咨询服务热线
0517-86996066
18915186518

热点资讯

咨询热线:

0517-86996066

邮件:

电话:

地址: 江苏华云仪表有限公司

内燃机械燃油流量计


文章日期:2017-06-19|阅读数:


  本文通过内燃机械燃油流量计研制与开发作为创新课题,实现了机车燃油时实消耗计量统计,填补了天津 港装卸机械燃油计量的空白,该流量计将无线智能管理卡和单片机技术相结合应用于燃油计量系统,并形成随车计 量单元,司机通过简单的刷IC卡,系统就可计算出此时间段所消耗的油量,为方便计量和燃油的节约提供了科学保 障。

一、燃油流量计系统结构

燃油流量计的设计:包括下位机(是指直接控制设备获 取设备状况的PIC单片机)和上位机(人可以直接发出操控 命令的计算机)两大部分。

下位机部分:主要由控制单元和计量装置组成;其中控 制单元包含计量系统的控制中心,其核心是P1C单片机,系 统内部集成了电源模块,短路保护电路,AD采样电路,状 态指示电路及无线通讯模块等。以及控制中心安装在机车的 驾驶室内。其中计量装置包括副油箱和计量油泵安装在机车 的驾驶室外部。

上位机部分:主要由可连接在计算机USB接口上 WM-16U型读写卡器组成。

二、燃油流量计下位机部分的工作原理及研制重点

下位机由智能操作器(内置非接触IC卡读写卡器、检测控制操作单元)、计量控制泵、副油箱总成、连接电缆、连接 油路等组成。

下位机工作原理:当司机上车打开电源开关后,系统上 电初始化并进入工作状态,司机刷IC卡上岗工作,系统记录 此刻副油箱的初始液位,系统实时检测副油箱的油位,当油 位过低时,启动抽油泵工作,油位达到设定高度时,停止抽 油泵。计量系统通过韦根传感器测量出抽输油泵打入副油箱 的油量,当司机刷丨C卡下岗后,系统根据此时的液位及保存 的数据计算出消耗的油量,并将数据通过无线通讯传输到司 机的IC卡中。

下位机主要技术参数:

计量油泵;工作电压为24V,功率80W。其转速 是1400转每分钟,可以提供8L/m燃油。计量误差小于1%。 而机车在***大功率下的耗油量是4.5L/min。

副油箱;尺寸大小是30cmX12.5cmX15cm, 容量是3.5L。

研制的重点主要从以下几个方面体现:

(1)计量控制泵;其采用控制计量泵和检测副油箱油量 上限、下限及燃油油位信号由PIC单片机独立完成。副油箱 油量上限、下限及燃油油位信号采用开关型霍尔传感器和线 性霍尔传感器完成。保证供油系统的安全和可靠。

(2)副油箱供油系统的确定;由于不同的工程机械所配 的柴油机的功率不同,在主油箱为副油箱供油的同时必须保 证柴油机的***大输出功率下所需要的油量。这就要求副油箱 供油油泵的流量=保证柴油机的***大输出功率下所需要的油 量+在< 1min内副油箱充满油的油量。(4,500ML/min +3,500ML/min=油泵的额定供油量)。经过大量实验,***终 设定副油箱供油油泵的流量为8L/min。(图1带有计量泵的 副油箱)

内燃机械燃油流量计

图1带有计量泵的副油箱

(3)油耗计量方法:经过理论分析和现场机车工作状况, 油耗计量分四种状态进行计量。

上下岗时液位恰好在上下限之间,且上岗液位高于下岗液位时,油泵没有工作时;记上岗时液位为X1,下岗时 液位X2,则总耗油量Y=X1-X2。

上下岗时液位恰好在上下限之间,且上岗液位高于下 岗液位时,期间油泵工作时;先假设油泵未工作,记上岗时液位为XI,下岗时液位X2,则上岗后从副油箱原有油量中 消耗的油量为X1-X2;再假设油泵工作时,副油箱的液位始 终保持下岗时液位X2。当副油箱内液位从X2下降达到下限 时,油泵开始工作(计量泵注入油量速度远大于发动机消耗 油量的速度),副油箱液位在达到上限后,油泵虽停止工作, 但发动机仍消耗油量直到下岗时液位X2,即此时副油箱中的 油量不起作用,仅相当于普通油路。而单片机通过韦根德传 感器记录的油泵转动总圈数就是油泵从主油箱经过副油箱消 耗的油量X3,即副油箱耗油量为X1-X2,主油箱经过副油 箱后消耗的油量X3,获得总耗油量Y= X3+(X1-X2)。

