船舶柴油機冷卻系統(tǒng)介紹及溫度控制系統(tǒng)改進探討

1、<p><b>　　大連海事大學</b></p><p><b>　　畢 業(yè) 論 文</b></p><p>　　二〇一二 年 六 月</p><p>　　船舶柴油機冷卻系統(tǒng)介紹及溫度控制系統(tǒng)改進探討</p><p>　　專業(yè)班級: 輪機08級18班 </p><p&g

2、t;　　姓 名: 賴 永 生 </p><p>　　指導教師: 孫 廣 輝 </p><p><b>　　輪機工程學院</b></p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　目前船舶柴油機采用的冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)，都是通過反饋環(huán)節(jié)控制柴油機氣缸冷卻水

3、的進口管水溫或出水管水溫，使水溫保持在給定值或給定值附近。但是，在柴油機負荷突變或超負荷的情況下，會造成氣缸冷卻水進口溫度過低或出口溫度過高，無論哪種情況的出現(xiàn)對柴油機都是不利的。為此，本文在對船舶柴油機冷卻水系統(tǒng)介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際運行管理中的觀察及記錄，對船舶柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)的改進進行探討。 </p><p>　　關(guān)鍵詞： 冷卻水 </p><p><b>　　

4、Abstract</b></p><p>　　Oily water separator is one of the most important pollute protection equipment in t</p><p>　　Keywords: cooling water</p><p>　　船舶柴油機冷卻系統(tǒng)介紹及溫度控制系統(tǒng)改進探討</

5、p><p><b>　　前言</b></p><p>　　船舶主機運轉(zhuǎn)時,主機及其附屬設(shè)備將會散發(fā)出大量的熱量 。此時，為了保證部件能不因溫度超過材料的承受極限,必須及時將這些多余的熱量散發(fā)出去。因此 ,冷卻水系統(tǒng)的功用 ,就是對需要及時散熱的機械和設(shè)備提供足夠的冷卻水進行冷卻,以保證其在一定合適的溫度范圍內(nèi)安全、可靠地工作。</p><p>　　

6、船舶柴油機氣缸冷卻水溫度的自動控制系統(tǒng)的控制方法很多,總體分為三種:直接作用式,如WALTON 恒溫閥;氣動控制方式,如 TQWQ-C-405 型;電動控制方式,如 MR-Ⅱ型。這幾種控制方式都是通過反饋環(huán)節(jié)控制柴油機氣缸冷卻水的進口管水溫或出水管水溫，使水溫保持在給定值或給定值附近。但當柴油機超負荷的情況下，會造成氣缸冷卻水進口溫度過低或出口溫度過高。無論哪種情況的出現(xiàn)對柴油機都是不利的。柴油機氣缸進口溫度過低會造成熱損失增加、熱應(yīng)力

7、增大、低溫腐蝕；氣缸出口溫度過高會使缸套內(nèi)壁油膜蒸發(fā)、缸壁內(nèi)壁磨損加劇、冷卻腔內(nèi)發(fā)生汽化現(xiàn)象、缸套密封圈加速老化。對于中高速柴油機，一般出口溫度可控制在 70℃～80℃（不燒含硫重油時），低速機可控制在60℃～70℃，進出口溫差不大于 12℃。為提高柴油機運轉(zhuǎn)的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，本文在對現(xiàn)有的船舶主機冷卻系統(tǒng)及溫度控制系統(tǒng)介紹的基礎(chǔ)上，結(jié)合實際工作中發(fā)現(xiàn)的不足，對船舶主機冷卻系統(tǒng)的改進進行探討。</p><p&

8、gt;　　船舶柴油機冷卻系統(tǒng)工作原理及組成</p><p><b>　　合理冷卻的重要性</b></p><p>　　從利用能量的角度分析，對主機的冷卻應(yīng)當是一項被避免的能量損失。但是，為了保證主機的正常運行，對主機的冷卻又是不可或缺的。對主機的冷卻能起到這些作用：</p><p>　　合適的冷卻可以保證受熱件的工作溫度不超過各部件材料的承受極

9、限，因而確保了運行過程中受熱部件在高溫下依舊能夠保證足夠的強度。</p><p>　　柴油機燃燒室部件受熱溫度高低對其材質(zhì)變化及可靠性影響特別大。</p><p>　　首先是如果金屬材料受熱溫度過高，會出現(xiàn)過熱，并導致晶粒粗大，尤其是當部件的溫度接近甚至超過某一臨界溫度時，金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)中會發(fā)生再結(jié)晶過程，顯微組織發(fā)生明顯變化，材料的強度、硬度、韌性顯著下降，塑性變形增大。因此，采用高溫淡水

10、對主機進行冷卻，必須使主機的受熱部件溫度不超過某個溫度界限。例如冷卻式鑄鋼活塞頂不得超過480-485℃，第一環(huán)槽應(yīng)小于140-180，氣缸套內(nèi)壁最高溫度一般應(yīng)在300℃以下，鑄鋼缸蓋燃氣側(cè)最高溫度不得超過400-500℃。否則，將導致機械方面的故障?！?】</p><p>　　另一方面需要指出的是，受熱件溫度有其下限值。例如，活塞頂、第一環(huán)槽和噴油器端部分別不應(yīng)低于205℃、140℃和120℃。【3】否則，除了

11、惡化柴油機性能外，還會帶來一些其他問題。柴油機工作時，受熱部件燃氣側(cè)的溫度一般可達300-500℃，而在冷卻水側(cè)溫度較低，壁厚兩邊存在較大溫差。高溫內(nèi)壁的膨脹必然大于外壁，但內(nèi)部的膨脹受到外部的約束，故其內(nèi)部產(chǎn)生壓應(yīng)力，外部受到拉應(yīng)力，即是所謂的熱應(yīng)力。</p><p>　　圖1.1-1缸壁熱應(yīng)力分析圖</p><p>　　受熱部件熱應(yīng)力一般表示為：</p><p>

12、;　　σt=Eξ△t （kgf/cm2）</p><p>　　對于薄壁氣缸套外、內(nèi)表面拉、壓應(yīng)力則是：</p><p>　　σt=+ Eξ△t/（2-2μ） （kgf/cm2）</p><p>　　△t = qδ/λ = Kδ(tf1-tf2)/λ = tw1-tw2</p><p>　　式中 +、— ——外表面取正，內(nèi)表面取負；</p

13、><p>　　E ——材料的彈性模數(shù) （kgf/cm2）；</p><p>　　ξ ——材料的線脹系數(shù) （1/℃）；</p><p><b>　　μ ——泊松比；</b></p><p>　　tf1、tf2 ——燃氣和冷卻水溫度（℃）；</p><p>　　tw1、tw2 ——燃燒室內(nèi)外壁溫度（℃）；

14、</p><p>　　q ——燃氣傳給冷卻水熱流密度 kcal/(m2*h)；</p><p>　　δ ——平壁、周壁厚度 （m）；</p><p>　　λ ——周壁材料導熱系數(shù) kcal/(m2*h*℃)；</p><p>　　K ——傳熱系數(shù) kcal/(m2*h*℃)；</p><p>　　可見，熱應(yīng)力的大小與

15、內(nèi)外壁溫差成正比，而溫差又與冷卻水溫度的下降量具有線性關(guān)系。顯然，正在運作且負荷一定的柴油機，熱應(yīng)力隨冷卻水溫度的增加而減小，隨冷卻水溫度的降低而增加，而且影響熱應(yīng)力的大小，除了設(shè)計、結(jié)構(gòu)因素外，冷卻水溫度往往起著主要作用。在大多數(shù)情況下，熱應(yīng)力對柴油機受熱部件的壽命及可靠性構(gòu)成很大威脅，達到某一數(shù)值時，足以使受熱部件產(chǎn)生裂紋，引起熱疲勞破壞?！?】</p><p>　　合適的冷卻可以使得各相對運動部件在工作中處

