Штатные фильтры в двигателе для очистки топлива

Для очистки топлива от механических примесей пред­назначены штатные фильтры двигателей, устанавливаемые непосредственно на двигателе вблизи топливной системы.

Сменной или регенерируемой (очищаемой) частью в этих фильтрах является фильтрующий элемент, поэтому их рас­полагают в местах, удобных для технического обслужива­ния. Корпуса фильтров изготавливают штампованными из стали и литыми из чугуна или алюминиевых сплавов. Их оборудуют в нижней части спускными клапанами или крани­ками. Конструкция фильтров зависит в основном от типа фильтрующего элемента. В табл. 10 приведены основные ха­рактеристики штатных фильтров, применяемых в судовых дизелях речного флота. Характеристики фильтрующих эле­ментов поверхностного типа фильтров грубой очистки при­ведены в табл. 11.

Металлические сетки являются наиболее распростра­ненным фильтрующим материалом. Их изготавливают квадратного (рис. 11, а) и саржевого (рис. 11, б) плетения из латуни, меди, нержавеющей стали и др. Тонкость отсева сетки зависит от размера ячейки в свету. Пропускная спо­собность сетки зависит от размера ячейки в свету и коэффициента проходного сечения К_п._с, равного отношению пло­щади проходного сечения F_п к общей площади сетки F₀,

В сетках саржевого плетения более высокая тонкость отсева, чем в сетках квадратного плетения, но их пропуск­ная способность значительно меньше. Минимальный раз­мер ячейки сеток саржевого сечения равен 2 мкм. В табл. 12 приведены характеристики сетчатых фильтрующих элемен­тов квадратного плетения.

Для обеспечения непрерывной очистки топлива обычно устанавливают сдвоенные фильтры грубой очистки, в кото­рых фильтрующие элементы работают попеременно. На рис. 12 изображен сетчатый фильтр грубой очистки. Фильтр двухсекционный, в каждой секции свой корпус 10 с крыш­кой 4 и сетчатый фильтрующий элемент 6. Оба корпуса фильтра приварены к трехходовому крану 5. Фильтрующий элемент представляет собой перфорированный стальной цилиндр 11, обтянутый латунной сеткой 12. Снизу цилинд­ра установлено глухое днище 8, а сверху — днище 1 с от­верстиями для прохода топлива. Фильтрующий элемент прижат к буртику 13 пружиной 3. Топливо поступает по трубе 7 к трехходовому крану. В зависимости от положения пробки крана оно может поступать сразу в обе секции филь­тра или в отдельности в каждую из них. Благодаря такой конструкции можно поочередно промывать каждую из секций, не выключая фильтр из работы. Кран 9 служит для спуска воды и грязи и удаления топлива при отключении секции, а кран 2 для удаления воздуха.

Для увеличения поверхности сетки фильтрующий эле­мент иногда выполняют в виде пакета фильтрующих дисков. Такой фильтр применен на двигателях НФД48. На рис. 13 изображены фильтрующие элементы дискового типа, представляющие собой набор каркасных 2 и сетчатых 3 я 4 дис­ков. По внешнему диаметру сетчатые диски скреплены ободом 1, по внутреннему диаметру — закреплены в отдельных ободах 5 и 6. Каркасные диски по внутреннему диаметру сгофрированы.

