Сепарация топлива

Количество механических примесей, содержащихся в топливе, составляет сотые или десятые доли процента, в то время как доля воды может достигать нескольких про­центов.

При сепарации топлива со значительной долей воды последняя, отделяясь вместе с механическими примесями, быстро заполняет весь грязевой объем барабана сепаратора и препятствует очистке поступающего топлива в межтарель­чатое пространство. В этом случае необходимо часто вскры­вать и чистить барабан. Чтобы исключить это явление, при сепарировании обводненных топлив должен быть обеспечен непрерывный отвод из барабана отсепарированной воды. В связи с этим, сепаратор может быть собран как кларификатор, для удаления механических примесей, или как пурификатор, для удаления воды.

Основным типом центробежных сепараторов для очист­ки топлива на судах являются тарельчатые, в которых реа­лизуется процесс тонкослойного сепарирования. На рис. 4, а представлен тарельчатый сепаратор, собранный для работы в режиме кларификации, а на рис. 4, б — в режиме пурификации. В первом режиме топливо через центральный канал тарелкодержателя 2 поступает во вращающийся барабан 5, далее топливо проходит между тарелками 4 снизу вверх по направлению к оси вращения барабана и, очистившись, через кларификационную горловину 1 вы­ходит наружу. В кларификаторе нижняя тарелка 6 сплош­ная, поэтому все топливо, прежде чем поступить на тарел­ки, попадает в пространство, расположенное между кор­пусом и тарельчатым барабаном. Это делает очистку более качественной.

В верхней части барабана установлена защитная тарелка 3, обеспечивающая отвод очищенного топлива через кларификационную горловину 1. Механические при­меси, находящиеся в топливе, под действием центробежных сил отбрасываются и оседают на стенках корпуса барабана.

В режиме пурификации в сепараторе вместо кларификационной горловины 1 устанавливают крышку с регули­ровочной шайбой 7, а вместо верхней защитной тарелки 3 — разделительную тарелку 8.. В пурификаторе нижнюю сплош­ную тарелку 6 заменяют на распределительную 9, имеющую отверстия, через которые необработанное топливо по­дается к сепарирующим тарелкам. Отсепарированная вода удаляется по каналу, образуемому верхней тарелкой и крышкой барабана, через выпускное отверстие в регули­рующей шайбе. При работе в режиме пурификации удаление воды до «следов» возможно только при правильной настрой­ке сепаратора и, главным образом, от правильного выбора диаметра регулировочной шайбы, который подбирают в за­висимости от плотности топлива. Очищенное топливо вы­ходит через выпускное отверстие, расположенное ближе к оси вращения барабана.

По принципу очистки барабана от загрязнений разли­чают сепараторы несамоочищающегося и самоочищающегося типов. Сепараторы первого типа с ручной очисткой барабана на судах применяют редко. На речном флоте в последние годы в основном устанавливают сепараторы с периодической очисткой барабана от шлама как отечественного, так и за­рубежного производства.

В настоящее время существует достаточно большое чис­ло сепараторов для центробежной очистки топлива на су­дах, самоочищающегося типа как зарубежных, так и оте­чественных образцов.

Основной недостаток сепараторов — их относительно большие масса и размеры. А эффективность очистки в них топлива зависит от многих факторов: конструкции сепа­раторов, числа их в линии и очистки, от режима работы, физико-химических свойств топлив и загрязнений, доли воды и механических примесей в топливе. При этом сепарацию топлива необходимо осуществлять при вязкости его не выше 6 °ВУ. Температуру подогрева топлива для снижения вязко­сти при сепарации следует устанавливать на 15 °С ниже тем­пературы вспышки топлива. Следует иметь в виду, что эффективность очистки растет с уменьшением вязкости.

Для комплектования топливных систем судовых энерге­тических установок промышленность выпускает несамоочищающиеся центробежные сепараторы типа СЦ и самоочи­щающиеся СЦС и СЛ.

