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 Топливная система судовой дизельной установки и процесс топливообработкиочистка топлива и смазочного масла. Очистка выполняется судовыми топливными сепараторами различных фирм. Разнообразие конструкций топливных сепараторов и постоянное их совершенствование требуют от судовых специалистов хороших знаний и квалифицированного технического обслуживания.
Положение осложняется тем, что техобслуживание приходится выполнять сокращённым составом машинной команды. Для уменьшения объёма ручной работы фирмы-изготовители разработали автоматизированные системы сепарирования, действующие на заранее установленной программе без вмешательства технического персонала.
Однако это потребовало, в свою очередь, повышения уровня знаний, умения настроить эффективную работу современных систем сепарирования и, конечно же, оперативно оценивать причины и характер возможных отказов и неисправностей их элементов.
Типы и конструктивные особенности сепараторов
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 Характеристики топлива для судовых дизелейтяжелых 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 приведена схема барабана – кларификатора.
1 – пакет тарелок барабана; 2 – кларификаторная насадка; 3 – центральный канал; 4 – тарелкодержатель; 5 – верхняя защитная тарелка; 6 – каналы в тарелках (образованные отверстиями в тарелках); 7 – барабан; 8 – шламовая камера; 9 – нижняя сплошная тарелка
Стрелками показано движение топлива. Неочищенное топливо по центральному каналу 8 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. Сепарация топлива на судахПроцесс 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. 2.
1 – крышка барабана; 2 – регулировочная шайба; 3 – центральный канал; 4 – тарелкодержатель; 5 – патрубок для выхода топлива; 6 – отверстие в регулировочной шайбе; 7 – разделительная тарелка; 8 – тарелки сепаратора; 9 – барабан; 10 – отверстия в нижней тарелке
При такой сборке заменяют верхнюю защитную тарелку 5 и кларификаторную насадку 2 (см. рис. 1) на регулировочную шайбу 2 и разделительную тарелку 7 (см. рис. 2). Также меняют нижнюю сплошную тарелку 9 без отверстий (рис. 1) на тарелку 10 (см. рис. 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.
Читайте также: Судовые топливные системы дизелей
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 Дот расположенных отверстий 10 в дисках 8, однако он может быть и меньше, и больше Дот, 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 Дш.
В качестве иллюстраций к сказанному на рис. 3 показана схема расположения «нейтрального слоя» при правильно подобранной регулировочной шайбе.
1 – вход неочищенного продукта; 2 – выход отсепарированного топлива; 3 – выход отсепарированной воды; 4 – напорный диск для откачки воды; 5 – напорный диск для откачки топлива.
Дш – диаметр регулировочной шайбы; Днс – диаметр «нейтрального слоя»; Дот – диаметр отверстий; Д1 – диаметр разделительной тарелки; Д2 – наружный диаметр тарелок
«Нейтральный слой» располагается вблизи цилиндрической поверхности с диаметром отверстий, т. е. Днс ≈ Дот.
На рис. 4 приведена схема расположения «нейтрального слоя» при малом диаметре Дш регулировочной шайбы.
1 – вход неочищенного продукта; 2 – выход отсепарированного топлива; 3 – выход отсепарированной воды.
Дш – диаметр регулировочной шайбы; Днс – диаметр «нейтрального слоя»; Дот — диаметр отверстий
При этом Дн < Дот, т. е. «нейтральный слой» сместился к оси вращения. Вода заполнила часть сепарирующей поверхности тарелок и она частично попадает в чистое топливо. Этот отрицательный эффект определяют в эксплуатации по запотеванию смотрового стекла. В таком случае необходима остановка сепаратора и замена регулировочной шайбы на больший размер.
На рис. 5 показана схема расположения «нейтрального слоя» при излишне большом диаметре регулировочной шайбы.
1 – вход неочищенного продукта; 2 – выход отсепарированного топлива; 3 – выход отсепарированной воды.
Дот – диаметр отверстий; Дш – диаметр регулировочной шайбы; Днс – диаметр «нейтрального слоя»
«Нейтральный слой» сместился к периферии барабана. Его диаметр Днс 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;
- температуры сепарирования.
Более подробно это рассмотрено ниже.
На рис. (3 – 5) показаны напорные диски 4 и 5 (см. рис. 3). Они служат для откачки отсепарированной воды и чистого топлива.
Будет интересно: Виды и применение судовых топливных систем в дизелях
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. 6 показана кинематическая схема, которая является общей для большого количества тарельчатых сепараторов.
1 – сборник; 2 – барабан; 3 – верхняя опора; 4 – станина; 5 – горизонтальный вал; 6 – фрикционная муфта; 7 – электродвигатель; 8 – нижняя опора; 9 – червячно-винтовая пара; 10 – шестерённые насосы; 11 – эластичная муфта; 12 – подшипник; 13 – вертикальный вал
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.
Рекомендуется к прочтению: Устройства и агрегаты топливной системы низкого давления
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 шестерённые 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.
