Топливные фильтры для судовых двигателей
Главное меню
Судовые двигатели
В дизельных топливах согласно ГОСТ 4749—73 и ГОСТ 305—73 содержание загрязнений не должно превышать 0,05 %, т. е. механические примеси практически должны отсутствовать. Однако опыт эксплуатации дизелей показывает, что загрязнения топлива, находящегося в эксплуатации, составляют 400—600 г на 1 т. В среднем в примеси находится 60—70 % неорганических загрязнений (почвенная пыль, попадающая в топливо из воздуха, продукты коррозии емкостей и трубопроводов, продукты износа перекачивающих средств) и 30—40 % органических (асфальтосмолистые продукты окислительной полимеризации нестабильных компонентов топлива).
Неорганические загрязнения — основная причина абразивного износа прецизионных деталей топливной аппаратуры; органические загрязнения резко снижают срок службы фильтров, приводят к закоксовыванию распылителей. При нормальных условиях топливо обладает способностью связывать определенное количество воды (примерно 0,2 %) в растворенном виде. Конкретные технические требования к топливным фильтрам дизелей (табл. 5.10) изложены в ГОСТ 14146—79.
К новым фильтроматериалам относятся бумаги БФДТ, БТ-ЗП, БТ-5П, БТ-10П, БТ-15П (табл. 5.11).
Фильтры грубой очистки (табл. 5.12) задерживают частицы механических примесей размером более 0,04 мм.
Фильтры тонкой очистки задерживают механические примеси неорганического и органического происхождения размером более 16 мкм. Кроме того, фильтры грубой очистки не пропускают коллоидных загрязнений органического происхождения (продукты разложения нефтепродуктов — смолы и асфальтены), вследствие чего для предотвращения быстрого засорения фильтров при удалении мелких частиц размером 5—7 мм и менее необходима предварительная очистка топлив сепарированием.
Магнитные фильтры широко применяют для очистки от ферромагнитных частиц (размером от 0,5 до 5 мкм и более) механических примесей. Они отличаются от других очистителей наименьшим гидравлическим сопротивлением (не более 150 Па). Преимущества магнитных фильтров: небольшие габариты, сравнительно невысокая стоимость, непрерывность действия и простота обслуживания; недостаток — невозможность использования для очистки жидких топлив и масел от механических примесей органического и неорганического происхождения. Для средне- и высоковязких топлив рекомендуется комплекс средств очистки: фильтры грубой очистки, центробежный сепаратор, фильтры грубой очистки.
Метод гомогенизации топлива состоит в гидродинамическом возмущении топливной среды, в результате которого в среде возникают кавитационные зоны (рис. 5.34).
Захлопывание кавитационных каверн сопровождается локальными гидравлическими ударами (высокой мощности), разрушающими не только желеобразные сгущения, но и твердые агломераты. В результате топливо становится гомогенным, смолы равномерно распределяются в топливной среде, твердые частицы освобождаются от «смолистой шубы», а глобулы воды диспергируются. Такое топливо сепарируется и фильтруется с минимальными потерями горючей части. Гомогенизированное топливо обладает повышенной абразивностью, в связи с этим его необходимо пропускать через фильтры грубой очистки.
Наиболее перспективен новый метод очистки «Марисейв», разработанный японской фирмой «Санко Лайн К ° » для высокооборотный дизель средней мощности. В частности, в результате полного улавливания из низкосортного топлива взвешенного в нем асфальтового шлама (всех постоянных частиц размером более 5 мкм) с последующим диспергированием его ультразвуком в тонкие микрочастицы и возвратом в общую массу топлива обеспечивается 100 %-ное сжигание тяжелого топлива.
Топливные фильтры для судовых двигателей
Фильтры и фильтрационные установки судовых дизелей — часть 1
В дизельных топливах содержание загрязнений не должно превышать 0,05%, т.е. механические примеси практически должны отсутствовать. Однако опыт эксплуатации дизелей показывает, что загрязнения топлива, находящегося в эксплуатации, составляют 400-600 г на 1 т. В среднем в примеси находится 60
70% неорганических загрязнений (почвенная пыль, попадающая в топливо из воздуха, продукты коррозии емкостей и трубопроводов, продукты износа перекачивающих средств) и 30
40% органических (асфальто-смолистые продукты окислительной полимеризации нестабильных компонентов топлива). Для нормальной работы топливной аппаратуры размеры механических частиц в топливе должны быть меньше зазора в прецизионных парах насосов и форсунок
и поэтому не должны превышать 3-5 мкм. В связи с этим в систему очистки топлива устанавливают фильтры или специальные фильтрующие устройства.
