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船舶柴油机所用的燃油和滑油在进机使用前必须经过净化处理,除-去之中的水分和杂 质。净化的好坏对柴油机工作的可靠性和使用寿命影响极大。分油机是船舶净化燃油和滑油不可少的关键设备。
一、分油机的基本工作原理和种类
在混有水和杂质的油中,机械杂质的密度最--大,油的密度最--小,水的密度介于二者之间。油在沉淀柜中存放一定的时间能使机械杂质和水分沉淀分离,但速度极慢。目前船上主要靠离心式分油机来净化燃油和滑油。其工作原理是:让需净化的油进入分油机中作高速旋转,密度较大的水滴和机械杂质所受的离心力最--大,被甩向外周,水被引出,杂质则定期清除(排渣);密度较小的油所受离心力较小,便向里流动,从靠近转轴的出口流出,油从而得到净化。由于杂质、水分所受的离心惯性力比自身的重力大几千倍,因此,离心式分油机具有净化时间短、流量大和效果好的优点。
分油机根据用途不同可分为分水机(purifier)和分杂机(clarifier)。当待分油中所含水分较多时,使用分水机,分离油中的水分及杂质;当待分油中所含水分较少时,使用分杂机,分离出的杂质和少量水分从排渣口排出。 分油机的核心部件是分离筒。分离筒本体2由立轴带动高速旋转(一般转速为6000-8000r/min),分离筒内有若干不锈钢分离盘3,盘厚约0.4-1.5mm,盘的间距约0.5—1.0mm,迭套在盘架10上。盘架与分离筒底盘12、本体2间彼此有销固定,一起旋转。分离盘呈伞状,其中心角2α在60—100o之间。分水机的分离盘靠外边缘附近开有若干分配孔11。 分水机分油前应将一部分热水(来自热水压力柜)经进油口注入分离筒,使之在筒内外周形成水封区,然后使待净化的油经分油机进油泵供至进油管7,进入分离筒后流向下部,再经盘架10的分配孔进入分离盘间,被分离盘分成若干层的油随分离筒一起高速转动。由于外周已形成一圈水封,故能防油从出口跑掉。当从油中分出水时,它将挤兑原来的水封水,使之经顶盖8和分离筒盖5、重力环9间的环形空间,从出水口排出。油中的机械杂质将穿过水封区被甩聚在分离筒内壁上;净油则连续地经过盘架和顶盖间的环形通道流至出油口,流出分油机。水封区由油水分界面决定,若油水分界面向内(转轴中心)移动进入分离盘组件,水封区将太厚,则造成分离盘组件阻塞,被油携带的若干水滴和细小杂质将分离不出而随油一起排出分离筒,降低了分离效果。若分界面向外移动,一方面会降低从水中分离油的效果,从而造成水中带油,另一方面有可能破坏水封,造成燃油由出水口流出,即出水口跑油。油水分界面的位置由重力环的内径确定。选择重力环的原则是:在不破坏水封的前提下,应尽量选用内径大一些的重力环。一般在分油机的说明书中都附有选择重力环的图表。
分杂机主要用来分离机械杂质,它没有出水口,使用时也不必引入水封水。 分水机和分杂机主要结构相同,差别只是:
(1)分水机盘架有一圈分配孔,分杂机无孔;
(2)分水机有重力环和出油口、出水口,分杂 机只有出油口,不需要重力环。因此,二者只需 更改个别元件即可互换。例如以(b)图中的无 孔盘架15代替(a)图中的有孔盘架10,以(b) 图中的厚顶盖13和分杂盘14代替(a)图中的 分水机顶盖8和重力环9,
就可以将分水机改装为分杂机。
二、分油机的结构和工作过程分油机的类型很多,但基本结构和工作过程大同小异。
