毕业论文-分油机

大连海事大学

毕 业 论 文

……………… 装……………… ..订 ……………… 线……………… 二○一○年 五月

“育鲲”轮重油分油机控制原理及故障分析

专业班级：轮机工程06-9班

姓 名：王 国 强

指导教师: 邸 德 辉

轮机工程学院

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

ABSTRACT

As 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 water and residue from the heavy fuel oil before we use it .It will take a long time and not perform good because of it’s 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 the 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” 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 ............................................................................................................................. 1 2 分油系统的组成............................................................................................................ 1

2.1 分油机的结构 ..................................................................................................... 3

2.1.1 分离筒 ...................................................................................................... 3 2.1.2 顶部输入输出单元 ..................................................................................... 4 2.2 EPC 50控制单元 ............................................................................................... 4

2.2.1 输入信号 ................................................................................................... 4 2.2.2 输出信号 ................................................................................................... 5

2.3 MT 50水分传感器 ............................................................................................... 6 3 分油机的工作流程及原理分析....................................................................................... 6

3.1 分油机的启动流程.............................................................................................. 6 3.2 分油机按标准启动的分油过程 ............................................................................ 7 3.3 分油机的排渣过程.............................................................................................. 7 4 分油机的故障现象和处理方法..................................................................................... 13

4.1 故障现象.......................................................................................................... 13

4.2 分油机排渣速度降原理..................................................................................... 13 4.3 分油机故障原因分析 ........................................................................................ 13

4.3.1 工作水流量不足 ...................................................................................... 13 4.3.2 分离筒密封失效 ...................................................................................... 14 4.4 故障排除.......................................................................................................... 14

4.4.1 工作水系统的检查 ................................................................................... 14 4.4.2 密封圈的检查 .......................................................................................... 14 4.4.3 速度降的设定 .......................................................................................... 14 4.5 管理中的建议................................................................................................... 15 5 总结 ........................................................................................................................... 15 【参考文献】................................................................................................................. 16

1 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，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。

1

控制空气

3 工作水

4

EPC 50 控制单元 电机启动器 5

10 2 1 9

6

11 12 13

8 7 1、分油机 2、电动机 3、电磁阀组 4、电磁阀组 5、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

2

2.1 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。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

3

2.1.2 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。

4

MT 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 、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。

分油机电机 供油泵电机 电机启动器 EPC电源 220V交流电源

PT1

PT4 TT1 TT2 ST MT 50 EPC 50 输入信号 显示面板 选择按钮 输出信号 SV6 SV5 SV1 SV4 V4 V5 V1 SV15 SV16 SV10 加热器

图 2-4 EPC 50组成原理图

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2.3 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。

检验电路板 直流电源

带屏蔽电缆

振荡器

净油

绝缘体

电极

壳体

图2-5 MT 50结构原理图

3 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。

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标准启动模式的具体工作过程如图3-2所示，在分油程序开始前，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。

3.3 分油机的排渣过程

如图3-4所示，停止向分油机供油，在没有进行排水操作的时候，首先进行置换水检测，SV10开启V4关闭，检测出油管路的压力上升值是否超过0.2bar，在170秒内没有达到0.2bar则发出报警，SV15开启3秒排渣，工作水系统放残后继续进行置换水检测。当检测到压力升高值超过0.2bar时，开启V5冲洗排水管中的残油。然后开始排渣。

如图3-1所示当电磁阀SV15开启，工作水的流量增大，由配水盘进入密封室的水多于

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从定量环泄水口泄放的水，水环的内径变小，当到达通往滑动圈上部的水通道时，水由该通道进入开启室，并且在离心力的作用下形成水环，由于滑动圈的上部受力面积大，在压差的作用下，滑动圈被压下，塑料堵头将泄水孔打开，滑动底盘下部的水从泄水孔泄放，滑动底盘下部空间压力迅速减小，滑动底盘落下，打开排渣口。分离筒内的水和分离残渣在离心力的作用下被甩出积渣空间。排渣结束后，工作水系统放残，EPC 50检测排渣反馈，排渣反馈表现为分油机转速降低，该值通过速度传感器测得。在没有停止操作的时候分油机转到正常分油程序中继续进行分油（由图3-3中的4转到图3-1中的4）。

图3-1 分油机工作原理图

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泄水喷嘴排渣口开启室定量环 油水分界面 配水盘 密封室塑料堵头集渣空间

