船舶分油機(jī)控制模塊研究

王凱亮

【摘要】分油機(jī)是海洋船舶機(jī)艙中不可缺少的設(shè)備之一，它對潤滑油和燃油的凈化起著非常重要的作用。本文通過分析分油機(jī)的工作原理，從提高分油效率和延長分油機(jī)的使用壽命出發(fā)，比較了各類型分油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，提出了s型分油機(jī)是綜合考慮高效率、經(jīng)濟(jì)性和適用性能的分油機(jī)。同時，針對該分油機(jī)的特點(diǎn)，提出了在控制方面可以改進(jìn)的控制模塊，為船舶自動化、智能化打下了較好的基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】分油機(jī) 分油效率 控制模塊

1引言

分油機(jī)是遠(yuǎn)洋或沿海船舶必備的輔助機(jī)械設(shè)備之一，也是船舶主柴油機(jī)和輔柴油發(fā)電機(jī)燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)的組成部分。一般的貨運(yùn)船舶配備四臺分油機(jī)，其中兩臺為燃油分油機(jī);另外兩臺為滑油分油機(jī)。正常工作期間，燃油分油機(jī)一臺工作，一臺備用;滑油分油機(jī)也是一臺工作，一臺備用。燃油分油機(jī)與滑油分油機(jī)都是同一廠家同一型號分油機(jī)，只是分工不同，燃油分油機(jī)接燃油管理系統(tǒng);滑油分油機(jī)接滑油管路系統(tǒng)。

一般燃燒輕柴油的船舶都不配備分油機(jī)，原因在于完全以輕柴油為燃料的船舶往往都是柴油機(jī)功率小、用途簡單的微小型船舶，其滑油消耗量也較小，所以無須配備分油機(jī)。燃燒重油的船舶主機(jī)功率較大，消耗滑油也較多，所以配備燃油與滑油分油機(jī)。

2分油機(jī)的工作原理與特點(diǎn)分析

分油機(jī)并不是一個獨(dú)立的機(jī)械設(shè)備，一般由交流電動機(jī)驅(qū)動，交流電動機(jī)轉(zhuǎn)動驅(qū)動分離盤轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)動，依靠離心力分離燃油或滑油中的水分與雜質(zhì)。燃油與滑油進(jìn)入分油機(jī)之前要先經(jīng)過沉淀、排水等物理過程去除主要的水與雜質(zhì)，然后在進(jìn)入分油機(jī)之前通過加熱吸收熱量以提高油的流動性。所以分油機(jī)系統(tǒng)實(shí)際上包含了電動機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)與加熱裝置。

分油機(jī)的發(fā)展經(jīng)歷了三代。第一代是機(jī)械式分油機(jī)，包括分水機(jī)與分雜機(jī);第二代是FOPX型自動分油機(jī);第三代是s型分油機(jī)。第一代的產(chǎn)品也稱為手動分油機(jī)，沒有自動控制的環(huán)節(jié)。當(dāng)待分油進(jìn)入分油機(jī)開始分油后，人為觀察分水機(jī)儲水口的液面或者分雜機(jī)固體雜質(zhì)的多少，當(dāng)發(fā)現(xiàn)分水機(jī)或分雜機(jī)中分出的水分或雜質(zhì)足夠多時，停止待分油進(jìn)入分油機(jī)，同時分油機(jī)運(yùn)行，進(jìn)行人工排水與排渣的操作。在把分水機(jī)中分出的水分與分雜機(jī)中分出的固體雜志排空之后，還要拆除分油機(jī)的分離盤進(jìn)行手動清洗，再安裝完成后進(jìn)行新的一輪分油操作。很顯然，這種最初的第一代產(chǎn)品在工作工程中需要輪機(jī)員一直參與工作，是非常不方便的。當(dāng)然，優(yōu)點(diǎn)在于通過人工的定期清洗分油機(jī)可以延長分油機(jī)的使用壽命，保持良好的分油效果。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和自動化程度的提高，分油機(jī)也進(jìn)入了單片機(jī)控制的自動分油機(jī)時代。所以第二代的FOPX型自動分油機(jī)就是在這種背景下產(chǎn)生的。它的主要功能就是實(shí)現(xiàn)了分水和分雜的分油一體化;分油過程中的排水與排渣都是自動進(jìn)行，并不會中斷正常的分油過程;所有的工作都是按照時序由計算機(jī)執(zhí)行完成的，不需要人工進(jìn)行現(xiàn)場的監(jiān)測與參與。FOPX型分油機(jī)的典型特點(diǎn)是部分排渣，排渣期間不中斷進(jìn)待分油，且每次排渣時排渣口打開時間很短，這一切都是自動控制完成的。該分油機(jī)的核心裝置是WT200型水分傳感器和8031單片機(jī)，統(tǒng)稱為EPC-400。結(jié)構(gòu)上，F(xiàn)OPX型分油機(jī)有兩根進(jìn)水管：一是正常分油期間管P2斷續(xù)供水補(bǔ)償水分的流失，稱為補(bǔ)償水，此時管P1是斷水的;二是排渣時兩根管P1和P2同時連續(xù)進(jìn)水，目的是為了頂開排渣口，稱為開啟水或操作水。排渣結(jié)束后排渣口因重力作用關(guān)閉，管P2連續(xù)供水密封分油機(jī)，此時管P1斷水，稱為密封水。控制分油機(jī)進(jìn)補(bǔ)償水的電磁閥是MVl6，管P2的斷續(xù)供水由電磁閥斷續(xù)通電進(jìn)行控制。當(dāng)然，管P2連續(xù)進(jìn)密封水是電磁閥連續(xù)通電控制。控制開啟水來排渣的電磁閥是MV15，通電打開3s進(jìn)開啟水為打開排渣口做準(zhǔn)備。在正常分油時為排出待分油分出的水用排水電磁閥MV5通電打開約20s實(shí)現(xiàn)。同時，當(dāng)待分油含水量過少時，電磁閥MV10通電打開，向分油機(jī)內(nèi)注入置換水以防止排水時將油排出。

