Принцип действия сепаратора

Масляные и топливные сепараторы и фильтры, и их эксплуатация

В современных судовых ДВС используется, как прави­ло, тяжёлое топливо большой вязкости и низкого каче­ства. Оно содержит механические примеси и воду. Для обеспечения безаварийной и эффективной работы ДВС не­обходима тщательная очистка топлива и смазочного мас­ла. Очистка выполняется судовыми сепараторами различ­ных фирм. Разнообразие конструкций сепараторов и по­стоянное их совершенствование требуют от судовых специ­алистов хороших знаний и квалифицированного техничес­кого обслуживания.

Принцип действия сепаратора

В настоящее время на судах мирового флота наиболее распространены судовые дизельные установки, работающие на тяжелых сортах топлива (мазутах).

В процессе хранения топлива на судне оно обводняется и загрязняется механическими примесями (частицы песка, пыли, железной окалины) и в силу этого ухудшаются его характеристики.

Использование топлива с большим содержанием меха­нических примесей приводит к загрязнению форсунок, большому износу плунжерных пар топливных насосов, износу цилиндро - поршневой группы.

Для безаварийной и эффективной работы судовых дизелей при использовании тяжелых сортов топлива (мазута вязкос­тью до 700 сСт.) необходимо особое внимание к его очистке.

На судне используются три способа очистки тяжёлого топлива.

Первый способ - отстой в отстойной цистерне в течение 20-22 часов. За это время тяжёлые частицы и вода оседают на дне отстойной цистерны с последующим удалением че­рез спускной кран.

Второй способ (наиболее эффективный) - сепарирова­ние топлива с помощью центробежного сепаратора, где про­исходит отделение посторонних частиц и воды от топлива и их удаление за счёт разности плотностей компонентов, содержащихся в топливе, с помощью центробежных сил.

Третий способ - фильтрация. Отсепарированное топли­во из расходной цистерны топливоподкачивающим насо­сом под давлением (0,4-0,6) МПа пропускается через топ­ливный фильтр и после него подаётся к топливным насо­сам дизеля.

Рассмотрим работу сепаратора тарельчатого типа. На рис. 1.1 приведена схема барабана - кларификатора и стрелками показано движение топлива. Неочищенное топливо по цен­тральному каналу 3 непрерывно подаётся во вращающийся барабан 7. Далее оно поступает к периферии барабана, протекает между тарелками 1 и отводится через кольце­вой канал кларификаторной насадки 2, как показано стрел­ками. Загрязняющие топливо примеси под действием цен­тробежной силы осаждаются на внутренних стенках бара­бана 7 и на концевых поверхностях тарелок 1.

Если в сепарируемом топливе имеется вода, то она, вы­деляясь вместе с механическими примесями, заполнит весь грязевой объём 8 барабана, образовав гидравлический зат­вор, который перекроет путь поступления топлива в межтарелочное пространство 1. По этой причине неочищенное топливо заполнит канал 3 в тарелкодержателе 4 и начнет выливаться из патрубка переполнения. Процесс сепариро­вания прекращается.

Поэтому при сепарировании обводненных сортов топ­лива необходимо обеспечить непрерывный отвод из бара­бана выделяющейся воды.

С этой целью стандартный барабан собирают как пурификатор, схема которого представлена на рис. 1.2.

При такой сборке заменяют верхнюю защитную тарел­ку 5 и кларификаторную насадку 2 (см..рис.1.1) на регули­ровочную шайбу 2 и разделительную тарелку 7 (см. рис.1.2.). Также меняют нижнюю сплошную тарелку 9 без отверстий (рис. 1.1) на тарелку 10 (см. рис. 1.2), которая имеет отверстия по окружности.

В период пуска сепаратора (для предупреждения выхо­да неочищенного топлива через отверстие 6 регулировоч­ной шайбы 2) во вращающийся барабан предварительно заливают воду для образования гидравлического затвора. Только после этого можно подавать топливо, которое через тарелкодержатель 3 поступит в каналы 10, имеющиеся в нижней и других тарелках 8, и будет распределяться по межтарелочным пространствам.

Под действием центробежных сил вода, как более тя­жёлая составляющая, отбрасывается к периферии бараба­на 9, смешивается с водой гидравлического затвора и отво­дится через кольцевое отверстие 6 регулировочной шайбы 2 (по стрелке Б), а топливо, как более лёгкая часть, оттесняется к центру барабана и отводится через патрубок 5 разделительной тарелки 7 по стрелке А.