На судах все чаще стали применять самоочищающиеся сетчатые фильтры (рис. 14). При нормальной работе открыты клапаны 4 и 3 правой или левой секции. Для очист­ки фильтрующего элемента 2 от загрязнений включают другой фильтр, а у очищаемого закрывают клапан подачи 4 и открывают клапан спуска загрязнений 1. Тогда чистое топливо из магистрали через клапан 3 будет поступать как к двигателю, так и в очищае­мый фильтр, внутрь фильтруемого элемента 2 и через него в корпус фильтра, смывая за­грязнения с наружной сторо­ны. Топливо, смывшее загрязнения, поступает через кла­пан 1 в цистерну грязного топ­лива. В ряде конструкций для очистки периодически направляют поток топлива в обрат­ном направлении, и загрязне­ния, смытые топливом со всей поверхности фильтрующего элемента, попадают в нижнюю часть корпуса; в других, например в щелевом фильтре фирмы «Марин Когуо Ко» (Япония), для очистки фильтрующей поверхности от загряз­нений применяют сжатый воздух, т. е. по мере засорения од­ной из секций и повышения в ней перепада давления, сра­батывает система автоматики и сжатый воздух под высоким давлением продувает фильтрующий элемент. Недостаток сетчатых фильтров — малая тонкость отсева и трудно удалять из участков переплетения проволок загрязнения и осо­бенно асфальтосмолистые вещества.

В последние годы сетчатые фильтры вытесняют пластин­чато-щелевые, набранные из чередующихся по высоте фильтрующих и промежуточных пластин. Фильтрующая ще­ль, образуемая фильтрующими пластинами, зависит от толщины промежуточной пластины (50—120 мкм). Во многих пластинчато-щелевых фильтрах предусмотрены специаль ные очищающие пластины ножи, осуществляющие ме­ханическим способом очистку фильтрующих элементов. Некоторые зарубежные щелевые фильтры снабжены элек­тродвигателем, обеспечивающим непрерывную механичес­кую очистку.

На рис. 15 изображен двухсекционный пластинчато-щелевой фильтр, устанавливаемый в двигателях Л 275. Корпус фильтра 1 перегородкой 9 разделен на две полости: неочищенного а и очищен­ного в топлива. Из одной полости в другую топливо проходит через пластинчато-щелевые фильтрующие элементы 3 и 8. Каждый фильт­рующий элемент набран из чередующихся по высоте фильтрующих пластин 10 толщиной 0,25 мм и промежуточных пластин (звездочек) 12 толщиной 0,1 мм. Размер фильтрующей щели определяет толщи­на звездочки. Пластины надевают на стержень 5 и сжимают стака­ном 2, затянув гайкой 13. Топливо поступает в полость а через вход­ное отверстие б, проходит в щели между пластинами и через вы­резы в них выходит по центральному каналу в полость в и далее к двигателю. Загрязнения, находящиеся в топливе, остаются на внеш­ней поверхности фильтрующего элемента. Фильтр снабжен пласти­нами-очистителями (скребками) 11, входящими в зазоры между фильтрующими пластинами, насаженными на квадратный стержень 7, ввернутый в головку 6. Для очистки щелей фильтрующие элемен­ты периодически поворачивают относительно скребков с помощью рукоятки 4 центрального стержня, на который надеты фильтрующие пластины.

Оригинальная конструкция щелевого фильтра тонкой очистки высокого давления применена в двигателях Д6. Щелевой фильтр установлен в корпусе форсунки перед распылителем. Он представ­ляет собой втулку 2, в которую вставлен цилиндрический фильтрую­щий элемент 1 (рис. 16). На боковой поверхности фильтрующего

элемента проточены канавки глубиной 0,4—0,5 мм, попеременно выходящие с одного и другого тор­цов. Зазор между втулкой и филь­трующим элементом 2—4 мкм, в результате чего топливо продав­ливается через этот зазор из од­ной канавки в другую и очищает­ся от частиц с размером больше этого зазора. Подобные фильтры применяют также и в других ди­зелях.

Проволочно-щелевые фильт­ры представляют собой жест­кую ребристую основу (обыч­но цилиндрической формы) с отверстиями для прохожде­ния топлива. Фильтрующую поверхность образует навитая с калиброванным шагом ме­таллическая проволока или лента. Зазор между витками в фильтрах равен 70—140 мкм. Обычно эти фильтры обору­дуют механизмом ручной или автоматической очистки, по­добным механизму в пластин­чато-щелевых фильтрах.

