VN215/93油霧濃度探測器原理分析及管理建議

杜守志

摘 要：本文以SCHALLER AUTOMATION生產的VISATRON OIL DETECTOR VN215/93為例介紹其工作原理，結構性能特點，維修保養方法及常見的故障原因處理辦法。

關鍵詞：VN215/93;不透光度;靈敏度;真空度;負壓

中圖分類號：U672.7 ? ? ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2019）06-0047-02

隨著船舶噸位越造越大和船舶柴油機技術的發展，柴油機的功率和功率重量比越來越大，對柴油機的潤滑要求也越來越高，但同時也伴隨著產生更多的熱量使滑油容易被蒸發成油氣，而若是運動件某部位由于某種原因缺乏潤滑產生熱點造成高熱，會產生更多的熱量，更容易使滑油氣化，這種油氣在曲拐箱內很快冷凝成油霧，更易造成曲拐箱油霧濃度超極限值，況且機械部件在運動時也會對滑油有機械霧化作用形成油霧，因此柴油機油霧濃度探測器對柴油機的安全運行尤為重要，對其準確性和響應度提出了更高的要求，特別是當油霧濃度報警后需要及時對主機進行減速或者停車，避免發生機損事故。

1 工作原理

VN215/93由空氣噴射泵，測量單元（內部有檢測室，檢測室內部有2個光電傳感器，一個為紅外光發送器，另一個為接收器），閥箱，虹吸塊等組成。當柴油機運行時，由曲拐箱來的油氣經過虹吸塊的處理后通過抽氣泵的作用進入閥箱進一步處理，處理后少量氣體樣品進入到測量單元中，由通道兩端的光電傳感器進行檢測。在檢測室內，光電傳感器檢測氣體樣品的不透光度（阻光度），由于油霧對光線的吸收作用，阻光度的大小即直接反應了油霧的濃度。當油霧濃度增大時，阻光度增加，檢測單元一端的接收器感受到紅外線光減少，輸出的光電流也變小，油霧濃度大于設定的警報值時，接收器輸出的電流低于設定的警報值，電流通過回路轉換再經放大器后接通機艙監測報警點發出報警，同時進入安保系統使主機減速或者停車。（如圖1）

2 結構性能特點

SCHALLER VN215/93通過一個空氣抽吸泵利用文丘里效用使檢測室產生負壓，此抽氣系統因無運動部件不產生磨損可以持續的抽取曲拐箱中的氣體，保證工作的精準性和避免大團油霧形成。采用了特殊虹吸塊的設計可以避免由于運動部件飛濺甩油造成的故障報警。本系列船舶油霧濃度探測器有10個采樣點，每個采樣點都有一個虹吸塊，經過虹吸塊過來的油霧氣體進入到閥箱內部進行初步的除塵除水，之后很小一部分再送到離心分離器清除較大的油霧和水珠，其余大部分由專門的排出管排到曲拐箱內部，然后經過上述處理過比較干凈的油霧氣體再被加熱后使其中的水霧氣化，在進入檢測室進行檢測，從而保證了檢測的準確性同時檢測室的油霧集聚變少不易臟污便于維護保養。由于柴油機運動的時候其曲拐箱內部的容積是變化的，虹吸塊，閥箱和離心分離器的設計可以相當于一個大的氣容從而有助于緩和因曲拐箱內部氣壓變化引起待測油霧氣體流速的變化。

閥箱上面有10個紅色顯示，其代表的是10個電磁閥的工作情況，其實VN215/93并不是要等到油霧濃度超過報警值才動作的。上文提過該探測器通過測不透光度（阻光度）來判斷油霧的濃度，100%的不透光度表示沒有一點光從檢測室透過。IACS UR67要求油霧濃度探測器在油霧濃度爆炸下限的5%報警，油氣的爆炸下限約為油霧濃度在溫度為25℃的時47mg/l，由此計算報警的時候油霧濃度約為2.5mg/l（在測量端2.5mg/l的濃度相對與全測量范圍約為23%絕對不透光度），該裝置靈敏度（裝置啟動搜尋點）一般設置為4級（對應不透光度為2.4%約為報警值的10%），當油霧濃度增加到靈敏度點時候裝置啟動搜尋程序去判斷哪缸油霧濃度高，具體搜尋方法為分組判斷排除法，首先將10個采樣點分成左右兩組，關閉其中一組電磁閥，若是濃度高則說明沒關閉的一組有問題，再將此懷疑有問題的5個采樣點分為2組，關閉其中一組，若是濃度高說明沒關閉的一組有問題繼續分組判斷直到找出具體哪個缸油霧濃度高。VN215/93不同于MARK系列的探測器，它采用的實時采樣法，響應更迅速。

SCHALLER VN215/93工作空氣由控制空氣經一個節流閥及減壓閥調節后供給（與排氣閥彈簧空氣一路），適當調節節流閥和減壓閥即可補償空氣泵氣壓變化，維持真空度穩定。檢測負壓（真空度）的是采用2個微型溫度電阻，由一個穩壓電源24V對電阻供電保證電流穩定，當有氣流吹向電阻的時候，由于電阻溫度下降相應的電阻值減小，回路電流值變大，此電流的差值即可與氣體流速的大小成非線性比例。由于檢測室內部有一定的真空度當有新鮮空氣通過節流孔吹向溫度電阻的時候，真空度越大，氣體流速越高，電流差值也越大，從而反映了檢測室內部真空度大小。另一個溫度電阻起到環境溫度補償作用。

