船舶燃油流量計的選型及應用【輪機工程畢業(yè)論文】

1、<p><b>　　本科畢業(yè)論文</b></p><p><b>　?。?0 屆）</b></p><p>　　船舶燃油流量計的選型及應用</p><p><b>　　內(nèi)容摘要</b></p><p>　　摘要：目前船舶在加油過程中，尤其是重油的加裝，采用傳統(tǒng)的測量

2、艙容的方法來計算燃油加裝的數(shù)量，這種方法很繁瑣，精確度也不高。而假如使用燃油流量計，就能很好的克服以上的缺點。本文首先闡述了流量計的原理和分類方法，進而對幾種常見的流量計性能做了對比分析。根據(jù)資料總結(jié)出一個流量計選型的流程，并說明了在選型中應注意的問題。最后，結(jié)合“育鯤”輪燃油加裝的實例，對船舶燃油流量計的類型做出了選擇。</p><p>　　關(guān)鍵詞：流量計 類型特征 選型流程</p><

3、p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　前言1</b></p><p>　　1流量計的類型及原理1</p><p>　　1.1流量計的分類1</p><p>　　1.2流量計的原理1</p><p>　　1.2.1差壓式流量計1</p&

4、gt;<p>　　1.2.2容積式流量計2</p><p>　　1.2.3葉輪式流量計2</p><p>　　1.2.4浮子流量計3</p><p>　　1.2.5電磁流量計3</p><p>　　1.2.6旋渦流量計3</p><p>　　1.2.7超聲流量計4</p><

5、;p>　　2各類流量計性能比較4</p><p>　　3流量計選型注意事項6</p><p><b>　　3.1使用目的6</b></p><p><b>　　3.2流體性質(zhì)6</b></p><p>　　3.3流量計的性能7</p><p>　　3.4 工作

6、條件7</p><p><b>　　3.5安裝條件7</b></p><p><b>　　3.6經(jīng)濟性7</b></p><p>　　4.船舶加裝重油流量計的選型8</p><p>　　4.1.使用目的8</p><p>　　4.2燃油的性能8</p>

7、<p>　　4.3燃油流量計的工作條件8</p><p>　　4.4燃油流量計的安裝條件9</p><p>　　4.5經(jīng)濟性條件9</p><p><b>　　結(jié)論9</b></p><p><b>　　參考文獻9</b></p><p><b&

8、gt;　　致謝10</b></p><p>　　船舶燃油流量計的選型及應用</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　現(xiàn)在船舶在加裝燃油時，受、供方普遍采用測量油艙液位的辦法來確定燃油加裝的量，這是不準確而且繁雜的一種方法。因為艙容表一般都會有一定的誤差，而且通過測量液位來確定艙容的方法受船舶吃水橫傾、縱傾的影

9、響較大。在實際燃油加裝受供雙方經(jīng)常會在加油數(shù)量的問題上產(chǎn)生分歧，影響船舶的正常運營。但是假如在加油時使用燃油流量計，可以對燃油加入數(shù)量做到一目了然，再輔以油艙液位的測量則可以確保加油數(shù)量的準確無誤。</p><p>　　現(xiàn)在市場上存在著種類繁多的流量計，對設(shè)計人員選型造成了一定難度。不同類型的流量計特點也不同，在選擇時針對船舶燃油的特點選擇一種合適的流量計，可以取得很好的測試效果。本文以幾種常用的液體流量計為例，

10、介紹流量計的測量原理，并結(jié)合“育鯤”輪上加裝燃油的實際情況淺析船舶流量計在選型中應注意的問題。</p><p>　　1流量計的類型及原理</p><p><b>　　1.1流量計的分類</b></p><p>　　測量管流或明渠流中流量或總量的儀表統(tǒng)稱為流量計[1]。流量測量方法和儀表的種類繁多，其測量原理、結(jié)構(gòu)特性、適用范圍及使用方法各不相同

