內(nèi)河公務(wù)船測(cè)量多臺(tái)柴油機(jī)總油耗的油路系統(tǒng)研究

陳鑫

（湖南省長(zhǎng)沙航道管理局，湖南 長(zhǎng)沙410002）

隨著社會(huì)節(jié)能減排的壓力日益增加，有效的運(yùn)用資源、減少浪費(fèi)、提升運(yùn)營(yíng)效率，采用高精度油耗測(cè)量技術(shù)，助力船舶作業(yè)質(zhì)量的提高和燃油利用率的提升，降低非正常損耗。湖南內(nèi)河航道公務(wù)船主要船型長(zhǎng)度25.2 米，兩臺(tái)斯太爾WD415 功率為92KW 系列主機(jī)，一臺(tái)玉柴YC4108 系列功率40KW 柴油發(fā)電機(jī)組，為了加強(qiáng)船舶的燃油消耗管理，需要在船舶上加裝柴油流量計(jì)，實(shí)現(xiàn)油料的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)船舶油料監(jiān)測(cè)的主要方式有：a.在油箱中安裝液位計(jì)。b.讀取ECU 數(shù)據(jù)，預(yù)設(shè)理論公式計(jì)算。c.安裝多臺(tái)流量計(jì)，采用進(jìn)油減回油的模式。上述方案存在的主要問(wèn)題和困難有：a. 一般安裝方案是在柴油機(jī)的進(jìn)油管路和回油管路安裝多臺(tái)流量計(jì)，造成系統(tǒng)成本高且安裝復(fù)雜不便讀取實(shí)際油耗數(shù)據(jù)。b. 柴油機(jī)回油量占比大，約占進(jìn)油的90%，從而放大了流量計(jì)的系統(tǒng)誤差，導(dǎo)致數(shù)據(jù)測(cè)量不準(zhǔn)。c.柴油機(jī)回油脈動(dòng)、氣泡、溫度等因素影響流量計(jì)的測(cè)量精確度。d.改造需在油箱上打孔，安裝不便，存在安全隱患。e.液位計(jì)及數(shù)據(jù)理論計(jì)算精度較低，標(biāo)定困難，誤差較大。

本研究方案將針對(duì)上述難點(diǎn)和困難創(chuàng)造性的提出了四個(gè)解決辦法：a.改造三臺(tái)柴油機(jī)供油油路，b.改造三臺(tái)柴油機(jī)回油油路，c.油路加裝回油調(diào)節(jié)器，d.加裝油路冷卻裝置。實(shí)現(xiàn)一臺(tái)流量計(jì)可以精準(zhǔn)測(cè)量整個(gè)船舶三臺(tái)柴油機(jī)油耗總量，并有效解決柴油機(jī)回油量大引起的流量計(jì)系統(tǒng)精度誤差以及回油脈動(dòng)、氣泡、溫度等因素引起的油耗測(cè)量誤差。本系統(tǒng)研究方案具有精度高、誤差小、穩(wěn)定性好、安裝便捷的優(yōu)點(diǎn)，且船舶的油路改造簡(jiǎn)單，可靠性耐久性高。

1 流量計(jì)選型

選用一臺(tái)上海瓷熙儀器儀表有限公司V8 系列流量計(jì)，如圖1。

圖1 V8 系列流量計(jì)和DC 復(fù)合測(cè)量控制器

上海瓷熙儀器儀表有限公司V8 系列流量計(jì)，是引進(jìn)瑞士先進(jìn)技術(shù)研發(fā)的油耗計(jì)量器具, 世界上應(yīng)用最廣泛的油耗流量計(jì)。此產(chǎn)品是國(guó)內(nèi)第一家研發(fā)成功的小流量液體容積式流量計(jì)。油耗流量計(jì)適用于攪拌車，貨車，工程車輛, 船舶等，可實(shí)現(xiàn)不同形式的計(jì)量功能。DC 復(fù)合測(cè)量控制器，如圖1 中,可以實(shí)時(shí)顯示流量計(jì)的累計(jì)流量值和瞬時(shí)流量值，并可以配置遠(yuǎn)程傳輸模塊，通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油耗實(shí)時(shí)監(jiān)控。V8 系列流量計(jì)參數(shù)：流量范圍4-200（L/H）,精度1%，脈沖當(dāng)量80P/L。V8 系列流量計(jì)可以測(cè)量船舶柴油機(jī)總功率在500KW 左右的工作船舶油耗，200KW 以下也可以選用V4 系列流量計(jì)。V8 和V4 系列流量計(jì)基本適用于湖南航道系統(tǒng)現(xiàn)有的大部分工作船舶。

2 船舶油路改裝

為了實(shí)現(xiàn)使用一臺(tái)流量計(jì)測(cè)量船舶全部三臺(tái)柴油機(jī)的油耗，需要把流量計(jì)安裝在船舶主油路上，燃油經(jīng)過(guò)流量計(jì)后再對(duì)三臺(tái)柴油機(jī)（兩臺(tái)主機(jī)一臺(tái)發(fā)電機(jī)組）供油。對(duì)三臺(tái)柴油機(jī)的回油油路進(jìn)行整合改造，讓三臺(tái)柴油機(jī)的回油經(jīng)油路冷卻裝置后接入回油調(diào)節(jié)器，如圖2 油路改造示意圖。

