VN215/93油霧濃度探測(cè)器原理分析及管理建議

杜守志

摘 要：本文以SCHALLER AUTOMATION生產(chǎn)的VISATRON OIL DETECTOR VN215/93為例介紹其工作原理，結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)，維修保養(yǎng)方法及常見的故障原因處理辦法。

關(guān)鍵詞：VN215/93;不透光度;靈敏度;真空度;負(fù)壓

中圖分類號(hào)：U672.7 ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1006—7973（2019）06-0047-02

隨著船舶噸位越造越大和船舶柴油機(jī)技術(shù)的發(fā)展，柴油機(jī)的功率和功率重量比越來越大，對(duì)柴油機(jī)的潤滑要求也越來越高，但同時(shí)也伴隨著產(chǎn)生更多的熱量使滑油容易被蒸發(fā)成油氣，而若是運(yùn)動(dòng)件某部位由于某種原因缺乏潤滑產(chǎn)生熱點(diǎn)造成高熱，會(huì)產(chǎn)生更多的熱量，更容易使滑油氣化，這種油氣在曲拐箱內(nèi)很快冷凝成油霧，更易造成曲拐箱油霧濃度超極限值，況且機(jī)械部件在運(yùn)動(dòng)時(shí)也會(huì)對(duì)滑油有機(jī)械霧化作用形成油霧，因此柴油機(jī)油霧濃度探測(cè)器對(duì)柴油機(jī)的安全運(yùn)行尤為重要，對(duì)其準(zhǔn)確性和響應(yīng)度提出了更高的要求，特別是當(dāng)油霧濃度報(bào)警后需要及時(shí)對(duì)主機(jī)進(jìn)行減速或者停車，避免發(fā)生機(jī)損事故。

1 工作原理

VN215/93由空氣噴射泵，測(cè)量單元（內(nèi)部有檢測(cè)室，檢測(cè)室內(nèi)部有2個(gè)光電傳感器，一個(gè)為紅外光發(fā)送器，另一個(gè)為接收器），閥箱，虹吸塊等組成。當(dāng)柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)，由曲拐箱來的油氣經(jīng)過虹吸塊的處理后通過抽氣泵的作用進(jìn)入閥箱進(jìn)一步處理，處理后少量氣體樣品進(jìn)入到測(cè)量單元中，由通道兩端的光電傳感器進(jìn)行檢測(cè)。在檢測(cè)室內(nèi)，光電傳感器檢測(cè)氣體樣品的不透光度（阻光度），由于油霧對(duì)光線的吸收作用，阻光度的大小即直接反應(yīng)了油霧的濃度。當(dāng)油霧濃度增大時(shí)，阻光度增加，檢測(cè)單元一端的接收器感受到紅外線光減少，輸出的光電流也變小，油霧濃度大于設(shè)定的警報(bào)值時(shí)，接收器輸出的電流低于設(shè)定的警報(bào)值，電流通過回路轉(zhuǎn)換再經(jīng)放大器后接通機(jī)艙監(jiān)測(cè)報(bào)警點(diǎn)發(fā)出報(bào)警，同時(shí)進(jìn)入安保系統(tǒng)使主機(jī)減速或者停車。（如圖1）

2 結(jié)構(gòu)性能特點(diǎn)

SCHALLER VN215/93通過一個(gè)空氣抽吸泵利用文丘里效用使檢測(cè)室產(chǎn)生負(fù)壓，此抽氣系統(tǒng)因無運(yùn)動(dòng)部件不產(chǎn)生磨損可以持續(xù)的抽取曲拐箱中的氣體，保證工作的精準(zhǔn)性和避免大團(tuán)油霧形成。采用了特殊虹吸塊的設(shè)計(jì)可以避免由于運(yùn)動(dòng)部件飛濺甩油造成的故障報(bào)警。本系列船舶油霧濃度探測(cè)器有10個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)都有一個(gè)虹吸塊，經(jīng)過虹吸塊過來的油霧氣體進(jìn)入到閥箱內(nèi)部進(jìn)行初步的除塵除水，之后很小一部分再送到離心分離器清除較大的油霧和水珠，其余大部分由專門的排出管排到曲拐箱內(nèi)部，然后經(jīng)過上述處理過比較干凈的油霧氣體再被加熱后使其中的水霧氣化，在進(jìn)入檢測(cè)室進(jìn)行檢測(cè)，從而保證了檢測(cè)的準(zhǔn)確性同時(shí)檢測(cè)室的油霧集聚變少不易臟污便于維護(hù)保養(yǎng)。由于柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)的時(shí)候其曲拐箱內(nèi)部的容積是變化的，虹吸塊，閥箱和離心分離器的設(shè)計(jì)可以相當(dāng)于一個(gè)大的氣容從而有助于緩和因曲拐箱內(nèi)部氣壓變化引起待測(cè)油霧氣體流速的變化。

