內河公務船測量多臺柴油機總油耗的油路系統研究

陳鑫

（湖南省長沙航道管理局，湖南 長沙410002）

隨著社會節能減排的壓力日益增加，有效的運用資源、減少浪費、提升運營效率，采用高精度油耗測量技術，助力船舶作業質量的提高和燃油利用率的提升，降低非正常損耗。湖南內河航道公務船主要船型長度25.2 米，兩臺斯太爾WD415 功率為92KW 系列主機，一臺玉柴YC4108 系列功率40KW 柴油發電機組，為了加強船舶的燃油消耗管理，需要在船舶上加裝柴油流量計，實現油料的動態監測。目前國內對船舶油料監測的主要方式有：a.在油箱中安裝液位計。b.讀取ECU 數據，預設理論公式計算。c.安裝多臺流量計，采用進油減回油的模式。上述方案存在的主要問題和困難有：a. 一般安裝方案是在柴油機的進油管路和回油管路安裝多臺流量計，造成系統成本高且安裝復雜不便讀取實際油耗數據。b. 柴油機回油量占比大，約占進油的90%，從而放大了流量計的系統誤差，導致數據測量不準。c.柴油機回油脈動、氣泡、溫度等因素影響流量計的測量精確度。d.改造需在油箱上打孔，安裝不便，存在安全隱患。e.液位計及數據理論計算精度較低，標定困難，誤差較大。

本研究方案將針對上述難點和困難創造性的提出了四個解決辦法：a.改造三臺柴油機供油油路，b.改造三臺柴油機回油油路，c.油路加裝回油調節器，d.加裝油路冷卻裝置。實現一臺流量計可以精準測量整個船舶三臺柴油機油耗總量，并有效解決柴油機回油量大引起的流量計系統精度誤差以及回油脈動、氣泡、溫度等因素引起的油耗測量誤差。本系統研究方案具有精度高、誤差小、穩定性好、安裝便捷的優點，且船舶的油路改造簡單，可靠性耐久性高。

1 流量計選型

選用一臺上海瓷熙儀器儀表有限公司V8 系列流量計，如圖1。

圖1 V8 系列流量計和DC 復合測量控制器

上海瓷熙儀器儀表有限公司V8 系列流量計，是引進瑞士先進技術研發的油耗計量器具, 世界上應用最廣泛的油耗流量計。此產品是國內第一家研發成功的小流量液體容積式流量計。油耗流量計適用于攪拌車，貨車，工程車輛, 船舶等，可實現不同形式的計量功能。DC 復合測量控制器，如圖1 中,可以實時顯示流量計的累計流量值和瞬時流量值，并可以配置遠程傳輸模塊，通過無線數據傳輸實現遠程油耗實時監控。V8 系列流量計參數：流量范圍4-200（L/H）,精度1%，脈沖當量80P/L。V8 系列流量計可以測量船舶柴油機總功率在500KW 左右的工作船舶油耗，200KW 以下也可以選用V4 系列流量計。V8 和V4 系列流量計基本適用于湖南航道系統現有的大部分工作船舶。

2 船舶油路改裝

為了實現使用一臺流量計測量船舶全部三臺柴油機的油耗，需要把流量計安裝在船舶主油路上，燃油經過流量計后再對三臺柴油機（兩臺主機一臺發電機組）供油。對三臺柴油機的回油油路進行整合改造，讓三臺柴油機的回油經油路冷卻裝置后接入回油調節器，如圖2 油路改造示意圖。

圖2 油路改造示意圖

2.1 主油管路改造

在船舶油艙的主供油管路上接入流量計及濾清器，供油油路方向與流量計的指示方向對應一致，流量計的出口端接入回油調節器。流量計在主供油管路，就可以實現使用一臺流量計測量船舶全部三臺柴油機的油耗。

2.2 加裝回油調節裝置和油路冷卻裝置

回油調節裝置相當于一個對柴油機供油的三級油柜，內部是個空的壓力密閉容器罐, 在裝置上部接主供油管路和回油管路,在底部是主油路出口,頂端再設置一個排氣閥門。其作用是三臺柴油機的回油回到三級油柜，從而不再循環通過流量計。三臺柴油機從三級油柜消耗的燃油量正好等于在主油管中通過流量計后流入三級油柜的燃油量。回油調節裝置可以保障對三臺柴油機連續供油，又能有效解決柴油機回油脈動、氣泡等干擾因素，還能起到一定的回油散熱作用。

油路冷卻裝置是一個普通的換熱器，但創造性的引入了柴油機的冷卻水路，可以有效的冷卻高溫回油。油路冷卻裝置可以安裝在回油總管路上，也可以安裝在柴油機進油總管路上，看具體的現場位置。