16、于良好的狀態(tài)（例如缸套與活塞的合適間隙、適當?shù)臍飧變?nèi)壁的油膜）。氣缸套冷卻不足缸壁過熱，使缸壁上潤滑油膜變薄和破壞，導致氣缸套與活塞環(huán)配合表面的金屬直接接觸，發(fā)生黏著磨損，進一步發(fā)展和惡化即會產(chǎn)生拉缸事故?！?】</p><p><b>　　1.2 冷卻媒介</b></p><p>　　淡水、海水及滑油常作為柴油機強制液體冷卻系統(tǒng)的冷卻劑。淡水的水質(zhì)穩(wěn)定，傳熱效果好且

17、可采用水處理應(yīng)對其腐蝕和結(jié)垢的問題，因此淡水是一種目前廣泛使用的、理想的冷卻介質(zhì)。柴油機對淡水水質(zhì)的要求一般為不含雜質(zhì)的淡水或蒸餾水。若為淡水，要求其總硬度不超過10（德國度）、pH值為6.5-8、氯化物含量不超過50 ppM。當使用蒸餾水或離子交換器產(chǎn)生的完全脫離子水作為冷卻淡水時，必須特別注意對淡水進行水處理，并定期化驗，確保水處理劑的濃度處于規(guī)定范圍。否則因其濃度不足，反而會產(chǎn)生比使用一般硬水還嚴重的后果（因為沒有一般硬水而產(chǎn)生的

18、石灰薄膜沉淀物保護）。</p><p>　　例如，本輪“育鯤”的的冷卻水水質(zhì)要求：首先是建議使用去離子化的水或蒸餾水（例如造水機產(chǎn)的水），因為這種水可以防止石灰質(zhì)水垢的形成（會導致冷卻壁導熱率下降，造成不可接受的高溫）。其次是以下各化學參數(shù)應(yīng)滿足要求：</p><p>　?。?）pH值 ：6.5-8.0 （20℃）</p><p>　?。?）氯化物 ：< 5

19、0 ppM (50 mg/l)</p><p>　?。?）硫酸鹽 ：< 50 ppM (50 mg/l)</p><p>　　（4）硅酸鹽 ：< 25 ppM (25 mg/l)</p><p>　　同時，要求不能含有：硫化物、氯及氨。</p><p>　　最后，要求冷卻水的總硬度不超過10 dH。</p><

20、p>　　根據(jù)“育鯤”輪主機說明書中維修保養(yǎng)計劃，冷卻水水質(zhì)要求每周化驗一次，并對化驗結(jié)果作記錄，以便分析其水質(zhì)變化的趨勢。</p><p>　　圖1.2-1水處理劑濃度記錄表</p><p>　　圖1.2-2 含鹽量及pH值記錄表</p><p>　　每季度要從運轉(zhuǎn)的冷卻水系統(tǒng)中采集水樣，送至路上實驗室，化驗抑制劑、硫酸鹽、鐵及總的鹽含量。</p>

21、<p>　　每年，放空系統(tǒng)、沖洗并且重新向冷卻水系統(tǒng)注水，同時加抑制劑。</p><p>　　每四年或長時間未使用，基于日常檢查結(jié)果，除去系統(tǒng)中的油渣、鐵銹及水垢。換水并加抑制劑?！?】</p><p>　　海水的水質(zhì)難以控制且其腐蝕和結(jié)垢問題較為突出。因而為減少管系及換熱器腐蝕和結(jié)垢，海水的出口溫度不應(yīng)超過45℃。所以，現(xiàn)今已經(jīng)很少用海水對船舶主機進行冷卻。</p&g

22、t;<p>　　最后說到滑油，用滑油對主機進行冷卻的優(yōu)點是不存在因漏泄而污染曲軸箱油的危險，適合作為活塞的冷卻介質(zhì)。在本輪上，如圖所示，即是使用系統(tǒng)油，通過十字頭、活塞桿內(nèi)部管路上行至活塞，用振蕩冷卻的方式對活塞進行冷卻，再通過活塞桿內(nèi)部管路回流。在本輪主機的運行管理中，活塞冷卻液回油溫度及機座處回油觀察鏡都是巡回檢查應(yīng)當注意的地方。但滑油作為冷卻液的缺點是比熱小，傳熱效果較差，而且與高溫表面接觸時會產(chǎn)生結(jié)焦的現(xiàn)象。<

23、;/p><p>　　圖1.2-3 活塞冷卻回油觀察鏡</p><p>　　圖1.2-4 活塞冷卻原理圖</p><p>　　1.3 冷卻系統(tǒng)的組成和設(shè)備</p><p>　　現(xiàn)代大型船舶主機冷卻系統(tǒng)普遍用高溫淡水強制循環(huán)冷卻柴油機，再就是使用低溫淡水冷卻缸套水，最后再用海水在中央冷卻器中強制冷卻低溫淡水和其他載熱流體后排出舷外。在系統(tǒng)布置上，淡水

24、系統(tǒng)屬于閉式系統(tǒng)，海水系統(tǒng)屬于開式系統(tǒng)。兩者組成的冷卻系統(tǒng)稱閉式冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　1.3.1主機冷卻系統(tǒng)</p><p>　　由于受熱件工作條件不同，所要求的冷卻液溫度、壓力和基本組成也各不相同。因而受熱件的冷卻系統(tǒng)通常由幾個單獨的系統(tǒng)組成。它們通常分為氣缸套和缸蓋、活塞及噴油器三個閉式淡水冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　但是，具體至“育鯤”輪主機（T

25、YPE:6S35MK,廠家:MAN B&W Diesel A/S,Hamburg,Denmark,S.N:37096,2006），只有缸套及缸蓋冷卻使用淡水，活塞為系統(tǒng)油循環(huán)冷卻，噴油器為燃油循環(huán)冷卻式。在本輪的缸套水冷卻系統(tǒng)中，缸套水的循環(huán)路線如圖所示：</p><p>　　圖1.3.1-1 缸套水系統(tǒng)原理圖</p><p>　　缸套冷卻水泵出口的淡水由缸套水進口總管進入各缸套下

26、部，沿缸套→缸蓋→增壓器路線進行冷卻。各缸出水匯總后，有一冷卻水除氣接口與高置膨脹水箱相連，另一路經(jīng)造水機和淡水冷卻器冷卻，再至除氣水箱除氣，最后重新進入缸套水冷卻水泵進口，實現(xiàn)一個循環(huán)。系統(tǒng)中設(shè)有報警箱，當系統(tǒng)中氣體過多時報警。本輪靠港時，可啟閉相應(yīng)閥門，利用缸套水預熱泵對主機進行保溫，一般保持冷卻水溫度在50 ℃。造水機三通閥設(shè)定溫度為78 ℃，缸套水冷卻器三通閥設(shè)定溫度為82 ℃。</p><p>　　圖1

27、.3.1-2 缸套水預熱泵及預熱器</p><p>　　缸套水系統(tǒng)在備車時，應(yīng)停止預熱，轉(zhuǎn)為缸套水泵工作。操作流程：首先停止缸套水預熱泵，隨即啟動缸套水泵，同時關(guān)閉預熱泵出口閥。操作過程中要注意缸套水泵的排出、啟動電流是否正常。</p><p>　　圖1.3.1-3 缸套水泵組</p><p>　　圖1.3.1-4 除氣器</p><p>　

28、　圖1.3.1-5 缸套水冷卻器</p><p>　　在隨后的中央冷卻系統(tǒng)的介紹中，將會提到缸套水冷卻器是利用低溫淡水冷卻高溫淡水。圖中上部一進一出的管路為高溫淡水管路，下部灰色管路為低溫淡水管路。同時，在上部有兩支細管，是用于采集高低溫淡水水樣以進行水質(zhì)化驗的地方。</p><p>　　系統(tǒng)中有溫度傳感器Pt100檢測缸套冷卻水出口總管溫度的變化，并通過熱力三通溫控閥調(diào)節(jié)進入缸套水冷卻器

29、的流量，使缸套水出機溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。</p><p>　　圖1.3.1-6 缸套水溫度控制系統(tǒng)溫度傳感器</p><p>　　圖中溫度傳感器為Pt100型熱電阻傳感器，位置在主機缸套水出口的管路上，Pt100阻值隨被測溫度的升高而增加，這一信號通過三線制接法送至調(diào)節(jié)器，作為調(diào)節(jié)器的測量輸入。</p><p>　　圖1.3.1-7 溫控三通閥</p>

