1、本科毕业论文（20 届）“育鲲”轮重油分油机控制原理及故障分析所在学院专业班级 轮机工程学生姓名指导教师完成日期内容摘要摘要：随着人们对燃烧过程的深入研究以及燃油喷射技术的长足发展，使得船用柴油机在使用重油的技术上有了很大的进步。重油在使用前必须经过净化处理，除去其中的水分和杂质。由于燃油的黏度较大，靠重力分离水分和杂质所需时间很长，效果不佳。为了解决这一问题，使用分油机对重油进行分离。本文介绍了“育鲲”轮重油分油系统的组成，介绍了分油系统的重要部件的结构原理，深入研究了由 EPC 50 控制单元控制的 ALFA-LAVAL S821 分油机的工作原理，依照其原理建立了分油机的工作流程图，并结
2、合分油机工作原理分析了其具体工作过程。针对“育鲲”轮重油分油机出现的故障现象，依据原理介绍分析了故障原因，排除故障并提出了管理中的几点建议。关键词 ：分油机 排渣过程 工作原理 故障ABSTRACTAs we learn about the combustion process and the great development of fuel inject technology , it makes great improvement of the technology of burning heavy fuel oil .It must be cleaned to remove the w
3、ater and residue from the heavy fuel oil before we use it .It will take a long time and not perform good because of its high viscosity .To solve this problem ,we use separator to finish this job .This thesis describes the element of the HFO separation system of “YU KUN” and some important parts of t
4、he separation system ,lucubrates the working principle of the separator which is controlled by EPC 50 control unit. Then establishes the working flow chart of the separator and describes the working progress .Then it describes the malfunction phenomena of the separator for heavy fuel oil on “YU KUN”
5、 and describes how we resolve it .Based on the principle we describes ,we find the cause of the malfunction and give some advices for management.Keywords: separator discharge progress working principle malfunction目录1 前言 .12 分油系统的组成 .12.1 分油机的结构 .32.1.1 分离筒 .32.1.2 顶部输入输出单元 .42.2 EPC 50 控制单元 .42.2.1
6、输入信号 .42.2.2 输出信号 .52.3 MT 50 水分传感器 .63 分油机的工作流程及原理分析 .63.1 分油机的启动流程 .63.2 分油机按标准启动的分油过程 .73.3 分油机的排渣过程 .74 分油机的故障现象和处理方法 .134.1 故障现象 .134.2 分油机排渣速度降原理 .134.3 分油机故障原因分析 .134.3.1 工作水流量不足 .134.3.2 分离筒密封失效 .144.4 故障排除 .144.4.1 工作水系统的检查 .144.4.2 密封圈的检查 .144.4.3 速度降的设定 .144.5 管理中的建议 .155 总结 .15【参考文献】 .16
