Сепараторы фирм Титан, Вестфалия и Шарплес

Существует несколько методов очистки топлива от различных примесей и воды, один из них – сепарация, является наиболее распространенным способом. Для эффективной работы судовых систем топливоподготовки необходимо обеспечить работоспособность главного механизма – судового топливного сепаратора.

В данном материале рассмотрим судовые топливные сепараторы некоторых фирм, их конструктивные особенности и функциональные возможности, а также схемы работы их составных частей.

Сепараторы фирмы Титан

Устаревшие образцы сепараторов (например марки «СМ») этой фирмы были несаморазгружающимися.

В таблице 1 приведены основные характеристики типов сепараторов фирмы «Титан».

 
Ниже рассмотрим конструктивные особенности саморазгружающегося сепаратора CNS-70. Кинематическая схема этого сепаратора соответствует принципиальной схеме, приведенной на рис. 6, а конструкция его барабана показана на рис. 1.

Принцип работы барабана понятен из рисунка. Он аналогичен другим барабанам. Неочищенное топливо подаётся по центральному каналу тарелкодержателя (по стрелке «А»), проходит через отверстия нижней тарелки и распределяется в межтарельчатом пространстве, где происходит очистка топлива.

Шлам и вода отходят к периферии барабана, а чистое топливо к его центру. Отвод чистого топлива и отсепарированной воды указаны стрелками.

В данном случае барабан работает в режиме пурификации, но он может быть собран для работы в режиме кларификации.

Рассмотрим процесс разгрузки барабана от накопившегося внутри него шлама. Для этого перекрывают подачу топлива к барабану и переключают управляющий кран так, чтобы подать воду к форсунке 7, через которую она поступает в камеру 5 и далее по каналу 10 к клапану 12. Он подрывается и открывает выпускной канал 11. При этом вода из подпоршневой камеры 3 выходит через каналы 13 и 11 наружу и подвижное дно 1 опускается вниз, открывая разгрузочные пазы 2. Шлам выбрасывается через эти пазы из барабана.

Рекомендуется к прочтению: Виды топливных фильтров и фильтрационных установок используемых на судовых дизелях

Для закрытия барабана необходимо поставить управляющий кран в такую позицию, при которой вода направляется к форсунке 8. Она подаёт воду в камеру 6, из которой вода поступает по каналу 4 в камеру 3, расположенную под подвижным дном 7. Под давлением воды подвижное дно перемещается вверх и перекрывает разгрузочные пазы 2. Герметичность закрытия барабана обеспечивается резиновым уплотнением.

После закрытия барабана подача воды нужна для компенсирования её утечек. Для этого управляющий кран переключается и вода подаётся к форсунке 9, имеющей меньшую пропускную способность. Сепаратор готов к работе.

Далее подаётся в барабан вода для создания гидравлического затвора и после этого открывается кран для подачи топлива в сепаратор. Процесс сепарирования продолжается.

Для обслуживания механизма подвижного дна сепаратор типа CNS-70 имеет постоянно работающий насос пресной воды производительностью 200 л/час и давлением 0,15 МПа. Вода потребляется из бака ёмкостью 150 м³ и после использования в гидравлическом приводе отводится в тот же бак. Расход воды значительный.

Другой особенностью сепараторов фирмы Титан является конструкция вертикального вала (рис. 2).

Верхняя (горловая) опора не имеет пружин. Амортизация колебаний вала осуществляется за счёт посадочных зазоров втулок 1 и 2. Создаваемая при вращении вала масляная плёнка между посадочными поверхностями служит своего рода демпфером.

Нижняя опора состоит из специального упорного подшипника 4, опирающегося на подпятник 6, который амортизируется пружиной 7. Роль нижнего радиального подшипника выполняет бронзовая втулка 3. Вертикальное перемещение вала обеспечивается за счёт завёртывания стакана 5 в станине.

Такая конструкция вертикального вала проста и надёжна, но требует тщательной балансировки барабана и высокой усталостной прочности вала.

Фрикционная муфта сепараторов фирмы Титан имеет также характерную конструкцию (рис. 3).