上下岗时液位恰好在上下限之间,且上岗液位低于下 岗液位时,期间油泵工作时;油泵工作时,先假设副油箱的 液位始终保持下岗时液位X2。当副油箱内液位从X2下降达 到下限时,油泵开始工作(计量泵注入油量速度远大于发动 机消耗油量的速度),副油箱液位在达到上限后,油泵虽停止 工作,但发动机仍消耗油量直到下岗时液位X2,即此时副油 箱中的油量不起作用,仅相当于普通油路。而单片机通过韦 根德传感器记录的油泵转动总圈数就是油泵从主油箱经过副 油箱消耗的油量X3,在假设油泵未工作,上岗液位为X1< 下岗液位X2,多出来的油量是从主油箱里通过油泵泵入的, 即从主油箱多泵入X2-X1油量未消耗而存到了副油箱中。

消耗的总油量应为主油箱经副油箱消耗的油量X3再减 去多余的滞留在副油箱中的油量(X2-X1)即Y=X3- (X2-X1)= X3+X1-X2。

上下岗时油泵恰好工作,上岗刷卡同时,单片机记录 此时副油箱液位为上岗液位仍为XI,下岗时液位仍为X2, 然后按XI、X2大小分别有2, 3种情况,分析如上,仍有 耗油总量Y= X3+X1-X2。

(4)机车安全保障;为了保证机车安全运行,在系统进 行自检时,如果智能车载油量计量检测系统或柴油机油路出 现故障,系统控制仪发出提示和报警,并将控制仪退出油量 计量检测系统。

下位机系统如图2所示。

内燃机械燃油流量计

三、燃油流量计上位机部分的工作原理及研制的重点 上位机工作原理:选择一定的时间段后,司机可以通过 手中的IC卡,与连接在上位机计算机USB接口上的无线读 卡器,导出员工和车辆的历史耗油量记录包括员工姓名、车 辆的对应用油量、上岗时间、下岗时间和刷卡时间信息到微软办公软件Excel中,从而进行数据的保存与打印员工和车 辆的用油量详单。从而对装卸生产单耗管理考核提供依据。

研制的重点主要从以下几个方面体现:

所需设备

选用的非接触式丨C卡为容量为8K的PHILIPS M1卡; 读写卡器采用完美公司的WM-16U型读写卡器。此外,还 需要设备有上位机电脑一台,打印机一台。

上位机的组成部分

油耗数据的获得与保存

用VB软件编写程序,Access数据库软件保存数据。获 得耗油量数据并保存到数据库。实现VB与Excel的无缝连 接。用户可从软件导出检索出的记录到Excel中,从而可以 根据需要打印相关信息。

检索与管理

油耗数据保存在数据库中,需要对各员工的所有用油量 明细和各车辆的所有耗油量明细进行检索。

卡片管理

卡片分为两类:班长卡和员工卡。卡片管理模块用来初 始化各班长卡和员工卡。对人员、车辆的调动进行登记。

员工和车辆用油的详单导出

选择一定的时间段,可以导出员工和车辆的历史耗油量 记录信息到微软办公软件Excel中,从而进行数据的保存与 打印。其中数据信息包括员工或车辆的对应用油量、上岗时 间、下岗时间和刷卡时间。

分类统计与打印

对于员工和车辆的历史耗油量根据需要分别进行统计。

利用得到的统计结果分析,评价各员工的耗油量情况,从而 对公司的预算与管理提供依据。

上位机连接示意图,见图3

内燃机械燃油流量计

如图所示,WM-16U型读写卡器连接在上位机USB 口 上,它是通过USB接口来模拟串口的。由于需要打印员工和 车辆的用油量详单,汇总记录信息等,所以上位机需配备有 打印机。

