VN215/93油雾浓度探测器原理分析及管理建议

    杜守志

    

    摘 要：本文以SCHALLER AUTOMATION生产的VISATRON OIL DETECTOR VN215/93为例介绍其工作原理，结构性能特点，维修保养方法及常见的故障原因处理办法。

    关键词：VN215/93;不透光度;灵敏度;真空度;负压

    中图分类号：U672.7 ? ? ? ? ? ?文献标识码：A ? ? ? ? ? ?文章编号：1006—7973（2019）06-0047-02

    随着船舶吨位越造越大和船舶柴油机技术的发展，柴油机的功率和功率重量比越来越大，对柴油机的润滑要求也越来越高，但同时也伴随着产生更多的热量使滑油容易被蒸发成油气，而若是运动件某部位由于某种原因缺乏润滑产生热点造成高热，会产生更多的热量，更容易使滑油气化，这种油气在曲拐箱内很快冷凝成油雾，更易造成曲拐箱油雾浓度超极限值，况且机械部件在运动时也会对滑油有机械雾化作用形成油雾，因此柴油机油雾浓度探测器对柴油机的安全运行尤为重要，对其准确性和响应度提出了更高的要求，特别是当油雾浓度报警后需要及时对主机进行减速或者停车，避免发生机损事故。

    1 工作原理

    VN215/93由空气喷射泵，测量单元（内部有检测室，检测室内部有2个光电传感器，一个为红外光发送器，另一个为接收器），阀箱，虹吸块等组成。当柴油机运行时，由曲拐箱来的油气经过虹吸块的处理后通过抽气泵的作用进入阀箱进一步处理，处理后少量气体样品进入到测量单元中，由通道两端的光电传感器进行检测。在检测室内，光电传感器检测气体样品的不透光度（阻光度），由于油雾对光线的吸收作用，阻光度的大小即直接反应了油雾的浓度。当油雾浓度增大时，阻光度增加，检测单元一端的接收器感受到红外线光减少，输出的光电流也变小，油雾浓度大于设定的警报值时，接收器输出的电流低于设定的警报值，电流通过回路转换再经放大器后接通机舱监测报警点发出报警，同时进入安保系统使主机减速或者停车。（如图1）

    2 结构性能特点

    SCHALLER VN215/93通过一个空气抽吸泵利用文丘里效用使检测室产生负压，此抽气系统因无运动部件不产生磨损可以持续的抽取曲拐箱中的气体，保证工作的精准性和避免大团油雾形成。采用了特殊虹吸块的设计可以避免由于运动部件飞溅甩油造成的故障报警。本系列船舶油雾浓度探测器有10个采样点，每个采样点都有一个虹吸块，经过虹吸块过来的油雾气体进入到阀箱内部进行初步的除尘除水，之后很小一部分再送到离心分离器清除较大的油雾和水珠，其余大部分由专门的排出管排到曲拐箱内部，然后经过上述处理过比较干净的油雾气体再被加热后使其中的水雾气化，在进入检测室进行检测，从而保证了检测的准确性同时检测室的油雾集聚变少不易脏污便于维护保养。由于柴油机运动的时候其曲拐箱内部的容积是变化的，虹吸块，阀箱和离心分离器的设计可以相当于一个大的气容从而有助于缓和因曲拐箱内部气压变化引起待测油雾气体流速的变化。

    阀箱上面有10个红色显示，其代表的是10个电磁阀的工作情况，其实VN215/93并不是要等到油雾浓度超过报警值才动作的。上文提过该探测器通过测不透光度（阻光度）来判断油雾的浓度，100%的不透光度表示没有一点光从检测室透过。IACS UR67要求油雾浓度探测器在油雾浓度爆炸下限的5%报警，油气的爆炸下限约为油雾浓度在温度为25℃的时47mg/l，由此计算报警的时候油雾浓度约为2.5mg/l（在测量端2.5mg/l的浓度相对与全测量范围约为23%绝对不透光度），该装置灵敏度（装置启动搜寻点）一般设置为4级（对应不透光度为2.4%约为报警值的10%），当油雾浓度增加到灵敏度点时候装置启动搜寻程序去判断哪缸油雾浓度高，具体搜寻方法为分组判断排除法，首先将10个采样点分成左右两组，关闭其中一组电磁阀，若是浓度高则说明没关闭的一组有问题，再将此怀疑有问题的5个采样点分为2组，关闭其中一组，若是浓度高说明没关闭的一组有问题继续分组判断直到找出具体哪个缸油雾浓度高。VN215/93不同于MARK系列的探测器，它采用的实时采样法，响应更迅速。

    SCHALLER VN215/93工作空气由控制空气经一个节流阀及减压阀调节后供给（与排气阀弹簧空气一路），适当调节节流阀和减压阀即可补偿空气泵气压变化，维持真空度稳定。检测负压（真空度）的是采用2个微型温度电阻，由一个稳压电源24V对电阻供电保证电流稳定，当有气流吹向电阻的时候，由于电阻温度下降相应的电阻值减小，回路电流值变大，此电流的差值即可与气体流速的大小成非线性比例。由于检测室内部有一定的真空度当有新鲜空气通过节流孔吹向温度电阻的时候，真空度越大，气体流速越高，电流差值也越大，从而反映了检测室内部真空度大小。另一个温度电阻起到环境温度补偿作用。