К ведущей стунице 5 прикреплена обойма 4. К ней прижимными планками 2 и винтами 6 закреплены две наборные фрикционные ленты 3. При вращении ступицы 5 эти ленты под действием центробежных сил прижимаются к ведомому ободу 1 и передают ему вращение. Такая конструкция муфты отличается простотой и компактностью. Она обеспечивает плавную работу механизма. В период разгона требуется менее точная соосность вала электродвигателя и горизонтального вала по сравнению с другими конструкциями и типами фрикционных муфт.

Сепараторы фирмы Вестфалия

Рассмотрим характеристики и конструктивные особенности сепараторов этой фирмы (табл. 2).

 
На рис. 4 приведена схема барабана сепаратора.

Принцип действия барабана не отличается от вышеописанных и приведенных раннее. Во время пуска сепаратора подвижное дно 1 находится в нижнем положении и разгрузочные пазы 2 остаются открытыми. Когда Принцип работы топливного сепаратора на суднесепаратор разовьёт рабочее число оборотов, открывают управляющий кран и подают воду в камеру 8. Из этой камеры вода через каналы 9 (диаметр 5 мм) и один канал 7 (диаметр 4 мм) поступает в камеры 3 и 6. Из камеры 3 вода начинает выливаться наружу по каналам 4, 5, 12 и 13, а из камеры 6 по каналу 10.

После заполнения камер З и 6 водой маневровый кран закрывают. При этом вода из камеры 3 вытекает полностью, а из камеры 6 вытекает та часть воды, которая находится между осью вращения и каналом 10. Оставшаяся вода в камере 6 создаёт давление, под действием которого подвижное дно 1 поднимается и закрывает разгрузочные отверстия 2.

Подвижное дно имеет резиновые уплотнения 14 по внутренней стороне с тарелкодержателем 15 и по внешней стороне 11 с корпусом барабана 17. Крышка 19 барабана зажимается большим кольцом 18. Она имеет уплотнение 16 с подвижным дном 1.

После закрытия барабана в него подают воду для создания гидравлического затвора и затем открывают клапан Процессы топливоподачи в СДВСдля подачи топлива в сепаратор по стрелке «А». Происходит процесс сепарации, очищенное топливо отводится по стрелке «Б», а отсепарированная вода по стрелке «В» через регулировочную шайбу 22, закреплённую малой гайкой 21. Канал для отвода воды создается верхней разделительной тарелкой 20. Для осуществления разгрузки барабана закрывают подачу топлива и вновь открывают управляющий кран и подают воду в камеру 8, откуда она по каналам 9 и 7 аналогично описанному выше поступает в камеры З и 6. Однако пропускная способность восьми каналов 9 выше, чем одного канала 7 и, кроме того, канал 4 пропускает только часть воды, поступающей в камеру 3. Поэтому вода накапливается в камере 3, создаётся давление и подвижное дно опускается вниз, открывая разгрузочные пазы 2. Шлам и грязная вода выбрасываются из барабана.

В процессе разгрузки барабана может частично удаляться и топливо вместе со шламом. Для предотвращения этого после перекрытия подачи топлива в сепаратор подают значительное количество воды, которая вытесняет топливо (смещает границу раздела «вода-топливо») к оси вращения. После этого управляющим краном дают воду для открытия барабана.

После разгрузки барабана управляющий кран закрывают, вода вытекает из камеры 3, а оставшаяся в камере 6 вода поднимает подвижное дно 1 и закрываются разгрузочные пазы 2.

Будет интересно: Методы нефтепереработки и их влияние на свойства топлив

Для работы гидравлического привода подвижного дна предусмотрен напорный бак на высоте 1,5-2 м от уровня управляющего крана. Расход воды на одну разгрузку составляет 15-20 л. Эта вода отводится из чаши станины и используется повторно.

После остановки сепаратора вода из камеры 6 вытекает, подвижное дно опускается в нижнее положение под действием силы тяжести. Усилие, развиваемое водой в камерах З и 6, составляет 20-25 тонн. Разница между усилиями в камерах З и 6 при открытом барабане – около 5 тонн. Время подачи воды при первоначальном закрытии барабана и при разгрузке составляет 5-8 сек.