四、IG卡的使用

下位机部分每台车对应一个读卡器;员工每人对应一张 IC卡。员工上下岗都需要刷IC卡登记,从而记录其本次的用油情况。之后,员工需要在上位机电脑处刷IC卡,IC卡 上的记录将读取到电脑中。进一步的统计、检索和管理工作 将在上位机部分的电脑上进行。丨C卡的使用框图见图4,

内燃机械燃油流量计

五、成果水平

燃油流量计解决了以柴油为能源的车载油耗计量问 题,为方便计量和管理内燃机械以及能源的节约提供了保计 量障。而且结构简单,计量准确可靠,成本低廉,安装方便, 属于国内。

燃油流量计采用容积和脉冲相结合的方法,能够适 用于恶劣的工作环境,保障了计量的准确性,属于国内。

燃油流量计采用无线智能管理丨C卡和单片机技术 相结合,计量手段先进可靠,信息传送方便快捷,属于国内 。

***后一次机车静态检测计量平均误差仅为0.155%o,与查找到的相关产品计量误差为2%»-3%»比较计量 值更加准确。

内燃机械燃油流量计

六、济效益分析与计算

1.直接经济效益分析与计算

(1)购置费用节约:研制与开发的内燃机械燃油流量计 每台成本1,500元,而市场类似产品如:隐蔽式车辆加油显 示器、车辆加油显示器等较低价位每台售价8,000元左右, 单台节约购置费(8,000元-1,500元)=6,500元,天津港 现有内燃机械设备1,700余台,从事着港口的生产和装卸任 务,如每年以10%的速度推广,预计年可直接节约购置费用 (1,700 台X10%X6,500 元)=111 万元。

(2)天津港现有内燃机械设备1,700余台,每年消耗 柴油量5万t,经成功研制内燃机械燃油流量计,实现了一人一电子卡,上下车进行刷卡,计算机自动统计个人实际燃 油消耗,个人节油意识大大增强,以及对操作司机的操作节 能考核控制及通过流量计的科学统计管理,操作能源单耗预 计下降5%,如每年以1,700台X10%安装了流量计统计计 算,年消耗柴油量5万t的10%为5,000t计算,全年将预 计节约5,000tX5%X (7,650元/t) =191万元。年合计直 接经济效益(111万元+191万元)=302万元。

2.间接经济效益分析

由于实现了_人_电子卡,上下车进行刷卡,计算 机自动统计个人实际燃油消耗,个人消耗一目了然,为集团 公司开创了燃油消耗计量管理新途径。

为集团机车燃油定额消耗管理提供了计量保证,真 正实现了科学规范油耗及个性化管理,并在集团范围内有广 泛的推广前景和经济管理应用价值。

此项目的完成可科学考核每个人的用能情况,吃大 锅饭的现象被打破,个人节油意识大大增强,每个司机的节 油操作水平将大大提高。

由于实现了一人一电子卡,使单车几个人为一小组 的油耗统计及考核彻底打破,实现了既能开吊车又能开铲车 进行交叉作业多面手的培养,减少了闲置人员。

该项目已申报发明型专利,填补了将无线智能 管理卡和单片机技术相结合应用于燃油计量系统,形成随车 计量单元的国内空白。较好地体现了自主创新从管理理念走 向实践的创新模式,对今后科学规范管理、有效降低公司成 本、加快技术进步,提高公司经济效益等方面有着十分重要 的意义。

 

  机械式燃油流量计是容积式流量计的一种,特别适合于测量重油、柴油、汽油、润滑油、聚乙烯醇、树脂等粘度较高的介质的流量,所以齿轮流量计也被称油表,可选用机械显示表头和电子显示表头两种计数机构,表头具有显示累积流量、瞬时流量及回零功能,可实现现场显示和远传控制。该系列流量计主要应用于石油、化工、油脂制品等行业。
 
  机械式燃油流量计结构与原理
 
  1、结构
 
  机械式燃油流量计由流量变送器和计数机构组成,变送器与计数机构之间加装散热器,则构成高温型流量计。1、计数器;2发信器;3、精度调节器(DN50以上使用);4、密封联轴器;5、前盖;6、盖板;7、椭圆齿轮;8、壳体;9、后盖。
 