7、11 前言分油机是通过高速旋转的分离筒来建立一个离心力场，依靠油液与水、杂质的密度差，使其在离心力场中沿转动轴的径向重新分布。分离筒由电机驱动，经过增速装置之后，分离筒的转速可达 10，000 r/min 以上，杂质和水分所产生的离心力比重力大数千倍，因此能在较短的时间内达到很好的净化效果。离心式分油机的工作原理基本一样，其核心部件是分离筒，由三相异步电动机驱动。现在的船舶上使用的分油机有以下几种品牌，分别是瑞典 ALFA-LAVAL 分油机，WESTFALIFA OSD 型分油机，日本三菱公司生产的 SJ-T， SJ-P 型以及国产的 DZY 系列的分油机。其中大多数采用有比重环的分油机，在
8、使用过程中需要根据所分离燃油密度选择比重环。“育鲲”轮使用的 ALFA-LAVAL FOPX204 型分油机主要特点是是采用无比重环的分油机，并且燃油净化系统中没有高置水箱，其控制单元是 EPC 50。EPC 50 的优点是集成化程度高，控制功能强大，控制单元与分离设备连接简单，参数的显示，设定更加方便，设备工作更加可靠耐用。诸多优点使得 ALFA-LAVAL 分油机的装船率高达 70%。因此，本文对 ALFA-LAVAL FOPX204 分油机的控制原理介绍和故障分析具有一定的实际参考价值。2 分油系统的组成如图 2-1 所示，分油系统主要包括 ALFA-LAVAL FOPX204 分油机，
9、EPC 50 控制单元，燃油供给泵，蒸汽加热器及 PI 调节温控阀，电磁阀组 SV10、SV15、SV16，电磁阀组SV1、SV4、SV5、SV6，水分传感器 MT50，温度传感器 TT1、TT2，压力传感器PT1、PT4、PT5，速度传感器 ST，三相异步电动机及传动机构组成。工作过程：打开燃油阀，控制空气阀，工作水阀，启动燃油泵，开启加热器，让待分离的燃油在循环管路中被加热，在分油机控制面板上启动分油机的驱动电机，EPC 50 单元检测燃油温度、分油机转速、供油压力是否满足条件，当满足条件的时候，燃油泵向分油机内供油，进行分离作业。21、分油机 2、电动机 3、电磁阀组 4、电磁阀组 5、
10、三通阀 6、温度传感器 7、供油泵 8、加热器 9、MT50 水分传感器 10、压力传感器 11、气动出油阀 12、气动排水阀 13、速度传感器图 2-1 分油系统布置图4控制空气 工作水EPC 50 控制单元电机启动器12367891011 1213532.1 分油机的结构2.1.1 分离筒如图 2-2 所示，分离筒是分油机的核心部分，分油过程在分离筒内完成。分离筒体和分离筒上盖由一个锁紧环固定在一起。在分离筒内是配油器和分离盘组。分离盘组被压紧在分离筒上盖。滑动圈在分离筒体形成了一个分隔的底部空间。分离筒上盖和顶部分离盘之间的上部空间形成积水腔室包含向心水泵，向心水泵用来抽走分离出来的水。
11、积油室包含一个向心油泵，位于配油器的顶部。分离出的净油从这里被泵出分离筒。集渣空间在分离筒的外边缘。工作水通过配水盘进入定量环中，依靠改变工作水流量的大小来实现分油和排渣动作。本型号的分油机的滑动圈下部没有弹簧，依靠滑动圈上下表面所受的压力差决定其托起还是压下，这是该型号分油机的一个特点。图 2-2 分离筒结构图42.1.2 顶部输入输出单元如图 2-3 所示，顶部输入输出单元包括管路的连接室，包括进油管、出油管，出水管。进油管通过连接单元内的通道将待分离的燃油输送至配油器，通过配油器内的分配口分配给分离盘组，净油管与集油室相通，分离出的燃油与分离筒的转速一致，相对于向心油泵高速转动，将动能转
12、化成压力能排出集油室，排水管与积水室相通，在排水管路上设有电磁阀控制是否泄水，水由静止的向心水泵排出积水室。在分离过程中，向心水泵浮于水面上，向心水泵通过弹簧来平衡。图 2-3 顶部输入输出单元2.2 EPC 50 控制单元EPC 50 控制单元主要由水分传感信号处理部分和主控电路板组成。如图 2-4 所示水分传感信号处理装置用于接收 MT 50 检测的净油中水分含量的信号，处理后送至主控电路板；主控电路板接收分油系统中各种传感器信号，在处理之后输出端输出各种信号，对分油机进行操作。2.2.1 输入信号在燃油加热器出口的温度传感器 TT1 用来检测待分离燃油温度是否达到设定值，温度开关 TT2
13、 在油温达到上限时闭合报警开关，发出高油温报警。压力传感器 PT4，它在出油管路中用于检测出油管路中的压力变化，在置换水注入时，判断是否真实注水。5MT 50 水分传感器，它在出油管路中检测油中含水的量，为排水和排渣以及置换水注入时间的计算提供依据。ST 速度传感器，在一定的时间内发出脉冲检测分油机的转速，在启动过程中检测加速是否正常，在与转过程中检测转速是否在正常范围内，在排渣过程中检测速度降，作为排渣反馈信号传送给控制单元。2.2.2 输出信号EPC 50 输出信号的作用有：控制对分油机操作的各种电磁阀，显示分油机控制系统状态的指示灯以及显示面板的状态显示。电磁阀组 SV10、SV15 、