11、。至今為止，可供工業(yè)使用的流量儀表種類達60多種[4]。品種如此之多的原因就在于至今還沒找到一種對任何流體、任何量程、任何流動狀態(tài)以及任何使用條件都使用的流量計。</p><p>　　流量計的分類方式有多種，按不同的分類原則，分類方法也不相同，按原理分類，流量計可分為容積式、速度式和差壓式三類。目前比較流行的一種分類方法是從測量方法和結(jié)構(gòu)分類，則可分為：差壓式流量計、容積式流量計、浮子流量計、葉輪式流量計、電磁流

12、量計、流體振蕩流量計、超聲流量計、質(zhì)量流量計、插入式流量計、明渠流量計和其他流量計共11大類[1]。</p><p><b>　　1.2流量計的原理</b></p><p>　　流量計種類眾多，在選型之前了解各種流量計的工作原理是必不可少的，下面選擇幾種常見的流量計分簡述其工作原理。</p><p>　　1.2.1差壓式流量計</p>

13、;<p>　　差壓式流量計，是應用流體流經(jīng)節(jié)流裝置所產(chǎn)生的靜壓差來測量流量的一種流量計。差壓式流量計的工作原理如下：讓流體流經(jīng)一個節(jié)流元件，流體流線在節(jié)流元件處形成局部收縮，流體速度加快，根據(jù)能量守恒定律，在液體被加速處它的靜壓力會降低一個相對應的值。如圖1，通過測量節(jié)流元件前后Ⅰ和Ⅱ處的壓力差，以流動連續(xù)性方程和伯努利方程為基礎(chǔ)，根據(jù)前后壓差大小即能得出流量的大小。差壓式流量計由檢測件、差壓信號管路和差壓計組成，是目前應

14、用最廣的一類流量計。通常用節(jié)流裝置對差壓式流量計分類，如孔板流量計、文丘里管流量計和均速管流量計等。壓差計為各種機械、電子、機電一體式壓差計、差壓變送器及流量顯示儀表。差壓式流量計是目前工業(yè)生產(chǎn)中用來測量氣體、液體和蒸汽流量的最常用的一種流量儀表。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，在整個工業(yè)流量測量領(lǐng)域中，差壓式流量計占流量儀表總數(shù)的一半以上。其中用的最多的是由節(jié)流裝置和壓差計組成的節(jié)流式流量計。</p><p>　　圖一 孔板流量計

15、原理圖</p><p>　　1.2.2容積式流量計</p><p>　　容積式流量計，又稱定排量流量計，內(nèi)部設(shè)計有構(gòu)成一定容積的空間，在從流入口流入流體的壓力作用下流量計內(nèi)部轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動，隨著轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動，使流體從流入口流向排除口。在轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動過程中，流體一次次地充滿流量計的“計量空間”，在給定流量計的條件下，計量空間的體積是一定的，所以只要測得轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動次數(shù)，就可以得到流過流量計的流體體積[3]。

16、</p><p>　　容積式流量計主要根據(jù)測量元件分類，可分為橢圓齒輪流量計、刮板流量計、雙轉(zhuǎn)子流量計、旋轉(zhuǎn)活塞流量計、往復活塞流量計、圓盤流量計等。</p><p>　　圖二 橢圓齒輪流量計原理圖</p><p>　　1.2.3葉輪式流量計</p><p>　　葉輪式流量計是一種速度式流量計，主要有：渦輪流量計、水表、葉輪風速計、旋進旋渦流

17、量計等。這里面渦輪式流量計是使用范圍最廣的一種，它利用置于流體中的轉(zhuǎn)速來反應通過管道的體積流量大小，是目前流量儀表中比較成熟的高精度儀表。渦輪流量計由渦輪流量傳感器和流量顯示儀表組成，可實現(xiàn)瞬時流量和積累流量的計量。渦輪流量計的工作原理為：當被測流體通過渦輪流量傳感器時，流體通過導流器沖擊力對渦輪產(chǎn)生轉(zhuǎn)動力矩，使渦輪克服機械摩擦阻力矩和流動阻力矩而轉(zhuǎn)動。實踐證明，在一定的流量范圍內(nèi)，對于一定的流體介質(zhì)粘度，渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度與通過渦輪的流

