VAF 型燃油粘度自动控制系统 为了降低营运成本，目前几乎所有船舶柴油主机都燃用重油。这种油在常温下粘度很高，在管路中难以输送，更不能直接喷人气缸进行燃烧，故必须预先加热，使其粘度降低到规定的范围内。 表面来看，粘度控制好像是一个温度控制问题。这对某一固定品种的燃油来说是对的，因为某一种燃油的粘度与温度之间都有一一对应关系 ， 但对不同品种的燃油在温度相同的情况下，其粘度差异很大。如果对燃油采用温度控制，为了把燃油粘度控制在最佳喷射粘度上，对不同品种的燃油必须重新整定燃油温度的给定值， 其工作甚繁。特别是对不同品种的燃油混合在一起（从世界各港口装载燃油，油舱中的燃油常是不同品种的混合油）更难确定最佳喷射粘度所对应的温度值 。 因此 ， 在燃油进入高压油泵以前 ， 一般不采用温度控制而是采用粘度控制。它以燃油粘度作为被控量 ， 根据燃油粘度的偏差值控制加热器蒸汽调节阀的开度或电加热装置接触器。 目前在船上常用的有 VAF 型、 NAKAKITA 型及 V1SCOCHIEF 型等粘度控制系统，其中 VAF 型粘度控制系统应用得较为广泛。这里先介绍该系统的组成及工作原理，下一节介绍用单片机组成的 VISCOCHIEF 型燃 油粘度自动控制系统。关于 NAKAKITA 型燃油粘度控制系统，这里不再加以介绍。 一、 VAF 型燃油粘度控制系统的组成 VAF 型燃油粘度自动控制系统如图 1 - 2 - 1 所示。它主要由测粘计 1 、差压变送器 4 、气动调节器 3 及调节阀 8 等部分组成。 测粘计用来检测燃油加热器出口的燃油粘度，并把燃油粘度值成比例地转换为压差信号 作为粘度的实际值送至差压变送器，差压变送器把该压差信号成比例地转换为 0 . 02MPa 0 . 1M P a 的气压信号送到调节器和指示仪表。调节器根据燃油粘度的测量值与给定值相比 较所得到的偏差值，按比例积分作用规律输出一个控制信号来改变蒸汽调节阀的开度，改变对燃油的加热强度，把燃油粘度维持在给定值上。 二、测粘计 测粘计的结构原理如图 1 - 2 - 2 （所示，其主要部件是恒定排量的齿轮泵 1 和毛细管 2 。齿轮泵装在燃油加热器出口的燃油管路中。齿轮泵由电机经减速装置驱动，它的转速恒定，因此齿轮泵经毛细管排出的油流量是恒定的。如果齿轮泵排量很小，毛细管内径很小，通过毛细管油流量恒定，并且燃油在毛细管中的流动是处在层流状态，那么毛细管两端的压差就与燃油粘度成正比。图中正、负连接管 3 之间的 压差 P 就反映了燃油粘度的实际值。 三、差压变送器 差压变送器是燃油粘度的变送单元，它把表征燃油粘度的压差信号成比例地转换力气压信号送到调节器和粘度的指示仪表。差压变送器是由测量和变送两个单元组成的，其结构原理如图 1 - 2 - 3 所示。 图 1 - 2 - 3 （ a ）是测量单元的结构原理图。测粘计正、负接管 3 的高压和低压信号分别到差 压变送器测量单元的“ + ”端和“ - ”端，使作用在两个波纹管上的压力差与弹簧 4 的张力平衡。当粘度增大时，压力差增大，右边的波纹管被压缩（波纹管内的液体被排挤到左边的波管 中）， 左边的波纹管伸长。通过传动杆 5 的左移使扭转轴 6 逆时针转动产生一个角位移，这个角位移的大小与正、负压室的压差信号成正比，也就是与燃油粘度成正比。当粘度减小时，正、负压室的压差信号减小，在弹簧 4 的作用下，压缩左边的波纹管（波纹管内的液体被排挤到右边的波纹管中），右边的波纹管伸长，通过传动杆 5 右移使扭转轴 6 顺时针转过一个角度。可见，测量单元的作用是把测粘计送来的压差信号成比例地转换为扭转轴的角位移。波纹管中充注液体的作用是，对波纹管的变形图 1 - 2 - 2 测粘计结构原理图即对传动杆 5 的移动，起阻尼作用，防止产生振荡。