30、<p>　　圖1.3.1-8 溫控三通閥開度指示</p><p>　　當紅色指針指向S時，三通閥通向冷卻器的閥全關(guān)，缸套水全部旁通；紅色指針指向C時，則是通向冷卻器的閥全開，缸套水全部進入冷卻器。</p><p>　　圖1.3.1-9 單缸出口溫度計及溫度傳感器</p><p>　　圖1.3.1-10 集控室工作站各缸缸套水出口溫度指示</p>

31、;<p>　　圖1.3.1-11 缸套水進口總管溫度傳感器及旋塞</p><p>　　圖1.3.1-12 缸套水出口總管溫度傳感器及旋塞</p><p>　　在主機缸套水溫度發(fā)生失控現(xiàn)象，溫度居高不下或持續(xù)升高時，在排出溫度傳感器及溫控三通閥無故障的情況下，當溫度上升到90-100℃時，打開圖中出口總管上的旋塞，檢查是否有水流出。</p><p>　　

32、如果有，立即恢復冷卻水供應(yīng)或停機診斷。 </p><p>　　如果沒有，說明主機冷卻水空間未充滿冷卻水，這將導致局部過熱并因此形成氣泡。立即關(guān)閉旋塞、停車、停缸套水泵、打開示功閥、保持輔助鼓風機和滑油泵運轉(zhuǎn)，將缺少的氣缸的活塞盤車至下止點讓過熱區(qū)域自然冷卻。注意，禁止立即恢復冷卻水供應(yīng)，防止產(chǎn)生過大的熱沖擊，造成機損事故。同時，尋找故障原因。在主機充分冷卻下來后，檢查缸套水出口總管的水流動狀況并進行除氣。做掃氣口

33、檢查以確認是否存在漏泄。</p><p>　　缸套水冷卻水系統(tǒng)設(shè)有高置膨脹水箱。其作用很多：</p><p>　　圖1.3.1-13 缸套水系統(tǒng)高置膨脹水箱</p><p>　　圖1.3.1-14 缸套水出口總管所接放氣管</p><p>　?。?）膨脹，使系統(tǒng)中的淡水受熱后有膨脹的余地；</p><p>　?。?）補

34、水，補充系統(tǒng)中因蒸發(fā)和漏泄而損失的水量并保證淡水泵有足夠的吸入壓頭（淡水泵多為離心泵，足夠的吸入壓頭可防止氣蝕的發(fā)生）；</p><p>　?。?）排放系統(tǒng)中的空氣；</p><p>　?。?）投藥，可在此投放化學藥劑以對冷卻水進行化學處理；</p><p>　　（5）加熱，可對冷卻水加熱以暖缸（如果其中設(shè)置有加熱裝置；本輪未有，而是采用缸套水預熱器和缸套水預熱泵在

35、停機期間循環(huán)保溫）。</p><p>　　本輪主機噴油器采用燃油循環(huán)冷卻，如圖所示：燃油從噴油器上方進入，高壓油泵未泵油時，燃油經(jīng)燃油循環(huán)泵加壓至8 bar 左右，小于圖中止回閥的開啟壓力（15 bar）。旁通口打開，燃油至噴油器環(huán)形空腔，最后經(jīng)回油管出噴油器，回供油單元，因此起到循環(huán)冷卻噴油器的作用。當高壓油泵動作，噴油器進油壓力驟然升高，止回閥抬起，旁通口與回油口錯開，不再回油。燃油經(jīng)止回閥向下至針閥，大約達

36、到380 bar 左右的壓力時抬起針閥，噴射霧化燃油。噴射結(jié)束后，燃油壓力迅速降低，止回閥落座，旁通口與回油口對上，再次恢復燃油循環(huán)冷卻。</p><p>　　圖1.3.1-15 噴油器循環(huán)冷卻原理圖</p><p>　　1.3.2 中央冷卻系統(tǒng)</p><p>　　從20世紀70年代初期開始，出現(xiàn)了一種新型的柴油機冷卻系統(tǒng)，即中央冷卻系統(tǒng)。這種冷卻系統(tǒng)的基本特點

37、是使用不同溫度的兩個單獨的淡水循環(huán)系統(tǒng)：高溫淡水（80-85℃）和低溫淡水（30-40℃）閉式系統(tǒng)。前者用于冷卻主機，后者用于冷卻高溫淡水和各種冷卻器。受熱后的低溫淡水再在一個中央冷卻器中由開式的海水系統(tǒng)進行冷卻。由此，可保證只使用一個用海水作為冷卻液的冷卻器。</p><p>　　圖1.3.2-1 中央冷卻系統(tǒng)原理圖</p><p>　　如圖所示，在中央冷卻系統(tǒng)中，海水流經(jīng)中央冷卻器冷卻

38、低溫淡水后排出舷外。低溫淡水由低溫淡水泵驅(qū)動，經(jīng)空冷器、滑油冷卻器和缸套水冷卻器、副機回到低溫淡水泵吸入口，完成閉式循環(huán)。在中央冷卻器出口設(shè)有溫控三通閥，要求中央冷卻器低溫淡水出口溫度不低于10℃，本輪低溫淡水設(shè)定溫度為36℃。同時，在副機冷卻水出口設(shè)有溫控三通閥，設(shè)定溫度為80℃。</p><p>　　圖1.3.2-2 空冷器冷卻水進出管</p><p>　　中央冷卻系統(tǒng)較傳統(tǒng)的冷卻水系

39、統(tǒng)有以下明顯有點：</p><p>　　海水管系及中央冷卻器的維修工作減至最低限度。</p><p>　　氣缸冷卻水溫度穩(wěn)定，不受工況變化的影響，因而使柴油機始終在最佳冷卻狀態(tài)下運轉(zhuǎn)。</p><p>　　淡水循環(huán)可多年保持清潔，維修工作量極少。</p><p>　　中央冷卻系統(tǒng)同時也存在以下缺點：</p><p>　

40、　增加了中央冷卻器及其輔助設(shè)備與管系，投資較高。</p><p>　　由于附加管系的阻力損失，使泵送耗功也有所增加。</p><p>　　在建造的現(xiàn)代化船舶中，大多采用中央冷卻系統(tǒng)。</p><p>　　1.3.3 開式海水系統(tǒng)</p><p>　　開式海水系統(tǒng)是用海水作為冷卻劑冷卻淡水、滑油、增壓空氣和空氣壓縮機等。系統(tǒng)的基本組成是海底閥

41、和大排量海水泵。本輪“育鯤”有三臺海水泵，排量為315 m3/h，額定排出壓力2 bar。因海水泵的排量很大，通常在吸入管接一應(yīng)急艙底吸口，以備機艙進水時應(yīng)急排水之用。一般設(shè)兩個以上海底閥，分高位和低位，分設(shè)在船舶的兩側(cè)舷旁。高位海底門位于空載水線下約300 mm處，低位海底門設(shè)在艙底（靠雙層底附近）。船舶進港后，由于水面下泥沙污物較多，多用高位海底門。而在海上航行時，為防止因風浪造成吸空，多使用低位海底門。當船舶在碼頭?？繒r，一般停止

42、使用靠近碼頭一側(cè)的海底閥，而改用外側(cè)海底閥，以防污物堵塞。</p><p>　　第二章 船舶柴油機冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)介紹</p><p><b>　　2.1 基本現(xiàn)狀</b></p><p>　　在現(xiàn)代化大型船舶中，大多采用中央冷卻系統(tǒng)，但在中、小型船舶中仍然有相當?shù)囊徊糠植捎脗鹘y(tǒng)的閉式冷卻。無論是哪種形式的冷卻系統(tǒng)，冷卻水溫度的高低對設(shè)備

43、的正常工作都有直接的影響，尤其是大型低速柴油機對缸套冷卻水的溫度有嚴格的要求。例如本輪“育鯤”輪主機缸套水系統(tǒng)要求其缸套水出口溫度保持在80-85℃之間。達到90℃時會有聲光報警，甚至達到95℃時會自動降速。因此，柴油機的缸套水溫度控制系統(tǒng)是船舶機艙重要的自動控制系統(tǒng)之一。對于采用中央冷卻水系統(tǒng)的船舶，則需對低溫淡水的溫度進行控制。本輪要求控制低溫淡水經(jīng)中央冷卻器后溫度在36℃。</p><p>　　船舶冷卻水溫