18、量成正比。所以，可以通過測量渦輪的旋轉(zhuǎn)角速度來測量流量。</p><p>　　1.2.4浮子流量計</p><p>　　浮子流量計，又稱轉(zhuǎn)子流量計，是變面積式流量計的一種。浮子流量計結(jié)構(gòu)主要由一個向上擴張的錐形管和一個置于錐管中可以上下自由移動的浮子組成，流量計兩端垂直地安裝在測量管路上，使流體自下而上地流過流量計，推動浮子。在穩(wěn)定工況下，浮子懸浮的高度與同過流量計的流體之間有一定的比例關(guān)

19、系。因此根基浮子顯示的高度可以得出通過的流體的體積。</p><p>　　1.2.5電磁流量計</p><p>　　電磁流量計的測量原理是基于法拉第電磁感應定律：導電液體在磁場中做切割磁力線運動時，導體中產(chǎn)生感應電勢。測量時，導電性液體以一定速度流過垂直于流動方向的磁場，導電性液體的流動感應出一個與平均速度成正比的電壓，通過測得電壓值可以得出流量。此種流量計由傳感器和智能信號轉(zhuǎn)換器組成，它

20、能測量各類導電液體的體積流量。</p><p>　　圖三 電磁流量計原理圖</p><p>　　1.2.6旋渦流量計</p><p>　　旋渦流量計是利用流體振動原理來進行流量測量的。在特定流動條件下，流體一部分動能產(chǎn)生流體振動，而且振動頻率與流體的流速或流量有一定的關(guān)系。這種流量計可分為自然振蕩的卡門旋渦分離型和流體強迫振蕩的旋渦進動型兩種。前者稱為渦街流量計，后

21、者稱為旋進旋渦流量計。旋渦流量計中最主要應用是渦街流量計。下面仔細渦街流量計的原理。把一個非線性型阻流體垂直插入管道中，隨著流體繞過阻流體流動，產(chǎn)生跗面層分離現(xiàn)象，形成有規(guī)則的旋渦列，左右兩側(cè)旋渦的旋轉(zhuǎn)方向相反。這種旋渦成為卡門渦街。根據(jù)卡門的研究，這些渦街多數(shù)是不穩(wěn)定的，會產(chǎn)生旋渦分離。渦街流量計是根據(jù)旋渦脫離旋渦發(fā)生體的頻率與流量之間的關(guān)系來測量流量的儀表。</p><p>　　渦街流量計可以測量液體流量，也

22、可以測量氣體流量。該流量計不受流體的壓力、溫度、粘度、密度、成分的影響，而且水的特性與空氣的特性基本一致[1]。</p><p>　　圖四 渦街流量計原理圖</p><p>　　1.2.7超聲流量計</p><p>　　超聲流量計是20世紀70年代隨著集成電路技術(shù)迅速發(fā)展才開始得到實際應用的一種非接觸式儀表。一般的說，超聲流量計是測量體積流量計值的，超聲流量計由超聲

23、波換能器、電子線路及流量顯示和積算系統(tǒng)三部分組成。超聲波換能器將電能轉(zhuǎn)換成超聲波能量，將其發(fā)射并穿過被測流體，接收器接收到超聲波信號，經(jīng)電子線路放大并轉(zhuǎn)換為代表流量的電信號，供顯示積算儀顯示和積算，這樣就實現(xiàn)了流量的檢測顯示。</p><p>　　超聲流量計的測量原理，就是通過發(fā)射換能器產(chǎn)生超聲波，以一定的方式穿過流動的流體，通過接收換能器轉(zhuǎn)換成電信號，根據(jù)超聲波在流體中，順流傳播的時間與逆流傳播的時間之差與被測

24、流體的流速有關(guān)，通過比較電信號，得出流速。</p><p>　　2各類流量計性能比較</p><p>　　流量計的種類很多，原理性能也不盡相同，每種流量計都有各自的優(yōu)缺點和適用范圍，以下選取幾種常見的液體流量計做比較分析研究：</p><p>　　3流量計選型注意事項</p><p>　　面對如此繁多的流量計，如果沒有一個合理的選擇步驟，貿(mào)然