FOPX型分油機(jī)的自動控制過程包含：（1）假設(shè)待分油含水量極少，達(dá)上限時間63min之后凈油含水量仍達(dá)不到觸發(fā)值，此時電磁閥MVl0先通電進(jìn)置換水，然后排渣一次;（2）假設(shè)待分油含水量正常，在大于10min小于63min時間區(qū)間內(nèi)時凈油含水量達(dá)到了觸發(fā)值，這種情況就正常排渣;（3）假設(shè)待分油含水量稍多，在下限時間10min之內(nèi)凈油含水量就達(dá)到觸發(fā)值，排水電磁閥MV5先打開20s排水一次，再等待上限時間63min之內(nèi)凈油含水量達(dá)到觸發(fā)值后的第一次排渣，也就是說即排一次水后凈油含水量下降到正常范圍了;（4）假設(shè)待分油含水量太多，下限時間10min之內(nèi)凈油含水量達(dá)到觸發(fā)值，排水電磁閥MV5先打開20s排水一次后，但仍在10min之內(nèi)凈油含水量又達(dá)到觸發(fā)值（還沒有達(dá)到規(guī)定的大于10min小于63min時間區(qū)間內(nèi)的排渣），那么先關(guān)閉排水閥進(jìn)行第一次排渣，如果沒有效果且時間仍然在下限時間10min之內(nèi)，則再關(guān)閉排水閥進(jìn)行第二次排渣，時間在下限時間10min之內(nèi)還沒有效果進(jìn)行第三次排渣，再沒有效果就停止待分油進(jìn)分油機(jī)，并報警。

S型分油機(jī)是由FOPX型分油機(jī)改進(jìn)而來。FOPX型分油機(jī)的特點(diǎn)是邊排渣邊進(jìn)待分油，表面上看分油效率較高，實(shí)際上這種邊分油邊排渣的分油機(jī)很難做到兩者兼顧，即分油也不是那么干凈，排渣也不是那么徹底。手動操作分油機(jī)雖然效率低下，但是分油一段時間后停止分油專門排渣可以有效地把渣排干凈，而且排渣過程中不進(jìn)行分油操作最大的優(yōu)點(diǎn)是排渣分油分開進(jìn)行不會相互影響。所以，在這種背景下，出現(xiàn)了能夠把手動操作分油機(jī)和FOPX型分油機(jī)的優(yōu)點(diǎn)相結(jié)合的s型分油機(jī)。

S型分油機(jī)設(shè)定一個時間，該時間段內(nèi)一直分油，設(shè)定時間到就排渣。s型分油機(jī)排渣時，先停止分油，再集中排渣。結(jié)構(gòu)上也是采用單片機(jī)形式，控制器為EPC-50，水分傳感器為MT50，相比較FOPX型分油機(jī)，S型分油機(jī)更先進(jìn)，同時也多了友好的操作界面。s型分油機(jī)在結(jié)構(gòu)上與FOPX型分油機(jī)有兩處不同。一是s型分油機(jī)置換水從專用的置換水水管DI口進(jìn)入，它的置換水進(jìn)口與待分油進(jìn)口不同，但管路是同一根，而FOPX型分油機(jī)則是兩根完全不同的管路。FOPX型分油機(jī)的置換水是待分油含水量過少，防止排渣時誤將油排出去，才加置換水。s型分油機(jī)置換水也叫沖洗水，作用是用置換水將分離筒內(nèi)的油全部擠出干凈后，再停止分油進(jìn)行徹底排渣，以使下次分油凈筒起動，同時還可以做到無油停機(jī)。二是工作水管路的不同。s型分油機(jī)正常分油時管P2斷續(xù)供水，管P1斷水，管P2斷續(xù)進(jìn)的水起補(bǔ)償作用，叫補(bǔ)償水。與FOPX型分油機(jī)不同的是管P1、P2是同一根管路，只不過由不同的電磁閥控制。s型分油機(jī)氣動控制閥組SVl控制待分油控制閥V1;SV4控制待凈油出口閥V4;SV5控制排水出口閥V5。

