沈 誠，魏戴寧

（南通航海機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇南通 226000）

0 引言

氣缸油是重要的柴油機(jī)主機(jī)潤滑油，潤滑油除能減少相對運(yùn)動零件的摩擦力和磨損外，還具有冷卻、洗滌、防蝕、密封、減振以及降低噪音等作用。它在保證主機(jī)安全可靠地工作、最大限度地延長主機(jī)工作壽命和減少船舶維修費(fèi)用等方面具有及其重要的意義。

氣缸油注油率是指單位時(shí)間單位功率注入氣缸的氣缸油的重量。對于氣缸油，雖然主機(jī)制造商設(shè)計(jì)了“最小的注油率”，但在實(shí)際運(yùn)行中，使用市場上的常規(guī)氣缸油時(shí)，氣缸油的注油率通常維持較高，以試圖避免主機(jī)缸套冷腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。為達(dá)到最佳注油率（最佳氣缸油注油率是指保證缸套的最小摩損、最大清潔度和最佳經(jīng)濟(jì)效益的注油率），需要根據(jù)燃油的實(shí)際含硫量來調(diào)和出具有足夠中和性能的氣缸油[1-2]。

傳統(tǒng)的氣缸油加熱柜只能將單一堿值的油品加熱后提供給主機(jī)，溫度幅度大，堿值單一、不可調(diào)整。需要設(shè)計(jì)新型氣缸油自動混合柜，以實(shí)現(xiàn)在更換不同含硫量的燃油時(shí)，調(diào)和出最適合的堿值含量的氣缸油，達(dá)到最佳注油率[3]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

根據(jù)主機(jī)對氣缸油的設(shè)計(jì)注油率要求，如MAN B&W二沖程主機(jī)設(shè)計(jì)的注油率為0.6 g/(kW·h)，即滿足一般潤滑需要。如果燃料硫含量很高，主機(jī)可能需要額外的油來帶來更多的堿度（BN），以中和燃燒過程中形成的酸。操作中通常將高堿值氣缸油與主機(jī)在用系統(tǒng)油或全新的系統(tǒng)油按不同比例調(diào)和，配制目標(biāo)堿值的氣缸油。

新型氣缸油自動混合柜采用2個(gè)油箱，分別連接到低堿氣缸油和高堿氣缸油，兩者中間為混油箱。低堿/高堿油箱有2個(gè)變頻器，通過調(diào)整2個(gè)泵到混合油箱的流量，以達(dá)到實(shí)際需要堿值的要求。中間混油箱上裝有加熱器和泵，起到攪拌、混合以及加溫的作用。低硫油堿度為40，高硫油堿度為140，通過新型氣缸油混合柜調(diào)配出堿值在100～140范圍內(nèi)的氣缸油，以實(shí)現(xiàn)最合適的堿值、恒定的溫度、穩(wěn)定在0.6 g/(kW·h)的注油率。

2 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計(jì)

新型氣缸油混合柜的油箱上安裝有2個(gè)變頻泵，控制箱內(nèi)有基于西門子S7-1200型可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和派克PA 10G-41-0015-BN型變頻器組成的控制系統(tǒng)，控制箱面板上安裝有西門子TP700 COMFORT型人機(jī)界面（Human Machine Interface，HMI），可實(shí)現(xiàn)同時(shí)采集和處理相應(yīng)的溫度和液位等控制信號?？刂葡到y(tǒng)組成情況見圖1[4-5]。

圖1 控制系統(tǒng)組成圖

2.2 控制設(shè)計(jì)

根據(jù)主機(jī)燃料油的含硫量計(jì)算出需要的氣缸油的堿值，通過對變頻器的精確控制，調(diào)節(jié)泵的排量使注入到混合油箱里的油調(diào)配到目標(biāo)需要的堿值，泵的流量和混合后的堿值是線性的。

