活动1 叙述燃油黏度自动控制系统工作过程
为了降低船舶的营运成本，目前几乎所有的柴油机主机都燃用重油。然而重油在常温下流动性很差，燃油黏度不但受温度影响，而且与压力有关。温度升高黏度下降，压力增加的同时黏度也会有所增加。在这样一个相互关系中，温度对黏度的影响比较敏感而又易于控制。因此从表面来看，黏度控制就是一个温度控制问题。这对某一固定品种的燃油来说是正确的，但不同品种的燃油在温度相同的情况下，其黏度差异较大。如果采用温度控制系统，为了控制燃油的最佳喷射黏度，对不同品种的燃油必须重新整定燃油温度给定值，其工作甚繁。特别是对于不同品种燃油混合在一起（从世界各港口装载燃油，油舱中的燃油常是不同品种的混合油）更难确定燃油最佳喷射黏度所对应的温度给定值。因此，在燃油进入高压油泵以前，一般不直接采用温度控制系统，而是直接采用黏度控制系统。它以燃油黏度作为被控参数，根据燃油黏度的偏差值控制加热器蒸汽调节阀的开度，使燃油黏度保持恒定值。
燃油黏度控制系统组成及功能：
（1）系统的组成。燃油黏度控制系统组成原理如图11-1所示。该系统由雾化加热器、细滤器、黏度发信器、缓冲滤波器、差压变送器、四针指示调节仪和薄膜调节阀等设备组成。
图11-1 燃油黏度控制系统组成原理
1—齿轮泵；2—电机；3—减速器；4—套管；5—毛细管；6—安全阀；7、8—引压管；9、10—阀；11—隔离室；12—平衡阀；13—放气阀；14—薄膜；15—测量、给定显示表；16—输出显示表；17—手、自动切换开关；18—手操旋钮；19—定旋钮；20—拉手
A—雾化加热器；B—细滤器；C—黏度发信器；D—缓冲滤波器；E—差压变送器；F—四针指示调节仪；G—薄膜调节阀
（2）系统的功能。
1）整体功能。燃油经雾化加热器A、细滤器B和黏度发信器C进入主机。在雾化加热器中，燃油被蒸汽加热，蒸汽量由薄膜调节阀G控制。黏度发信器测量从雾化加热器出来的燃油的黏度，将黏度信号转变成一个差压信号。然后由两个辅助单元隔离室11和缓冲滤波器D将差压信号准确地送到差压变送器E。差压变送器E再将差压信号转变成气动标准信号，并送到四针指示调节仪F。调节仪输出控制信号控制薄膜调节阀G的开度。当黏度增加时，调节阀开大，进入雾化加热器的蒸汽量增加，使黏度降低；反之，当黏度减小时，调节阀关小，蒸汽量减小使黏度增加，从而使黏度保持在规定的数值。安全阀6的作用是当毛细管堵塞时，安全阀打开防止损坏油泵。
2）测黏计。测黏计的结构原理如图11-2所示。其主要部件是恒定排量的齿轮泵1和毛细管2。齿轮泵安装在加热器出口的燃油管路中，由电机经减速装置驱动，其转速恒定，这样，齿轮泵经毛细管排出的油量也是恒定的。由于毛细管的内径很小（2 mm），流过毛细管的油量很小，因此，流过毛细管的燃油呈层流状态。
图11-2 测黏计的结构原理
1—恒流量齿轮泵；2—毛细管；3—接差压变送器(https://www.daowen.com)
这样，毛细管两端的压差ΔP就与燃油黏度成正比。图11-2中正、负连接管3之间的压差就反映了燃油黏度的实际值。在黏度发信器中，毛细管放在套管中并置于发信器内腔中，这样，可以保证毛细管中的燃油与发信器内腔的燃油具有相同的温度，即具有相同的黏度，使黏度测量更加准确。
3）隔离室。毛细管两端的油压由引压管7和8引出。如果将管中重油直接通到处于舱室温度的差压变送器，则油可能变稠而使差压变送器失效。为此，先将油压引入两个隔离室11。在隔离室中充以一种比油重、不溶于油且在室温下不凝固的液体，如甘油、乙二醇。这样，隔离室中上半部是油，下半部是隔离液。隔离室放在黏度发信器旁边，温度较高，油在其中不会凝固，差压信号由隔离液传递到差压变送器。
平衡阀12和放气阀13用来放掉隔离室内的空气。