Рассмотренные выше фильтры предназначены для гру­бой очистки дизельного топлива и, как правило, их приме­няют в сочетании с другими фильтрами. В настоящее время некоторые зарубежные фирмы выпускают такого же типа фильтры для тонкой очистки топлива.

Так, фирма «Релламит Интерн Ко» (Франция) производит филь­тры, элементы которых образованы комплектом дисков с перекрест­ными тангенциальными каналами. Подобные же фильтры выпуска­ет фирма «Марин Когуо Ко», которые обеспечивают тонкость очист­ки до 5 мкм.

Все поверхностные фильтры не приспособлены для отде­ления воды. Исследования, проведенные у нас и за рубежом, позволили создать поверхностные и объемные фильтры бла­годаря использованию гидрофобных (водоотталкивающих) и коалесцирующих материалов, надежно отделяющих до 90 %, воды, находящейся в топливе. В табл. 13 приведены характеристики некоторых водоотталкивающих фильтра­ционных материалов.

Тканевые поверхностные фильтры грубой очистки топ­лива на судах применяют редко. А тканевые фильтрующие элементы используются в фильтрах тонкой очистки для дизельного топлива. Материалом в этих фильтрах служат льняные, капроновые, хлопчатобумажные ткани и др. Фильтровальные ткани обычно изготовляют квадратного или саржевого плетения. Отечественные тканевые филь­тры тонкой очистки для маловязких топлив стандарти­зованы (ГОСТ 10357—75), их выпускают двух типоразме­ров (табл. 14) 2ТФ-4 и 2ТФ-5. Фильтры сдвоенные и отли­чаются один от другого пропускной способностью и вы­сотой.

В фильтре 2ТФ-4 (рис. 17, а) два тканевых фильтрующих элемента 7, расположенных в отдельных корпусах 6, объединенных общей крышкой 9. Для разделения полостей грязного и чистого топлива в фильтрующем элементе свер­ху и снизу предусмотрены днища 4 и 8, уплотненные фет­ровыми прокладками, постоянно поджимаемые пружиной 3. Для спуска отстоя и осуществления промывки в нижней части корпуса расположен болт 1, который путем прижатия шарика 2 запирает отверстие для слива топлива. Про­фильтрованное топливо выходит через перфорированную трубку 5. В крышке расположен кран 10, с помощью кото­рого одну из секций переключают на промывку.

Фильтрующий элемент (рис. 17, б) состоит из фильтрую­щей шторы 3, двух стальных крышек 2 и 5, двух ободков 6, перфорированной трубки 1 и гайки 4. Фильтрующая штора изготовлена из миткали в виде цилиндра и сложена в восьмигранную гармонику, что обеспечивает максималь­ную поверхность фильтрации при данном объеме. Через каждые 300—500 ч работы фильтр необходимо промывать. С помощью крана 10 (см. рис. 17, а) топливо поступает в обратном направлении и смывает осевшую на наружной поверхности фильтрующей шторы грязь и удаляет ее че­рез отвернутый сливной болт 1. Промывку выполняют при уменьшенной нагрузке до 50 % или холостом ходе. Вслед­ствие окисления волокон ткани через несколько промывок фильтрующий элемент фильтра заменяют.