25、進行選擇，則很難選出一個合適的儀表。如果選用儀表不當，不但最初測量的目的難以達到，還很有可能給整個系統(tǒng)帶來故障。如“育鯤”輪上，主機供油單元中，測量燃油體積的儀表選用的是螺桿式流量計，在主機輕油換重油時由于溫度改變、燃油中雜質(zhì)增多，使螺桿磨損卡死，不能測量。</p><p>　　合理的流量計選擇應該遵循以下程序進行。首先，應該明確流量計的使用目的，然后考察所測液體的流體性質(zhì)和流量計的性能，在逐一確定后則要考慮安裝

26、條件和具體工作條件，最后在經(jīng)濟性條件允許情況下做出選擇[4]。</p><p><b>　　3.1使用目的</b></p><p>　　在流量計選擇之初即要明確這一點，確定是要測量體積流量還是質(zhì)量流量，是要測得累積流量還是瞬時流量。結(jié)合船舶在加油過程實際情況分析，在測量時主要是要求測量體積流量，再根據(jù)體積流量和所加燃油的密度計算得出質(zhì)量。在測量過程中，主要需要測得的數(shù)

27、據(jù)是累積流量，對于瞬時流量只要保證不超過一個極限值就可以，沒有過多的要求。在眾多流量計中，容積式流量計和渦輪式流量計等，靠計數(shù)或脈沖數(shù)來獲取累積流量值，較適合測量總量。而超聲流量計、電磁流量計則是靠測量流速來換算出流量，更適合測量瞬時流量。</p><p><b>　　3.2流體性質(zhì)</b></p><p>　　通常在選型時人們重視對使用儀表的工作原理和性能的了解，而

28、往往忽略了對被測流體性質(zhì)的準確掌握，實際上這些因素對流量計正確選擇和測量時非常重要的，所以在選型時第二點要明確的是流體的性質(zhì)。流體的性質(zhì)主要包括：液體種類、物性、流動狀態(tài)、流體相的組成、流體流量范圍等。液體的種類是確定要測的流體是水、燃油或是空氣等其他物質(zhì)。物性是要清楚流體的密度、粘度、壓縮和膨脹性、氣體的熵指數(shù)等。例如一種液體的粘度變化很大，在使用過程中如選擇浮子流量計，就會影響流量計的測量值。流動狀態(tài)主要是確定流體的速度分布、是層流

29、還是湍流等問題。流體相的組成主要是明確流體中是否還有雜質(zhì)，濃度是多少。如果一種液體雜質(zhì)很多，此時再選用高精度的雙螺桿式流量計，就很容易造成轉(zhuǎn)子的磨損。流體流量范圍與流量計量程選擇直接關(guān)聯(lián)，是一個很重要的參數(shù)。</p><p><b>　　3.3流量計的性能</b></p><p>　　流量計的性能主要體現(xiàn)在流量范圍、線性度、重復性和準確度[1]。流量范圍是由最小流量和

30、最大流量所限定的范圍，在選型時要注意流量計在正常使用條件下不能超過這個范圍。線性度表示在整個流量范圍內(nèi)流量特性曲線與規(guī)定直線之間的一致程度。根據(jù)這一特點流量計輸出可分為有線性和非線性平方根兩種。非線性誤差對于流量范圍大的脈沖輸出型流量計影響很大。重復性指的是各項條件不變的前提下，對同一被測量多次測量所得結(jié)果的一致性。一般重復性越高，則表示測量值越集中。準確度是表示測量值與實際值的吻合程度。儀表準確度越低，誤差就越大，測量值和實際值偏差就

31、越大。在確定準確度時要根據(jù)實際測量的精度要求來選擇。</p><p><b>　　3.4 工作條件</b></p><p>　　在流量計工作時，影響其測量的工作條件主要有溫度、電磁干擾。容積式流量計是用定容積容腔來衡量流量的，構(gòu)成容腔的機械部件的材料一般都是用鋼材制成。在溫度低時變脆，溫度高時膨脹，使其低溫下壓力收到限制。例如“育鯤”輪上主機燃油粘度單元中的雙螺桿式流