Топливные фильтры служат для очистки топлива от механических примесей, засоряющих систему, и подразделяются на три типа:
♦ фильтры грубой (предварительной) очистки, устанавливаемые перед топливоподкачивающим насосом низкого давления (НД);
♦ фильтры тонкой очистки, устанавливаемые на пути от насоса НД к насосу ВД;
♦ щелевые фильтры ВД, устанавливаемые в непосредственной близости к форсунке или в самом корпусе форсунки.
В фильтрах тонкой очистки топливо очищают от механических примесей посредством пропускания через специальные фильтрующие материалы и через узкие щели, образованные сеткой, набором пластин и т.д. В качестве фильтрующих материалов применяют бумагу, хлопчатобумажную пряжу, фетр, особые поглощающие массы, пористые металлы.
Фильтр грубой очистки расположен перед насосом подачи топлива и предназначен для предварительной грубой очистки топлива от частиц, размером более 45 мкм (рис. 2.51). Крышка 7 фильтра прижата шпильками к корпусу 2 и уплотнена резиновым кольцом 10. Стержень 6 завертывается до упора в крышку, а пакет фильтрующих элементов 5, собранный на трехгранном стержне, прижимается к крышке гайкой 7 и шайбой 9, которая стопорится гранями стержня и предохраняет фильтрующие элементы от повреждения во время затяжки гайки 7. Гайка 7 стопорится шплинтом. Снизу в корпусе имеется резьбовая пробка 8 для слива отстоя.
Рис. 2.51. Конструкция фильтра грубой очистки топлива: 1
фильтрующий элемент; 6
шайба; 10 -резиновое кольцо
Топливо поступает в фильтр через нижнее отверстие в корпусе и, очищаясь (проходя через фильтрующие элементы), перетекает по каналам трехгранного стержня в канал крышки 1 и далее через верхнее отверстие в корпусе выходит из фильтра. Частицы размером более 45 мкм задерживаются
сетками пакета 5, оседая на их поверхностях, а также скапливаются в нижней части корпуса фильтра, где могут быть удалены через отверстие, закрытое пробкой 8.
Чтобы уменьшить гидравлическое сопротивление фильтра, особенно для вязких жидкостей, развивают его общую фильтрующую поверхность. Для уменьшения габаритов фильтрующий элемент изготавливают двухсторонним и набирают в общий корпус.
В фильтре этой конструкции отфильтрованная грязь остается с наружной стороны фильтрующего элемента. Для ее удаления фильтр необходимо отключить от системы, разобрать и промыть, что занимает относительно много времени. Чтобы не выводить систему из строя, устанавливают сдвоенный фильтр.
В пластинчато-щелевом фильтре (рис. 2.52) очистка фильтрующего элемента может выполняться без отключения фильтра.
Рис. 2.52. Конструкция фильтра грубой очистки топлива: 1
пластина фильтрующего элемента;
2
проставочные кольца; 3
вал для сборки пластин фильтрующего элемента; 4
скребки для очистки фильтрующего элемента; 5
направляющие, на которых собираются скребки; 6
проставочные пластины между скребками
Здесь внутренний фильтрующий элемент набран из круглых пластин с прорезями. Его можно проворачивать за квадрат и ручку вверху. Грязная фильтруемая жидкость поступает в корпус фильтра, проходит через щели между пластинами к центральным отверстиям и из них идет в магистраль чистого топлива. Грязь остается на поверхности элемента, откуда она снимается специальными короткими пластинами (ножами), вставленными между пластинами элемента, и сбрасывается в низ корпуса при повороте фильтрующего элемента. Процесс проворачивания фильтрующего элемента при повышении перепада давления может быть автоматизирован. Однако и данный фильтр требует периодической промывки.
Все более широкое применение находят самоочищающиеся фильтры. На рис. 2.53 представлена схема устройства и включения такого фильтра. При нормальной работе открыты клапаны 2 и 3 правой или левой секции.
Для очистки сетки 4 от грязи включается второй фильтр, а у очищаемого закрывают клапан подачи 2 и открывают клапан спуска грязи 1. Тогда чистое топливо из магистрали через клапан 3 будет поступать как к потребителю, так и в очищаемый фильтр, внутрь фильтруемого элемента, и через его сетку — в корпус фильтра, смывая осадок с наружной стороны сетки. Топливо, смывшее грязь, уходит через клапан 1 в цистерну грязного топлива.
