船舶NAKAKITA燃油黏度控制系統(tǒng)故障診斷處理

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(jī)和部分發(fā)電用柴油機(jī)幾乎都燃用重油，目的是為了進(jìn)一步降低營運(yùn)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(jìn)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(duì)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(jìn)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(dòng)控制裝置一旦出現(xiàn)故障，燃油黏度就會(huì)偏離最佳設(shè)定值。而燃油黏度異常會(huì)導(dǎo)致燃油設(shè)備卡阻損壞或燃油燃燒不良，影響動(dòng)力裝置的可靠性、安全性、經(jīng)濟(jì)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(jì)、差壓變送器、調(diào)節(jié)器及氣動(dòng)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(jì)

型號(hào)：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(hào)：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(hào)：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(jì)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(hào)，作為黏度實(shí)際值送至差壓變送器，差壓變送器把該壓差信號(hào)成比例地轉(zhuǎn)換為0.02～0.1 MPa氣動(dòng)信號(hào)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(gè)控制信號(hào)來改變氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥開度，改變對(duì)燃油加熱強(qiáng)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(shí)而黏度測量顯示值偏離真實(shí)值（真實(shí)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(shí)值

2.1.1 調(diào)節(jié)器測量指示機(jī)構(gòu)

調(diào)節(jié)器測量指示機(jī)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(jī)構(gòu)/調(diào)整方法原理圖

①測量桿間角度調(diào)整。燃油真實(shí)黏度為量程中間各值時(shí)，使測量指針位于其對(duì)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(diǎn)不變（如線條1）。

②零點(diǎn)調(diào)整。燃油真實(shí)黏度為0時(shí)，使測量指針位于0。

調(diào)節(jié)螺桿B。曲線始點(diǎn)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(shí)黏度為滿量程時(shí)，使測量指針位于滿刻度。

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

④ 重復(fù)①、②、③操作，直至滿意。

實(shí)際操作中，可根據(jù) V黏度=K·（P輸入-0.2）對(duì)應(yīng)關(guān)系，K=V黏度量程／0.8，用與黏度真實(shí)值相對(duì)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(shí)際使用中極少需要進(jìn)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(jìn)入調(diào)節(jié)器測量彈簧管氣壓波動(dòng)振幅大、頻率高，測量桿與銷子在孔徑處長期頻繁震動(dòng)和彼此轉(zhuǎn)動(dòng)剪切磨損。只要及時(shí)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(shí)值的常見原因：

·零點(diǎn)不準(zhǔn)；

·量程不符。

（1） 零點(diǎn)不準(zhǔn)

零點(diǎn)輸出氣壓小于0.02 MPa，引起黏度測量顯示值小于真實(shí)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(diǎn)輸出氣壓大于0.02 MPa，引起黏度測量顯示值大于真實(shí)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(duì)零點(diǎn)影響。

零點(diǎn)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(gè)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(gè)短螺釘B，解體放大器。注意細(xì)小部件位置，檢查膜片是否老化破損，勿動(dòng)彈簧片彈力調(diào)節(jié)螺釘，否則需要專用設(shè)備校驗(yàn)。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(diǎn)檢查，據(jù)需調(diào)節(jié)調(diào)零螺釘。

零點(diǎn)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(jī)構(gòu)

①關(guān)閉氣源。

②松開噴嘴螺母。注意不要讓對(duì)側(cè)焊接螺母轉(zhuǎn)動(dòng)。

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(diǎn)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(yùn)行后，測黏計(jì)齒輪泵磨損造成初始調(diào)定量程不符現(xiàn)狀而相對(duì)偏大，導(dǎo)致黏度測量顯示值小于真實(shí)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(shí)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(jì)毛細(xì)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(jì)

測黏計(jì)引起顯示值偏離真實(shí)值的原因包含：

·測黏計(jì)毛細(xì)管臟堵，導(dǎo)致黏度測量顯示值大于真實(shí)值；

·測黏計(jì)毛細(xì)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(shí)值。

處理方法如下：

·解體清潔或更換毛細(xì)管；

·修復(fù)或更換安全閥、齒輪泵；

·量程校對(duì)與調(diào)整。

某輪主機(jī)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(dòng)調(diào)節(jié)閥一直全開，燃油溫度不可控上升，無法自動(dòng)控制。

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

船舶機(jī)動(dòng)航行時(shí)，主機(jī)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(jìn)機(jī)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(yuǎn)大于燃油黏度真實(shí)值（14×10-6m2/s）。

（1）零點(diǎn)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(diǎn)正確，調(diào)節(jié)器測量指示機(jī)構(gòu)正常，故障點(diǎn)是測黏計(jì)毛細(xì)管臟堵。