В фильтрах используют также и нетканные фильтрую­щие материалы, получаемые путем пропитки слоя волок­нистой массы латексом. В качестве фильтрационного ма­териала широко используют также бумагу и картон, обла­дающие очень низкой пропускной способностью. Однако у них очень высокий коэффициент очистки и тонкость фильтрации, достигающая 1,5—2,0 мкм. Как у нас в стра­не, так и за рубежом широко распространены для тонкой очистки топлива бумажные фильтры поверхностного типа, выполненные из высокопористой, пропитанной специаль­ными веществами, фильтровальной бумаги толщиной 0,2— 0,6 мкм. Отечественная промышленность выпускает 4 ти­поразмера бумажных фильтров (табл. 15). Конструктивное исполнение этих фильтров и тканевых фильтров 2ТФ-4 и 2ТФ-5 аналогично. Вследствие складчатой формы обра­зуется развитая удельная площадь фильтрующей шторы, что обеспечивает небольшое гидравлическое сопротивление при высокой тонкости отсева (2—3 мкм). Фильтры ТФ-2 и ТФ-3 одинарные, а 2ТФ-2 и 2ТФ-3 сдвоенные. Структура бумаги и картона высокопористая с коэффициентом порис­тости до 70 %. Толщина бумаги до 0,6 мм, картона от 0,6 до 10 мм. С целью улучшения пористости и повышения ме­ханической прочности при изготовлении в бумагу добавля­ют хлопчатобумажные волокна. При работе фильтров на обводненном топливе бумага разбухает и теряет прочность. Для придания ей водоотталкивающих свойств использу­ют эмульсии латекса и парафина, кремнеорганические соединения типа ГКЖ-94. С этой же целью и для повыше­ния жесткости и механической прочности бумагу пропиты­вают фенолформальдегидными смолами. В отечественной практике бумагу пропитывают спиртовым раствором ба­келитового лака марки А. Бакелизированная бумага име­ет более высокую механическую прочность и хорошие во­доотталкивающие свойства.

В зависимости от толщины картона фильтры могут работать по объемному и поверхностному принципу фильтрования. В пластинчато-щелевых картонных филь­трах тонкой очистки толщина картона до 1 мм. Они состоят из фильтрующих и промежуточных фигурных пластин. В фильтрующих пластинах предусмотрены прорезы для отвода очищенного топлива в центральную полость. Собран­ный пакет пластин закрывают металлическими крышками с картонными или фетровыми сальниками и стягивают спе­циальными стяжками. На рис. 18 изображен фильтрующий элемент подобного фильтра тонкой очистки дизельного топлива. В таком фильтре топливо направляют только поперек фильтрующих пластин для уменьшения его гид­равлического сопротивления. По аналогичному принципу работают фильтры тонкой очистки дизельного топлива, разработанные НАМИ. Отечественная промышленность выпускает и другие бумаж­ные и картонные фильтры тонкой очистки поверхност­ного типа.

В объемных фильтрах загрязнения удерживает вся масса фильтрационного материала, в связи с этим очистка их или невозможна вообще или весьма сложна и трудоем­ка, поэтому их применяют редко. Поэтому очень часто современные фильтры подобного тина снабжают войлоч­ными, фетровыми и металлокерамическими фильтрующи­ми элементами разового действия, приспособленными для быстрой замены. Это стало возможным после создания не­дорогих фильтрующих материалов и удлинения срока их службы. Современные зарубежные фильтрующие элементы объемного типа могут служить без замены до 3000 ч, обес­печивая высокую степень очистки топлива.

Заменяемые фильтрующие элементы представляют со­бой патрон, с внешней и внутренней цилиндрическими пер­форированными стенками, пространство между которыми заполнено фильтрующим материалом (минеральной шер­стью, хлопчатобумажной пряжей, войлоком). Однако стои­мость фильтрующих элементов из этих материалов очень велика, поэтому в качестве фильтрующих стали применять более дешевые материалы (древесную муку различной зер­нистости, древесные стружки и т. д.).

В объемных фильтрах тонкой очистки (рис. 19) филь­трующий элемент набран из войлочных пластин 1 мар­ки ФТ толщиной 10 мм, между которыми расположены вой­лочные пластины-прокладки 2 марки ПрТ толщиной 5 мм. Каркасом для пакета пластин служит металлическая пер­форированная трубка 3, на которую одет чехол шелковой ткани 4. Для уплотнения пластин предусмотрена пружи­на 5, расположенная в нижней части корпуса. Топливо движется от периферии к центру вдоль волокон пластин.