Рис. 2.53. Схема устройства и включения самоочищающегося фильтра
Рис. 2.54. фильтр с пневматической очисткой сетки: 1,2
фильтрующий элемент с сетками различного проходного сечения ячеек; 3
цилиндр фильтрующего элемента с зубчатым венцом внутреннего зацепления;
4 -рукоятка для вращения шестерни 5, проворачивающий цилиндр 3; 6
канало-воздушные сопла;
7
комбинированный кран подвода воздуха (а) и спуска грязного топлива (б); 8
канал (патрубок) спуска грязи; 10
На рис. 2.54 приведена другая конструкция самоочищающегося фильтра, у которого загрязненная сетка 1 очищается сжатым воздухом, подаваемым из сопл канала 6.
Фильтрующий элемент при этом поворачивается, грязь сливается через патрубок 9. На фильтрах обеих конструкций процесс очистки может быть автоматизирован.
В судовых системах топлива кроме фильтров грубой и тонкой очистки устанавливают магнитные фильтры, очищающие фильтруемую жидкость от ферромагнитных частиц. Конструкция такого фильтра представлена на рис. 2.55. В центре корпуса установлен сильный постоянный магнит 4, окруженный защитной сеткой 3. Жидкость поступает через нижний штуцер в корпус, проходит сквозь сетку 3, обтекает магнит, в верхней ча-сти корпуса вновь проходит сквозь сетку и выходит в верхний штуцер. На магнитном стержне оседают железные частицы. Немагнитные частицы под влиянием молекулярных сил агломерируют вокруг железных и вместе с ними оседают на магните. Кроме того, под действием магнитного поля мелкодисперсионные частицы, загрязняющие топливо, коагулируют, образуя шлам, который оседает на защитной сетке. Магнитный фильтр может устанавливаться отдельно или встраиваться в сетчатый фильтр. Результаты очистки этим фильтром приведены на рис. 2.55,б.
Магнитные фильтры широко применяют для очистки от ферромагнитных частиц размером 0,5 мкм и более. Они отличаются от других очистителей наименьшим гидравлическим сопротивлением (не более 150 Па). Преимущество магнитных фильтров: небольшие габариты, сравнительно невысокая стоимость, непрерывность действия и простота обслуживания; недостаток — невозможность использования для очистки топлив от механических примесей органического и неорганического происхождения. 
Рис. 2.55. Магнитный фильтр: а -устройство. 1
штуцер подвода топлива;
пробка фильтра, 6
штуцер отвода топлива;
7 — направляющие ребер на магните; 8
сливная пробка; б
сравнительная эффективность фильтров. 1-с хлопчатобумажной набивкой; 2
Оборудование судовой топливной системы
К оборудованию топливной системы относятся: фильтры грубой и тонкой чистки топлива, топливоперекачивающие насосы, сепараторы (см.Топливная система), топливоподкачивающие насосы, отстойные и расходные цистерны.
Для фильтрации топлива применяют фильтры нескольких типов: сетчатые, пластинчатые, фильтры разового пользования и другие . Обязательным условием является установка на трубопроводе двух комплектов фильтров с устройством для быстрого перехода с одного фильтра на другой без остановки дизеля.
Сетчатые фильтры бывают двух разновидностей: с фильтрующими элементами, выполненными в виде цилиндров с отверстиями и обтянутыми фильтрующими сетками с разным проходным сечением; у этих фильтров фильтрующие элементы — цилиндры вставляются один в другой и топливо проходит последовательно через все элементы; с фильтрующим комплектом, набираемым из отдельных фильтрующих элементов, обтянутых сеткой и работающих параллельно, эти фильтры применяются для фильтрации дизельного топлива.
Фильтр для очистки тяжелых (моторных) топлив (рис. 57, а) устанавливается между топливоподкачивающим насосом и топливными насосами высокого давления. Фильтр состоит из корпуса 4 с камерами для фильтрующих элементов. Топливо поступает по патрубку 7 через нижний вентиль, фильтрующие стаканы 3 и 2 и выходит через верхний вентиль. Воздух и газы, скапливающиеся в верхней части, удаляются через штуцер 6 по трубке 5 и спускной кран 8. Отстой и грязь удаляются через кран 1.