閥箱上面有10個(gè)紅色顯示，其代表的是10個(gè)電磁閥的工作情況，其實(shí)VN215/93并不是要等到油霧濃度超過報(bào)警值才動(dòng)作的。上文提過該探測(cè)器通過測(cè)不透光度（阻光度）來判斷油霧的濃度，100%的不透光度表示沒有一點(diǎn)光從檢測(cè)室透過。IACS UR67要求油霧濃度探測(cè)器在油霧濃度爆炸下限的5%報(bào)警，油氣的爆炸下限約為油霧濃度在溫度為25℃的時(shí)47mg/l，由此計(jì)算報(bào)警的時(shí)候油霧濃度約為2.5mg/l（在測(cè)量端2.5mg/l的濃度相對(duì)與全測(cè)量范圍約為23%絕對(duì)不透光度），該裝置靈敏度（裝置啟動(dòng)搜尋點(diǎn)）一般設(shè)置為4級(jí)（對(duì)應(yīng)不透光度為2.4%約為報(bào)警值的10%），當(dāng)油霧濃度增加到靈敏度點(diǎn)時(shí)候裝置啟動(dòng)搜尋程序去判斷哪缸油霧濃度高，具體搜尋方法為分組判斷排除法，首先將10個(gè)采樣點(diǎn)分成左右兩組，關(guān)閉其中一組電磁閥，若是濃度高則說明沒關(guān)閉的一組有問題，再將此懷疑有問題的5個(gè)采樣點(diǎn)分為2組，關(guān)閉其中一組，若是濃度高說明沒關(guān)閉的一組有問題繼續(xù)分組判斷直到找出具體哪個(gè)缸油霧濃度高。VN215/93不同于MARK系列的探測(cè)器，它采用的實(shí)時(shí)采樣法，響應(yīng)更迅速。

SCHALLER VN215/93工作空氣由控制空氣經(jīng)一個(gè)節(jié)流閥及減壓閥調(diào)節(jié)后供給（與排氣閥彈簧空氣一路），適當(dāng)調(diào)節(jié)節(jié)流閥和減壓閥即可補(bǔ)償空氣泵氣壓變化，維持真空度穩(wěn)定。檢測(cè)負(fù)壓（真空度）的是采用2個(gè)微型溫度電阻，由一個(gè)穩(wěn)壓電源24V對(duì)電阻供電保證電流穩(wěn)定，當(dāng)有氣流吹向電阻的時(shí)候，由于電阻溫度下降相應(yīng)的電阻值減小，回路電流值變大，此電流的差值即可與氣體流速的大小成非線性比例。由于檢測(cè)室內(nèi)部有一定的真空度當(dāng)有新鮮空氣通過節(jié)流孔吹向溫度電阻的時(shí)候，真空度越大，氣體流速越高，電流差值也越大，從而反映了檢測(cè)室內(nèi)部真空度大小。另一個(gè)溫度電阻起到環(huán)境溫度補(bǔ)償作用。

SCHALLER VN215/93裝置有故障診斷功能，14個(gè)指示不透光度的發(fā)光二極管同時(shí)也用作故障指示。正常情況下電源燈和ready燈是綠色的，右側(cè)的LED顯示的是當(dāng)前曲拐箱的油霧濃度。當(dāng)有故障發(fā)生時(shí)，ready燈滅，右側(cè)LED的一個(gè)再閃，說明油霧濃度探測(cè)器有故障，可以從旁邊找到閃的那個(gè)的相應(yīng)代號(hào)從而找到可能的故障，比如14燈在閃說明負(fù)壓太低或空氣流量太少。Code窗口也會(huì)顯示相應(yīng)代碼，如顯示E014表示真空度（負(fù)壓）太低value欄顯示與啟動(dòng)閾值壓力的百分比。SCHALLER VN215/93裝置配個(gè)遙控顯示安裝在集控室，遙控顯示與油霧濃度探測(cè)器顯示同步。

3 維修保養(yǎng)方法

VN215/93為用戶提供了顯示參數(shù)和調(diào)整參數(shù)的接口，可以通過按3個(gè)閃光按鈕（最上面的為up，中間的為down，最下面的為enter/reset，具體觸摸就可以）來調(diào)節(jié)。通過長按3秒以上up按鈕參數(shù)顯示模式被觸發(fā)，按up或down可以瀏覽參數(shù)列表，如005 ：code里面顯示的005代表測(cè)量端負(fù)壓，value顯示當(dāng)前壓力與啟動(dòng)閾值壓力的比值用%表示。可以通過同時(shí)按up和down兩個(gè)按鈕3秒以上進(jìn)到參數(shù)調(diào)整模式，此模式下可以調(diào)整參數(shù)，調(diào)整時(shí)需要用密碼進(jìn)去，密碼為4711（不能更改）。輸密碼方法：當(dāng)code顯示P000時(shí)候按enter/reset的那個(gè)按鈕，通過up和down按鈕來找到數(shù)字4接著按ENTER輸入并移到下個(gè)數(shù)字位繼續(xù)操作。退出參數(shù)調(diào)整模式可以同時(shí)按up和down3秒以上或者不用操作一分鐘后自動(dòng)退出（上述參數(shù)顯示模式也可以不要操作一分鐘后自動(dòng)退出）。靈敏度調(diào)節(jié)是在參數(shù)調(diào)整模式下進(jìn)行，按down按鈕進(jìn)入到P001，可進(jìn)行調(diào)整，其顯示范圍為3-6，出廠設(shè)定為4，船上盡量不要調(diào)節(jié)。靈敏度3級(jí)（對(duì)應(yīng)不透光度為1.6%），4級(jí)（對(duì)應(yīng)不透光度為2.4%）為船舶常設(shè)置的位置且符合要求，一般不設(shè)置5，6級(jí)，靈敏度設(shè)置過高檢測(cè)裝置準(zhǔn)確性低和響應(yīng)速度慢。