44、度的控制手段目前還是以旁通控制法為主，即把被冷卻的高溫淡水分成兩路，一路經(jīng)過冷卻器，另一路經(jīng)過旁通管路，由三通調(diào)節(jié)閥對冷水和熱水進行混合，得到不同的調(diào)節(jié)閥出口溫度。溫度控制器根據(jù)設(shè)定溫度和測量點溫度偏差值按調(diào)節(jié)規(guī)律輸出控制信號至執(zhí)行機構(gòu)，改變調(diào)節(jié)閥的旁通口開度，從而實現(xiàn)測量點溫度的自動控制。</p><p>　　2.2 幾種典型的冷卻水溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　2.2.1 直接作

45、用式冷卻水溫度控制系統(tǒng)</p><p>　　所謂直接作用式冷卻水溫度控制系統(tǒng)，就是不需要外加能源，利用感溫元件內(nèi)充注的低沸點工作介質(zhì)壓力隨溫度成比例變化的原理，直接驅(qū)動三通調(diào)節(jié)閥，改變冷卻器旁通水流量，以控制冷卻水溫度。直接作用式溫度控制系統(tǒng)的類型較多，在這介紹一種應(yīng)用比較廣泛的直接作用式溫度控制器，稱為WALTON恒溫閥，其結(jié)構(gòu)原理如圖：</p><p>　　圖2.2.1-1 WALON

46、恒溫閥結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　WALTON恒溫閥又稱石蠟式調(diào)節(jié)閥，它由閥體、傳動機構(gòu)、滑板和感溫盒組成。感溫盒內(nèi)充有石蠟混合液作為感溫介質(zhì)。其動作原理是利用石蠟混合液的體積隨溫度變化的性質(zhì)，用體積膨脹產(chǎn)生的作用力來推動執(zhí)行機構(gòu)，改變滑板的位置來控制至冷卻器的冷卻水的流量，從而使冷卻水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上。</p><p>　　若冷卻水溫度降低，石蠟混合液體積減小，感溫盒內(nèi)的活塞上移，

47、經(jīng)活塞桿、連桿及連桿與滑板上的鉸接點，使滑板繞轉(zhuǎn)軸順時針旋轉(zhuǎn)一個角度，使旁通水量增加，而流經(jīng)冷卻器的水量減小，從而使冷卻水溫度上升，逐漸向給定值恢復。隨著感溫盒活塞的上移，彈簧力減小，當感溫盒內(nèi)石蠟混合液因體積減小而產(chǎn)生的力與彈簧張力相平衡時，滑板不再轉(zhuǎn)動，旁通管口和流向冷卻器的管口開度不再改變，冷卻水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值附近。當冷卻水溫度升高時，石蠟混合液體積膨脹，活塞下移，滑板繞轉(zhuǎn)軸逆時針轉(zhuǎn)動一個角度，關(guān)小旁通管口，開大流向冷卻器的管口

48、，使冷卻水溫度降低，并逐漸向給定值恢復。當彈簧力再次與石蠟混合液的膨脹力相平衡時，系統(tǒng)又達到一個新的平衡狀態(tài)。</p><p>　　給定值的調(diào)整是通過改變滑板的初始位置來實現(xiàn)的。在實物結(jié)構(gòu)中，感溫盒、托板和轉(zhuǎn)軸緊固在一起，給定值調(diào)節(jié)軸伸出前端蓋并裝一個指針，該指針指示冷卻水溫度的給定值，轉(zhuǎn)動這個指針可改變滑板的初始位置，即改變給定值。對恒溫閥進行手動控制時，也是通過轉(zhuǎn)動這個指針改變滑板的位置來實現(xiàn)的。</p

49、><p>　　直接作用式控制系統(tǒng)是把測量單元、調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)都組裝在一起，成為不可分離的整體，具有結(jié)構(gòu)簡單的優(yōu)點。但是從工作過程中不難看出，這是一個比例調(diào)節(jié)系統(tǒng)，因此存在靜態(tài)偏差。同時，它的控制精度也較低。在船上普遍用于發(fā)電柴油機的缸套冷卻水溫度和滑油溫度的自動控制。</p><p>　　2.2.2 MR-Ⅱ型電動氣缸冷卻水溫度自動控制系統(tǒng)</p><p>　　MR

50、-Ⅱ型電動冷卻水溫度控制系統(tǒng)，屬于電子式控制方式，使用的是模擬式調(diào)節(jié)儀器，主要以電子器件的邏輯運算輸出控制信號，來驅(qū)動繼電器對電動機進行轉(zhuǎn)向控制。目前船舶大多采用此種方式，但該方式也存在著一定的缺點。首先是采用的元器件比較落后，導致電路較為復雜，使用的邏輯元器件也較多，增加了備件管理和維護工作的難度。其次由于系統(tǒng)整體比較復雜及模擬儀表的功能限制，這些溫度控制器都采用了最簡單的控制規(guī)律，不能提供很好的控制性能。</p>&l

51、t;p>　　MR-Ⅱ型電動冷卻水溫度控制系統(tǒng)采用基地式電動儀表（把測量、顯示、調(diào)節(jié)各單元及相應(yīng)的開關(guān)元件組裝在一個控制箱內(nèi)），能實現(xiàn)比例微分控制作用。該系統(tǒng)的測量單元是熱敏電阻T802，安裝在氣缸冷卻水出口管路中，其電阻值與冷卻水的溫度的變化成線性關(guān)系，經(jīng)分壓器分配，就把冷卻水溫度的變化成比例地轉(zhuǎn)換成電壓信號。這個表示冷卻水溫度測量值的電壓信號，與由電位器調(diào)定的代表冷卻水溫度給定值的電壓信號相比較，得到偏差值e。這個偏差值經(jīng)PD作

52、用輸出一個連續(xù)變化的控制信號送到脈沖寬度調(diào)節(jié)器，脈沖寬度調(diào)節(jié)器把PD輸出的連續(xù)變化的控制信號調(diào)制成脈沖信號。若冷卻水溫度低于給定值，其脈沖信號使“增加輸出接觸器”斷續(xù)通電，組合開關(guān)SW2斷續(xù)閉合。若冷卻水溫度高于調(diào)定值，脈沖信號使“減少輸出接觸器”斷續(xù)通電，組合開關(guān)SW1斷續(xù)閉合。</p><p>　　執(zhí)行機構(gòu)是一個三相交流伺服電機M，在它的軸上經(jīng)減速傳動裝置帶動兩個互成90°的平板閥。一個閥控制旁通淡

53、水量；另一個閥控制流經(jīng)淡水冷卻器的淡水流量。通過對應(yīng)開關(guān)的斷續(xù)閉合，調(diào)節(jié)三通閥的開度，可保證冷卻水溫度穩(wěn)定。當冷卻水溫度等于或處于調(diào)整盲區(qū)內(nèi)時，調(diào)節(jié)器無輸出，三通閥保持開度不變。</p><p>　　在“減少輸出繼電器”和“增加輸出接觸器”的電路中串聯(lián)了一個限位開關(guān)和一個過載保護繼電器控制的開關(guān)。若某些故障使伺服電機電流過大時，過載保護繼電器動作，使對應(yīng)開關(guān)斷開。接觸器斷電，其相應(yīng)的組合開關(guān)斷開，切斷電機電源，保

54、護電機不會因過熱而燒壞。當電機帶動三通調(diào)節(jié)閥中的平板閥轉(zhuǎn)到接近極限位置時，觸頭斷開，使接觸器斷電，切斷電機電源，防止平板閥卡緊在極端位置，使電機回行時動作不靈敏，或因起動電流過大而引起過熱。在接觸器的通電回路中，通過常閉觸頭實現(xiàn)互鎖，防止二者同時通電。</p><p>　　MR-Ⅱ型調(diào)節(jié)器由若干塊插拔式電路板組成。首先是一個毫安表，把0-1 mA的變化范圍成比例地轉(zhuǎn)換為0-100℃的刻度，用于指示冷卻水溫度的實際