特 别是当输入的压差信号太大时，传动杆上的密封圈的锥面将液体的流动通道密封，由于液体不可压缩，波纹管不会继续变形，即可防止波纹管产生过大变形而被压坏。 图 1 - 2 - 3 （ b ）是差压变送器变送单元的结构原理图。（ b ）中的 1 就是（ a ）中的扭转轴 6 。变送单元的作用是，把反映燃油粘度大小的扭转轴 1 的角位移成比例地转换为 0 02 MPa 0 1 MPa 的气压信号，即当燃油粘度为零时，变送单元输出为 0.02 MPa ；当燃油粘度达到满量程时，变送单元输出为 0.1MPa 。 当燃油粘度增大时，扭转轴：逆时针转过一个角度， 杠杆： O 右端上移，以可移动支点 11为支点，杠杆 10 左端下移，挡板 2 靠近喷嘴 3 ，喷嘴背压升高。这时双波纹管中的压力 P i 增大，双波纹管框架 12 下移，上阀盘 8 紧压在框架阀座上，下阀盘 7 离开阀座，气源（ 0.14MPa ）经下阀盘 7 与阀座之间的开度进入壳体的内部空间，使输出压力声。增大，它作为差压变送器的输出送至调节器和粘度指示仪表。同时，增大的 P O 一方面送到上阀盘 8 的下面，由于 P O 的增大使框架 12 所受至 1 向上作用力和向下作用力的增加量基本相等，另一方面使反馈膜片 9向上弯，并使传动杆连同可移动支 点 11 起向上移，限制挡板 继续靠近喷嘴。这一负反馈作用能 使 输出压力 P O 稳定在 比 原来高的数值上，并且该压力与燃油粘度成比例。当燃油粘度减 小时 ，扭转轴 1 顺时针 转过一个角度， 杠 杆 10 以 11 为支点顺时针转动，挡板 2 离开喷嘴 3 。喷嘴背压降低，双波纹管收缩，框架上移，在弹簧作用下关 小 阀 7 ，减少气源经阀 7 进入壳体内部的空气量，壳体内部空气不断通过 小孔 放大气，使输出压力 P O 降低。这时反馈膜片 9 连同传动杆和可移动支点 11 一起下移，限制挡板继续离开喷嘴。这一负反馈作用能使输出压力 P O稳定在比原来低的数值上。 任何变送器都能根据测量信号的变化范围 进行调零和调量程。该变送器的调整方法如下： 调零是指当输入的压差信号为零（相当于燃油粘度为零）时，差压变送器的输出为 0 . 02MPa（燃油粘度指针指零）。在调零时，先开启差压变送器 测 量管路上的平衡阀 9 （见图 1 - 2 - 1 ），再关闭测粘计上面的正、负连接管路上的截止阀 D 和 E （见图 1 - 2 - 1 ）。这时差压变送器测量单元正、负压室的压力相等，相当于燃油粘度为零。在这种情况下观察调节器上的黑色 测 量指针（见图 1 - 2 - 4 ） 是否指零，若指零，变送器输出为 0 . 02 MPa ， 说明变 送器的零点准确。若不指零，应打开差压变送器的上盖，拧 动调零螺丝 M （见图 1 - 2 - 3 （ b ），上下移动支点 11 ，改变喷嘴挡板 的初始开度使变送器输出为 0 . 02 MPa （调节器上黑色测量指针指零）为止。零点调好后，先开启测粘计上面正、负连接管路上的截止阀 D 和 E ，然后关闭平衡阀 9 。这时，调节器上的黑色指针就会指示出燃油粘度的测量值。在调零过程中平衡阀 9 和截止阀 D 、 E 的开关顺序要特别注意，以免差压变送器的测量单元正、负压室单向受力。 调量程是指当燃油粘度变化全量程，即粘度从零变化到所能测量的最大值时，差压变送器输出的压力变化范围应是 0 . 02 MP a 一 0 . 1 M p a 。在线的差压变送器因不具备用标准油样进行粘度值标定的条件，现场只好用凑试法进行量程调整。调量程的步骤是三当主机燃用某一品种燃油时，根据供油公司提供的本油品粘温特性表可查找到喷射最佳粘度所对应的最佳温度值。按操作规程，将调节器上的手动 - 自动转换开关转换到“手动”位置，用调节器上的手操调压阀旋钮 13 （见图 1 - 2 - 4 ）控制蒸汽调节阀的开度（或手操蒸汽调节阀）使燃油加热器出口的燃油温度保持在这一最佳温度值上。