Барабан сепаратора насаживается на конус вертикального вала, схема которого представлена на рис. 5.

Вертикальный вал 2 заключён в двух опорах: верхней (горловой) и нижней.

В корпусе верхней опоры находится радиальный подшипник 3 в обойме 4, а в корпусе 5 радиально расположены втулки буфера 9. Он прижимается к обойме 4 пружиной 8, которая закреплена упорным болтом 7. Буферная втулка 9 перемещается в направляющей 6. Количество буферов – шесть.

Нижняя опора состоит из радиального подшипника 11 и сферического подшипника 12, помещённых во втулки 13 и 14. Нижний конец вертикального вала опирается на сферический упорный подшипник 12, который в свою очередь опирается на втулку с пружиной 15, смягчающую вертикальные толчки и колебания вала.

В целях регулирования перемещение вала по вертикали осуществляется ввинчиванием регулировочной шайбы 16 в корпус нижней опоры. Защитная шайба 10 предохраняет подшипник от попадания в него сверху грязи и продуктов износа червячно-винтовой передачи.

Конструкция вертикального вала проста и достаточно надёжна в работе. Основной его недостаток состоит в том, что червяк 1 находится непосредственно на валу. Постоянно меняющееся межцентровое расстояние при колебаниях вала создаёт тяжёлые условия работы червячно-винтовой пары и вызывает её дополнительный износ.

Сепараторы фирмы Шарплес

Саморазгружающие сепараторы являются сепараторами с периодической разгрузкой, т. к. для разгрузки барабана каждый раз приходится прерывать процесс обработки. Разгрузка сепаратора происходит за 3-5 секунд, но переключение магистралей топлива (масла) и воды может занять ещё 3-7 минут. Требуется также некоторое время для восстановления числа оборотов барабана, которое при разгрузке каждый раз падает.

Кроме этого барабаны сепараторов с периодической разгрузкой имеют относительно сложную конструкцию с подвижными деталями, трущимся поверхностям и системой уплотнений, что сказывается на надёжности работы сепаратора.

Для устранения вышеперечисленных недостатков саморазгружающих сепараторов были сконструированы сопловые сепараторы непрерывного действия. Очистка топлив в этих сепараторах происходит таким же образом, как и в ранее описанных конструкциях тарельчатых сепараторов, но разгрузка принципиально отличается.

На рис. 6 показана схема работы барабана соплового сепаратора.

Он может работать в режиме кларификатора и пурификатора. Принципиальное отличие в работе барабана состоит в том, что через постоянно открытые сопла 2 в стенках корпуса барабана непрерывно выбрасывается смесь воды, топлива и шлама. Для предотвращения потери топлива, которое в большом количестве уходит с водой и шламом, эта смесь вновь подаётся Сепарация топлива для использования на судовых дизеляхна сепарацию (рециркуляцию) в барабан через приёмный канал 1. Непрерывно циркулируя, смесь концентрируется, содержание шлама в ней возрастает, а количество топлива уменьшается. Когда перекачка такой концентрированной смеси становится затруднительной, она выгружается из циркуляционной системы в грязевой танк.

Фирма Шарплес разработала конструкцию соплового сепаратора типа «Гравитроль-1000». Принципиальная схема работы этого сепаратора представлена на рис. 7.

Барабан сепаратора не имеет подвижного дна, а сопла 7 во время работы остаются постоянно открытыми. Для предотвращения утечки сепарируемой жидкости 2 через сопла 7 предусмотрено гидравлическое уплотнение, которое осуществляется следующим образом. В камеру вращающегося барабана непрерывно подаётся вода по каналу 3. Под действием центробежных сил она протекает по каналам 6 к периферии барабана и образует кольцевой слой 8, являющийся гидравлическим затвором.