32、量計，在輕重油轉(zhuǎn)換時就經(jīng)常使轉(zhuǎn)子卡死，就是這個原因。</p><p>　　除了以上等幾種條件要考慮，因為船舶工作環(huán)境的特殊性，不同于陸地，在為船舶選擇流量計時，還應結(jié)合船舶的實際工作環(huán)境，考慮其他的可能對流量計產(chǎn)生影響的各種因素。船舶在水上航行時不可避免要受到諸多因素的影響，如振動、傾搖、沖擊、侵蝕和氣候的突變等，使用環(huán)境是相當惡劣的。為了保證儀表在實際使用中能可靠精確地運行，在選型時必須考慮船用要求。</

33、p><p><b>　　3.5安裝條件 </b></p><p>　　安裝條件取決于現(xiàn)場空間、方位的要求。特定的儀表有特別的要求，因此安裝條件應給與充分重視。例如容積式常常要求傳感器的安裝方向和流動方向分別是水平、垂直和水平，特別是容積式流量計，對雜質(zhì)敏感對過濾精度有要求，有時需加過濾裝置；而浮子式流量計對流速比較敏感，因此為了消除對測量的影響，當受空間限制時，也有加流動

34、調(diào)整器的。因此在安裝時要考慮到工作地點的空間和方位。</p><p><b>　　3.6經(jīng)濟性</b></p><p>　　經(jīng)濟性不僅僅指夠置流量計所需的費用，也包括運行維護的費用。一般來時，差壓式流量計的活動部件少，結(jié)構(gòu)相對簡單，購買時費用便宜，在使用時相應的維護費用也較低。而容積式流量計與其相反，活動部件多，結(jié)構(gòu)相對較復雜，因此經(jīng)濟性上來講不及差壓式流量計。<

35、;/p><p>　　在實際操作中，根據(jù)以上這個流程，再加上設(shè)計者的經(jīng)驗，應該可以有個大概的選擇，但這還遠遠不夠，設(shè)計者還要關(guān)注技術(shù)革新，仔細閱讀具體產(chǎn)品的說明書，借鑒其他工程師的經(jīng)驗，這樣才能做出最合理的選擇，達到預期的目的。</p><p>　　圖五 流量計選型流程圖</p><p>　　4.船舶加裝重油流量計的選型</p><p>　　本章將

36、結(jié)合船舶加裝重油實際條件，以“育鯤”輪在2012年三月份一次重油加裝為實例，分析重油特點和加油時的條件，對流量計做出合理選型。</p><p>　　根據(jù)第三章介紹的選型方法流程，在此結(jié)合實例，對其進行運用，對流量計進行選型。在選型結(jié)束后，根據(jù)船舶的實際需要，對傳統(tǒng)流量計進行改進，以使其更好的滿足對流量計的要求。</p><p><b>　　4.1.使用目的</b>&l

37、t;/p><p>　　在加裝燃油時使用流量計的目的，就是為了測量加裝燃油時供油總數(shù)。測量時傾向于測得加裝燃油的體積流量，再根據(jù)燃油密度計算得出燃油加裝的總噸數(shù)。在累積流量和瞬時流量的選擇上，應以測得累積流量為首，瞬時流量的精度要求不是很嚴格，在燃油加裝時只要保證最大流量不超過一個極限值就可以。對于燃油流量測量精度，</p><p><b>　　4.2燃油的性能</b>&l

38、t;/p><p>　　燃油是一種粘度隨溫度變化較大的混合液體，其內(nèi)部有很多的雜質(zhì)。一般在燃油加裝時，是通過一根封閉的輸送管路來實現(xiàn)的?！坝H”輪在三月份加裝燃油的油種類是F120，在20℃時的密度為981.6㎏/m3。結(jié)合燃油的這些性能，和上文中介紹的各種流量計性能分析比較，容積式流量計和渦輪流量計雖然精度高，但是對流體清潔型要求很高，因此作為燃油流量計不適合選用；電磁流量計僅適用于導電液體，因此在這里也不適用。&l