55、值或設(shè)定值。插板B為測量指示電路，可調(diào)整設(shè)定值，可選擇毫安表的顯示內(nèi)容（實際值/設(shè)定值）。插板C為調(diào)節(jié)器電路，內(nèi)置比例微分（PD）調(diào)節(jié)器電路?？烧{(diào)節(jié)微分時間Td和比例帶PB。插板D為脈沖寬度調(diào)制電路，可將PD調(diào)節(jié)器電路輸出的控制量轉(zhuǎn)換成控制三相伺服電機斷續(xù)轉(zhuǎn)動的脈沖量。同時，其可調(diào)制不靈敏區(qū)或脈沖寬度。插板E是繼電器和開關(guān)電路。在自動控制失效時，可手動控制相應(yīng)接觸器以實現(xiàn)手動調(diào)節(jié)三通閥的開度。插板F為電源開關(guān)盒“手動-自動”切換電路。&

56、lt;/p><p>　　參數(shù)調(diào)制：控制系統(tǒng)安裝后，調(diào)節(jié)器的比例帶PB、微分時間Td和脈沖寬度不可輕易調(diào)整。確實發(fā)現(xiàn)動態(tài)過程不理想（溫度向給定值恢復過快或?qū)嶋H值波動太大），可對其進行適當調(diào)整。具體操作應(yīng)注意每次少調(diào)，待穩(wěn)定后觀察，如此反復，直至滿足要求。</p><p>　　2.2.3 “育鯤”輪主機缸套水溫度智能調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)系統(tǒng)</p><p>　　OMRON公司的E5E

57、N智能調(diào)節(jié)器在本輪“育鯤”輪上被作為缸套水溫度智能調(diào)節(jié)器，該溫度調(diào)節(jié)器采用兩個自由度的PID控制方式，具有快速響應(yīng)、無過沖、抗干擾好等優(yōu)點。本輪主機缸套水溫度智能控制系統(tǒng)主要包括溫度傳感器、智能調(diào)節(jié)器和執(zhí)行機構(gòu)三大部分。</p><p>　　圖2.2.3-1 智能調(diào)節(jié)器溫度控制系統(tǒng)基本組成</p><p>　　首先是溫度傳感器，該系統(tǒng)采用Pt100型熱電阻式傳感器，安裝在柴油機的缸套水出口

58、管路上。此種傳感器屬于接觸式傳感器，具有簡單、可靠、價廉及測量精度高的優(yōu)點，一般能夠測得真實溫度。但由于檢測元件熱慣性的影響，響應(yīng)時間較長，對熱容量小的物體難以實現(xiàn)精確的測量。并且其不適用于腐蝕介質(zhì)的測量、超高溫測量及運動物體溫度的測量。其電阻值與測量溫度一一對應(yīng)，而且具有良好的線性關(guān)系。當測量溫度為0℃時，電阻值為100Ω；溫度為100℃時，電阻值為138.51Ω。Pt100阻值隨被測溫度的變化而變化，這一信號通過三線制接法送到OMR

59、ON智能調(diào)節(jié)器的16、17、18接線端，作為調(diào)節(jié)器的測量輸入。長時間使用后注意對其感溫端的保護套進行清潔，防止水垢或積垢影響傳熱速率，造成測量值的變化大幅滯后于實際值的變化。</p><p>　　圖2.2.3-2 Pt100鉑熱電阻溫度傳感器</p><p>　　熱電阻式溫度傳感器常采用電橋電路將被測溫度的變化轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電壓輸出。但熱電阻安裝在所要檢測的管路或設(shè)備中，若與轉(zhuǎn)換電橋之間有一

60、定的距離，由于連接導線的電阻值也會隨環(huán)境溫度的變化而變化，會引起一定的測量誤差，為此，，熱電阻通常采用“三線制”接法實現(xiàn)對環(huán)境溫度變化的補償。“三線制”接法采用兩根材料、長度和截面積相同的導線分別接在測量橋臂和調(diào)零橋臂，以保證導線的電阻值相等。當環(huán)境溫度變化時，兩根導線阻值的變化量相等而抵消，使電橋輸出Uab保持不變。如圖2.2.3-3，△Rt及△R0分別表示測量橋臂和調(diào)零橋臂導線的電阻值，已知其隨溫度而變化且變化量相同。</p&

61、gt;<p>　　圖2.2.3-3 Pt100鉑熱電阻電路圖</p><p><b>　　經(jīng)計算：</b></p><p>　　可以由Uab表達式看出，電橋輸出Uab不受連接導線的阻值變化的影響，達到了提高測量精度的目的。此外，調(diào)節(jié)R0的電阻值即可調(diào)節(jié)該傳感器的輸出零點，調(diào)節(jié)W的電阻值即可調(diào)節(jié)該傳感器的輸出范圍。因此R0成為調(diào)零電阻，W成為調(diào)幅電阻。&l

62、t;/p><p>　　其次是智能調(diào)節(jié)器，本系統(tǒng)采用OMRON公司的E5EN型智能調(diào)節(jié)器。該調(diào)節(jié)器采用單片機控制，以數(shù)字方式實現(xiàn)PID調(diào)節(jié)規(guī)律，并具有豐富的數(shù)字顯示和菜單操作功能。調(diào)節(jié)器的設(shè)定值通過數(shù)碼顯示器和按鍵式菜單操作進行設(shè)定，來自Pt100的阻值變化經(jīng)內(nèi)部電路轉(zhuǎn)換為電壓信號，由單片機進行A/D轉(zhuǎn)換和量綱轉(zhuǎn)換后得到測量溫度值，調(diào)節(jié)器內(nèi)部的PID控制算法程序根據(jù)設(shè)定值與測量值的偏差計算出輸出量，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和電壓/

63、電流轉(zhuǎn)換后得到4-20 mA 的電流信號，并由端子3、4送到執(zhí)行機構(gòu)。調(diào)節(jié)器一般安裝在集控室的控制臺上，便于監(jiān)視和操作。</p><p>　　圖2.2.3-4 E5EN型調(diào)節(jié)器</p><p>　　E5EN型調(diào)節(jié)器除了具有基本的PID控制功能外，還具有調(diào)節(jié)器參數(shù)的智能自整定功能。只要通過菜單操作激活自整定功能，調(diào)節(jié)器就會在小范圍內(nèi)自動改變控制輸出（對控制對象進行特性辨識），并通過測量值的相

64、應(yīng)變化規(guī)律計算出當前的最佳比例帶PB、積分時間Ti和微分時間Td等調(diào)節(jié)器參數(shù)。此外，為便于與其他計算機系統(tǒng)（如監(jiān)視與報警系統(tǒng)）通信，E5EN調(diào)節(jié)器還提供了一個RS485 通信接口。</p><p>　　由于E5EN調(diào)節(jié)器為單片機為核心的調(diào)節(jié)器，所以其具有數(shù)碼顯示及可進行按鍵操作的功能多樣性?？梢栽谡{(diào)節(jié)器上操作上下鍵來改變設(shè)定值。也可以通過修改保護權(quán)限，對內(nèi)部的初始參數(shù)、PID參數(shù)、報警值設(shè)置參數(shù)進行瀏覽和設(shè)定。但

65、要注意的重要一點，調(diào)節(jié)參數(shù)過程中切勿同時按上下鍵，防止調(diào)節(jié)器死機。</p><p>　　表2.2.3-1 E5EN調(diào)節(jié)器初始設(shè)置參數(shù)</p><p>　　表2.2.3-2 E5EN調(diào)節(jié)器PID設(shè)置參數(shù)</p><p>　　表2.2.3-3 E5EN調(diào)節(jié)器報警值設(shè)置參數(shù)</p><p>　　電動執(zhí)行機構(gòu)一般由伺服放大器和執(zhí)行單元兩大部分組成。&

66、lt;/p><p>　　圖2.2.3-5 電執(zhí)行機構(gòu)原理圖</p><p>　　輸入信號Ii與反饋信號If比較得到偏差信號△I，經(jīng)伺服放大器功率放大后，驅(qū)動伺服電機轉(zhuǎn)動，再經(jīng)機械減速后，改變輸出轉(zhuǎn)角。同時，輸出軸轉(zhuǎn)角經(jīng)位置發(fā)送器轉(zhuǎn)換為反饋信號If，使|△I|減小，直至△I減至0時伺服電機才停止運轉(zhuǎn)，輸出軸穩(wěn)定在要求的角度上。毫安表可用來指示輸出位置（閥門開度），電動操作器可用于自動控制失靈時進