Фильтр с сетчатыми фильтрующими элементами для дизельных топлив представлен на рис. 57, б. Трехходовой кран 1 с двумя комплектами каналов обеспечивает подвод загрязненного топлива (трубы 17, 14), отвод чистого топлива (трубы 18, 2) и переключение с одного фильтра на другой. Фильтрующие элементы 6 устанавливают на отводную трубу 7 и стягивают болтом 8 и гайкой 11. Для обеспечения необходимой плотности между фильтрующими элементами в верхней части установлено фетровое кольцо 9, а в нижней части — фетровое кольцо 5, прижимаемое пружиной 3 через гильзу 4.
Каждый комплект размещается на корпусе 15 в стальном цилиндре 13, закрываемом крышкой 12.
Отстой удаляется через спускную пробку 16, газы через кран 10.
Фильтрующие элементы чистят после разборки фильтра в дизельном топливе или обдувая сжатым воздухом. Малые ячейки сетки (до 0,65 мм) обеспечивают высококачественную очистку топлива; фильтрующие элементы в случае разрыва сетки легко заменить. Кроме того, конструкция фильтра обеспечивает при малых габаритах большую поверхность фильтрации.
К недостаткам этой конструкции следует отнести невозможность производить очистку фильтра без его разборки. Этот недостаток отсутствует у самоочищающихся щелевых пластинчатых фильтров.
Пластинчатые фильтры набираются из пластин толщиной 0,25 или 0,3 мм. Между пластинами устанавливают прокладки меньших размеров и толщиной 0,05—0,08 мм. Топливо прокачивается топливоподкачивающим насосом через щели между основными пластинами, и механические частицы, имеющие размер, превышающий размер щелей, остаются между пластинами. Поскольку пластины насажены на специальный шпиндель с рукояткой, их можно поворачивать вокруг своей оси. Установленные между щелями специальные ножи при повороте пластин соскабливают грязь, она падает в нижнюю часть фильтра и удаляется через отстойный кран.
Топливоперекачивающие насосы перекачивают топливо из запасных танков в машинное отделение. Конструкция топливоперекачивающих насосов должна обеспечивать перекачку вязкого топлива, поэтому для этих целей применяют винтовые, шестеренчатые, пластинчатые насосы .
Топливоподкачивающие насосы обеспечивают подачу топлива к топливным насосам высокого давления. Их производительность автоматически регулируется в зависимости от расхода топлива топливными насосами. На судовых дизелях встречаются следующие конструкции топливоподкачивающих насосов: плунжерные, шестеренчатые, пластинчатые, винтовые. Топливоподкачивающие насосы выполняются с приводом от коленчатого вала, а также с автономным приводом.
Навешенные на двигатель топливоподкачивающие насосы должны обеспечивать подачу топлива в одном направлении независимо от направления вращения коленчатого вала. Плунжерные топливные насосы обеспечивают это требование без дополнительных устройств. У шестеренчатых, пластинчатых и винтовых насосов устраивается специальная система клапанов для перепуска топлива из всасывающей в нагнетательную магистраль. Так как производительность топливоподкачивающих насосов всегда выше расхода топлива топливными насосами высокого давления, то на нагнетательной магистрали устанавливают редукционный или перепускной клапан для возврата части топлива во всасывающую магистраль.
Шестеренчатый топливоподкачивающий насос дизелей типа ДР 30/50 (рис. 58) состоит из корпуса насоса 7 и корпуса привода 2. В корпусе насоса размещены ведущая шестерня 5 и ведомая шестерня 6 с бронзовой втулкой. Привод ведущей шестерни 5 осуществляется через приводной валик 11 и коническую шестерню 1, которая входит в зацепление с конической шестерней распределительного вала двигателя. Для уменьшения утечки топлива через зазор между приводным валиком 11 и втулкой 8 устанавливается специальное уплотнительное устройство, состоящее из кольца 4, прижимаемого к торцу втулки 8 пружиной 3, и гофрированной трубки 9 (сильфона). Гофрированная трубка припаяна одним концом к кольцу 4, а другим — к выступу приводного валика 11.
Отвод просочившегося в канал А топлива осуществляется по каналу В.
Смазка втулок приводного валика — через штуцер 10. Два комплекта клапанов 12 обеспечивают подачу топлива в одном и том же направлении независимо от направления вращения коленчатого вала.