4）缓冲滤波器。由于燃油系统中低压油泵（输油泵）的排油、高压油泵的吸油及齿轮泵1的排油，可能造成毛细管内油压剧烈波动，干扰差压的测量。为此，在隔离室与差压变送器之间装有缓冲滤波器D，它中间有薄膜14，薄膜两侧有弹簧。差压的脉动引起薄膜14变形而左右移动，消耗脉动能量，使缓冲滤波器之后的油压稳定。
5）差压变送器。差压变送器采用气动差压变送器，其结构与工作原理见任务7，这里不再介绍。
6）船用四针指示调节仪。四针指示调节仪根据代表黏度的测量信号与给定值的偏差，发出PI规律的输出信号传送给薄膜调节阀。除调节的作用外，四针指示调节仪还具有指示、给定与遥控的作用。图11-3是QXZ-405-C型四针指示调节仪面板及背部。在面板上有两个压力表，四个指针2、3、4、5分别指示阀位、手操压力、给定值和测量值。因而，该调节仪叫作四针指示调节仪。给定旋钮7用来改变希望黏度稳定的数值。“手动—自动”开关1打在“手动”位置时，可以手动旋转手操定值器旋钮6来控制调节阀的开度。旋松锁紧旋钮8可以将仪表的机芯像抽屉一样拉出，进行检修和调整。背部有五个管接头，分别通测量、气源、阀门、开关和（外）给定。
图11-3 QXZ-405-C仪表面板及背部
1—“手动-自动”开关；2—阀位指针；3—手操压力指针；4—给定值指针；5—测量值指针；6—手操定值器旋钮；7—给定旋钮；8—锁紧旋钮
图11-4所示为四针指示调节仪原理。在稳定的状态下，四个波纹管对杠杆支点所产生力矩的代数和等于零，杠杆静止不动，喷嘴与挡板的间隙不变，放大器的输出不变，阀门开度不变。若黏度突然增加并大于给定值，则测量力矩大于给定力矩，杠杆绕支点顺时针偏转。喷嘴挡板的间隙减小，放大器输出增加。调节器的输出，一方面经气开关2（“手动—自动”开关打在“自动”位置时，气开关2打开，气开关1关闭）去执行机构使薄膜调节阀开度增加，另一方面经反馈气路实现比例、积分作用。增大的输出一路进入负反馈波纹管，另一路经比例阀进入正反馈波纹管。在P负增大的瞬间，积分气容及跟踪器中的压力尚未变化，所以，P负＞P正，即正、负反馈的综合结果仍为负反馈。正反馈抵消了一部分负反馈。这时正、负反馈波纹管对杠杆支点的力矩差正好使测量和给定波纹管所产生的力矩差平衡，使杠杆达到暂时的平衡，实现比例作用。此时，由于P负＞P正，则P测大于P给，比例调节存在静态偏差。改变比例阀的开度即可调整比例作用的强弱，改变比例度的大小。开大比例阀，则P正增加，综合负反馈作用弱，比例作用增强，比例度减小。关小比例阀，P正减小，负反馈作用强，比例作用弱，比例度大。
增大的输出不断经积分阀向积分气容充气，其压力不断上升。经跟踪器后使P正逐渐上升，挡板逐渐靠近喷嘴，P负又略有增加，以消除静态偏差，实现积分作用。当最终达到平衡时，P正=P负，P测=P给，被控量恢复原数值。
跟踪器的作用是上室压力始终跟随下室压力。当下室压力即积分气容压力上升时，膜向上盖住喷嘴，由于气源的供气，上室压力不断上升；当下室压力下降时，膜片向下变形，上室气体经喷嘴排向大气，上室压力下降。上、下室压力相等时膜片平衡。
调整积分阀的开度可以调整积分时间的长短。开大积分阀，积分气容中压力上升得快，P正上升得快，积分时间短，积分作用增强。关小积分阀，积分时间长，积分作用减弱。当“手动”—“自动”开关置于“自动”位置时，气源到达气开关1的膜片下，将膜片顶起，气开关1关闭，来自手操定值器的气路被切断；同时，气开关2膜片下的空气排向大气，膜片向下。气开关2打开，调节器的输出通向阀门。当切换开关放在“手动”位置时，气开关2关闭，调节器的输出被切断，气开关1打开，改变手操定值器的输出即可实现对阀门的远距离控制。
图11-4 四针指示调节仪原理
7）薄膜调节阀。薄膜调节阀的结构和功能见任务6。
