2.2.2.12.12. Топливоподготовка

Это комплекс мероприятий по обработке и подготовке топлива перед подачей в двигатели. Цель топливоподготовки — исключить вредное влияние различных примесей в топливе на двигатели и системы, а также обеспечить возможность использования дешевых сортов топлива. Топливоподготовка может осуществляться 2 основными способами: изменением физико-химического состава топлива и изменением его физического состояния. Первый способ заключается в отделении от топлива вредных примесей химической обработкой с применением ингибиторов и в очистке путем отстоя, с помощью фильтров и сепараторов. Второй предусматривает повышение текучести под воздействием паровых, электрических или индукционных нагревателей и разрушение в гомогенизаторах смолистых образований, присутствующих в топливе в виде пленок, эмульсий и твердых частиц. В судовых энергетических установках из всех способов топливоподготовки, широкое распространение получили подогрев и очистка. Наиболее чувствительными к качеству высокооборотные двигатели. Выбор оборудования и судовых систем топливоподготовки определяется вязкостью и плотностью применяемого топлива, а также типом двигателя. При использовании тяжелого топлива топливоподготовки упрощается добавлением в него легкого топлива.

Различные сорта тяжелых топлив, а иногда и топлива одного и того же сорта, но разных бункеровок имеют при одинаковой температуре существенно различающуюся вязкость. С целью повышения надежности работы дизельной установки и улучшения топливоиспользования, топливные системы дизелей оборудуются автоматическими системами регулирования вязкости.

Механическая очистка топлива

В топливных системах судовых дизелей для механической очистки топлива используют отстой, фильтрацию и сепарацию.

Отстой.

Процесс отстоя состоит в осаждении на дно емкости под воздействием гравитационных сил воды и механических примесей, содержащихся в топливе. Скорость осаждения вредных составляющих зависит от их плотности и размера, а также от вязкости топлива. Чем меньше разница в плотности между вредными включениями и топливом и чем больше его вязкость, тем меньше скорость осаждения частиц. По этой причине отстой дизельного топлива, имеющего меньший удельный вес, протекает более эффективно, чем отстой тяжелого. Эффективность отстоя тяжелых топлив повышается при подогреве отстойных цистерн.

На современных морских теплоходах применяют отстой обычно в системах тяжелого топлива. Дизельное топливо, отличающееся высоким качеством и незначительным содержанием вредных включений, отстаивать не имеет смысла, так как необходимое качество очистки топлива полностью обеспечивается фильтрацией и сепарацией.

Тяжелое топливо рекомендуется отстаивать в течение 18—24 ч при непрерывном подогреве. Температура подогрева топлива в отстойных цистернах в зависимости от его вязкости лежит в пределах: для моторных топлив—50—65° С, для мазутов—65—80° С.

В любом случае в целях противопожарной безопасности предельная температура подогрева должна быть на 10—15°С ниже температуры вспышки.

Недостатком отстоя является невысокая эффективность и необходимость использования дополнительных емкостей, уменьшающих полезный объем машинного отделения. На некоторых судах с установками, работающими на тяжелом топливе, отстой по этим причинам не используют.

Фильтрация.

Процесс фильтрации состоит в очистке топлива от механических примесей при прохождении его через фильтрующий элемент.

Фильтры, применяемые на судах отечественного флота, классифицируют по следующим признакам.

По качеству очистки:

— фильтры грубой очистки, отделяющие частицы размером 50— 60 мк и более; фильтры, задерживающие частицы величиной 20 мк (устанавливают перед насосами и сепараторами);

— фильтры тонкой очистки, отделяющие частицы 3—5 мк и более (устанавливают перед топливными насосами высокого давления ТНВД, что обеспечивает снижение износа деталей топливной аппаратуры и ЦПГ).

По типу фильтрующего элемента:

— поверхностные (сетчатые, щелевые — пластинчатые, ленточные, проволочные);

По способу очистки:

— поверхностные, задерживающие механические примеси на поверхности фильтрующего элемента; используются в основном для грубой очистки топлива;

— емкостные, задерживающие механические примеси в порах фильтрующего элемента; используются для тонкой очистки топлива(войлочные; фетровые; хлопчатобумажные; синтетические; металлопористые).

По способу очистки фильтра от загрязнении:

— ручной очистки, требующие разборки для удаления скопившихся загрязнений;

— самоочищающиеся, из которых загрязнения удаляют без разборки фильтра.

