Литература по Механике и для Механиков / Литература / Voznitskiy_-_Sudovye_dvigateli_vnutrennego_sgora (2)

ная силаР ц. Величина центробежной силы /^определяет скорость осаж­ дения загрязняющих примесей F , которая в соответствии с законом Стокса может быть выражена следующим образом:

легкой фазы; Г] - вязкость непрерывной фазы; re f - центробежное ус­ корение.

Суммарная сила вырывает частицу из потока и прижимает ее к внутренней поверхности вышерасположенной тарелки в точке 2.

Как видно из рис. 11.11а, положение точки 2 близко к верхнему краю тарелки. Соответственно, существует опасность того, что частица будет увлечена потоком чистого топлива, движущимся между тарелка­ ми в направлении оси вращения, и покинет сепаратор вместе с ним.

Чтобы повысить эффективность процесса очистки и избежать опи­ санного выше явления, необходимо уменьшить силу потока до величи­

Следует помнить, что при сепарации вода активно отделяется от топлива, если разность плотностей воды и топлива достигает, по край­ ней мере, значения 30 кг/м3. Этот необходимый минимум обеспечива­ ется для всех топлив, плотность которых лежит ниже 991 кг/м3. Таким образом, d = 991 кг/м3 представляет собой верхний предел плотности топлива, при которой еще возможно отделение пресной воды. Сепара­ ция морской воды возможна и от более тяжелых топлив.

Впроцессе очистки топлива грязь и шлам скапливаются внутри барабана, и по мере его заполнения (во избежание нарушения сепара­ ции) барабан следует очищать. В современных сепараторах очистка осуществляется автоматически, с периодичностью 2.. .4 часа при сепа­ рации топлива вязкостью 120...380 мм2/с. Для более вязких топлив, содержащих большое количество механических примесей, интервал времени между разгрузками не должен превышать 1...2 ч. В против­ ном случае переполнение барабана может привести к прекращению очи­ стки топлива, и неочищенное топливо пойдет в расходную цистерну.

Врежиме тарификации сепаратор работает без водяного затвора, выход воды из сепаратора перекрывается, и топливо очищается лишь от механических примесей. Обычно кларификатор, устанавливаемый последовательно с пурификатором, служит второй ступенью очистки.

Опыт показывает, что при последовательной работе сепараторов основная очистка осуществляется в пурификаторе (до 70% примесей отбирается в нем) и до 10% приходится на долю кларификатора. Таким образом, роль кларификатора сводится к удалению из топлива остав­ шихся в нем более мелких частиц механических примесей и роли «сторожа» на случай прорыва механических загрязнений через пурификатор.

При работе на тяжелых остаточных топливах, получаемых компа­ ундированием остатков каталитического крекинга и висбрекинга с керосиногазойлевыми фракциями, сепарацию рекомендуется проводить

вследующем режиме: два параллельно работающих на малой произ­ водительности пурификатора с последовательно включенным кларификатором.

Эффективность очистки в этом варианте достигает 80-90%, в то время как в варианте «один пурификатор-кларификатор» она состав­ ляет только 70%.

Рекомендации.

1.Некоторые судовладельцы считают, что дизельные топлива личаются особой чистотой и не нуждаются в сепарации на судне. Это принципиально неверно, так как при транспортировках, перекачках и

хранении даже такого топлива неизбежно его загрязнение, и поэтому сепарирование любого дистиллятного топлива совершенно необходимо.

2.Для повышения эффективности сепарации тяжелых топлив ее нужно производить при как можно более низкой вязкости топлива (не более 40 сСт). Для этого необходимо топливо предварительно нагре­ вать до возможно более высоких температур, не превышающих, одна­ ко, 98° С. Важно также, чтобы топливо как можно дольше находилось

вбарабане сепаратора, что достигается работой сепараторов с пони­ женной пропускной способностью.

3.Во избежание разрушения водяного затвора или попадания воды

вочищенное топливо, нужно следить за соответствием технических параметров гравитационного диска плотности сепарируемого топлива.

4.Наилучших результатов очистки можно достигнуть, если сепа­ рацию топлива осуществлять в двух параллельно работающих на ма­ лой подаче сепараторах, настроенных на режим пурификации, и, пос­ ледовательно с ними - кларификатор.

Такая схема работы особенно полезна при сепарации топлив, содер­ жащих алюмосиликаты. В этой связи важно еще раз отметить, что в после­ дние годы на суда поступает все в больших количествах топливо катали­ тического крекинга, содержащее мел­ кие, не удаленные в процессе произ­ водства твердые частицы катализато­

важно соблюдать отмеченные выше правила сепарации топлив. При этом нужно учитывать, что основная роль очистки топлив от мелких частиц алюмосиликатов ложится на сепараторы. Это видно из приве­

Анализ выполнен по усредненным образцам с 44 судов.