现以α—LAVAL WHPX型自 动排渣分油机为例加以说明。示出了其主要结构。分油机机体下部安装着分离筒的传动机、构。分离筒由马达(A)经摩擦离合器(E)、涡轮机、构(D)驱动,以较高速度旋转。 为该分油机分离筒和自动排渣系统的结构。这种分油机由分水机改为分杂机只须将重力环改为分杂盘即可。分离筒本体(J)和筒盖(F)用大锁紧环紧把在一起。筒内安装配油器(D)、配油锥体(VV)和分离盘组(G),待分油流过配油器、配油锥体,在分离盘组内进行分离。分离盘最上端为顶盘(E),其颈部与液位环(C)形成油腔(aa),向心泵(U)将油腔中的净油泵出分离筒。分出的水沿分离盘组的外缘上升,经顶盘流至油腔上部的水腔(a)溢过重力环(AA)由向心水泵(T)泵出。分出的渣朝筒内四周运动,汇集在分离盘组外缘的渣空间(ii),通过排渣口(I)定时排出。重力环或分杂盘被小锁紧圈(B
)固定在分离筒盖上,此锁紧圈也构成小腔的上盖。其自动排渣系统主要由滑动底盘(K),滑动圈(L),配水盘(Z)及工作水系统等组成。 该分油机的工作过程可以自动控制也可以手动控制,具体叙述如下: 1.当要进行分油作业时,起动分油机,待达到额定转速后,水阀(16)打开,密封和补偿水进口(P2)进水,密封水经配水盘进入滑动底盘下部的密封水腔(Y2)。由于此时在弹簧(O)的作用下,滑动圈将泄水阀(X)关闭,密封水腔形成密封状态。在分离筒高速运转的情况下,滑动底盘下方的压力大于上方的压力,从而使滑动底盘紧压在分离筒盖上,使其保持密封,以进行分油作业。 2.分离筒密封好后,便可开启进水口(10)进水封水(若分杂可免此项作业)。待分离筒水封好后(一般以出水口(5)有少量水流出为准),便可进油。进行正常分油作业。若在分油过程中,密封水有少量泄漏,水阀(16)便打开,从密封和补偿水进口(P2)进水进行补偿。 3.当要排渣时,进油口(1)停止进油,进水口(10)进置换水,进行分离筒内部冲洗和赶油,以利排渣和减少排渣时油的损失。然后水阀(15)打开,开启工作水进口(P2)进水,经配水盘进入开启水腔(Y1),直至滑动圈上部开启水压力大于下部弹簧(O)弹力。此时滑动圈向下移动,打开泄水阀(X),使滑动底盘下部密封水腔的密封水泄出。滑动底盘此时在其上部的压力作用下迅速下落,打开排渣口排渣。 排渣完毕后,若需继续分油作业,可重复上述动作1和2。若需停机,便可直接停机。 目前,大多数船舶上使用的自动排渣分油机的结构和工作过程与上述基本相同,且多与一个控制器联合使用。α—LAVAL FOPX 分油机结构和工作过程略有不同。其以流量控制盘代替分杂盘或重力环,与EPC400控制单元、水分传感器和排水阀等联合使用。分油机开启,分离筒密封后可直接进油,排渣时也无须停油,所分油的密度最--大可达1013kg/m3。
三、分油机的运行管理
1.加热温度和分油量的确定燃油或滑油在分离前,要经分油机加热器进行加热,降低粘度,扩大杂质、水与油的密度差,以提高分离效果。油温不能太高,以免水分蒸发,破坏油水分界面,造成跑油。加热温度取决于油的品质和水的沸点。分油机的分油量越小,分离效果越好。但对于燃油而言,分油量必须满足主机的耗油量,对于滑油而言,采用循、环分离后,分油量越小,循、环分离的次数越少,因此,不能追求过小的分油量。一般说来,油的粘度越大,质量越差,加热温度应适当增、高,分油量也应酌情减少。表5-4 给出了不同油料加热温度范围和建议的最--大分油量占额定分油量的百分数,供参考。
2.选择佳的工作方式 分油机在船上工作时,工作方式有三种: 单机工作:用一台分水机处理全部流量。 并联工作:两台分水机并联工作,各处理总流量的50%。 串联工作:两台分油机串联,前一台为分水机,后一台为分杂机,每台都要处理全部流量。这种方式效果好,即使分水机油水分界面太靠内,分离效果差些,因后级还有分杂机,仍能保持教好得分杂效果。
3.操作要点