SCHALLER VN215/93裝置有故障診斷功能，14個指示不透光度的發光二極管同時也用作故障指示。正常情況下電源燈和ready燈是綠色的，右側的LED顯示的是當前曲拐箱的油霧濃度。當有故障發生時，ready燈滅，右側LED的一個再閃，說明油霧濃度探測器有故障，可以從旁邊找到閃的那個的相應代號從而找到可能的故障，比如14燈在閃說明負壓太低或空氣流量太少。Code窗口也會顯示相應代碼，如顯示E014表示真空度（負壓）太低value欄顯示與啟動閾值壓力的百分比。SCHALLER VN215/93裝置配個遙控顯示安裝在集控室，遙控顯示與油霧濃度探測器顯示同步。

3 維修保養方法

VN215/93為用戶提供了顯示參數和調整參數的接口，可以通過按3個閃光按鈕（最上面的為up，中間的為down，最下面的為enter/reset，具體觸摸就可以）來調節。通過長按3秒以上up按鈕參數顯示模式被觸發，按up或down可以瀏覽參數列表，如005 ：code里面顯示的005代表測量端負壓，value顯示當前壓力與啟動閾值壓力的比值用%表示。可以通過同時按up和down兩個按鈕3秒以上進到參數調整模式，此模式下可以調整參數，調整時需要用密碼進去，密碼為4711（不能更改）。輸密碼方法：當code顯示P000時候按enter/reset的那個按鈕，通過up和down按鈕來找到數字4接著按ENTER輸入并移到下個數字位繼續操作。退出參數調整模式可以同時按up和down3秒以上或者不用操作一分鐘后自動退出（上述參數顯示模式也可以不要操作一分鐘后自動退出）。靈敏度調節是在參數調整模式下進行，按down按鈕進入到P001，可進行調整，其顯示范圍為3-6，出廠設定為4，船上盡量不要調節。靈敏度3級（對應不透光度為1.6%），4級（對應不透光度為2.4%）為船舶常設置的位置且符合要求，一般不設置5，6級，靈敏度設置過高檢測裝置準確性低和響應速度慢。

檢查和調整真空度（負壓）：可以在停機狀態下通過節流閥和減壓閥調節，最好保持機艙風機3臺以上運行確保機艙一定的背壓，一般調整到60mm水柱負壓，如果負壓設定過高可能會造成監測的靈敏性降低。具體檢查辦法：把U管測壓計安裝于檢查蓋上，打開彈簧空氣，如果測壓計顯示60mm水柱（允差±5mm）則說明正常無需調節，若壓力不正常，則首先調節節流閥使檢測室負壓到80mm水柱，然后再通過微調減壓閥使負壓到60mm水柱。節流閥里面的濾器也需要經常清潔或者更換，一般每半年或者運行4000小時需要檢查清潔，清潔后需要重新調整真空度。

VN215/93設計了一路新鮮空氣吹進光電傳感器（濾光玻璃鏡）防止油氣接觸到鏡片并時刻對鏡片進行沖洗，同時冷卻測量室和濾光鏡片，但是平時也需要我們按說明書要求對鏡片進行保養，方法為用棉簽蘸專用的清潔劑或者酒精清潔紅外線濾光玻璃鏡同時可以用針狀物清潔左右新鮮氣口。檢測室的金屬燒結濾器平時也需要保養更換，此濾器相當于節流孔，新鮮空氣由此通過，臟了后會報警，最好直接換新的備件，清潔后的使用時間都不長，安裝的時候注意反正面，粗的一面朝外，一般使用2000小時即需更換。

裝置功能試驗方法：可分為模擬測試和單缸實際測試。模擬測試在主機停機狀態下可以使用試驗面板A和試驗玻璃B，首先打開探測器的控制蓋子用試驗板A完全遮擋氣口，此時裝置抽吸產生負壓，正常后READY會亮，然后插入試驗玻璃B（代表10%濃度）到A板的開槽中遮住玻璃鏡，此時油霧濃度高報警，ALARM燈亮，主機安保系統報警表明裝置功能正常，然后取下試驗板及玻璃，復位，確保裝置可用。單缸實際測試：在主機停機狀態下，打開一個缸曲拐箱道門，在檢測口吹一口煙，濃度要足夠大，煙霧被吸入后，超過靈敏度標值裝置將啟動搜尋程序，判斷是哪缸油霧濃度高，持續升高的油霧將觸發報警并引起主機安保系統動作報警說明裝置功能正常。

4 常見故障及處理方法

VN215/93裝置常見的故障報警就是E014負壓或空氣流量過低，可能的原因有：節流閥內部濾器臟堵，減壓閥內部臟污閥芯動作不靈敏導致功能失效（安保空氣氣壓變化就會導致報警），檢測室金屬燒結濾器臟污，檢測室密封不嚴橡皮床墊損壞漏氣，閥箱及離心分離器排出口臟堵，虹吸塊內部缺油，電路板故障等，具體處理辦法可以遵從先易后難原則。

參考文獻：

[1] 李紅飛. 船舶柴油機曲軸箱油霧濃度檢測裝置的研究與設計[D]. 武漢理工大學， 2013.