不管是S型分油機(jī)還是FOPX型分油機(jī)，補(bǔ)償水、開啟水或操作水、密封水統(tǒng)稱為工作水。SV10電磁閥控制的置換水在FOPX型分油機(jī)中是解決分油機(jī)中含水量過少的問題;在s型分油機(jī)中既叫沖洗水，又叫調(diào)節(jié)水，為了排渣進(jìn)的置換水叫沖洗水，在分油機(jī)校準(zhǔn)啟動程序中計算置換水量時又稱為調(diào)節(jié)水。

s型分油機(jī)的控制過程包括：設(shè)定時間內(nèi)水分含量監(jiān)測大于100pF，先排水一次，如果監(jiān)測值低于70pF，繼續(xù)分油;如果在分油設(shè)定時間內(nèi)水分含量監(jiān)測仍大于70pF，繼續(xù)排水，最多可以排5次水。設(shè)定時間內(nèi)排5次水后仍大于70pF，先排一次渣（盡管沒到排渣時間），排完渣后再監(jiān)測水分，如果仍大于70pF，再排水，仍然可以再排5次水，然后停止程序報警。

3分油機(jī)的控制環(huán)節(jié)分析

s型分油機(jī)和FOPX型分油機(jī)兩種分油機(jī)都是時序控制，但是里面都有Pl控制器，主要是油在進(jìn)入分油機(jī)前要加熱，加熱溫度的控制是由PI控制器來實(shí)現(xiàn)的。除此之外，分油機(jī)的控制在以下兩個方面可以做些改進(jìn)和改造。

3.1 S型分油機(jī)置換水流量控制

s型分油機(jī)在修理或拆卸之后，每次啟動之前要進(jìn)行校準(zhǔn)，其中置換水量的設(shè)置比較復(fù)雜。假設(shè)密封時間Ti58、排渣口打開時間Ti56、工作水排水時間Ti57、進(jìn)置換水時間Ti63（即對應(yīng)的置換水流量），所有的時間總和即為Ti59。Ti59的最大值為170s，這個計算過程是通過進(jìn)置換水完成的，該過程不進(jìn)油、不分油。在170s內(nèi)沒有壓力響應(yīng)，說明有泄漏或無水進(jìn)入，發(fā)出警報。如果有壓力，則控制系統(tǒng)會根據(jù)壓力建立的時間自動計算出置換水流量以及進(jìn)置換水的時間Ti63，該時間應(yīng)小于120s。要注意的是：進(jìn)行這部分程序前，單片機(jī)會先預(yù)設(shè)一個Ti63的值，以便這部分程序能夠運(yùn)行。這部分程序運(yùn)行結(jié)束后會有一個新的準(zhǔn)確的Ti63的值替換預(yù)設(shè)的用于啟動這部分程序的Ti63值。這部分程序運(yùn)行結(jié)束之后等于校準(zhǔn)了置換水量，后面就跟“不校準(zhǔn)啟動”一樣了，這部分程序叫校準(zhǔn)程序。

實(shí)際上，這部分控制可以改進(jìn)，可以有效避免每次修理或拆解后都要進(jìn)行繁瑣的校準(zhǔn)啟動。首先，出廠設(shè)置有固定的置換水進(jìn)水時間以及換算出來的置換水量;其次，以該置換水量作為給定值設(shè)計一個閉環(huán)的負(fù)反饋系統(tǒng)，即在每次試分油之前進(jìn)行置換水量的定值控制;然后開始試分油與正式分油過程。

3.2 S型分油機(jī)密封、補(bǔ)償水控制

s型分油機(jī)進(jìn)補(bǔ)償、密封水的管P1、P2是同一根管路，只不過由不同的電磁閥控制。雖然從結(jié)構(gòu)上與FOPX型分油機(jī)相比較節(jié)省了一根管路，但是，從分油機(jī)的工作過程和原理上分析可以做一些改進(jìn)。既然采用同一根管路P1、P2，而且進(jìn)的都是同樣的介質(zhì)水，那么就可以省掉一個電磁閥，即只采用一個電磁閥。通過控制電磁閥的通電或斷電來控制電磁閥的開或關(guān)。同時，在電磁閥保持通電時，還可以通過控制電磁閥的通電電流的大小與持續(xù)時間來控制電磁閥的開度，最終達(dá)到控制管路中水的流量的目的。其中，如果采用PWM技術(shù)來控制電磁閥的電流，可以較好地解決管路斷續(xù)進(jìn)水、連續(xù)進(jìn)水與不進(jìn)水的問題。

以上兩個控制環(huán)節(jié)從技術(shù)上是完全可以實(shí)現(xiàn)的，雖然略微增加了結(jié)構(gòu)上的復(fù)雜，但是從工作和管理的角度節(jié)約了大量的勞動力。

4總結(jié)

本文結(jié)合各種類型分油機(jī)的工作原理進(jìn)行了特性分析，找出了不同分油機(jī)的優(yōu)缺點(diǎn)，同時在分油機(jī)的控制技術(shù)方面做了探討，為分油機(jī)技術(shù)的進(jìn)步和船舶智能化提供了較好的依據(jù)。