Сепараторы типа СЦ предназначены для очистки только дизельного топлива, а СЦС и СЛ для очистки как дизель­ного, так и тяжелого топлива. Основные характеристики указанных сепараторов приведены в табл. 8. Номинальная производительность сепараторов принята при работе на турбинном масле 46. Центробежные несамоочищающиеся сепараторы СЦ-1,5 и СЦ-3 разработаны в 1960—1961 гг. па базе ранее выпускаемых сепараторов НСМ-3 и НСМ-4.

В сепараторах типа СЦ барабаны со сплошными стен­ками, ручная выгрузка осадка. Их собирают на заводе толь­ко по пурификационной схеме. У сепараторов типов СЦС к СЛ в стенках барабана сделаны окна, что позволяет периодически выгружать осадок, не останавливая машины. Эти сепараторы можно собирать как по кларификационной, так и пурификационной схемам.

Механизм сепаратора состоит из вертикального и гори­зонтального валов, установленных на шарикоподшипни­ковых опорах. Крутящий момент с горизонтального вала на вертикальный передается через червячную передачу. Сепа­раторы приводятся в действие от электродвигателей, ко­торые обычно фланцем крепят к корпусу станины. Надеж­ную работу судовой сепарационной установки обеспечивает система автоматики.

Сепарационная установка типа СЦ-1,5 изображена на рис. 5. На верхнюю часть вертикального вала 13 посажен тарельчатый барабан 2, размещенный в сборнике уста­новленном на станине Верхней опорой вертикального вала являются радиальный шарикоподшипник и 6 пружинных амортизаторов 3, нижней опорой — радиально-сферический подшипник 8 и пята с шариком и пружиной подпятника. Вертикальный вал с помощью червячной передачи 9 соеди­нен с горизонтальным валом 5, установленным в станине на шариковых подшипниках 12. С одной стороны горизонталь­ный вал с помощью центробежной фрикционной муфты 6 соединен с электродвигателем 7, с другой — через эластич­ную муфту 11 с шестеренным насосом 10, предназначенным для подачи и выкачивания топлива. При необходимости для подогрева топлива сепарационные установки оборудуют электро- или пароподогревателем. Включение сепаратора в систему топливоподготовки видно на рис. 6.

Очищаемое топливо, засасываемое первой секцией шесте­ренного насоса 3, подается им через подогреватель 4, сбор­ник сепаратора 6 на тарелки барабана. Очищенное топливо, откачиваемое второй секцией насоса 8, подается в расходную цистерну. Отсепарироваиная вода самотеком поступает в сливную цистерну 9. На всасывающем трубопроводе уста­новлен невозвратный клапан, клапан 1 для регулирования производительности сепаратора и предохранительный фильтр 2. Для отбора проб топлива до и после сепаратора установлены краники 5 и 7. В судовых энергетических уста­новках речных судов наибольшее распространение получили сепараторы самоочищающего типа СЦС-3. Эти сепараторы установлены на судах типа «Волго-Дон».

На рис. 7, а изображен сепаратор СЦС-3, основными узлами которого являются: станина 1, с размещенными в ней горизонтальными и верти­кальным валами и червяч­ной передачей 8, барабан 3, крышка 4, винтовой подъемник 5, электродвигатель 6, фрикционная муфта 7 и насос 2 для подачи и выкачива­ния топлива. Крышка разделена на камеры. Верхняя ка­мера а предназначена для отвода сепарируемого топлива в случае переполнения сепаратора, средняя б — для очи­щенного топлива и нижняя в — для отсепарированной во­ды. Сепаратор оборудован термометром, тахометром и кра­никами для взятия проб топлива.

Конструкция саморазгружающегося барабана сепара­тора СЦС-3 видна на рис. 7, б. Правая часть барабана соб­рана по кларификационной схеме, левая — по пурифика­ционной. Барабан насажен на вертикальный вал 9 сепа­ратора. На тарелкодержатель 10 установлены тарелки 4. Барабан закрыт крышкой 6. При работе по пурификацион­ной схеме на верхний торец крышки 6 уложена регулировоч­ная шайба 2 (левая часть рисунка). Отсепарированная вода из барабана удаляется через щель между разделительной тарелкой 1 и крышкой барабана и далее через регулировоч­ную шайбу в нижнюю камеру крышки сепаратора.