Предлагается к прочтению: Технология обработки судового топлива

Количество поступающей воды должно быть несколько больше пропускной способности сопел 7. В этом случае происходит процесс саморегулирования – избыток подаваемой воды 4, который не могут пропустить сопла, переливается через край регулировочного кольца 5. Такой же процесс саморегулирования происходит при колебаниях содержания воды в сепарируемом продукте. При увеличении содержания воды в топливе увеличивается её перелив, при уменьшении – снижается. Очищаемый продукт (топливо или масло) подаётся через канал 1 тарелкодержателя к периферии пакета тарелок, проходит по межтарелочным пространствам и, уже очищенный, отводится в верхней части барабана 10. Отделяющиеся взвести по коническим стенкам барабана сползают к соплам, через которые они удаляются вместе с непрерывно вытекающей водой. На схеме показан «нейтральный слой» 9.

На рис. 8 представлена схема конструкции барабана типа Гравитроль.

Здесь показано расположение верхней 5 и нижней 1 регулировочных шайб. Набор регулировочных шайб состоит из трёх типоразмеров: верхняя – 60,66 и 73 мм, нижняя – 80,94 и 108 мм.

Шайбы выбираются по номограмме (рис. 9) в зависимости от удельного веса топлива, температуры сепарации и температуры рециркуляционной воды.

Температуры принимают согласно рекомендациям фирмы:

• для воды 66-71 °С;
• для топлива с удельным весом (0,88-0,92 г/см³) – 71-82 °С);
• с удельным весом (0,94-0,98 г/см³) – 82-93 °С.

Положительными особенностями барабана являются:

1. Поверхность раздела фаз топливо (масло) – вода («нейтральный слой», рис. 7) находится вне пакета тарелок. Это повышает эффективность работы барабана благодаря тому, что вся поверхность тарелок работает Фильтрация и фильтрационные установки очистки топлива на судахна очистку топлива (масла).
2. Отделившиеся от сепарируемого продукта частицы проходят на пути к соплам слой воды, в результате чего происходит более полная их очистка от обволакивающих плёнок топлива (масла) и таким образом снижаются потери сепарируемого продукта.
3. В процессе работы сепаратора происходит описанное выше саморегулирование в зависимости от содержания воды в сепарируемом продукте.

На рис. 10 приведена принципиальная схема установки «Гравитроль».

Необработанное топливо по трубопроводу 1 подаётся через подогреватель 4, предохранительный клапан 5, и фильтр 6 к центральному патрубку сепаратора. В случае необходимости подаётся вода по трубопроводу 2 в смеситель 3, где она перемешивается с топливом.

Очищенное топливо отводится из верхней полости 7 корпуса сепаратора, а шлам и вода сливаются в бак 13. Избыток рециркуляционной воды, которая переливается через регулировочную шайбу 8, также отводится по каналу 9 в бак 13. Из бака вода насосом 15 через фильтры 16, регулятор расхода 18 и предохранительный клапан 19 подаётся на рециркуляцию в сепаратор. В случае необходимости вода по трубопроводу 20 может быть отведена на повторное использование для промывки топлива.

Читайте также: Судовые топливные системы дизелей

Для поддержания необходимой температуры бак 13 снабжён подогревателем 12. Осевший в баке шлам периодически удаляется. Трубопровод 14 служит для пополнения, а клапан 11 для перепуска воды.

Избыток воды сливается через воронку 17, а воронка 10 является сигналом превышения уровня воды в баке 13. Особенностью сепараторов типа «Гравитроль» является безмуфтовый привод от электродвигателя к барабану. Он осуществляется непосредственно через червячную пару.

Установка «Гравитроль-1000» имеет следующие характеристики:

• производительность, т/час – 2,5;
• мощность электродвигателя, л/с
• сепаратор и насосы – 10;
• рециркуляционный насос – 1;
• число оборотов барабана, об/мин – 8 000;
• вес барабана, кг – 50;
• диаметр барабана (внутренний), мм – 250;
• габариты установки, мм
• длина – 1 092;
• ширина – 940;
• вес установки, кг – 1 250.

Наряду с положительными особенностями установка «Гравитроль-1000» имеет существенный недостаток, а именно, большой расход воды, снижающий эффективность её работы.