Рис. 11.15. Центробежный фильтр (центрифуга)

Создатели самоочищающихся фильтрационных установок, стре­ мясь достигнуть высокой тонкости отсева частиц загрязняющих при­ месей (до 5... 10 мкм), сталкиваются с проблемой быстрого загрязне­ ния фильтрующих поверхностей асфальтенами (находящимися в топ­ ливе в коллоидном растворе), размер мицелл которых близок к упомя­ нутой выше тонкости отсева. Это вызывает необходимость частой про­ мывки с использованием противотока, что, в свою очередь, сопряжено с ростом потерь топлива, уходящего вместе со шламом. Отмеченное обстоятельство является существенным недостатком фильтрационных установок, по этой причине они не могут еще конкурировать с совре­ менными автоматизированными сепараторами.

Фирма «Альфа-Лаваль» разработала и внедрила фильтр тонкой очи­ стки топлива и масел, позволяющий избежать потерь при промывке.

Фильтрация топлива происходит во всех колонках фильтрующих элементов, за исключением одного сектора элементов, скопившиеся в ней загрязняющие примеси смываются с их поверхности обратным потоком топлива. Последовательный разворот распределителя, осуще­ ствляемый гидромотором, обеспечивает очистку всех секторов фильт­ ров. Скопившиеся загрязняющие примеси совместно с топливом на­ правляются в установленную на фильтре центрифугу (рис. 11.15), где под действием центробежных сил происходит его очистка.

При использовании фильтра для очистки топлива он устанавлива­ ется непосредственно перед двигателем за бустерной цистерной, де­ журным насосом и подогревателем. Задача фильтра не пропустить про­ рвавшиеся через сепаратор механические примеси, которые могут выз­

вать крайне нежелательные риски и износы в прецизионных элементах топливной аппаратуры дизеля. Таким образом, его функция, как и фун­ кция обычных фильтров тонкой очистки, устанавливаемых перед двигателем, в защите на случай потенциальной угрозы.

Вращение ротора осуществляется силой струй масла, вытекаю­ щих с большой скоростью из сопел. Загрязняющие примеси центро­ бежными силами отбрасываются к стенкам ротора и находящихся в нем дисков, и скапливаются на них. Периодически внутренняя полость ротора должна очищаться вручную.

Химическая обработка - присадки.

Химическая обработка топлива заключается во вводе в топливо присадок или их композиций, в функции которых входит уменьшение шламообразования, дестабилизация водотопливных эмульсий, сниже­ ние высокотемпературной коррозии выпускных клапанов, лопаток га­ зовых турбин и др.

Борьба с осадко- и шламообразованием. Как уже отмечалось, тяжелым топливам присуща склонность к образованию отложений в танках запаса, фильтрах, подогревателях и других элементах топлив­ ной системы, в том числе и в сепараторах. Природа явлений такого рода связана с присутствием в топливах тяжелых углеводородов (смол, асфальтенов). Обладая повышенной поверхностной активностью, тя­ желые углеводороды группируются вокруг загрязняющих топливо при­ месей, глобул воды, образуя достаточно сложные структуры, размеры которых постоянно нарастают. Со временем эти структуры начинают выпадать в осадок в виде шлама на днище танка; они же осаждаются на рабочих поверхностях топливной системы.

Один из путей борьбы со шламообразованием, с отложениями в подсистемах хранения и переработки топлива состоит во введении в

топливо химических присадок, содержащих мощные диспергаторы. Поверхностная активность последних существенно повышает поверх­ ностную активность содержащихся в топливе асфальто-смолистых со­ единений, выступающих в роли естественных коагуляторов и эмульга­ торов. Благодаря отмеченному свойству, вещества присадок притяги­ вают к себе смолы, обволакивающие структурные системы тяжелых углеводородов, и частично замещают их. Возникающее вследствие этого ослабление поверхностного натяжения тяжелых углеводородов, а так­ же расклинивающее действие введенных с присадкой диспергаторов приводит к разрыву этих структурных систем, их диспергированию и, благодаря этому, к предотвращению шламообразования.

обычно используют растворимые в топливе органометаллические со­ единения, вводимые в хорошо зарекомендовавшие себя присадки Vecom FOT-NW, Bunkersol-D, Perolin 622-DE, Fuelcare, Gamabreak (Unitor) и др. Важное свойство ПАВ-присадок состоит также в защите металли­ ческих поверхностей от коррозии и образования на горячих поверхно­ стях лаковых пленок.