2.3 進油和回油油路改造

對進油油路的改造就是要實現一根進油總管分成三路對三臺柴油機供油。在進油總管上加裝一臺流量計，從而實現使用一臺流量計測量船舶全部三臺柴油機的油耗量。

對回油油路的改造就是要實現三臺柴油機回油由三根回油管路匯合成一根回油總管，回油總管接回油調節裝置，是在流量計的后端，使回油的循環不再通過流量計，保障了流量計的流過的柴油就是三臺柴油機消耗的柴油，消除了因回油量大而引起的流量計量程精度誤差。大量回油不再循環通過流量計濾芯，從而也保障了系統的可靠性耐久性。本系統已經安全穩定運行18 個月以上，總運行時間超過600 小時，濾芯尚未堵塞，可以參照柴油機日常保養周期，定期更換濾芯。

綜上所述，整個船舶油路改裝系統只需要增加一臺流量計（帶濾芯），一個回油調節裝置，一個油路冷卻裝置，并對進油管路和回油管路進行簡單改造就可以實現，方案簡單經濟實用。

3 船舶開航數據記錄及理論油耗數據分析

3.1 流量計數據

船舶巡航3 次，為保障測量精度，只開兩臺主機且基本保持在一個固定轉速。第一次航行時間0.5h，兩臺主機平均轉速1400 轉，流量計油耗18425ml，可以計算出船舶每小時的平均油耗為36.85 升/小時。第二次航行時間0.5h，兩臺主機平均轉速1460 轉，流量計油耗21700ml，可以計算出船舶每小時的平均油耗為43.4 升/小時。第三次航行時間0.37h，兩臺主機平均轉速1485 轉，流量計油耗16325ml，可以計算出船舶每小時的平均油耗為44.5 升/小時。

3.2 柴油機理論數據

兩臺斯太爾WD415 系列主機額定功率為92KW，兩臺柴油機平均燃油消耗率220（g/kw.h），可以得出船舶每小時的理論油耗為40.48KG/小時。

船舶柴油機功率與轉速的關系為：N=C*n3，其中：N-柴油機功率，C-常數，n-柴油機轉速。按此，C=Ne/ne3=N1/n13，其中：Ne-柴油機額定功率，ne-柴油機額定轉速，N1-柴油機部分負荷功率，n1-柴油機部分負荷轉速。根據不同轉速n1，n2，n3，可以計算出部分負荷功率油耗。

3.3 流量計實測油耗數據與部分負荷功率理論油耗數據對比

η=流量計數據/部分負荷功率理論油耗數據*100%，如表1，流量計實測油耗數據與部分負荷功率理論油耗對比，柴油密度0.84KG/升，可以得到η1=94.09%，η2=97.74%，η3=95.36%。

表1 流量計實測油耗數據與部分負荷功率理論油耗對比

通過理論油耗測算，可以初步判斷本流量計測量系統的測量數據基本準確可靠，下一步則需要通過實測油耗數據對比流量計測量數據來分析此流量計測量系統的測量精度。

4 船舶開航數據記錄及實測油耗數據分析

本船型船舶開航一般是兩臺主機一臺輔機，船舶在運行巡航過程中流量計能測量出一個油耗，但三臺柴油機工作時實際消耗的燃油則可以通過稱量得到。

我們在主油管上加一個移動式的小油壺，確保僅有油壺對三臺柴油機供油。可以通過稱量油壺的重量差值得到三臺柴油機工作時實際消耗的燃油數據。再在同一時間點記錄流量計的數據，就可以得到流量計計量數據。

數據對比:

船舶巡航1 次，航行時間約0.2h，流量計油耗數據5.3 升。油箱實測數據4.6KG，柴油密度0.84KG/升，約5.476 升。

η=流量計數據5.3 升/油箱實測數據5.476 升=96.7%

通過流量計數據與油箱實測數據和理論油耗數據對比得出流量計測量數據平均精度在95%以上。

5 油路系統總結

優點：a.系統初期投入成本低，維護費用低。實現了一臺流量測量三臺柴油機的總油耗量，流量計成本加上改造費用總計在兩萬元左右，后期的維護費用主要是更換油路粗濾芯。b.數據讀取方便。在測量控制器上可以直觀顯示油耗數據，讀取數據方便簡單，可以增加無線數據傳輸模塊實現遠程油耗實時監控。c.測量數據精度較高。通過實驗初步確定測量精度能在95%以上。

注意事項：a.需要改造供油油路和回油油路。改造油路增加了燃油泄漏的風險。通過精確制造加工及后期定期管理檢查可以排除風險。b.主供油油路粗濾芯易堵塞造成柴油機熄火。為保證流量計的測量精度，需要在主供油油路增加一個粗濾芯。如果濾芯堵塞則易造成主機熄火。可以參照柴油機日常保養周期，定期更換濾芯。c.后期需要加強監管，防止油路系統被更改。