При работе по кларификационной схеме (правая часть рисунка) сверху на тарелки устанавливают грязевую та­релку 5, плотно прилегающую к крышке барабана. К крыш­ке крепится горловина 3. В корпусе барабана 11 предусмот­рены разгрузочные пазы л для удаления шлама и подвижная поршневая часть с запирающим поршнем 7, который перекрывает пазы л при работе сепаратора. По мере накопления шлама поршень опускается вниз, пазы открываются и ско­пившийся шлам под действием центробежных сил выбрасы­вается в грязевую камеру (на рисунке не изображена).

Перемещением запирающего поршня управляют с по­мощью специальной гидравлической системы, которая ра­ботает следующим образом. Во время пуска сепаратора запирающий поршень находится в нижнем положении и разгрузочные пазы открыты. После запуска сепаратора и достижения барабаном номинальных оборотов открывает­ся кран на магистрали рабочей воды 8, которая поступает в камеру е. Из этой камеры вода через восемь каналов ж диаметром 5 мм и один канал д диаметром 4 мм поступает в камеры а и г. Из камеры а вода начинает вытекать наружу по каналам б, в, и и к, а из камеры г по каналу з. После за­полнения системы камер и каналов водой кран на магистра­ли рабочей воды закрывается и вода из камеры а вытекает полностью, а из камеры г частично. Оставшаяся в камере г вода поднимает запирающий поршень 7 и закрывает разгрузочные пазы л. После этого в барабан подается топливо, подлежащее очистке.

Для очистки барабана от шлама в сепаратор вместо топ­лива подают воду, вытесняющую из него оставшееся топ­ливо. Затем открывает кран на магистрали рабочей воды, которая вновь поступает в камеру е, откуда вода по каналам ж и д перетекает в камеры а и г. Поскольку пропускная спо­собность каналов ж больше, чем канала д, основная доля воды будет поступать в камеру а. При этом часть воды из камеры а будет вытекать через канал б. Но поскольку количество воды, поступающей в камеру а, значительно боль­ше вытекающей из нее через канал б, то давление под дни­щем подвижного поршня, т. е. в камере а будет повышаться, и поршень 7 опустится в нижнее положение и откроет разгрузочные пазы л, через которые шлам удалится из бараба­на в приемник. Процесс удаления шлама занимает 8—10 с. Затем кран на магистрали рабочей воды закрывается и порш­невая часть с запирающим поршнем 7 возвращается в верх­нее положение.

До последнего времени судовые топливные системы комплектовали на базе созданных отечественной промыш­ленностью центробежных сепараторов типа СЦ-1,5, СЦ-3 и СЦС-3М, а также закупаемых по импорту сепараторов зару­бежных фирм. При этом проектанты систем не всегда разра­батывали оптимальный вариант очистки топлива сепарато­ром, так как выбор агрегатов был ограничен небольшим числом моделей. В связи с этим было заключено лицензи­онное соглашение со шведской фирмой «Лаваль» на произ­водство в СССР судовых автоматизированных центробежных сепараторов топлива и масла типа МАРХ, (рис. 8), самоочи­щающихся с периодическим удалением осадка без остановки сепаратора, номинальной производительностью на дизель­ном топливе 2450, 4350, 5750, 9500, 12 500 и 19 000 л/ч при вязкости 2,4 °ВУ (38 °С). Отечественная индексация сепа­раторов серии МАРХ и соответствующая ей индикация фирмы приведены ниже:

В настоящее время освоен выпуск сепараторов СЛЗ. Сепара­тор модели МАРХ-309 (СЛ4) фирмой «Лаваль» был выпущен пер­вым и к моменту покупки лицензии устарел по конструктивным, тех­нологическим и эксплуатационным характеристикам. Поэтому эту модель сепаратора отечественная промышленность не осваива­ла, а вместо нее начала выпуск сепаратора СЛ5, близкого по про­изводительности к модели МАРХ-309, но с улучшенными тех­ническими характеристиками.