Вводимые в топлива присадки-диспергаторы способствуют не только борьбе со шламообразованием. Измельчая структуру находя­ щихся в топливе тяжелых углеводородов, они способствуют более пол­ ному их сгоранию в цилиндрах. Происходящее при наличии присадок замещение ими откладывающихся на нагретых поверхностях смол изо­ лирует, в частности, поверхности прецизионных элементов от них и тем самым препятствует лакообразованию, часто приводящему к зак­ линиванию игл форсунок и плунжерных пар ТНВД.

Борьба с высокотемпературной коррозией. Проблема борьбы с явлениями высокотемпературной коррозии, вызываемой продуктами сгорания топлива, наиболее тесно связана с проблемой обеспечения работоспособности выпускных клапанов дизеля и рабочего аппарата газовой турбины. Срок службы выпускного клапана до переборки в современных двигателях составляет 6...8 тыс. часов, что в 2...3 раза меньше ресурса даже такого нагруженного элемента, как поршневое кольцо. Основная причина прогорания клапанов заключается в их вы­ сокотемпературной коррозии, протекающей под воздействием Na-V соединений топлива (механизм протекания этого явления рассматри­ вался выше).

Главными коррозионными и абразивными составляющими золы, образующейся в цилиндрах двигателя при сгорании тяжелых топлив, являются: пятиокись ванадия, сульфат натрия и некоторые другие слож­ ные соединения. Относительно низкая температура плавления боль­ шинства таких соединений определяет их коррозионную агрессивность. Установлено, что они наиболее агрессивны по отношению к металлам именно в жидком состоянии. Это не исключает, однако, возможности развития коррозии и в газовой фазе. Помимо ванадия в топливе содер­ жатся сера и натрий (в виде NaCT). Последнее соединение присутству­ ет также и в капельках морской воды, поступающих с засасываемым двигателем воздухом. В больших количествах NaCl может попадать в топливо при его обводнении морской водой.

В топливо также заносится сульфат натрия Na2S 0 4. В больших количествах сульфат натрия с температурой плавления t = 885° С об­

разуется в процессе сгорания топлива при взаимодействии NaCl, S 0 2, кислорода и паров воды. Реакция взаимодействия тех же NaCl и S 0 2 может происходить не только в цилиндрах дизеля, но и на лопатках газовых турбин, подвергающихся сульфидно-кислой коррозии. Темпе­ ратура плавления при взаимодействии ванадиевых соединений и на­ трия понижается. Наиболее низких значений она достигает при обра­ зовании ванадия-ванадата натрия N20-V 20 4-5V20 S (tm= 625° С) и пента натрий-ванадата 5N20 -V 20 4-llV 20 s (tm = 535° С - см. рис. 11.12).

Процесс коррозии (окисления) протекает следующим образом: Образовавшиеся в ходе реакции сгорания топлива соединения натрия и ванадия, а также сульфаты Na2S 0 4и пиросульфаты Na2S20 7(темпера­ тура плавления последних - всего 400° С) вместе с продуктами сгора­ ния движутся к выпускному клапану Если температура тарелки клапа­ на и седла окажется ниже температуры плавления этих соединений, то они минуют клапан и уходят из двигателя. Если же клапан и особенно его рабочая фаска (и седло) имеют высокую температуру (более 520° С), то эти соединения при соприкосновении с элементами клапана плавят­ ся и прилипают к ним. Находясь в жидком состоянии, они вступают в реакцию с окисными пленками, защищающими клапан и его седло, разрушают их и окисляют металл.

Образующиеся на рабочем поле клапана рыхлые окисные струк­ туры бомбардируются частицами сажи и золы, летящими с большой скоростью мимо клапана в общем потоке с продуктами сгорания. Их удары о клапан, в дополнение к коррозии, вызывают эрозию. В резуль­ тате этого на рабочих фасках и седлах клапана возникают раковины, бороздки по которым прорывают горячие продукты сгорания. Это, в свою очередь, приводит к росту температуры металла, активизации коррозионно-эрозионных процессов и к местному выгоранию металла.

Для того чтобы избежать коррозии или уменьшить ее масштаб, необходимо путем интенсивного охлаждения понижать температуру клапана и его седла. В то же время следует иметь в виду, что переох­ лаждение клапанов (а такое часто происходит со стержнем клапана при работе на пониженных нагрузках) приводит к конденсации на нем серной кислоты, результатом чего становится возникновение типич­ ных для кислотной коррозии язвин.

В целях снижения эффекта прогорания клапанов и связанной с этим потери их плотности, а также для увеличения моторесурса в топдиво вводят металлоорганические присадки на базе магния (табл. 11.4).

К числу таких присадок относятся: Vecom FOT-SA, FOT-DA, Mark-IV, Valvecare (Unitor). Эти присадки препятствуют образованию