目前,全自动分油机在船舶上得到了越来越广泛的应用。现以WHPX型分油机为例来说明全自动分油机分油作业时的操作管理要点。这种分油机除配有一个EPC400控制单元,一些控制和检测辅、助元件、分油机马达起动箱外,还配有供油泵和加热器等辅、助设备,它们共同构成一个净化系统。
1)起动前的检查
在起动前除应检查分油机齿轮箱滑油油位、刹车装置、分离筒和摩擦离合器、各种阀件的开关位置是否符合要求外,还应检查加热器、空气气源是否正常,EPC400各设定参数是否符合要求。以上准备工作完成后,可以进行起动操作。
2)起动和运转
首先起动供油泵,起动分油机加热器,然后起动分油机。分油机加速过程约需5分钟,在次期间要注意观察分油机起动器上的电流表指针变化是否正常,应确保无不正常噪音或振动的发生。待分油机达到正常转速、油温加热到所要求温度后,便可按下控制单元上的程序开关按钮,进行分油作业。 分油期间应常注意出水口和排渣口是否跑油、滑油油位、日用油柜和沉淀油柜油位、高置水箱水位、分油机和供油泵的运转情况等。注意分油机各种故障报警,消除警报并排除故障。
3)排渣
当运行到选定的时间时,由程序自动引发进行排渣,排完渣后又恢复正常分油作业。
4)停止分油机运转
当需要停止分油时,只要再次按下程序开关按钮,分油机便自动先完成排渣,然后自动停止分油机,并将其起动开关锁住3min,即在停机后3min内分油机不能再起动。然后人工关闭分油机加热器,当油温下降后再停供油泵。 由上可见,全自动分油机需要人工起动的设备依起动的先后顺序为供油泵、加热器和分油机,停止分油时的停止顺序与起动顺序相反,而且一定等油温下降后才能停止供油泵。
四、分油机常见故障
1.分离筒达不到规定转速
1)制动器未松开;
2)摩擦离合器内混入油脂,摩擦片打滑或损坏;
3)电动机或电气设备故障。
2.不能进油或分油过程断油 分油机供油泵一般为齿轮泵,它不能供油的原因通常有以下几类。
第--类是由于泵或管路的问题不能产生足够低的吸入压力,原因是:
1)油泵传动齿轮锥销折断;
2)泵严重磨损,间隙太大;
3)泵转速太低;
4)吸入管漏气;
5)油柜用空第二类原因是泵吸入压力过低。属于这类的原因有:
6)油柜油位太低;
7)供油泵前滤器堵塞或管路不通;
8)油温太低、粘度太大。
3.出水口跑油 第--类情况是水封未能建立或受到破坏:
1)起动时水封水未加或加得太少;
2)进油阀开得太猛,水封被破坏;
3)油温太高,水封水被蒸发,水封被破坏;
4)转速不足使水封压力不够;
5)分离盘片间脏堵 第二类情况是油水分界面外移至分离盘外。
属于这类原因的有:
6)重力环内径过大;
7)油未加热至要求值,密度大。
4.排渣口跑油
这是由于排渣口未能封闭。排渣口跑油原因有以下几类:
第--类是滑动圈不能上移堵死密封水腔泄水口。
原因是:
1)分离筒上小孔M1 、M2(见图5-)堵塞,不能泄水;
2)滑动圈下方弹簧失效;
3)滑动圈上方塑料堵头失严。 第二类原因是滑动底盘下部缺密封水,可能是:
4)高置水箱无水;
5)工作水系统管道或控制阀堵塞或严重漏泄;
6)滑动底盘周向密封圈失效漏泄。
第三类原因是滑动底盘与分离筒盖不能贴紧,原因是:
7)滑动底盘上端面主密封环失效;
8)传动齿轮和轴承过度磨损使立轴下沉。
5.不能排渣
原因可能是缺少压下滑动圈的开启工作水,可能是:
1)高置水箱无水;
2)工作水系统管道或控制阀堵塞或严重漏泄;
3)有关工作水孔脏堵不通;
4)滑动圈周面密封圈失效。
6.出现异常振动或噪声
问题主要可能是:
1)分离筒安装不正确、紧固件松动或与机盖、配水盘擦碰;
2)传动机械因缺油或油质差而损坏;
3)轴承过度磨损而立轴下沉;
4)供油泵卡阻或损坏;
5)摩擦离合器损坏或过度磨损,质量不均匀;
6)排渣不净,分离筒内积渣不均。