檢查和調(diào)整真空度（負(fù)壓）：可以在停機(jī)狀態(tài)下通過節(jié)流閥和減壓閥調(diào)節(jié)，最好保持機(jī)艙風(fēng)機(jī)3臺(tái)以上運(yùn)行確保機(jī)艙一定的背壓，一般調(diào)整到60mm水柱負(fù)壓，如果負(fù)壓設(shè)定過高可能會(huì)造成監(jiān)測(cè)的靈敏性降低。具體檢查辦法：把U管測(cè)壓計(jì)安裝于檢查蓋上，打開彈簧空氣，如果測(cè)壓計(jì)顯示60mm水柱（允差±5mm）則說明正常無需調(diào)節(jié)，若壓力不正常，則首先調(diào)節(jié)節(jié)流閥使檢測(cè)室負(fù)壓到80mm水柱，然后再通過微調(diào)減壓閥使負(fù)壓到60mm水柱。節(jié)流閥里面的濾器也需要經(jīng)常清潔或者更換，一般每半年或者運(yùn)行4000小時(shí)需要檢查清潔，清潔后需要重新調(diào)整真空度。

VN215/93設(shè)計(jì)了一路新鮮空氣吹進(jìn)光電傳感器（濾光玻璃鏡）防止油氣接觸到鏡片并時(shí)刻對(duì)鏡片進(jìn)行沖洗，同時(shí)冷卻測(cè)量室和濾光鏡片，但是平時(shí)也需要我們按說明書要求對(duì)鏡片進(jìn)行保養(yǎng)，方法為用棉簽蘸專用的清潔劑或者酒精清潔紅外線濾光玻璃鏡同時(shí)可以用針狀物清潔左右新鮮氣口。檢測(cè)室的金屬燒結(jié)濾器平時(shí)也需要保養(yǎng)更換，此濾器相當(dāng)于節(jié)流孔，新鮮空氣由此通過，臟了后會(huì)報(bào)警，最好直接換新的備件，清潔后的使用時(shí)間都不長，安裝的時(shí)候注意反正面，粗的一面朝外，一般使用2000小時(shí)即需更換。

裝置功能試驗(yàn)方法：可分為模擬測(cè)試和單缸實(shí)際測(cè)試。模擬測(cè)試在主機(jī)停機(jī)狀態(tài)下可以使用試驗(yàn)面板A和試驗(yàn)玻璃B，首先打開探測(cè)器的控制蓋子用試驗(yàn)板A完全遮擋氣口，此時(shí)裝置抽吸產(chǎn)生負(fù)壓，正常后READY會(huì)亮，然后插入試驗(yàn)玻璃B（代表10%濃度）到A板的開槽中遮住玻璃鏡，此時(shí)油霧濃度高報(bào)警，ALARM燈亮，主機(jī)安保系統(tǒng)報(bào)警表明裝置功能正常，然后取下試驗(yàn)板及玻璃，復(fù)位，確保裝置可用。單缸實(shí)際測(cè)試：在主機(jī)停機(jī)狀態(tài)下，打開一個(gè)缸曲拐箱道門，在檢測(cè)口吹一口煙，濃度要足夠大，煙霧被吸入后，超過靈敏度標(biāo)值裝置將啟動(dòng)搜尋程序，判斷是哪缸油霧濃度高，持續(xù)升高的油霧將觸發(fā)報(bào)警并引起主機(jī)安保系統(tǒng)動(dòng)作報(bào)警說明裝置功能正常。

4 常見故障及處理方法

VN215/93裝置常見的故障報(bào)警就是E014負(fù)壓或空氣流量過低，可能的原因有：節(jié)流閥內(nèi)部濾器臟堵，減壓閥內(nèi)部臟污閥芯動(dòng)作不靈敏導(dǎo)致功能失效（安?？諝鈿鈮鹤兓蜁?huì)導(dǎo)致報(bào)警），檢測(cè)室金屬燒結(jié)濾器臟污，檢測(cè)室密封不嚴(yán)橡皮床墊損壞漏氣，閥箱及離心分離器排出口臟堵，虹吸塊內(nèi)部缺油，電路板故障等，具體處理辦法可以遵從先易后難原則。

參考文獻(xiàn)：

[1] 李紅飛. 船舶柴油機(jī)曲軸箱油霧濃度檢測(cè)裝置的研究與設(shè)計(jì)[D]. 武漢理工大學(xué)， 2013.