    SCHALLER VN215/93装置有故障诊断功能，14个指示不透光度的发光二极管同时也用作故障指示。正常情况下电源灯和ready灯是绿色的，右侧的LED显示的是当前曲拐箱的油雾浓度。当有故障发生时，ready灯灭，右侧LED的一个再闪，说明油雾浓度探测器有故障，可以从旁边找到闪的那个的相应代号从而找到可能的故障，比如14灯在闪说明负压太低或空气流量太少。Code窗口也会显示相应代码，如显示E014表示真空度（负压）太低value栏显示与启动阈值压力的百分比。SCHALLER VN215/93装置配个遥控显示安装在集控室，遥控显示与油雾浓度探测器显示同步。

    3 维修保养方法

    VN215/93为用户提供了显示参数和调整参数的接口，可以通过按3个闪光按钮（最上面的为up，中间的为down，最下面的为enter/reset，具体触摸就可以）来调节。通过长按3秒以上up按钮参数显示模式被触发，按up或down可以浏览参数列表，如005 ：code里面显示的005代表测量端负压，value显示当前压力与启动阈值压力的比值用%表示。可以通过同时按up和down两个按钮3秒以上进到参数调整模式，此模式下可以调整参数，调整时需要用密码进去，密码为4711（不能更改）。输密码方法：当code顯示P000时候按enter/reset的那个按钮，通过up和down按钮来找到数字4接着按ENTER输入并移到下个数字位继续操作。退出参数调整模式可以同时按up和down3秒以上或者不用操作一分钟后自动退出（上述参数显示模式也可以不要操作一分钟后自动退出）。灵敏度调节是在参数调整模式下进行，按down按钮进入到P001，可进行调整，其显示范围为3-6，出厂设定为4，船上尽量不要调节。灵敏度3级（对应不透光度为1.6%），4级（对应不透光度为2.4%）为船舶常设置的位置且符合要求，一般不设置5，6级，灵敏度设置过高检测装置准确性低和响应速度慢。

    检查和调整真空度（负压）：可以在停机状态下通过节流阀和减压阀调节，最好保持机舱风机3台以上运行确保机舱一定的背压，一般调整到60mm水柱负压，如果负压设定过高可能会造成监测的灵敏性降低。具体检查办法：把U管测压计安装于检查盖上，打开弹簧空气，如果测压计显示60mm水柱（允差±5mm）则说明正常无需调节，若压力不正常，则首先调节节流阀使检测室负压到80mm水柱，然后再通过微调减压阀使负压到60mm水柱。节流阀里面的滤器也需要经常清洁或者更换，一般每半年或者运行4000小时需要检查清洁，清洁后需要重新调整真空度。

    VN215/93设计了一路新鲜空气吹进光电传感器（滤光玻璃镜）防止油气接触到镜片并时刻对镜片进行冲洗，同时冷却测量室和滤光镜片，但是平时也需要我们按说明书要求对镜片进行保养，方法为用棉签蘸专用的清洁剂或者酒精清洁红外線滤光玻璃镜同时可以用针状物清洁左右新鲜气口。检测室的金属烧结滤器平时也需要保养更换，此滤器相当于节流孔，新鲜空气由此通过，脏了后会报警，最好直接换新的备件，清洁后的使用时间都不长，安装的时候注意反正面，粗的一面朝外，一般使用2000小时即需更换。

    装置功能试验方法：可分为模拟测试和单缸实际测试。模拟测试在主机停机状态下可以使用试验面板A和试验玻璃B，首先打开探测器的控制盖子用试验板A完全遮挡气口，此时装置抽吸产生负压，正常后READY会亮，然后插入试验玻璃B（代表10%浓度）到A板的开槽中遮住玻璃镜，此时油雾浓度高报警，ALARM灯亮，主机安保系统报警表明装置功能正常，然后取下试验板及玻璃，复位，确保装置可用。单缸实际测试：在主机停机状态下，打开一个缸曲拐箱道门，在检测口吹一口烟，浓度要足够大，烟雾被吸入后，超过灵敏度标值装置将启动搜寻程序，判断是哪缸油雾浓度高，持续升高的油雾将触发报警并引起主机安保系统动作报警说明装置功能正常。

    4 常见故障及处理方法

    VN215/93装置常见的故障报警就是E014负压或空气流量过低，可能的原因有：节流阀内部滤器脏堵，减压阀内部脏污阀芯动作不灵敏导致功能失效（安保空气气压变化就会导致报警），检测室金属烧结滤器脏污，检测室密封不严橡皮床垫损坏漏气，阀箱及离心分离器排出口脏堵，虹吸块内部缺油，电路板故障等，具体处理办法可以遵从先易后难原则。

    参考文献：

    [1] 李红飞. 船舶柴油机曲轴箱油雾浓度检测装置的研究与设计[D]. 武汉理工大学， 2013.