油温检测 转速检测 油压检测 是 油温达到设定值 否 否 超过15min 是 报警 是 转速正常 是 有压力反馈 否 超过4min 是 报警 报警 否 否 超过15s 是 否 按“separation” SV15开启5s 工作水系统放残15s 4 SV16开启15s 1 图 3- 2 标准启动流程图

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1 V1转换向分油机供油 2 V5开启10s 检测MT50信号 排渣3s 是 减少下次排渣前置换水注入时间 工作水系统放残15s 是 净油含水 否 停止供油 速度降达设定值 否 出油压力低于1bar 是 否 否 超过15s 是 否 超过15s 是 报警 SV16开启15s 报警 放残15s SV10开启、V4关闭 SV10开启、V4关闭 是 出油管压力上升 SV10流量计算 是 压力升高0.2bar 否 排渣否 超过170s 否 否 超过15s 是 报警 操作水系统放残15s 排渣5s 是 报警 SV16开启15s SV10开启EPC计算的时间 SV10开启EPC计算的时间 2

3 10

3 V1转换向分油机供油 MT50水分检测 是 油中含水 置换水注入否 否 时间减少 超过15s 是 供油中断，V4关闭 出油压力降低 是 报警 否 超过10s 否 否 是 是 停 EPC50存储MT50值 否 否 油中含水增加 否 超过排渣设定时间 手动排渣 中断是 是 排渣间隔V5开启 是 计时 是 油中含水降低 正常分油 否 否 V5开启5次 是 排渣 图3 – 3 标准启动程序分油流程图

11

V1转为循环通路 停止向分油机供油 是 排渣间隔计时被中断 否 SV10开启、V4关闭 放残15s SV10开启经是 压力升高EPC50计算的时间 0.2bar 否 超过170s 是 报警 排渣3s V5开启10s 排渣3s 工作水系统是 放残15s 速度降达设定值 否 否 超过15s 否 4 停 是 是 停 报警 图3 –4 排渣流程图

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4 分油机的故障现象和处理方法 4.1 故障现象

由于“育鲲”轮重油分油系统较长时间使用2号分油机，在值班期间更换1号分油机进行分油作业，试运转1号分油机的时候，分油机出现“Discharge feedback error”报警，手动排渣一次，报警依然存在。分油机停止运行。查阅工作记录，1号分油机在此之前存在此故障。

4.2 分油机排渣速度降原理

在正常的分油过程中，分离筒是密封的，其转动半径是一个定值，转动惯量保持不变，电机转速也保持在一个定值，在排渣过程中，由于滑动底盘的开启让分离筒中的水和油渣甩出分离筒，相当于分离筒的半径有所增大，即转动惯量增大，分离筒的转速会有下降的趋势，同时电机电流增大使分离筒有增速的趋势，但是，分离筒须先降速才会引起电机电流的增大，因此在排渣过程中会出现一个速度降，对于一定型号的分油机，在正常的排渣过程中，其速度降低的值是一定，分油机的控制单元正是通过速度传感器检测的转速降来确定排渣过程是否正常进行。如果发出了排渣信号，但是没有检测到转速降，就会触发报警。

4.3 分油机故障原因分析

4.3.1 工作水流量不足

如图3-1所示，排渣时SV15开启，进入配水室的水流量较大，当进入密封室的水流量大于从泄水口泄放的水流量时，水环的内径减小，经过内部通道到达开启室，由于开启室的受力面积大于密封室的受力面积，在向下的压力作用下，滑动圈落下，滑动底盘下部的水泄放，滑动底盘落下打开排渣口。当工作水的流量不足的时候，排渣水无法进入开启室，因而不能排渣，没有速度降信号，会导致“Discharge feedback error”报警。

（1）“育鲲”轮分油机的工作水由压力水柜提供，压力水柜的水压不足会使排渣水的流量不足，导致无法排渣。

（2）工作水的管路中设有滤器，若滤器堵塞会使管路阻路增大，即使水压足够也会引起工作水的流量不足，在排渣过程中，排渣水不能达到额定流量，导致故障的出现。

（3）电磁阀组SV10， SV15， SV16集滤器、止回阀、恒流阀、真空破坏器于一体，当阀组的滤器堵塞或者阀芯动作不正常时，也会导致排渣水达不到额定流量。

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4.3.2 分离筒密封失效

如图2-2所示，滑动圈的矩形密封圈的密封性是用来保证滑动圈下部空间的水压正常。如果此处密封不好，在电磁阀SV15正常开启，且流经此阀的排渣水流量正常的时候，会因为排渣水从该密封圈处泄漏，排渣水难以从滑动圈的小孔进入到开启室来使滑动圈下移进行排渣操作，因此也会无法检测到速度降信号，会产生“Discharge feedback error”的报警信号。