Одна из конструктивных особенностей сепараторов типа CЛ — наличие в них напорных дисков, используемых в качестве откачивающих секций насоса. Напорные диски 1 представляют собой неподвижные рабочие колеса с профи­лированным каналом, неподвижно прикрепленные к сбор­нику сепаратора 2. Лопастная часть дисков погружена во вращающуюся жидкость, которая захватывается кромками лопастей и нагнетается по трубопроводу 3 (см. рис. 8, в).

В сепараторах типа СЛ установлено по два напорных дис­ка, один для выкачивания топлива, второй — воды. Общий вид сепаратора СЛ1 (см. на рис.8, а). Электродвигатель 16 сепаратора закреплен к нижней части станины 12 и через фрикционную муфту 15 приводит во вращение горизонталь­ный вал, на который насажено червячное колесо 14, вращаю­щий червяк 13, насаженный на вертикальном валу 18, ко­торый своим основанием опирается на упорный подшипник, а шейкой на радиальный подшипник, находящийся под дей­ствием пружин.

В передающем механизме сепаратора и подшипниках предусмотрено циркуляционное смазывание благодаря вра­щению червячного колеса в масляной ванне. На горизон­тальном валу установлен также шестеренный топливный на­сос 10. Сепаратор оборудован тормозным устройством 17. В верхней части вертикального вала насажен барабан 1, закрываемый крышкой 2. Неочищенное топливо к насосу поступает через клапан 8 и фильтр 9. Насос подает топливо по патрубку 11 к подогревателю, откуда по трубе 5 к бара­бану сепаратора. На топливоподводящей трубе 5 установ­лены термометр 4 и расходомер 3. Очищенное топливо от­водится по трубе 6. При работе сепаратора в режиме пури-фикации вода выходит по трубе 7.

Поперечный разрез барабана сепаратора типа СЛ при­веден на рис. 8, б. В корпусе барабана 11 предусмотрены окна а для удаления шлама, расположенные в самой широ­кой его части. Корпус закрыт конической крышкой 2 с кру­то наклонной нижней частью для облегчения выгрузки. Внутри барабана расположены тарелкодержатель 6 с сепарационными тарелками 1 в качестве распорных элементов которых предусмотрены радиальные ребра. К внутренней части тарелкодержателя подводится неочищенное топливо. Верхняя тарелка 7 шире, чем промежуточные тарелки 1, и наклон ее соответствует наклону верхней крышки 2 для образования выходного канала б для воды. Внутри бара­бана размещена подвижная поршневая часть 10, открываю­щая и закрывающая окна для выгрузки шлама. Сепаратор оборудован гидравлической системой, управляющей ра­ботой подвижной поршневой части. Загрязненное топливо к барабану поступает по неподвижной трубе 5, входящей в тарелкодержатель. Очищенное топливо проходит к центру барабана и удаляется через горловину тарелкодержателя с помощью напорного диска 3. Отвод отсепарированной воды в режиме пурификации осуществляется напорными дисками 4, закрепленными, как и диски 3, на неподвижной пита­тельной трубе 5.

Разгрузка барабана от примесей в режиме кларификации происходит в следующем порядке. Прекращается пода­ча топлива, оставшееся топливо из барабана вытесняет про­мывочная вода. В гидравлическую систему барабана по трубопроводу 9 для управления его разгрузкой подается рабочая вода, которая открывает пружинные клапаны 8, расположенные на дне барабана. Вода, находящаяся под подвижной поршневой частью вытекает, после чего поршне­вая часть быстро перемещается вниз, открывая разгрузоч­ные окна а. Шлам, удаляемые из барабана под действием центробежных сил, выходит через патрубок для выгрузки осадка. После удаления шлама в систему вновь поступает рабочая вода для закрытия пружинных клапанов. При за­крытых клапанах под действием воды подвижная поршне­вая часть перемещается вверх, в результате чего закрыва­ются разгрузочные окна. Затем в барабан подается вода для образования гидравлического уплотнения и возобнов­ления подачи топлива на сепарацию. Весь цикл разгрузки примесей занимает несколько секунд, при этом сепаратор не останавливается.