主機(jī)對氣缸油的適用粘度通常為80～250 cSt，氣缸油正常工作溫度為20～60 ℃，最佳溫度為40 ℃，新型氣缸油自動混合柜對混合油箱里的氣缸油進(jìn)行加熱，通過對加熱器PID溫度控制保持氣缸油的溫度恒定。相比原有的通過溫度開關(guān)控制加熱器的方式，大大提高精準(zhǔn)度，使得加熱范圍從40～70 ℃縮減至38～42 ℃。新型氣缸油自動混合柜提供的氣缸油更適合主機(jī)使用。

2.3 控制實(shí)現(xiàn)

新型氣缸油混合柜通過混合2種不同堿值的氣缸油來提供所需要堿值的氣缸油，混合油箱里配有攪拌泵、液位傳感器和加熱器等設(shè)備來實(shí)現(xiàn)氣缸油最佳溫度。如圖2所示。根據(jù)主機(jī)的機(jī)型、燃油的油品對應(yīng)的含硫量等參數(shù)設(shè)定得出系統(tǒng)所需調(diào)配出的氣缸油所需的堿值。確定好目標(biāo)堿值，在界面“start”啟動后，界面處于運(yùn)行界面（見圖3），系統(tǒng)自動啟動，進(jìn)入調(diào)配狀態(tài)，在混合油箱內(nèi)調(diào)配出目標(biāo)堿值的氣缸油。運(yùn)行界面實(shí)時(shí)顯示混合油箱的容積，隨容積增加自動控制混合油箱中油品的攪拌工序。達(dá)到最大容積后，停止系統(tǒng)；當(dāng)容積減少到一定程度時(shí)，系統(tǒng)再次自動運(yùn)行。

圖2 主機(jī)參數(shù)界面

圖3 系統(tǒng)的運(yùn)行界面

新型氣缸油自動混合柜系統(tǒng)的運(yùn)行界面中“LOW TBN Tank”表示低堿值油箱；“Speed Pump1”表示PUMP1的轉(zhuǎn)速；“HIGH TBN Tank”表示高堿值油箱；“Speed Pump2”表示PUMP2的轉(zhuǎn)速；“Mix Tank”表示混合油箱；“Temp”表示該油箱的溫度。根據(jù)低堿值體積+高堿值體積=混合堿值體積，在新型氣缸油混合柜控制系統(tǒng)內(nèi)編寫堿值軟件計(jì)算公式。

單次混合堿值公式為

式中：A為低堿值油箱對應(yīng)的堿值；B為高堿值油箱對應(yīng)的堿值；X為低堿值油箱的排量；Y為高堿值油的排量；C為混合油箱目標(biāo)堿值；V為混合油箱的油量。

多次混合堿值公式為

式中：Vmax為混合油箱的最大容積；Vn為第n次混合后混合油箱的剩余容積；Cn為第n次混合后混合油箱的堿值。

運(yùn)用軟件計(jì)算公式建立函數(shù)功能塊，進(jìn)行函數(shù)運(yùn)算，計(jì)算出X和Y的值。因?yàn)楸玫牧髁亢碗姍C(jī)轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)頻率成線性關(guān)系，故變頻泵流量與變頻器控制電流成線性函數(shù)關(guān)系。可將泵的排量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電流信號，控制變頻器使得泵到達(dá)所需的排量。最終獲得目標(biāo)所需要堿值的氣缸油。

3 結(jié)論

新型氣缸油混合柜以氣缸油的堿值和溫度為被控對象，根據(jù)燃油的含硫量的不同，可實(shí)時(shí)在線調(diào)節(jié)氣缸油的堿值，以中和燃燒過程中形成的酸，同時(shí)達(dá)到最優(yōu)的注油率?？捎行嵘鳈C(jī)系統(tǒng)潤滑油的粘溫性、清潔性和各種保護(hù)性能，同時(shí)減少主機(jī)內(nèi)部摩擦的能量損耗，延長備件使用壽命。