然后，按上述调整零点方法进行调零后，先开启截止阀 D 和 E 再关闭平衡阀 9 ，让差压变送器投入正常工作。因为这时燃油温度为最佳温度，所以燃油粘度应为最佳粘度，调节器上的黑色指针也应正好指在最佳粘度值上。如果黑色指针的读数达不到最佳粘度值，说明差压变送器的量程大了，即当燃油粘度变化达全量程时，差压变送器的输出达不到 0 . 1 MPa 。为了减小量程，可松开差压变送器的放大系数调整旋钮 K ，向右移动与可移动支点 11 连在一起的压差范围的百分比 10 指针，由于支点 11 右移，尽管扭转轴 1 在调整前后转过相同角度，但是喷嘴挡板之间开度的变化量调整后就会增大，即差压变送器的放大系数增大了 ，换句话说，要使它输出 0 . 1 MPa ，燃油粘度的测量值只要作较小范围的变化，即可减小量程。相反，左移可移动支点 11 会增加差压变送器的量程。通过移动支点 11 ，直到使黑色指针指在最佳粘度值上为止。移动支点 11 后，差压变送器零点会改变。这时要扭紧旋钮 K ，重新调零点，零点调好后再松开旋钮 K 调量程，一般要反复进行 2 次 3 次才能把零点和量程调准确，调准后扭紧旋钮 K ，盖好差压变送器的上盖，确认红色给定指针指到最佳粘度值上，最后，把调节器上的转换开关转回到自动控制位置 。 四、调节器 VAF 型粘度控制系统 所用的调节器是按位移平衡原理工作的，能实现比例积分的控制作用。图 1 - 2 - 4 示出了调节器的结构原理图（这是平面立体图，注意下述杆件的动作方向）。 当控制系统处于平衡状态时，燃油粘度测量值等于给定值，调节器上的黑色指针 2 和红色指针 19 重合。 当系统受到扰动时（如柴油机负荷突然增大，流过加热器的燃油量增多，而蒸汽调节阀的开度暂时未变，燃油粘度会增加），测量值会离开给定值出现偏差。如果测量值大于给定值，差压变送器输出的气压信号增大，波纹管 1 伸长，经传动杆推动扇形轮绕固定轴逆时针转动一个角度，它使 指示盘上的黑色测量指针 2 顺时针即朝粘度增大方向转动。同时，连杆 AB 上移，带动杠杆 BD 绕 C 轴逆时针转动， D 点下移，通过弹簧 18 的挠性传动，使 P 轴顺时针转动，于是装在 P 轴上的挡板 3 离开喷嘴 4 ，喷嘴背压下降。这个背压经手动一自动转换阀作用在气动功率放大器 5 的膜片 7 下面，使膜片 7 连同排气阀座一起下移，开大排气阀，气源送来的压缩空气排大气量增加，调节器的输出压力 p 出减小（这是反作用式调节器）。调节器的输出 P 出 分四 路；一是直接送至气关式蒸汽调节阀，开大调节阀，增加通人加热器的蒸汽量以降低燃油粘度；二是送至输出压力表 17 ，指示调节器输出 P 出 的值；三是直接通反馈波纹管 10 的内部空间，通过负反馈实现比例作用；四是经积分阀 11 与反馈波纹管外面的积分气室 12 相通，这一路通过 附加正反馈实现积分作用。 当调节器的输出 P 出 降低时，反馈波纹管内的压力会瞬间降低，由于积分气室 12 中压力还未来得及变化，所以反馈波纹管被压缩，反馈杆 LN 左移。在比例带调整盘上，拨动杆 MN 、反馈杆 LN 和反馈弹簧片 OJ 的端部铰接 在一起，铰接点的运动轨迹是以 M 点为圆心，以 MN 为半径的圆弧。当反馈杆 LN 左移时， N 、 J 点均沿圆弧轨迹线下移，于是反馈弹簧片 OJ 下移，使杆件 OC 绕 P 轴逆时针转动，由于 AB 杆暂时不动，所以 BD 杆将以 B 为支点顺时针转动， D 点上移，通过弹簧 18 的挠性传动使 P 轴逆时针转动，挡板将向靠近喷嘴方向移动，这是负反馈。喷嘴挡板的开度是靠输人信号使挡板离开喷嘴的位移与反馈信号使挡板靠近喷嘴的位移相平衡而暂时稳定下来的，这时挡板的开度比原来的开度稍大一点，偏差越大这个开度变化量也越 大，输出压力 P 出 降低得越多。显然，这一负反馈