При установившемся процессе сепарирования в бара­бане создаётся так называемый "нейтральный слой" - ус­ловная цилиндрическая поверхность раздела фаз топлива и воды. Обычно диаметр этой поверхности должен быть примерно равен диаметру Д_от расположенных отверстий 10 в дисках 8, однако он может быть и меньше, и больше Д_от , т.е. "нейтральный слой" может смещаться или к центру барабана 9, или к его периферии.

В обоих случаях возможны отрицательные последствия. В первом - уменьшается сепарирующая поверхность таре­лок барабана (снижается эффективность работы) и увели­чивается содержание воды в чистом топливе. Во втором случае возможна потеря топлива, т.е. его попадание в отсепарированную воду.

Положение "нейтрального слоя" зависит от гидродина­мического равновесия трёх потоков: поступающего топли­ва и выходящих потоков чистого топлива и воды. Необхо­димое равновесие достигается регулированием одного по­тока - отсепарированной воды - с помощью подбора регу­лировочной сменной шайбы 2.К сепаратору прилагается комплект таких шайб. Они отличаются разными диамет­рами выходных отверстий Д_ш .

В качестве иллюстраций к сказанному на рис. 1.3 по­казана схема расположения "нейтрального слоя" при пра­вильно подобранной регулировочной шайбе. "Нейтральный слой" располагается вблизи цилиндрической поверхности с диаметром отверстий, т.е. Д_нс ≈ Д_от.

На рис, 1.4 приведена схема расположения "нейтраль­ного слоя" при малом диаметре Д_ш регулировочной шайбы. При этом Д_н < Д_от, т,е, "нейтральный слой'"' сместился к оси вращения. Вода заполнила часть, сепарирующей поверхно­сти тарелок и она частично попадает в чистое топливо. Этот отрицательный эффект определяет в эксплуатации по запотеванию смотрового стекла. В таком случае необходима остановка сепаратора и замена регулировочной шайбы на больший размер.

На рис. 1.5 показана схема расположения "нейтрально­го слоя" при излишне большом диаметре регулировочной шайбы. "Нейтральный слой" сместился к периферии бара­бана. Его диаметр Д_нс оказался равным наружному диа­метру Д₁ разделительной тарелки. Поэтому происходит перелив топлива вместе с отсепарированной водой. Это яв­ление замечают в эксплуатации через смотровое окно сбор­ника сепаратора. В таком случае необходимо остановить сепаратор и заменить регулировочную шайбу на меньший размер.

Подбор регулировочных шайб в эксплуатации осуществ­ляют по таблицам и графикам в зависимости от ряда пара­метров: плотности сепарируемого продукта, наличия в нём воды и температуры сепарирования. Более подробно об этом будет сказано ниже.

На рис. (1.3 - 1.5) показаны напорные диски 4 и 5 (см. рис. 1.3). Они служат для откачки отсепарированной воды и чисто­го топлива.

Принцип действия напорного диска заключается в сле­дующем: направляющий аппарат неподвижен, а жидкость кольцевым слоем вращается вокруг него вместе с бара­баном. Энергия движения вращающей жидкости преоб­разуется в напорном диске в давление, которое будет со­ответствовать требуемому противодавлению, например подъёму на высоту. Характерно, что жидкость движется в напорном диске от внешней его поверхности к центру, т.е. диск работает, как центростремительный насос в отличие от центробежного насоса, в котором жидкость движется от центра к наружной поверхности вращающе­гося колеса. Напорные диски могут создавать давление до 0,25 МПа в зависимости от размеров и числа оборотов барабана.

На рис. 1.6 показана кинематическая схема, которая является общей для большого количества тарельчатых се­параторов.

Корпус сепаратора и электродвигатель находятся на об­щем фундаменте. От электродвигателя 7 через фрикцион­ную муфту 6 вращение передаётся горизонтальному валу 5, который закреплён в двух подшипниках 12 в станине 4 се­паратора.

На горизонтальном валу находится червячная шестерня, которая входит в зацепление с червяком вертикального вала, образуя червячно-винтовую пару 9, посредством которой осу­ществляется передача вращения вертикальному валу 13. Он заключён в двух опорах - верхней 3 и нижней 8. Верхняя опора имеет радиальный шарикоподшипник и шесть пру­жинных амортизаторов, а в нижней опоре размещены радиально-упорные подшипники.

На верхнюю конусную часть вертикального вала наса­жен барабан 2, закрытый сборником 1, который служит для подвода и отвода сепарируемой жидкости. Он имеет смотровые окошки для наблюдения за процессом сепари­рования.

От горизонтального вала 5 через эластичную муфту 11 вращение передаётся на шестеренные насосы 10. Они слу­жат для подачи жидкости на сепарирование и её отвода.

На судах мирового флота наиболее распространены сепа­раторы фирм Альфа-Лаваль, Титан, Вестфалия и Шарплес.