На сайте Seamen.es мы публикуем материалы, посвященные современным технологиям и оборудованию для судов, обеспечивающим безопасность и эффективность работы судовых систем. В данной статье рассмотрим устройство и принцип работы сепараторов для очистки топлива, а также приведем примеры конструктивных особенностей.
Введение
В настоящее время на судах мирового флота наиболее распространены судовые дизельные установки, работающие на тяжелых сортах топлива (мазутах). При хранении топлива на судне оно обводняется и загрязняется механическими примесями (частицы песка, пыли, железной окалины), что ухудшает его характеристики. Использование топлива с большим содержанием механических примесей приводит к загрязнению форсунок, большому износу плунжерных пар топливных насосов и 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.
Способы очистки топлива на судне
На судне используются три способа очистки тяжёлого топлива:
- Отстой в отстойной цистерне.
За 20–22 часа тяжёлые частицы и вода оседают на дне отстойной цистерны с последующим удалением через спускной кран. - Сепарирование топлива с помощью центробежного сепаратора (наиболее эффективный способ).
Отделение посторонних частиц и воды от топлива происходит за счёт разности плотностей компонентов, содержащихся в топливе, под действием центробежных сил. - Фильтрация.
Отсепарированное топливо из расходной цистерны топливоподкачивающим насосом под давлением (0,4–0,6 МПа) пропускается через топливный фильтр и затем подаётся к топливным насосам дизеля.
Принцип работы центробежного сепаратора
Схема работы тарельчатого сепаратора
Рассмотрим работу сепаратора тарельчатого типа.
Рис. 1.1 – Схема барабана-кларификатора с указанием направления движения топлива
Неочищенное топливо по центральному каналу (обозначено цифрой 3) непрерывно подаётся во вращающийся барабан (7).
Далее топливо поступает к периферии барабана, протекает между тарелками (обозначены цифрой 1) и отводится через кольцевой канал кларификаторной насадки (2), как показано стрелками.
Загрязняющие примеси, под действием центробежной силы, осаждаются на внутренних стенках барабана (7) и на концевых поверхностях тарелок (1).
Проблема обводнения топлива
Если в сепарируемом топливе имеется вода, она, выделяясь вместе с механическими примесями, заполнит весь грязевой объём барабана (8), образовав гидравлический затвор, который перекроет путь поступления топлива в межтарелочное пространство. В этом случае неочищенное топливо заполнит канал (3) в тарелкодержателе (4) и начнет выливаться из патрубка переполнения, что приведёт к прекращению процесса сепарирования.
Для сепарирования обводненных сортов топлива необходимо обеспечить непрерывный отвод выделяющейся воды. С этой целью стандартный барабан собирают как пурификатор.
Рис. 1.2 – Схема барабана-пурификатора
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).
- 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) нижней и других тарелок (8) и будет распределяться по межтарелочным пространствам.
Распределение компонентов в барабане
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).
- Топливо, как более лёгкая часть, оттесняется к центру барабана и отводится через патрубок (5) разделительной тарелки (7) (по стрелке А).
Нейтральный слой в сепарации
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 отверстий (Дот) в дисках (8), однако он может быть и меньше, и больше, что приводит к смещению нейтрального слоя:
- Смещение к центру барабана (Дн < Дот):
Уменьшается сепарирующая поверхность тарелок, снижается эффективность работы и увеличивается содержание воды в чистом топливе. Этот отрицательный эффект может определяться по запотеванию смотрового стекла. В таком случае необходимо остановить сепаратор и заменить регулировочную шайбу на больший размер. - Смещение к периферии барабана (Дн > Дот):
Возможна потеря топлива, т.е. его попадание в отсепарированную воду, что также фиксируется через смотровое окно сборника сепаратора. В этом случае требуется остановка сепаратора и замена регулировочной шайбы на меньший размер.
Рис. 1.3 – Схема расположения «нейтрального слоя» при правильно подобранной регулировочной шайбе
Рис. 1.4 – Схема расположения «нейтрального слоя» при малом диаметре регулировочной шайбы
Рис. 1.5 – Схема расположения «нейтрального слоя» при излишне большом диаметре регулировочной шайбы
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, отличающихся диаметрами выходных отверстий (Дш).
Принцип действия напорного диска
Напорные диски служат для откачки отсепарированной воды и чистого топлива. Принцип их действия следующий:
- Направляющий аппарат неподвижен, а жидкость кольцевым слоем вращается вокруг него вместе с барабаном.
- Энергия движения вращающей жидкости преобразуется в давление в напорном диске, которое соответствует требуемому противодавлению (например, подъёму на высоту).
- Характерно, что жидкость движется в напорном диске от внешней поверхности к центру, т.е. диск работает как центростремительный насос, в отличие от центробежного насоса, где 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.
Рис. 1.6 – Кинематическая схема тарельчатого сепаратора
Механическая схема сепаратора
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 – 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». Ниже будут рассмотрены конструктивные особенности сепараторов этих фирм.
Заключение
Очистка топлива является ключевым фактором безаварийной работы судовых дизелей. Использование центробежных сепараторов позволяет эффективно отделять механические примеси и воду от топлива, что значительно снижает износ топливной аппаратуры. Для более детального изучения принципов работы и конструктивных особенностей сепараторов рекомендуем посетить сайт Seamen.es.
Если вы цените надежность судовых систем и хотите отдохнуть на воде, рекомендуем воспользоваться услугами аренды катеров в Торревьехе. Подробности и выгодные предложения вы найдете на Freewind.es.