39、t;/p><p>　　4.3燃油流量計的工作條件</p><p>　　燃油流量計在工作時，通過流量計燃油的溫度大概是40℃，商定泵速為12m3/n,商定的最大泵壓為0.4MPa,此次加裝燃油的數(shù)量為240t。根據(jù)這幾項數(shù)據(jù)，在進一步的流量計的選擇中，浮子式流量計也應進行排除，根據(jù)浮子流量計的特點，設(shè)和測量小流量的流體，而燃油加裝時量很大也不適宜選用。旋渦流量計是利用流體振蕩原理工作的，傳感器安

40、裝時應避開強烈震動，但是根據(jù)船舶工作條件，震動和噪聲都很大，如果選用了旋渦流量計，在實際使用時，就會使測量精度大大受到影響。在這可大體確定差壓式流量計和超聲流量計都滿足要求。這幾種流量計應用范圍很廣，適用于多種液體。</p><p>　　4.4燃油流量計的安裝條件</p><p>　　壓差式流量計除了標準規(guī)定設(shè)計加工節(jié)流件、取壓裝置和選用符合要求的測量管外，還應正確安裝節(jié)流裝置、差壓計以及

41、節(jié)流裝置與壓差計之間的壓差信號管路。其中節(jié)流裝置安裝時的管道長度是最主要的制約條件，要求安裝在有恒定橫截面積的兩段圓直管道之間，節(jié)流件上游有10倍于管徑的長度，下游有4倍于管徑的長度。在加裝燃油時，使用的是一段長管，從供方船舶駁運到受方船舶，流量計對管道長度的要求很容易滿足，所以流量計的安裝條件能夠滿足。</p><p><b>　　4.5經(jīng)濟性條件</b></p><p

42、>　　從經(jīng)濟性這方面考慮，超聲流量計是近年逐漸流行的一種流量計，其價格相對較高，安裝和平時維護費用也相對較高。而壓差式流量計是流量計中使用最廣泛的一種，它結(jié)構(gòu)簡單沒有運動部件，因此使用壽面長，維護費用少。另外，壓差式流量計，設(shè)計加工已經(jīng)標準化，工廠能夠大規(guī)模成批量的生產(chǎn)，因此它的單價費用相比其他幾種流量計也是最經(jīng)濟的。綜上所述，壓差式流量計符合船舶燃油流量計對于經(jīng)濟性的要求。</p><p>　　根據(jù)以上幾

43、步的分析，壓差式流量計中的節(jié)流流量符合各項的要求，選擇節(jié)流式流量計作為船舶重油加裝時的流量計。</p><p><b>　　結(jié)論</b></p><p>　　目前，在燃油加裝時還多采用測量油艙液位的方法來確定加裝數(shù)量，這種方法繁瑣還不準確。而流量計的出現(xiàn)以及近幾十年的發(fā)展，為上述問題提供了一種解決方法。</p><p>　　現(xiàn)在市場上流量計的種

44、類繁多，如何才能從眾多流量計中，選擇出一種船舶燃油加裝適用的流量計，是當前重要的問題。本文敘述了各種流量計的原理和流量計選擇的流程，通過對“育鯤”輪一次加油的各項數(shù)據(jù)分析，選擇了一種流量計——節(jié)流式流量計作為船舶燃油加裝的計量設(shè)備。這種流量計不僅能滿足各項要求，而且在經(jīng)濟性方面也有很大優(yōu)勢。</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>　　[1]梁國

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46、lt;/p><p><b>　　致謝</b></p><p>　　在“育鯤”輪上實習的四個月，跟隨輪機員對船上的設(shè)備進行維護管理，積累了很多實踐經(jīng)驗。在理論學習的基礎(chǔ)上，對船舶的各種設(shè)備和系統(tǒng)有了更加深刻的認識和了解。本論文是通過平時向輪機員老師的請教，和老師悉心指導下完成的。老師們認真的工作態(tài)度、淵博的知識、活躍的學術(shù)思想，都給我留下了終生難忘的印象。所用這一切都會成為