圖2 油路改造示意圖

2.1 主油管路改造

在船舶油艙的主供油管路上接入流量計(jì)及濾清器，供油油路方向與流量計(jì)的指示方向?qū)?yīng)一致，流量計(jì)的出口端接入回油調(diào)節(jié)器。流量計(jì)在主供油管路，就可以實(shí)現(xiàn)使用一臺(tái)流量計(jì)測(cè)量船舶全部三臺(tái)柴油機(jī)的油耗。

2.2 加裝回油調(diào)節(jié)裝置和油路冷卻裝置

回油調(diào)節(jié)裝置相當(dāng)于一個(gè)對(duì)柴油機(jī)供油的三級(jí)油柜，內(nèi)部是個(gè)空的壓力密閉容器罐, 在裝置上部接主供油管路和回油管路,在底部是主油路出口,頂端再設(shè)置一個(gè)排氣閥門。其作用是三臺(tái)柴油機(jī)的回油回到三級(jí)油柜，從而不再循環(huán)通過(guò)流量計(jì)。三臺(tái)柴油機(jī)從三級(jí)油柜消耗的燃油量正好等于在主油管中通過(guò)流量計(jì)后流入三級(jí)油柜的燃油量?；赜驼{(diào)節(jié)裝置可以保障對(duì)三臺(tái)柴油機(jī)連續(xù)供油，又能有效解決柴油機(jī)回油脈動(dòng)、氣泡等干擾因素，還能起到一定的回油散熱作用。

油路冷卻裝置是一個(gè)普通的換熱器，但創(chuàng)造性的引入了柴油機(jī)的冷卻水路，可以有效的冷卻高溫回油。油路冷卻裝置可以安裝在回油總管路上，也可以安裝在柴油機(jī)進(jìn)油總管路上，看具體的現(xiàn)場(chǎng)位置。

2.3 進(jìn)油和回油油路改造

對(duì)進(jìn)油油路的改造就是要實(shí)現(xiàn)一根進(jìn)油總管分成三路對(duì)三臺(tái)柴油機(jī)供油。在進(jìn)油總管上加裝一臺(tái)流量計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)使用一臺(tái)流量計(jì)測(cè)量船舶全部三臺(tái)柴油機(jī)的油耗量。

對(duì)回油油路的改造就是要實(shí)現(xiàn)三臺(tái)柴油機(jī)回油由三根回油管路匯合成一根回油總管，回油總管接回油調(diào)節(jié)裝置，是在流量計(jì)的后端，使回油的循環(huán)不再通過(guò)流量計(jì)，保障了流量計(jì)的流過(guò)的柴油就是三臺(tái)柴油機(jī)消耗的柴油，消除了因回油量大而引起的流量計(jì)量程精度誤差。大量回油不再循環(huán)通過(guò)流量計(jì)濾芯，從而也保障了系統(tǒng)的可靠性耐久性。本系統(tǒng)已經(jīng)安全穩(wěn)定運(yùn)行18 個(gè)月以上，總運(yùn)行時(shí)間超過(guò)600 小時(shí)，濾芯尚未堵塞，可以參照柴油機(jī)日常保養(yǎng)周期，定期更換濾芯。

綜上所述，整個(gè)船舶油路改裝系統(tǒng)只需要增加一臺(tái)流量計(jì)（帶濾芯），一個(gè)回油調(diào)節(jié)裝置，一個(gè)油路冷卻裝置，并對(duì)進(jìn)油管路和回油管路進(jìn)行簡(jiǎn)單改造就可以實(shí)現(xiàn)，方案簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)實(shí)用。

3 船舶開航數(shù)據(jù)記錄及理論油耗數(shù)據(jù)分析

3.1 流量計(jì)數(shù)據(jù)

船舶巡航3 次，為保障測(cè)量精度，只開兩臺(tái)主機(jī)且基本保持在一個(gè)固定轉(zhuǎn)速。第一次航行時(shí)間0.5h，兩臺(tái)主機(jī)平均轉(zhuǎn)速1400 轉(zhuǎn)，流量計(jì)油耗18425ml，可以計(jì)算出船舶每小時(shí)的平均油耗為36.85 升/小時(shí)。第二次航行時(shí)間0.5h，兩臺(tái)主機(jī)平均轉(zhuǎn)速1460 轉(zhuǎn)，流量計(jì)油耗21700ml，可以計(jì)算出船舶每小時(shí)的平均油耗為43.4 升/小時(shí)。第三次航行時(shí)間0.37h，兩臺(tái)主機(jī)平均轉(zhuǎn)速1485 轉(zhuǎn)，流量計(jì)油耗16325ml，可以計(jì)算出船舶每小時(shí)的平均油耗為44.5 升/小時(shí)。

3.2 柴油機(jī)理論數(shù)據(jù)