14、SV16 用来控制分油机的工作水，SV10 进置换水，SV15 和SV16 的出口在同一条管路上，SV15 的开启流量比 SV16 开启流量大，SV15 用来开启滑动底盘，SV16 提供补偿工作水，保证分油过程中分离筒的密封。SV1、SV4、SV5 分别用来控制 V1、V4、V5 。V1 是一个气动三通阀，转换阀芯可以改变燃油是循环还是进分油机。气动控制阀 V4 和 V5 分别控制出油管路和排水管路的通断。加热器是在三通阀 V1 前的管路中，对待分离的燃油进行加热直到设定的范围，控制单元输出信号至 PI 调节器，由 PI 调节器控制阀门开度。PT1PT4TT1TT2STMT 50电机启动器分油
15、机电机220V 交流电源SV10SV15SV16V1V4V5SV1SV4SV5SV6加热器EPC 50 输入信号 显示面板 选择按钮 输 出 信 号 EPC 电源供油泵电机图 2-4 EPC 50 组成原理图62.3 MT 50 水分传感器水分传感器用来连续监测净油中的含水量，并根据检测的含水量来决定是否排水或排渣。它是监控系统中很重要的部件，其结构原理图如图 2-5 所示。水分传感器是由电容器和振荡器组成。电容器是两个彼此绝缘的同心圆筒，净油全部流过内圆筒。其工作原理是水的介电常数远远大于油的介电常数，介电常数越大则通过电容器的电流越大。EPC 50 为 MT 50 提供直流电源，由振荡器逆
16、变产生频率较高的交流电。该交流电经过电容极板送出一个大小与净油中含水量成正比的交流电信号，该信号经过带屏蔽的电缆送至 EPC 50 的水分传感信号处理装置。水分传感器中有一块检验电路板，用于监视振荡器是否正常工作，EPC 50 定期检测该信号，如果水分传感器工作失效会触发报警。绝缘体 电极壳体净油直流电源带屏蔽电缆振荡器检验电路板图 2-5 MT 50 结构原理图73 分油机的工作流程及原理分析3.1 分油机的启动流程分油机的启动模式有两种：标准启动和非标准启动。标准启动是分油机在拆解之后按照操作指南安装并且分离筒清洁的情况下的启动过程。标准启动模式的具体工作过程如图 3-2 所示，在分油程序
17、开始前，控制单元首先检测待分离燃油的温度、供油压力、分油机转速三个条件是否达到设定范围，任何一个条件在规定时间内无法达到都会触发报警，当三个条件都满足的时候按“separation”继续，SV15 开启 5 秒进行排渣，该排渣过程目的：1、确保在密封分离筒之前工作水腔有足够的工作水 2、在断电后再次启动前排空分离筒。排渣结束后开启工作水系统中的放残阀，对工作水系统放残 15 秒，放残结束开启 SV16 密封分离筒。3.2 分油机按标准启动的分油过程如图 3-3 所示，分油过程开始于 V1 转换向分油机供油，开始检测 MT 50 的信号，在15 秒之内如果检测到净油中含水，会自动减少下次排渣的置
18、换水注入时间。检测完毕， V1 转换油路，停止供油，控制单元检测出油管路压力是否降低，在 15 秒内没有压力降低的反馈信号说明停油失败，发出报警。在确认停止供油之后开启 SV16 注入置换水，检测出油管压力，压力升高超过 0.5bar 时证明真实注水，SV16 保持开启至控制单元计算的时间，注入置换水。排水阀 V5 开启 10 秒冲洗排水管路中的残油。SV15 开启 3 秒开始排渣，排渣结束后，系统会暂停 15 秒对工作水系统进行放残和检测排渣反馈，在 15 秒内检测不到排渣反馈会发出报警。排渣结束后，SV16 开启 15 秒密封分离筒，然后 SV10 开启同时 V4 关闭，进行水流量校准，控
19、制单元检测出油管路的压力上升，若在 170 秒内检测不到压力上升超过 0.2bar 发出报警然后排渣 3 秒、工作水系统放残 15 秒后继续进行水量较准过程。在 170 秒内超过 0.2bar 时，开始进行水流量计算，排渣，工作水系统放残，密封分离筒，V1 转换向分油机供油。控制单元检测 MT 50 信号，若在 15 秒内检测到油中含水会自动减少下次排渣置换水注入时间。然后中断供油、V4 关闭，检测出油管路油压，若在 10 秒内油压降低，说明分离筒泄漏，发出报警信号。在分离筒密封正常的情况下，EPC 50 存储 MT 50 的检测值，进行排渣询问。排渣条件：1，手动排渣操作 2，达到设定排渣间隔时间 3，排水阀 V5 开启已达 5 次，油中含水量增加。三个条件任意满足一个系统进行排渣操作。