Для бесперебойного действия системы фильтры обычно изготавливают спаренными и снабжают переключающим устройством.

Сетчатый фильтр обычно используют для грубой очистки топлива. Фильтрующий сетчатый элемент крепят на цилиндрический или дисковый каркас.

Распространен способ очистки фильтрующей поверхности загрязненного элемента обратным потоком фильтруемого топлива. Чаще всего применяют способ обратной очистки с несколькими переключаемыми секциями, при котором очищается только один фильтрующий элемент, а остальные в это время работают.

В некоторых современных конструкциях для обратной очистки применяют сжатый воздух.

Проволочно-щелевой фильтр (рис. 90,а) в качества фильтрующего элемента имеет цилиндрический стакан 1 с вертикальными ребрами 2. На поверхности ребер выфрезерованы канавки, в которые укладывают проволоку 4 диаметром около 0,3 мк. Между витками проволоки образуется щель, через которую проходит топливо, поступающее к фильтрующему элементу снаружи. Очищенное топливо через окна 3 между ребрами поступает внутрь стакана, откуда отводится в систему. Загрязнения, осаждающиеся на внешней поверхности проволочного фильтра, очищают обратным током чистого топлива.

Пластинчато-щелевой фильтр (рис. 90,б) имеет фильтрующий элемент, набранный на оси 3 из дисков 9, разделенных шайбами 10. Топливо подводится в корпус 1 по трубе 5 и проходит в щели между дисками, а механические частицы, размер которых превышает высоту щели, остаются на поверхности фильтрующего элемента. Чистое топливо отводится по трубе 6. Грязь с поверхности фильтра периодически удаляют ножами 11, установленными на оси 2 между дисками, при вращении фильтрующего элемента с помощью рукоятки 4. Загрязнения падают в грязевую камеру 7, откуда периодически удаляются через пробку 8.

Металлопористый фильтр (рис. 90, в) представляет собой совокупность зерен железа, нержавеющей стали и бронзы, которые при сжатии до определенного давления спекаются, обеспечивая пористость любой заданной величины. Фильтрующему элементу можно придать любую форму: пробки, цилиндра и т. д.

Топливный фильтр состоит из корпуса 6 с камерами для двух и более фильтрующих элементов, состоящих из металлопористого стакана 1 и сетки 2. Фильтрующие элементы крепятся крышками 3.

Простота, надежность и автоматизированное управление работой этих фильтров являются их преимуществами по сравнению со сложными, дорогостоящими, требующими квалифицированного обслуживания центробежными сепараторами. На многих морских судах специальные фильтрационные установки полностью заменили сепараторы.

В качестве примера ниже рассмотрены две конструкции высокоэффективных фильтров для очистки тяжелых топлив.

а) б) в)

Рис. 90 Топливные фильтры:

а) проволочно-щелевой; б) пластинчато-щелевой; в) металлопористый

В последние годы широкое применение на судах получили автоматические самоочищающиеся топливные и масляные фильтры.

На Рис.90 изображен автоматический самоочищаю­щийся фильтр тип 6.46 фирмы “BOLL”

Конст­рукция фильтра отличается высокой точностью, про­стотой и надежностью. Фильтр тип 6.46, корпус кото­рого выполнен из серого чугуна, может быть установ­лен как горизонтально, так и вертикально, в виде от­дельного или встраиваемого фильтра.

При работе фильтра неочищенное топливо или масло поступает в его корпус через входной фланец. Примерно половина всего потока неочищенного топлива через центральную вертикальную трубу подается в сетчатую вставку в верхней части 2 корпуса фильтра, откуда сверху по­ступает в фильтровальную свечу 3, открытую с обеих сторон. Другая половина потока неочищенного топлива поступает в фильтровальную свечу снизу. Ячейка сетки обеспечивает тонкость фильтрации до 25 микрон. Неочищенное топливо через дополнительную защитную сетку подается на выход фильтра, откуда возвращается в двигатель 4.