  2、原理
 
  机械式燃油流量计测量部分主要由两个相互啮合的椭圆齿轮及其外壳(计量室)所构成,椭圆齿轮在被测介质的压差△p=pl-p2的作用下,产生作用力矩使其转动。在(a)所示位置时,由于P1>P2,在P1和P2的作用下所产生的合力矩使轮A产生顺时针方向转动,把轮A和壳体间的半月形容积内的介质排至出口,并带动轮B作逆时针方向转动,这时A为主动轮,B为从动轮,在(b)上所示为中间位置,A和B均为主动轮;而在(c)上所示位置,P1和P2作用在A轮上的合力矩为零,作用在B轮上的合力矩使B轮作逆时针方向转动,并把已吸入半月形容积内的介质排至出口,这时B为主动轮,A为从动轮,与(a)上所示情况刚好相反。如此往复循环,轮A和轮B互相交替地由一个带动另一个转动,将被测介质以半月形容积为单位一次一次地由进口排至出口。显然,图上(a)、(b)、(c)所示,仅仅表示椭圆齿轮转动了1/4周的情况,而其所排出的被测介质为一个半月形容积。所以,椭圆齿轮每转一周所排比的被测介质量为半月形容积的4倍,则通过齿轮流量计的体积流量Q为:Q=4nυ0
 
  式中:n——椭圆齿轮的旋转频率(转/秒);υ0——半月形部分的容积(贝).
 
  这样,在齿轮流量计的半月形容积υ0一定的条件下,只要测出椭圆齿轮的旋转速度n,便可知道被测介质的流量。
 
  二、胶水流量计产品特点
 
  ☆测量精度高、流量范围宽、重复性好;
 
  ☆螺旋转子转动均匀、震动小、寿命长;
 
  ☆对被测液体的粘度变化不敏感,尤其适合于粘度较高液体的测量;
 
  ☆结构简单,外形尺寸小,重量轻;
 
  ☆安装容易,表前不需安装直管段;
 
  机械式燃油流量计技术参数
 
  1、精度等级:0.5级,0.2级
 
  2、适用介质温度:-20-80 ℃,在加散热器情况下可达200℃
 
  3、公称压力:1.0 Mpa、1.6 Mpa、2.5 Mpa、4.0 Mpa、6.4 Mpa
 
  4、被测液体粘度:0.6—200MPa.s,高粘度200---3000MPa.s
 
  5、材质:分为铸铁型、铸钢型和不锈钢型
 
  ABG-A型铸铁齿轮流量计,广泛用于各种油品及对铸铁不腐蚀液体介质的计量
 
  ABG-E型铸钢齿轮流量计,广泛用于高压、低腐蚀性介质的计量
 
  ABG-B型不锈钢齿轮流量计,广泛用于强腐蚀性液体介质(酸、碱、盐)的计量
 
  6、测量范围:
 
  机械式燃油流量计产品选型
 
  机械式燃油流量计安装和使用
 
  1、安装
 
  (1)椭圆齿轮流量计在安装前应清洁管道。若液体内含有固体颗粒,则必须在管道上游加装过滤器;若含气体应安装排气装置。
 
  (2)椭圆齿轮流量计对前后直管段没有一定的要求。它可以水平或垂直安装。安装时,应使流量计的椭圆齿轮转动轴与地面平行。
 
  2、使用
 
  (1)按照要求正确安装后的椭圆齿轮流量计,使用时即可保证足够的精度,通常累计值的精度可达0.5级,是一种较为准确的流量计量仪表。但是,如果使用时被测介质的流量过小,仪表的泄漏误差的影响就会突出,不能再保证足够的测量精度。因此,不同型号规格的椭圆齿轮流量计对***小使用流量有一允许值,只有当实际被测流量大于该下限流量允许值时,测量精度才能得到保证。
 