4.4 故障排除

4.4.1 工作水系统的检查

根据故障原因的分析，由工作水的源头开始检查。

（1）检查提供工作水的压力水柜的水压。压力水柜的水压由高低压电磁阀控制，在低压时开始补水，在高压时停止补水。出现故障时，压力水柜的压力表显示压力在正常范围内，水位计显示的水位也在正常范围内，排除此原因。

（2）检查工作水管路的滤器。关闭供水管路的截止阀，拆下滤器的滤芯，发现没有脏堵现象，为了保证其洁净，将其清洗后装复。

（3）拆解电磁阀组SV10， SV15， SV16。从分油机上拆下该阀组，检查阀组内部的滤器，没有脏堵现象，检查阀芯，没有卡阻现象，装复阀组后手动旋开SV 15的阀芯，发现通过阀的水流量正常，检查电磁阀组接分油机软管，没有堵塞现象，将软管分油机重新连接好，启动分油机，依然出现“Discharge feedback error”报警，故障原因不在工作水系统。 4.4.2 密封圈的检查

依据说明书的介绍拆解分油机，当拆下滑动圈的时候，发现滑动圈上的密封圈已经失效，矩形密封圈成扁平状并且被扭曲了，无法实现密封作用，将其换新，同时作为日常维护将其他几个密封圈一起更换，安装分油机。启动分油机，仍然出现同样的报警。 4.4.3 速度降的设定

在更换分离筒矩形密封圈之后密封效果已经达到，报警依然存在，于是检查分油机的参数设定，发现1号分油机的排渣速度降设定为500r/m，说明书中的规定是300r/m ，于是将其更改为为300r/m，分油机报警复位，重新启动分油机，分油机报警消除，正常工作。

本次出现故障的原因有两：一，分离筒的矩形密封圈失效；二，分油机的速度降设定值过高，在排渣过程中无法达到。

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4.5 管理中的建议

（1）一般船舶设2到3台重油分油机，这要求在管理中平均使用两台设备，否则会导致其中的一台寿命缩短。

(2)在拆解分油机的时候，首先要熟悉说明书中的操作要求，当遇到很难拆解的部件时，不能依靠增大力量来达到目的，往往会造成损害设备的后果。拆下的部件依次摆放好，以便安装。

（3）对于易损件要加强监视，尤其是密封圈，分油机的转速高，分离筒内部的压力很高，因此密封十分重要。同时密封圈在高温和高压的条件下容易变形老化，需要定期更换才能保证分油机的正常工作。

（4）对于自动化程度高的设备，在管理中不要轻易的更改参数。自动化程度越高的设备使用越方便，如果出现故障也越难解决，这需要我们平时更加注重维护。

5 总结

本文通过对“育鲲”轮重油分油机的学习，建立了重油分油机的工作流程图，并对其进行解释说明。然后描述了分油机出现“Discharge feedback error”的故障现象，结合分离筒的结构原理图，分析了出现这次故障的可能原因，叙述了排除故障的方法，最终找出故障原因：滑动圈的密封圈已经错位无法起到密封的作用。

ALFA-LAVAL FOPX204分油机自动化程度很高，实现自动排渣并且自动设定排渣间隔，实现最有排渣时间，避免了排渣过于频繁的问题，基于其强大的检测功能和控制单元的处理功能.该型分油机中没有比重环，并且在滑动底盘下部没有弹簧，取代弹簧的是滑动圈下部的工作水，这种结构使得滑动圈下部的压力更加均匀分布，也解决了弹簧失效时引起的故障问题，给管理工作带来很多方便。

对于自动化程度越高的设备，有其优点，也有其劣势，自动化程度越高，出现故障的可能性也很小，但是其组成也越先进越复杂，这些因素导致了拆检的频率大大降低，因此一旦出现故障往往很难解决，尤其是在控制系统中出现故障的时候，因此这也要求我们更加注意维护保养设备。

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【参考文献】

[1] 李斌 编，《船舶柴油机》 大连：大连海事大学出版社 2008.4 [2]林叶锦 编，《轮机自动化》 大连：大连海事大学出版社 2009.9 [3] ALFA-LAVAL，S816 Instruction book

[4] ALFA-LAVAL，S816 Alarms and Fault Finding [5] ALFA-LAVAL，S816 Parameter List [6] ALFA-LAVAL，S816 System Description

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/0i93.html