度高等特點，是傳統(tǒng)的油浮式計量裝置無法比擬的。傳統(tǒng)的油浮式計量裝置直接連接原車油表，測量精度取決于原車油浮的精度，而且影響因數(shù)多，例如車輛上下坡等都能影響油耗數(shù)據(jù)。而新型的數(shù)字油耗儀不管油箱的油量多少，只記錄消耗掉的燃油，測試數(shù)據(jù)精準。

數(shù)字油耗儀的應(yīng)用方便了車輛單位的油耗管理與控制，并能對跑冒滴漏現(xiàn)象進行實時監(jiān)控，為規(guī)范用油和科學用油、提高燃油管理水平提供了技術(shù)支撐，同時降低了燃料油的成本支出，達到了良好的控油節(jié)油效果。

［1］吳九輔.現(xiàn)代工程檢測及儀表［M］.北京：石油工業(yè)出版社，2004.