沈 誠，魏戴寧

（南通航海機械集團有限公司，江蘇南通 226000）

0 引言

氣缸油是重要的柴油機主機潤滑油，潤滑油除能減少相對運動零件的摩擦力和磨損外，還具有冷卻、洗滌、防蝕、密封、減振以及降低噪音等作用。它在保證主機安全可靠地工作、最大限度地延長主機工作壽命和減少船舶維修費用等方面具有及其重要的意義。

氣缸油注油率是指單位時間單位功率注入氣缸的氣缸油的重量。對于氣缸油，雖然主機制造商設(shè)計了“最小的注油率”，但在實際運行中，使用市場上的常規(guī)氣缸油時，氣缸油的注油率通常維持較高，以試圖避免主機缸套冷腐蝕現(xiàn)象的發(fā)生。為達到最佳注油率（最佳氣缸油注油率是指保證缸套的最小摩損、最大清潔度和最佳經(jīng)濟效益的注油率），需要根據(jù)燃油的實際含硫量來調(diào)和出具有足夠中和性能的氣缸油[1-2]。

傳統(tǒng)的氣缸油加熱柜只能將單一堿值的油品加熱后提供給主機，溫度幅度大，堿值單一、不可調(diào)整。需要設(shè)計新型氣缸油自動混合柜，以實現(xiàn)在更換不同含硫量的燃油時，調(diào)和出最適合的堿值含量的氣缸油，達到最佳注油率[3]。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計

根據(jù)主機對氣缸油的設(shè)計注油率要求，如MAN B&W二沖程主機設(shè)計的注油率為0.6 g/(kW·h)，即滿足一般潤滑需要。如果燃料硫含量很高，主機可能需要額外的油來帶來更多的堿度（BN），以中和燃燒過程中形成的酸。操作中通常將高堿值氣缸油與主機在用系統(tǒng)油或全新的系統(tǒng)油按不同比例調(diào)和，配制目標堿值的氣缸油。

新型氣缸油自動混合柜采用2個油箱，分別連接到低堿氣缸油和高堿氣缸油，兩者中間為混油箱。低堿/高堿油箱有2個變頻器，通過調(diào)整2個泵到混合油箱的流量，以達到實際需要堿值的要求。中間混油箱上裝有加熱器和泵，起到攪拌、混合以及加溫的作用。低硫油堿度為40，高硫油堿度為140，通過新型氣缸油混合柜調(diào)配出堿值在100～140范圍內(nèi)的氣缸油，以實現(xiàn)最合適的堿值、恒定的溫度、穩(wěn)定在0.6 g/(kW·h)的注油率。

2 系統(tǒng)實現(xiàn)

2.1 硬件設(shè)計

新型氣缸油混合柜的油箱上安裝有2個變頻泵，控制箱內(nèi)有基于西門子S7-1200型可編程邏輯控制器（Programmable Logic Controller，PLC）和派克PA 10G-41-0015-BN型變頻器組成的控制系統(tǒng)，控制箱面板上安裝有西門子TP700 COMFORT型人機界面（Human Machine Interface，HMI），可實現(xiàn)同時采集和處理相應(yīng)的溫度和液位等控制信號?？刂葡到y(tǒng)組成情況見圖1[4-5]。

圖1 控制系統(tǒng)組成圖

2.2 控制設(shè)計

根據(jù)主機燃料油的含硫量計算出需要的氣缸油的堿值，通過對變頻器的精確控制，調(diào)節(jié)泵的排量使注入到混合油箱里的油調(diào)配到目標需要的堿值，泵的流量和混合后的堿值是線性的。

主機對氣缸油的適用粘度通常為80～250 cSt，氣缸油正常工作溫度為20～60 ℃，最佳溫度為40 ℃，新型氣缸油自動混合柜對混合油箱里的氣缸油進行加熱，通過對加熱器PID溫度控制保持氣缸油的溫度恒定。相比原有的通過溫度開關(guān)控制加熱器的方式，大大提高精準度，使得加熱范圍從40～70 ℃縮減至38～42 ℃。新型氣缸油自動混合柜提供的氣缸油更適合主機使用。

2.3 控制實現(xiàn)

新型氣缸油混合柜通過混合2種不同堿值的氣缸油來提供所需要堿值的氣缸油，混合油箱里配有攪拌泵、液位傳感器和加熱器等設(shè)備來實現(xiàn)氣缸油最佳溫度。如圖2所示。根據(jù)主機的機型、燃油的油品對應(yīng)的含硫量等參數(shù)設(shè)定得出系統(tǒng)所需調(diào)配出的氣缸油所需的堿值。確定好目標堿值，在界面“start”啟動后，界面處于運行界面（見圖3），系統(tǒng)自動啟動，進入調(diào)配狀態(tài)，在混合油箱內(nèi)調(diào)配出目標堿值的氣缸油。運行界面實時顯示混合油箱的容積，隨容積增加自動控制混合油箱中油品的攪拌工序。達到最大容積后，停止系統(tǒng)；當容積減少到一定程度時，系統(tǒng)再次自動運行。

圖2 主機參數(shù)界面

圖3 系統(tǒng)的運行界面

新型氣缸油自動混合柜系統(tǒng)的運行界面中“LOW TBN Tank”表示低堿值油箱；“Speed Pump1”表示PUMP1的轉(zhuǎn)速；“HIGH TBN Tank”表示高堿值油箱；“Speed Pump2”表示PUMP2的轉(zhuǎn)速；“Mix Tank”表示混合油箱；“Temp”表示該油箱的溫度。根據(jù)低堿值體積+高堿值體積=混合堿值體積，在新型氣缸油混合柜控制系統(tǒng)內(nèi)編寫堿值軟件計算公式。

單次混合堿值公式為

式中：A為低堿值油箱對應(yīng)的堿值；B為高堿值油箱對應(yīng)的堿值；X為低堿值油箱的排量；Y為高堿值油的排量；C為混合油箱目標堿值；V為混合油箱的油量。

多次混合堿值公式為

式中：Vmax為混合油箱的最大容積；Vn為第n次混合后混合油箱的剩余容積；Cn為第n次混合后混合油箱的堿值。

運用軟件計算公式建立函數(shù)功能塊，進行函數(shù)運算，計算出X和Y的值。因為泵的流量和電機轉(zhuǎn)速成線性關(guān)系，電機轉(zhuǎn)速與電機頻率成線性關(guān)系，故變頻泵流量與變頻器控制電流成線性函數(shù)關(guān)系?？蓪⒈玫呐帕繑?shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為對應(yīng)電流信號，控制變頻器使得泵到達所需的排量。最終獲得目標所需要堿值的氣缸油。

3 結(jié)論

新型氣缸油混合柜以氣缸油的堿值和溫度為被控對象，根據(jù)燃油的含硫量的不同，可實時在線調(diào)節(jié)氣缸油的堿值，以中和燃燒過程中形成的酸，同時達到最優(yōu)的注油率。可有效提升主機系統(tǒng)潤滑油的粘溫性、清潔性和各種保護性能，同時減少主機內(nèi)部摩擦的能量損耗，延長備件使用壽命。