兩臺(tái)斯太爾WD415 系列主機(jī)額定功率為92KW，兩臺(tái)柴油機(jī)平均燃油消耗率220（g/kw.h），可以得出船舶每小時(shí)的理論油耗為40.48KG/小時(shí)。

船舶柴油機(jī)功率與轉(zhuǎn)速的關(guān)系為：N=C*n3，其中：N-柴油機(jī)功率，C-常數(shù)，n-柴油機(jī)轉(zhuǎn)速。按此，C=Ne/ne3=N1/n13，其中：Ne-柴油機(jī)額定功率，ne-柴油機(jī)額定轉(zhuǎn)速，N1-柴油機(jī)部分負(fù)荷功率，n1-柴油機(jī)部分負(fù)荷轉(zhuǎn)速。根據(jù)不同轉(zhuǎn)速n1，n2，n3，可以計(jì)算出部分負(fù)荷功率油耗。

3.3 流量計(jì)實(shí)測(cè)油耗數(shù)據(jù)與部分負(fù)荷功率理論油耗數(shù)據(jù)對(duì)比

η=流量計(jì)數(shù)據(jù)/部分負(fù)荷功率理論油耗數(shù)據(jù)*100%，如表1，流量計(jì)實(shí)測(cè)油耗數(shù)據(jù)與部分負(fù)荷功率理論油耗對(duì)比，柴油密度0.84KG/升，可以得到η1=94.09%，η2=97.74%，η3=95.36%。

表1 流量計(jì)實(shí)測(cè)油耗數(shù)據(jù)與部分負(fù)荷功率理論油耗對(duì)比

通過(guò)理論油耗測(cè)算，可以初步判斷本流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量數(shù)據(jù)基本準(zhǔn)確可靠，下一步則需要通過(guò)實(shí)測(cè)油耗數(shù)據(jù)對(duì)比流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)來(lái)分析此流量計(jì)測(cè)量系統(tǒng)的測(cè)量精度。

4 船舶開航數(shù)據(jù)記錄及實(shí)測(cè)油耗數(shù)據(jù)分析

本船型船舶開航一般是兩臺(tái)主機(jī)一臺(tái)輔機(jī)，船舶在運(yùn)行巡航過(guò)程中流量計(jì)能測(cè)量出一個(gè)油耗，但三臺(tái)柴油機(jī)工作時(shí)實(shí)際消耗的燃油則可以通過(guò)稱量得到。

我們?cè)谥饔凸苌霞右粋€(gè)移動(dòng)式的小油壺，確保僅有油壺對(duì)三臺(tái)柴油機(jī)供油。可以通過(guò)稱量油壺的重量差值得到三臺(tái)柴油機(jī)工作時(shí)實(shí)際消耗的燃油數(shù)據(jù)。再在同一時(shí)間點(diǎn)記錄流量計(jì)的數(shù)據(jù)，就可以得到流量計(jì)計(jì)量數(shù)據(jù)。

數(shù)據(jù)對(duì)比:

船舶巡航1 次，航行時(shí)間約0.2h，流量計(jì)油耗數(shù)據(jù)5.3 升。油箱實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)4.6KG，柴油密度0.84KG/升，約5.476 升。

η=流量計(jì)數(shù)據(jù)5.3 升/油箱實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)5.476 升=96.7%

通過(guò)流量計(jì)數(shù)據(jù)與油箱實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)和理論油耗數(shù)據(jù)對(duì)比得出流量計(jì)測(cè)量數(shù)據(jù)平均精度在95%以上。

5 油路系統(tǒng)總結(jié)

優(yōu)點(diǎn)：a.系統(tǒng)初期投入成本低，維護(hù)費(fèi)用低。實(shí)現(xiàn)了一臺(tái)流量測(cè)量三臺(tái)柴油機(jī)的總油耗量，流量計(jì)成本加上改造費(fèi)用總計(jì)在兩萬(wàn)元左右，后期的維護(hù)費(fèi)用主要是更換油路粗濾芯。b.數(shù)據(jù)讀取方便。在測(cè)量控制器上可以直觀顯示油耗數(shù)據(jù)，讀取數(shù)據(jù)方便簡(jiǎn)單，可以增加無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程油耗實(shí)時(shí)監(jiān)控。c.測(cè)量數(shù)據(jù)精度較高。通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步確定測(cè)量精度能在95%以上。

注意事項(xiàng)：a.需要改造供油油路和回油油路。改造油路增加了燃油泄漏的風(fēng)險(xiǎn)。通過(guò)精確制造加工及后期定期管理檢查可以排除風(fēng)險(xiǎn)。b.主供油油路粗濾芯易堵塞造成柴油機(jī)熄火。為保證流量計(jì)的測(cè)量精度，需要在主供油油路增加一個(gè)粗濾芯。如果濾芯堵塞則易造成主機(jī)熄火?？梢詤⒄詹裼蜋C(jī)日常保養(yǎng)周期，定期更換濾芯。c.后期需要加強(qiáng)監(jiān)管，防止油路系統(tǒng)被更改。