彭　陈，沙彬峰

（江苏海事职业技术学院，江苏 南京，211170）

船舶柴油机曲轴箱油雾浓度报警装置研究

彭陈，沙彬峰

（江苏海事职业技术学院，江苏 南京，211170）

船舶曲轴箱油雾浓度报警装置对确保机舱的安全意义重大，本文介绍油雾浓度报警装置的发展现状、油雾浓度监测的原理、油雾探测装置的组成与运行、产品研制过程中的关键技术，船级社规范要求以及油雾浓度的测量方法，避免曲轴箱发生爆炸事故。

曲轴箱；油雾浓度；报警装置

引言

船舶柴油机是船舶的心脏，柴油机的安全性成为衡量船舶安全性的重要指标。船舶柴油机运转时，曲轴箱润滑油会因温度升高而挥发出油气，油气与冷的空气混合会形成大量的油雾，当曲轴箱的油雾浓度达到50mg/L时，就有发生爆炸的危险，必须实时监测曲轴箱的油雾浓度，保证船舶以及人员的安全。

油雾浓度报警装置在研制过程中，关键技术是解决用光投射法原理分析测定油雾浑浊度，分析油雾浓度与消光度的关系、消光度随着油雾浓度增大而升高以及油雾信号的采集、处理、报警控制技术等。同时船级社对柴油机曲轴箱油雾浓度报警装置也有明确的规范要求，例如油雾的浓度、报警预先设定值等关键点，这些都是新产品研制过程中必须考虑的因素。

1　油雾探测系统发展现状

油雾浓度报警装置是一种集光学、半导体学、电子学等多学科系统，国外技术比较成熟，国内目前没有自主研发产品，当前市场使用最多的是GRAVINERMK-60ILMISTDETECTOR。1980年英国厂家开始生产油雾浓度探测装置，装置可以探测12个点，相应时间短，不需要零值校准，冷凝状态下无需加热装置，不需要测量管道，此装置当时主要用于机械厂房空间油雾的测量。英国Kidde-Graviner Ltd公司生产的GRAVINER MARK（4、5、6）系列油雾浓度报警装置被广泛用于柴油机。MARK4是早期产品，MARK5减少了一些机械旋转部件，同时控制部分采用单片机，通过继电器控制电磁阀来检测曲轴箱的浓度，由于具有样品测量通道，此装置有一定的延时性，检测速度变慢。MARK6相比优点更多，如管道更简单，无采样通道，扫描时间变短等。

日本大阪 Daihatsu Mfg公司生产的 MD-9，MD-9S，MD-9L，MD-9M，MD-14M系列产品，其油雾浓度检测装置通过旋转阀控制，显示通过发光二极管，此装置没有MARK系列应用广泛。德国SCHALLER AUTOMATION公司的VISARON系列油雾浓度检测装置采用无磨损抽气系统，该装置反应灵敏，响应时间短，可以连续监测各缸的油雾浓度。但是此装置也没有MARK系列应用广泛。

2　油雾浓度检测的原理

船舶曲轴箱油雾浓度的检测方法主要有两种，一种是接触式，一种是非接触式。

2.1接触式测量：就是进行油雾采样，然后根据质量、体积、浓度的关系，计算出油雾的浓度。接触式测量方式有物理测量方式与化学测量方式两种。

物理测量方式是利用纤维膜对油雾进行过滤，过滤过程中纤维膜会吸收油雾，根据油雾通过纤维膜前后的重量差，可以计算得出油雾浓度。

化学测量方式是通过化学溶剂吸收油雾中的有机成分，然后根据油雾被吸收前后的重量差，可以计算得出油雾的浓度。接触式测量的过程相对繁琐、精度低、自动化程度不高、易受到干扰，此种测量方法一般不用。

2.2非接触式测量：包括电容测量和阻光度测量。电容测量是油雾通过两极板，两极板之间的介电常数不同，反应了油雾浓度的大小，可以得出不同的电容值，进而得出油雾浓度值。此种方法比较新，技术不是很成熟，成本较高，应用不多。阻光度测量主要是利用不同气体的透光率不同实现测量，主要包括光透射测量与光散射测量。

第一种光的透射测量。曲轴箱内的油气通过抽吸作用被吸入测量通道，随后通过测量通道两端的红外线光电传感器测量，并且转换成电信号，各模块的油雾浓度通过通讯方式依次传送给主控制器，主控制器接收到信号后，可以判定各缸的油雾浓度，同时可以获取所有缸的油雾浓度平均值。当柴油机的某缸发生故障油雾浓度增大时，此缸的消光度增加，光电流减小，当光电流减弱到设定值时，油雾浓度会增加到设定报警值，而此时油雾浓度报警装置会报警，并显示出故障和报警缸号。