67、行手動操作。</p><p>　　本輪執(zhí)行機構(gòu)由電動伺服馬達和三通調(diào)節(jié)閥組成，一般安裝在冷卻器的進口處。伺服馬達能將調(diào)節(jié)器送來的4-20 mA 電流信號成比例地轉(zhuǎn)換為轉(zhuǎn)角輸出，調(diào)整三通調(diào)節(jié)閥的旁通口開度，從而改變冷卻水溫度。本輪“育鯤”輪上共有4只電控制溫度自動調(diào)節(jié)閥（NT2.120.001JS），分別安裝在滑油系統(tǒng)、低溫淡水系統(tǒng)、高溫淡水系統(tǒng)（缸套水冷卻器進口處及造水機進口處）。電控制溫度自動調(diào)節(jié)閥主要用于控制

68、溫度精度要求較高的主機、發(fā)電機組、潤滑設(shè)備等冷卻系統(tǒng)中的淡水、海水、滑油溫度的自動調(diào)節(jié)，控制精確，溫度設(shè)定靈活，具有報警功能，適合于計算機集中監(jiān)控。</p><p>　　圖2.2.3-6 電控制溫度自動調(diào)節(jié)閥</p><p>　　其動作原理：鉑電阻安裝在被檢測溫度的場所，當流體溫度發(fā)生變化時，鉑電阻阻值發(fā)生變化傳至溫度調(diào)節(jié)器。溫度調(diào)節(jié)儀處理信號后輸出DC 4-20 mA 信號，電動執(zhí)行器收

69、到該信號就轉(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)閥的轉(zhuǎn)動角度與電流信號大小有關(guān)。</p><p>　　同時，該電控閥要求每月進行一次手動操作（切斷電源后進行），使閥全開全閉幾回。每年更要對其進行拆檢，清潔，密封檢查等。</p><p>　　圖2.2.3-7 電控閥手動操作六角口</p><p>　　第三章 船舶柴油機冷卻水溫度控制系統(tǒng)改進探討</p><p>　　3.1本

70、輪冷卻水溫度控制系統(tǒng)故障現(xiàn)象</p><p>　　在機動航行時，主機負荷變化較為劇烈，在主機加速過程中會出現(xiàn)主機缸套水溫度不可抑制地上升。通常缸套水出機設(shè)定值為80 ℃ ，為防止缸套水溫度超過報警界限，必須手動降低設(shè)定值來增大三通閥至冷卻器的開度，抑制其上漲趨勢，使其逐漸回落到穩(wěn)定值上。</p><p>　　加一張缸套水溫度過高照片</p><p>　　具體數(shù)值變化

71、表、曲線</p><p>　　同時，低溫淡水也存在主機加速時溫度超過設(shè)定值3-4 ℃ ，同時低溫淡水的溫控三通閥至中央冷卻器的閥門已全開（開度指示向“C”），溫度控制系統(tǒng)無法使低溫淡水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值上的現(xiàn)象。現(xiàn)有應(yīng)對是輪機員手動關(guān)小中央冷卻器海水旁通閥，增加中央冷卻器海水流量，方可使低溫淡水溫度穩(wěn)定在設(shè)定值（30℃）上。</p><p>　　一張三通閥開度指示“S”的照片加一張調(diào)節(jié)器顯示

72、值過高照片并列</p><p>　　溫度傳感器的滯后問題，試航正常</p><p><b>　　升溫速率報警</b></p><p>　　冷卻水系統(tǒng)熱容量大，對執(zhí)行機構(gòu)斷續(xù)控制，以一定延遲時間來確定冷卻水溫度變化</p><p>　　計算機工作站可否打印冷卻水溫度記錄？</p><p><b

73、>　　多點測量溫度？</b></p><p><b>　　模糊控制</b></p><p>　　在船舶機動航行時，本輪冷卻水系統(tǒng)存在著低溫淡水溫度失調(diào)的現(xiàn)象。</p><p>　　具體數(shù)值。。。與主機負荷，副機負荷，海水溫度關(guān)系？</p><p><b>　　3.2故障診斷</b>

74、</p><p>　　3.2.1 低溫淡水溫度過高故障分析</p><p>　　在海上定速航行時，低溫淡水的溫度可以很好地穩(wěn)定在設(shè)定值（30℃）上。但是在船舶機動航行中主機負荷增加較快時，低溫淡水溫度卻發(fā)生溫度過高及需要人為干預的現(xiàn)象。</p><p><b>　?。?）溫度傳感器：</b></p><p>　　在低溫

75、淡水溫度過高時，我首先觀察中央冷卻器低溫淡水出口溫度表的數(shù)值，排除因溫度傳感器故障導致的調(diào)節(jié)器溫度顯示值過高。</p><p>　　此外，我也曾考慮過是否是因為中央冷卻器低溫淡水出口處溫度傳感器滯后原因?qū)е逻@個故障。因為在主機負荷增加較快時，即圖中外部擾動d(t)增加就快時，低溫淡水的溫度，即被控量y（t）升高也較快。若是溫度傳感器的反應(yīng)異常滯后于低溫淡水溫度的變化，會導致測量值z（t）變化滯后于被控量y（t）的

76、變化，就會導致調(diào)節(jié)器的輸出p（t）滯后于系統(tǒng)的溫度y（t）變化，造成低溫淡水溫度y（t）過高。但是，要注意的一點就是，在此時低溫淡水溫度過高的同時，中央冷卻器出口處的溫控三通閥通中央冷卻器的閥門已經(jīng)全開。</p><p><b>　　待驗證</b></p><p>　　這就說明，控制單元已經(jīng)對電子控制溫度調(diào)節(jié)閥送去了最大的控制量p（t）。而p（t）又取決于偏差值e（t

77、）的大小，偏差值e（t）至少達到了上限值，也就說明了測量值z（t）也達到了上限值，</p><p>　　圖3.2.1-1 反饋控制系統(tǒng)傳遞方框圖</p><p>　　加被控量y（t）與測量值z（t）變化比較數(shù)據(jù)表，曲線</p><p>　　如果調(diào)節(jié)器上的低溫淡水溫度顯示值的變化沒有明顯滯后于中央冷卻器低溫淡水出口處溫度表的顯示值變化，說明了溫度傳感器準確地檢測到了被

78、控量——中央冷卻器低溫淡水出口溫度的變化。所以，也就排除了測量單元故障的可能性。</p><p>　　（2）中央冷卻器海水流量過?。?lt;/p><p>　　輪機員應(yīng)對此時低溫淡水溫度過高的方法是關(guān)小中央冷卻器海水旁通閥，這個操作將增加中央冷卻器海水流量，加強中央冷卻器冷卻能力。從反饋系統(tǒng)中分析，在溫控三通閥開度一定的情況下，即控制單元輸出的控制量p（t）一定時，增加了基本擾動q（t）的大小，

79、從而使被控量y（t）能夠回到設(shè)定值上。因此，我們可以得出結(jié)論，在機動航行主機負荷增加較快時導致低溫淡水溫度過高的原因應(yīng)當是中央冷卻器海水流量過小導致的中央冷卻器冷卻能力不足。</p><p>　　但是，中央冷卻器之所以流量偏小是因為本輪靠港時，因海水溫度較低（5-8℃），若保持與海上航行時一樣的海水流量，中央冷卻器冷卻能力過強，低溫淡水溫度控制閥至冷卻器的閥門開度幾乎為0，對閥門的正常工作有較大影響（一般工作在開

80、度一半的情況下比較好）。因此，靠港期間中央冷卻器海水流量較小。</p><p><b>　　待驗證</b></p><p>　　但當機動航行中主機加負荷并且發(fā)電柴油機有兩臺運轉(zhuǎn)時，又不得不手動增加中央冷卻器海水流量。這樣不僅增加了輪機員的勞動量，同時在溫度已經(jīng)失調(diào)的情況下再采取增加海水流量的方法，會造成中央冷卻器內(nèi)部海水與淡水溫差過大，增加水垢的生成量。</p&