  (2)使用椭圆齿轮流量计要注意被测介质的温度不能过高,否则不仅会增加测量误差,而且有使齿轮发生卡死的可能。为此,椭圆齿轮流量计在仪表所规定的使用温度范围内使用。
 
  长期使用后的椭圆齿轮流量计,其内部的齿轮会被腐蚀和磨损,从而影响测量精度。因此,要经常注意观察,并定期拆下进行检查,若条件允许***好定期进行标定。
  电磁流量计简单说是由流量传感器变送器组成的。电磁流量计的安装要求是一定要安装在管路的较低点或者管路的垂直段,但是一定是在满管的情况下,对直管段要求是前5D后3D,这样才能保证电磁流量计的使用和对精度的要求。
 
 
  电磁流量计的测量原理不依赖流量的特性,如果管路内有一定的湍流与漩涡产生在非测量区内(如:弯头、切向限流或上游有半开的截止阀)则与测量无关。如果在测量区内有稳态的涡流则会影响测量的稳定性和测量的精度,这时则应采取一些措施以稳定流速分布:
 
  1. 增加前后直管段的长度
 
  2. 采用一个流量稳定器
 
  3. 减少测量点的截面。
 
  1.对外部环境的要求
 
  1.1.流量计应避免安装在温度变化很大或受到设备高温辐射的场所,若必须安装时,须有隔热、通风的措施。
 
  1.2.流量计***好安装在室内,若必须安装于室外,应避免雨水淋浇,积水受淹及太阳暴晒,须有防潮和防晒措施。
 
  1.3.流量计应避免安装在含有腐蚀性气体的环境中,必须安装时,须有通风措施。
 
  1.4.为了安装、维护、保养方便,在流量计周围需有充裕的安装空间。
 
  1.5.流量计安装场所应避免有磁场及强振动源,如管道振动大,在流量计两边应有固定管道的支座。
 
 
  2.管道式电磁流量计
 
  2.1.对直段的要求
 
  为了改善涡流与流场畸变的影响,流量计安装的前、后直管段长度有一定要求,否则会影响测量精度(也可安装整流器,尽量避免在靠近调节阀和半开阀门之后安装)。
 
  2.2.对工艺管的要求
 
  流量计对安装点的上、下游工艺管有一定的要求,否则影响测量精度。
 
  a.上、下游工艺管的内径与传感器的内径相同,并应满足:0.98DN≤D≤1.05DN(式中DN:传感器内径,D:工艺管内径)
 
  b.工艺管与传感器必须同心,同轴偏差应不大于0.05DN
 
  2.3.旁通管的要求
 
  为了方便检修流量计,***好为流量计安装旁通管,另外,对重污染流体及流量计需清而流体不能停止的,必须安装旁通管。
 
  a.方便流量计的检修
 
  b.对重污染流体必须安装
 
  c.流体不能停止而流量计需清洗
 
  3.插入式电磁流量计安装要求
 
  3.1.对直管段的要求
 
  入口/出口直管段:入口应≥10×DN;出口应≥5×DN
 
  3.2.对接地点要求
 
  为了使仪表可靠的工作,提高测量精度,不受外界寄生电势的干扰/传感器应有良好的接地,接地电阻小于10.(若金属管道接地良好时,无须专设接地装置)3.3对安装位置要求如图所示
 
  插入电磁流量计根据现场管路情况不一,不加装球阀的流量计,应在不带压倒管路上安装(即不带压安装可选择不加装球阀的流量计),在管道上开孔直径50,准备把连接焊管焊接在管道的开孔上;对于要求不断流装卸或不允许介质溢出的场合,须加装球阀,即选择带球阀结构的插入式电磁流量计;在管道上开孔直径50,准备把连接焊管焊接在管道的开孔上。
 
 
  插入式电磁流量计选型
 
  测量范围: 使用范围:0.5m/s~10m/s连续可调。***大使用范围:0.2m/s~15m/s连续可调
 
  信号输出:1、开关量可设为:脉冲输出(***高1000HZ);高/低流量报警;空管报警;流量方向示意;
 
  故障报警;2、电流输出:4-20mA输出
 

 

  组态方式:1、通过三个手动键现场组态。2、通过遥控器现场组态。3、通过手操器进行现场组态。

七、结论

经过4年的研究和大量的实验,内燃机械燃油流量计经 受了高温、低温、高湿、高污染、路面的高颠簸等恶劣条件 的考验运行正常。并在节能技能大赛中得到了应用,误差控 制在1%以内。


随机推荐