Рис. 91 Автоматический самоочищаю­щийся фильтр типа 6.46 фирмы “BOLL” 1- входной фланец 2- корпус фильтра 3- фильтровальная свеча 4- двигатель 5- турбина 6- промывочная консоль 7- перепу­скные клапаны 8- защитная сетка 9- диффе­ренциальный индикатор давления

В фильтре осуществляется непрерывная поочередная промывка свечей, не требующая остановки процесса фильтрации. Механизм промывки фильтра противотоком приводится в действие турбиной 5, установленной во входном фланце. Этот механизм постоянно вращает промывочную консоль 6 перемещая ее от одной фильтро­вальной свечи к другой. На внутренней стороне свечей возникает сильный поверхностно-поперечный поток, при этом свеча оказывается отключенной на время промывки ее про­тивотоком. Кроме того, из-за пониженного давления внутри свеч возникает обратный ток очищенного масла снаружи свечи вовнутрь. Эти потоки обеспечивают полную очистку свечи от слоя грязи, образовавшегося на ее внутренней поверхности, защищая тем самым сетча­тый фильтр. Равномерная промывка противотоком в течение длительного времени, для которой оказывает­ся достаточно минимального количества промывоч­ного топлива, предотвращает падение давления масла в системе.

В случае прерывания или нарушения нормального хода операции промывки свечей, перепад давления начинает расти; когда он достигнет 2 кг/см², откроются перепу­скные клапаны 7 и топливо пойдет через защитную сетку ­8, играющую роль второй ступени фильтра. Еще раньше на неисправность отреагирует диффе­ренциальный индикатор давления 9, который, если повышенный перепад давления будет сохраняться, вы­даст соответствующий аварийный сигнал.

Сепарация

Это наиболее эффективное средство очистки топлива от воды и механических примесей. Сепарация позволяет удалить из топлива все металлические частицы размером более 1 мк и неметаллические частицы размером 2—3 мк, понизить содержание воды до 0,02%, а также значительно уменьшить зольность топлива.

На современных судах сепарируют все виды жидких топлив. Однако особое значение сепарация имеет при использовании в двигателях тяжелых топлив. Повышение качества топлива путем сепарации позволяет значительно понизить износ деталей цилиндропоршневой группы и топливной аппаратуры, повысить эффективность сгорания топлива и уменьшить нагарообразование в цилиндрах.

На судах морского флота наряду с отечественными сепараторами распространены сепараторы фирм «Де Лаваль» (Швеция), «Вестфалия» (ФРГ), «Титан» (Дания), «Шар плес» (Англия), «Мицубиси» (Япония), «Лакта» (Финляндия) и др. Устройство и работа сепараторов рассмотрена на стр.

Подогрев топлива

Подогрев топлива в отстойных и расходных цистернах.

Подогревают топливо с целью обеспечения определенной его вязкости для нормальной работы топливоподкачивающего насоса, снижения вязкости перед двигателем, дальнейшего отстоя воды, осадков и шлама.

Рекомендуется поддерживать вязкость перед топливоподкачивающим насосом не выше 6°ВУ. Для тяжелого топлива с вязкостью 1500 с R1 температура подогрева в расходной цистерне должна быть не ниже 78°С. Но во всех случаях подогрев топлива должен быть на 10—15°С ниже температуры вспышки. Верхний предел температуры следует поддерживать только в том случае, если топливо подогреватель не обеспечивает самостоятельно заданную температуру топлива перед дизелем.

При наличии смесительного коллектора, который имеет подогрев и куда подается топливо, перепускаемое от ТНВД, температуру топлива в расходной цистерне можно поддерживать в пределах 40—60°С.

Подогрев топлива перед ТНВД.

Данный подогрев осуществляют для достижения вязкости, при которой происходит наилучший распыл и процесс горения, а также обеспечивается нормальная работа топливной аппаратуры дизелей. Оптимальной вязкостью топлива перед форсунками считается 1,7—2,5°ВУ (8,5—15,0 сСт). Выбирать температуру подогрева следует для каждой партии и марки топлива согласно его паспортным характеристикам, а также состоянию изоляции, наличию и работе паровых спутников, длине трубопроводов от подогревателя до форсунки. Вязкость топлива одной марки, но разных партий поступления может отличаться на значительную величину.

При отсутствии паровых спутников температуру топлива следует увеличить на 10—15°С. Для сжигания тяжелого топлива вязкостью 1500 с R1 его необходимо подогреть до 105—130°С.

Определяют температуру подогрева топлива и вязкость для проведения с ним различных операций (перекачивание, сепарирование, подогрев в отстойных и расходных цистернах и в топливо подогревателе перед сжиганием) по номограмме вязкость — температура

Наличие в системе топливоподготовки регулятора вязкости позволяет постоянно поддерживать оптимальную температуру подогрева топлива автоматически, установив регулятор на заданную вязкость. Однако необходимо всегда проверять правильность его работы.