油雾对不同波长的激光的衰减符合朗帕-比尔定律：

式中I0（λ）通过油雾前的光强，I（λ）-通过油雾后的光强，μe（λ）-消光系数，c-介质平均密度，L-光程长度。

光在油雾中的透过率用η表示，

由于要有精密的光强测量装置，此系统比较复杂，成本较高，从上式直接测出油雾的透过率比较难。

所以可以根据油雾测量装置输入与输出系统的电压值即可以得出光在油雾中的透过率，然后再根据朗帕-比尔定律求出油雾浓度值，根据不同油雾浓度值设定报警值。

第二种光的散射测量。光线通过不均匀的介质时，方向会产生改变，发生散射。光探测器放置于油气空间，通过测量光信号的大小即可以测量出油气的浓度，光信号的大小主要与油气的浓度与探测器的空间放置位置有关。

非接触式测量优点比较明显，可以实时监测、自动化程度高、抗干扰能力强，得到了广泛的应用。

图1　透射法原理

图2　散射法原理

3　油雾探测装置的组成与运行

油雾探测装置由油雾探测器与远程显示器组成。油雾探测器安装在柴油机上，包括抽气系统、测量系统与报警系统，油雾探测器集采样、分析、报警、显示与一体。远程显示器安装在机舱集控室，探测器与远程显示器之间通过电缆连接，目前GRAVINER MARK5，DAIHATSU MD-9M/14M都应用此种探测系统。

3.1抽气系统

曲轴箱上设置采样点，采样点设置于曲轴箱内比较高的位置，因为油雾是上升的。通过抽吸管路把油雾输送到探测器，所以抽气管路必须满足IACS的要求，尽量短，这样可以减小从油雾被抽吸到报警的动作时间，所以探测器尽量安装在柴油机的中心位置，同时采用抽吸系统，加快油雾的输送速度。

柴油机飞溅润滑可能会溅到探测装置上，所以采取罩杯取样漏斗防止探测装置的吸口被堵住。油雾探测器的抽气系统在抽吸过程中可能会吸入油滴，油滴滞留在管道中，所以必须让油滴流回曲轴箱，在抽吸管道上安装泄放阀，这样可以避免油滴影响探测系统工作。

3.2测量系统

油雾浓度的测量方法上面已经介绍，目前应用最多的就是光的投射法，测量系统主要包括：红外发射管、光电池和测量通道。红外发射管和光电池安装在测量通道的两边，光电池吸收由红外发射管发出的红外光。油雾通过测量通道时，接收管中的光强发生变化，油雾浓度越大，接收管中接收到的光强越小，所以根据光强和油雾浓度的关系可以得出油雾的浓度。

3.3报警系统

油雾浓度探测器上安装有报警装置，当油雾的浓度超出设定值（IACS UR M67规定最大浓度低于5% LEL），报警装置发生报警，同时开始检测发生报警的曲轴箱号码以及显示油雾的浓度值。

3.4远程显示

为了方便监测油雾的浓度以及探测器的工作状态，可以通过通讯总线把远程显示装置与探测器相连，以符合IACSURM1O规范要求。

4　结语

油雾浓度报警装置能及时准确反应浓度的数值并及时报警，满足了主机曲轴箱和船级社的要求，安装油雾浓度报警装置是防止曲轴箱爆炸的有效预防措施，在船舶上得到了广泛的应用。在油雾浓度报警装置研制过程中，需考虑波长以及传感器的选择、油雾样品的选取、误差修正以及减少误报警等，研制过程严格遵守船级社规范要求，确保曲轴箱油雾报警装置对船舶机舱的安全。

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Research on Alarm Device for Oil Mist Concentration in Marine Diesel Engine Crankcase

PENG Chen，SHA Bin-feng
（Jiangsu Maritime Institute，Nanjing211170，Jiangsu）

Ship crankcase oil mist concentration alarm device to ensure the engine room security is of great significance.This paper introduces the oil mist concentration alarm device development and monitoring of oil mist concentration，the principle of the oil mist detecting device composition and operation，product key technology in the process of development，classification society rules and oil mist concentration measuring method to avoid crankcase explosion occurred.

crankcase，oil mist concentration，alarm device

U664.121

A

1671-5004（2016）03-0001-03

2016-6-6

江苏海事职业技术学院大学生实践创新训练项目（项目编号：XJ20151267903）。

彭陈（1983-），男，黑龙江大庆人，江苏海事职业技术学院讲师、硕士，研究方向：轮机工程、船舶与海洋工程。沙彬峰（1995-），男，江苏南通人，江苏海事职业技术学院，研究方向：轮机工程技术。