81、gt;<p><b>　　待驗證</b></p><p>　　更重要的是，若低溫淡水溫度過高，會大大降低缸套水溫度的調(diào)節(jié)速度。</p><p>　　導致這個人為干預的根本原因是：低溫淡水溫度控制系統(tǒng)對控制對象低溫淡水系統(tǒng)輸出的基本擾動q（t）不能在大小上與外部擾動d（t）自動相適應(yīng)，即中央冷卻器的冷卻能力不能自動適應(yīng)低溫淡水系統(tǒng)熱負荷的變化。</p

82、><p>　　3.2.2 低溫淡水溫度控制系統(tǒng)改進</p><p>　　（1）根據(jù)海水溫度自動選擇海水泵工作模式：</p><p>　　使控制系統(tǒng)能夠根據(jù)海水溫度自動選擇海水泵的工作模式，實現(xiàn)中央冷卻器海水流量的自調(diào)節(jié)，達到低溫淡水溫度控制系統(tǒng)對控制對象低溫淡水系統(tǒng)輸出的基本擾動q（t）能在大小上與外部擾動d（t）自動相適應(yīng)的目的，增強了低溫淡水溫度控制系統(tǒng)的調(diào)節(jié)能力

83、。通過變流量調(diào)節(jié)可以大大提高缸套冷卻水溫度調(diào)節(jié)的速度。本輪機艙中設(shè)置了三臺功率相同的海水泵，兩臺作為備用，工作狀態(tài)下一臺海水泵運轉(zhuǎn)，通過人工調(diào)節(jié)中央冷卻器海水旁通閥調(diào)節(jié)進入中央冷卻器的海水流量。而改進方案則是設(shè)置三臺功率不同的海水泵按一定方式組合運行，這樣可以得到多種海水泵組的工作模式，從而得到中央冷卻器海水流量的多種變化。同時，又可使得各個海水泵處于額定工況，減少了內(nèi)部的功率損失及汽蝕破壞。</p><p>&

84、lt;b>　　加非額定工況的影響</b></p><p>　　圖3.2.2-1 根據(jù)海水溫度自動選擇海水泵工作模式</p><p>　　根據(jù)海水溫度的變化情況，調(diào)節(jié)器自動選擇海水泵組的工作模式，控制三臺海水泵的啟停，這樣不僅可以快速調(diào)節(jié)低溫淡水溫度使其達到所要求的溫度值，降低了輪機人員的工作強度，同時減少了海水泵的功率損耗，又增加了海水泵的使用壽命。</p>

85、<p>　　（2）中央冷卻器海水出口加裝溫控三通閥：</p><p>　　在中央冷卻器海水出口加裝以溫控三通閥，穩(wěn)定中央冷卻器海水出口溫度在一定值上。具體應(yīng)是中央冷卻器海水出口溫度低于設(shè)定值時，將海水回流至中央冷卻器海水進口：當中央冷卻器海水出口溫度高于設(shè)定值時，減小海水回流至中央冷卻器進口，增大排至舷外的閥開度。這樣，在適當設(shè)定中央冷卻器海水出口溫度的前提下，可以保證中央冷卻器海水流量的自動調(diào)節(jié)，即

86、中央冷卻器冷卻能力的自調(diào)節(jié)。</p><p>　　。。。此時相當于低溫淡水系統(tǒng)有兩個調(diào)節(jié)器，或者將其海水看為冷負荷，其余看做熱負荷，亦可當作只有一個控制器</p><p>　　圖3.2.2-2 中央冷卻器海水出口加裝溫控閥原理圖</p><p>　　3.2.3 高溫淡水溫度過高分析</p><p>　?。?）溫度傳感器：在高溫淡水溫度過高時

87、，我首先觀察主機高溫淡水出口溫度表的數(shù)值，排除因溫度傳感器故障導致的調(diào)節(jié)器溫度顯示值過高。</p><p>　　其次，主機高溫淡水出口處溫度傳感器感應(yīng)滯后也會導致這個故障。因為在主機負荷增加較快時，即圖3.2.1-1中外部擾動d(t)增加就快時，高溫淡水的溫度，即被控量y（t）升高也較快。若是溫度傳感器的反應(yīng)異常滯后于高溫淡水溫度的變化，會導致測量值z（t）變化滯后于被控量y（t）的變化，就會導致調(diào)節(jié)器的輸出p（

88、t）滯后于系統(tǒng)的溫度y（t）變化，造成高溫淡水溫度y（t）過高。</p><p>　　診斷方法：如果是因為溫度傳感器感應(yīng)滯后的原因?qū)е轮鳈C缸套水溫度在主機較快增加負荷時溫度過高，可以通過比對機旁高溫淡水出機溫度與調(diào)節(jié)器顯示值的變化規(guī)律。如果發(fā)現(xiàn)調(diào)節(jié)器顯示值變化規(guī)律明顯滯后于機旁溫度顯示值變化規(guī)律，則可以說明溫度傳感器存在著足以影響溫度控制系統(tǒng)調(diào)節(jié)性能的滯后感應(yīng)現(xiàn)象。如果這兩者變化規(guī)律基本一致，則可以排除溫度傳感器

89、滯后這個原因。</p><p>　　前提是機旁溫度能夠足夠準確以作為參照</p><p><b>　　加數(shù)據(jù)表</b></p><p><b>　　加曲線對比</b></p><p><b>　　加結(jié)論</b></p><p>　　解決辦法:清潔溫度傳感

90、器的保護套后再做觀察，如果沒有改善，應(yīng)排除溫度傳感器感應(yīng)滯后這個因素，尋找其他原因。</p><p>　　（2）電控制溫度三通調(diào)節(jié)閥故障：</p><p>　　若是執(zhí)行機構(gòu)部分出現(xiàn)卡阻、遲滯等現(xiàn)象，不能夠?qū)⒄{(diào)節(jié)器輸出的控制量正確轉(zhuǎn)換為三通閥的轉(zhuǎn)角變化，也可能導致缸套水溫度過高。因此，分析三通閥開度與缸套水溫度變化的對應(yīng)關(guān)系，確認是否是此因素導致船舶機動航行期間主機負荷增加較快時缸套水溫度過

91、高的現(xiàn)象。</p><p>　　加 三通閥開度 與 調(diào)節(jié)器 上顯示值變化的對應(yīng)數(shù)據(jù)及曲線</p><p>　　如果由數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，在調(diào)節(jié)器上實際值（PV）與設(shè)定值（SV）有較大偏差，且偏差的增加率也較大時，電控三通閥通向冷卻器閥門開度并無明顯加大，且加大速率無明顯大，可以說明電控三通閥存在故障，不能有效地執(zhí)行調(diào)節(jié)器發(fā)來的指令。反之，若調(diào)節(jié)器上實際值（PV）與設(shè)定值（SV）有較大偏差，且偏差的

92、增加率也較大時，電控三通閥通向冷卻器閥門開度有明顯加大，且加大速率明顯大，可以說明電控三通閥較為正常，能夠有效地將調(diào)節(jié)器輸出的控制量轉(zhuǎn)換為三通閥的開度變化，排除三通閥故障因素。</p><p>　　若確認電控三通閥故障，解決方法：切斷電源，放掉閥內(nèi)部的水。擰松所有4個夾具連接螺栓，撤除支架螺栓、執(zhí)行器、支架和閥蓋螺栓。取出閥蓋和轉(zhuǎn)閥組合，檢查轉(zhuǎn)閥機構(gòu)內(nèi)有無生銹、雜物，如有應(yīng)清除。檢查有無其他異常情況，例如軸彎曲等

93、。檢查完畢后，對三通閥進行裝復。注意轉(zhuǎn)動軸調(diào)整設(shè)定標記，保證兩軸標記對齊?；謴碗娫?，觀察是否能夠正常使用。</p><p>　　如果在檢修電控三通閥后，高溫淡水在船舶機動航行期間主機負荷增加較快時依然發(fā)生溫度過高現(xiàn)象或該現(xiàn)象只是減輕但沒有消除，應(yīng)繼續(xù)尋找其他原因。</p><p>　?。?）低溫淡水溫度過高導致缸套水冷卻器冷卻能力不足：</p><p>　　如果經(jīng)仔