拆下測黏計(jì)毛細(xì)管，發(fā)現(xiàn)臟堵嚴(yán)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(shí)，燃油加熱溫度遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于真實(shí)黏度14×10-6m2/s所對(duì)應(yīng)溫度。逐步降低給定值，當(dāng)燃油溫度與真實(shí)黏度14×10-6m2/s所對(duì)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(yuǎn)小于真實(shí)值（14×10-6m2/s），與前述故障現(xiàn)象相反。故判斷故障點(diǎn)應(yīng)為測黏計(jì)的油泵過度磨損或安全閥異常泄漏。

再次解體測黏計(jì)，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(yàn)，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(qǐng)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(shí)，絕對(duì)禁止啟動(dòng)測黏計(jì)，避免損壞相關(guān)元件。

系統(tǒng)投入運(yùn)行，燃油溫度穩(wěn)定在真實(shí)黏度14×10-6m2/s所對(duì)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(shí)值，原因是齒輪泵微磨損，可通過校正量程處理。

首先，對(duì)測黏計(jì)測量壓差量程校驗(yàn)［3］（參考圖5）。

圖5 黏度和測量計(jì)測量壓差

① 根據(jù)測黏計(jì)銘牌上標(biāo)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(shí)測黏計(jì)測量壓差與黏度的線性關(guān)系。

② 過 A 點(diǎn)（14×10-6m2/s），B 點(diǎn)（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(diǎn)畫一水平線與縱線A-IS2交于點(diǎn)IS2。

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

由圖5可知，測黏計(jì)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(jì)齒輪泵嚴(yán)重磨損、毛細(xì)管內(nèi)徑過度腐蝕變大、測黏計(jì)馬達(dá)轉(zhuǎn)速異常降低等。

在此只需調(diào)量程，實(shí)際調(diào)量程操作如下：

① 手動(dòng)控制燃油溫度穩(wěn)定在真實(shí)黏度14×10-6m2/s所對(duì)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(dòng)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(diǎn)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(shí)、管理不善。故障機(jī)理是：

不潔燃油進(jìn)入毛細(xì)管中未及時(shí)清潔，毛細(xì)管臟堵嚴(yán)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(dòng)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(dòng)控制燃油溫度、維持燃油黏度的情況下，各儀表還在線運(yùn)行。測黏計(jì)未停止運(yùn)轉(zhuǎn)，毛細(xì)管臟堵越來越嚴(yán)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(yùn)十幾年之久，測黏計(jì)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(shí)值。

需強(qiáng)調(diào)一點(diǎn)，主管人員無法排除故障時(shí)，應(yīng)先切除系統(tǒng)工作，再調(diào)節(jié)氣動(dòng)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(jìn)一步引起各設(shè)備、儀表損壞，從而避免故障擴(kuò)大化、復(fù)雜化。

2.2 測量指針不能及時(shí)、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(shí)、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(dòng)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(dòng)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(shí)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(diǎn)：

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?。r(shí)，適當(dāng)調(diào)大比例帶或積分時(shí)間；

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

系統(tǒng)調(diào)節(jié)反應(yīng)遲鈍時(shí)，適當(dāng)增大微分時(shí)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(jī)構(gòu)（氣動(dòng)調(diào)節(jié)閥）傳動(dòng)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(dòng)、油氣分離室有空氣、密封液體被燃油污染等，應(yīng)對(duì)其進(jìn)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(shí)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(shí)值，原因可能在于調(diào)節(jié)器測量指示機(jī)構(gòu)、差壓變送器、測黏計(jì)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(dòng)儀表氣路污染或堵塞等造成自動(dòng)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(shí)穩(wěn)定（黑、紅色指針及時(shí)穩(wěn)定重合），對(duì)于測量、信號(hào)轉(zhuǎn)換、指示機(jī)構(gòu)引起燃油黏度顯示值偏離真實(shí)值導(dǎo)致燃油進(jìn)機(jī)溫度增高/降低的故障，若不仔細(xì)觀察比較，往往會(huì)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(cuò)誤地認(rèn)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(yùn)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(shí)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(jī)構(gòu)；

（5）每三個(gè)月校對(duì)差壓變送器零點(diǎn)；

（6）每三個(gè)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(duì)應(yīng)的溫度或主、輔機(jī)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(yàn)調(diào)節(jié)器測量指示機(jī)構(gòu)；

（8）每1～2年檢查并清潔測黏計(jì)毛細(xì)管、齒輪泵。

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

［2］鄭鳳閣，李凱.輪機(jī)自動(dòng)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(jī)自動(dòng)化［M］.大連：大連海事大學(xué)出版社，2008.