94、細觀察及數(shù)據(jù)記錄發(fā)現(xiàn)，缸套水溫度過高是發(fā)生在低溫淡水溫度過高之后發(fā)生的，則可以強烈懷疑是因為低溫淡水溫度過高導致缸套水冷卻器冷卻能力不足，從而使缸套水溫度過高而不得不手動改變缸套水溫度設(shè)定值。</p><p>　　加 低溫淡水溫度過高后 高溫淡水溫度變化 數(shù)據(jù)記錄</p><p>　　低溫淡水溫度過高，會大大降低缸套水溫度的調(diào)節(jié)速度。本輪缸套水調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律是PID控制，并且其智能自整定

95、功能是關(guān)的。所以，此時比例帶PB、積分時間Ti、微分時間Td是定值。因此，當?shù)蜏氐疁囟冗^高時，影響了缸套水冷卻器的調(diào)節(jié)量，而調(diào)節(jié)器依舊是按照以往低溫淡水溫度正常時的系統(tǒng)狀態(tài)進行調(diào)節(jié)，導致溫度控制系統(tǒng)對缸套水系統(tǒng)輸出的基本擾動q(t)小于設(shè)計者的預期值；若同時主機在持續(xù)增加負荷，導致缸套水系統(tǒng)熱負荷持續(xù)升高，即外部擾動d(t)持續(xù)增加。這兩方面原因同時作用，將有可能導致高溫淡水溫度y(t)過高，輪機員不得不手動降低缸套水溫度設(shè)定值r(t

96、)，使控制單元所接收到的偏差e（t）增大，從而使控制單元輸出至執(zhí)行機構(gòu)電控三通閥的控制量p（t）增大，使缸套水系統(tǒng)受到的基本擾動增加至足以抵消外部擾動的增加，使系統(tǒng)的被控量y（t）能夠不繼續(xù)偏離設(shè)定值，逐漸回到設(shè)定值附近。</p><p>　　要注意的是低溫淡水溫度過高對缸套水溫度控制系統(tǒng)的影響有多大？是否是低溫淡水溫度過高與其他原因共同作用導致的缸套水溫度過高？</p><p>　　圖3

97、.2.3-1 降低設(shè)定值后系統(tǒng)變化圖</p><p>　　解決辦法：按3.3.2低溫淡水溫度控制系統(tǒng)改進的方法處理，解決低溫淡水溫度過高的問題。如果船舶機動航行期間主機負荷增加較快時低溫淡水溫度保持穩(wěn)定，而高溫淡水溫度依然出現(xiàn)過高或只是略微好轉(zhuǎn)，說明低溫淡水溫度過高不是缸套水溫度過高的影響因素或只是缸套水溫度過高的部分影響因素，存在著其他因素導致缸套水溫度過高。</p><p>　?。?）

98、缸套水溫度調(diào)節(jié)器故障</p><p>　　如果排除了之前的三個可能原因后依然存在船舶機動航行期間主機負荷增加較快時缸套水溫度過高，輪機員不得不手動降低設(shè)定值來穩(wěn)定缸套水溫度的現(xiàn)象，或者該現(xiàn)象只是減輕缺沒有消除，應(yīng)考慮是否是調(diào)節(jié)器方面的故障。</p><p>　　之前提到過，本輪缸套水調(diào)節(jié)器的調(diào)節(jié)規(guī)律是PID控制，并且其智能自整定功能是關(guān)的。所以，此時比例帶PB、積分時間Ti、微分時間Td是

99、定值。針對缸套水系統(tǒng)熱負荷驟然增加的系統(tǒng)變化，如果其微分特性設(shè)計地不夠好，有可能導致溫度調(diào)節(jié)器反應(yīng)滯后，導致溫度突然升高；同時積分作用過于微弱，以致缸套水溫度高于設(shè)定值較大值且一定時間后，依然不能靠自動調(diào)節(jié)使其回落。</p><p>　　解決辦法1：在船舶海上航行時，即主機負荷穩(wěn)定時，對調(diào)節(jié)器參數(shù)進行調(diào)節(jié)。主要應(yīng)加強微分作用和積分作用。。。。</p><p><b>　　如何調(diào)節(jié)

100、待查。。。</b></p><p>　　解決辦法2：因為缸套水溫度過高現(xiàn)象只出現(xiàn)在船舶機動航行期間主機負荷增加較快時，可以考慮專門增加調(diào)節(jié)器的控制規(guī)則來應(yīng)對這種系統(tǒng)變化，即增加根據(jù)油門拉桿位移對缸套水溫度進行預調(diào)節(jié)的控制規(guī)則。</p><p>　　本輪通常缸套水出機設(shè)定值為80 ℃ ，為防止缸套水溫度超過報警界限，輪機員不得不手動降低設(shè)定值來增大三通閥至冷卻器的開度，抑制其上漲

101、趨勢。但是，這種明顯滯后與系統(tǒng)被控量變化的調(diào)節(jié)方式會造成一些不好的影響。首先，手動改變設(shè)定值時，主機處于加速加負荷狀態(tài)，缸壁溫度持續(xù)升高。但降低設(shè)定值后，調(diào)節(jié)器將設(shè)定值與實際值比較后得到較大的偏差，三通閥至冷卻器的流量較大幅度地開大，造成缸套水進機溫度明顯降低。這是，可能導致一定程度的低溫腐蝕。實踐證明：當冷卻水溫度低于65℃時，這種腐蝕最為嚴重。同時，由于進機缸套水溫度的驟然降低，也會在缸壁處產(chǎn)生較大的溫差，熱應(yīng)力不正常地增大，可能對

102、缸壁的強度產(chǎn)生影響。此外，在負荷劇烈波動過去后，必須及時地將設(shè)定值調(diào)節(jié)至正常范圍，否則會再度造成缸套水溫度過低，引起燃燒室的低溫腐蝕及熱應(yīng)力過大。</p><p>　　因此，針對這種現(xiàn)象，提出增加控制系統(tǒng)根據(jù)油門拉桿利用模糊控制原理對冷卻器前電控三通閥開度進行預調(diào)節(jié)的功能。此時的模糊規(guī)則控制來源是操作員的操作模式，以if。。。then。。。的方式記錄操作員的操作模式，從而到處該預調(diào)節(jié)的控制規(guī)則。</p>

103、;<p>　　圖3.2.3-2 降低設(shè)定值后系統(tǒng)變化圖</p><p>　　油門拉桿位移量可有多種檢測方法，既可以利用主令控制器原理將油門拉桿位移量轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，也可以利用變阻器原理將油門拉桿位移量轉(zhuǎn)換成連續(xù)的模擬信號。由于本輪的缸套水溫度調(diào)節(jié)器是具有與計算機中心通訊功能的單片機調(diào)節(jié)系統(tǒng)，同時計算機工作站也已經(jīng)采集了油門拉桿位移。因此，只需將計算機集中監(jiān)控系統(tǒng)采集得到的油門拉桿位移變量送至溫度調(diào)節(jié)

104、器，再在該調(diào)節(jié)器內(nèi)部加入相應(yīng)的程序?qū)ζ涮幚?，然后輸出前饋信號，即可實現(xiàn)此改進方案。</p><p>　　圖3.2.3-1 降低設(shè)定值后系統(tǒng)變化圖</p><p>　　加油門拉桿位移檢測裝置照片</p><p><b>　　總結(jié)：</b></p><p><b>　　。。。</b></p>

105、<p>　　[1] 李斌主編. 船舶柴油機.大連：大連海事大學出版社，2008．</p><p>　　[2] 陳大榮主編. 船舶柴油機設(shè)計.北京：國防工業(yè)出版社 ，1980．</p><p>　　[3] 陳瑞松等編著. 內(nèi)燃機傳熱與熱負荷.北京：國防工業(yè)出版社 ，1985．</p><p>　　[4] 李道生. 船舶柴油機冷卻水溫度淺談</p&g

106、t;<p>　　[5] 滿一新主編.船機維修技術(shù).大連：大連海事大學出版社，2009．</p><p>　　[6] 26-42MC, Edition 42C MAN B&W </p><p>　　[7]Instructions Manual (S35MC-DS 09092127) MAN B&W</p><p>　　[8] 林葉錦