Методы очистки масел

14.1 Загрязнение масел в процессе эксплуатации СЭУ

В процессе работы двигателей и механизмов СЭУ смазочное масло непрерывно загрязняе6тся нерастворимыми в нем веществами. По мере накопления загрязнений снижается эффективность моющего действия присадок, находящихся в масле, возрастает нагарообразование на смазываемых поверхностях деталей двигателя, увеличивается вязкость масла.

Источниками загрязнений являются несгоревшее или не полностью сгоревшее топливо, его зольные элементы, продукты срабатывания присадок, продукты окисления самого масла, продукты изнашивания деталей двигателя, пресная или соленая вода, пыль, песок, окалины и др.

Скорость накопления в масле загрязнений и их характер зависят от многих факторов, к важнейшим из которых следует отнести конструкцию дизеля, качество применяемых масел и топлива, степень совершенства средств очистки масла в процессе работы дизеля, условия эксплуатации.

Накопление в масле нерастворимых в нем примесей схематично показано на рис. 14.1

Как видно из рисунка, начальный период работы двигателя происходит быстрое загрязнение масла. При доливках масла в двигатель, необходимых для компенсации потерь масла, уровень загрязнений резко понижается, а затем вновь возрастает (кривая 2). В неочищенном масле средний уровень загрязнений (кривая 3) будет увеличиваться до тех пор. Пока не наступит динамическое равновесие между количеством загрязнений, поступающих в масло и выпадающих из него. Если масло не подвергать очистке, уровень стабилизации загрязнений будет недопустимо высоким (линия 4). Для того, чтобы это не происходило, масло, циркулирующее в системе смазки двигателя, по достижении определенного допустимого уровня (точка Т на кривой 3) следует либо очищать от примесей в процессе работы двигателя. При качественной очистке масла накопление в нем загрязнений (кривая 5) не должно превышать допустимый уровень (линия 1).

Изменение эксплуатационных свойств масла под влиянием накопления в нем нерастворимых продуктов определяется не столько количеством этих продуктов, сколько их размером. Загрязнение масла абразивными веществами усиливает изнашивание деталей двигателя, а иногда приводит к их повреждению. Таким образом, необходимость удаления из масла абразивных примесей очевидно. Это же можно сказать и в отношении удаления из масла воды: ее присутствие ухудшает смазывающие свойства масла, вызывает коррозию деталей двигателя, способствует выпадению из масла присадок.

Наиболее эффективными методами очистки масла на борту судна с целью сохранения его качественных показателей на протяжении всего срока его службы является фильтрация и сепарация. В последнее время для очистки обводненных масел все больше распространение получает вакуумная очистка.

Маслоочистка должна не только препятствовать нежелательному износу смазываемых частей дизеля, но и позволить максимально использовать масло так, чтобы оно имело достаточно большой срок службы и интервалы замены масла могли быть продлены и не отразились на качестве смазывания и ресурсе механизма.

14.2 Фильтрация масел

Степень загрязнения масла зависит от режима эксплуатации двигателя и его технического состояния, влияние внешней среды, состояния и свойства масла и топлива. Извлечение посторонних частиц из масла способствует увеличению срока службы масла и уменьшению расхода масла на доливы. Эффективным фильтрованием можно предотвращать замену масла, когда оно бракуется только из-за наличия механических загрязнений. Идеальный масляный фильтр должен отвечать следующим необходимым требованиям:

- обладать способностью удерживать наибольшее число посторонних тел, присутствующих в масле;

- пропускать наибольшее количество масла в единицу времени, т. е. иметь минимальное гидравлическое сопротивление потоку масла.

Степень очистки масла зависит от многих факторов, в том числе от гидравлической характеристики самого фильтра, характера загрязнений, температура масла и его диспергирующих свойств. Фильтруемость масла есть функция его диспергирующих свойств и плохая фильтруемость масла с диспергирующими присадками не опасна, в тоже время увеличивается ресурс работы фильтра.

В системах смазывания применяют фильтры, которые по степени или тонкости отсева частиц, подразделяют на фильтры грубой очистки с размерами задерживаемых частиц, не превышающих 60÷90мкм и фильтры тонкой очистки, с размерами задерживаемых частиц не более 35÷40мкм. По принципу действия и конструкции фильтрующих материалов фильтры подразделяют на:

- щелевые, в которых поступившее под давлением масло проходит через щели, образуемые набором специальных пластин и прокладок, где происходит его очистка;

- объемные (объемно-адсорбирующие) или глубинные, в которых масло в процессе очистки последовательно проходит через несколько слоев фильтрующего материала;

- поверхностного типа (поверхностно-адсорбирующие), которых масло проходит через фильтрующий материал со сквозными порами.

Промежуточное положение занимают целлюлозно-бумажные фильтрующие элементы, которые совмещают в себе характерные признаки поверхностного и объемного типов.

Фильтры грубой очистки (ФГО) выполняют всегда полнопоточными, так как в их функцию входит не только удаленная из масла крупных загрязнений, но и защита масляной системы и насосов от повреждений случайными предметами.

По конструкции они сетчатые, применяются и щелевые задерживающие более мелкие частицы. Для уменьшения трудоемкости обслуживания ФГО часто изготавливаются самоочищающиеся.

Фильтры тонкой очистки могут применяться как бойпасные (частичнопоточные), так и полнопоточные. Частичнопоточные фильтры имеют низкую пропускную способность, но высокую тонкость отсева (5÷10 мкм и менее). Преимущество полнопоточных фильтров состоит в том, что через ФГО проходит весь поток масла, в результате чего достигается наиболее полная очистка.

Основным показателем работы ФГО является степень фильтруемости, которая определяется отношениями количества задержанных фильтром загрязнений к общему количеству загрязнений, содержащихся в циркуляционной системе смазки двигателя:

(14.1)

где f – степень фильтруемости, %

F – количество загрязнений, задержанных фильтром;

Q – количество загрязнений, содержащихся в масле (нерастворимые в бензине).

Степень фильтруемостизависит от гидравлической характеристики фильтрующего материала, характера загрязнений, температуры масла, его диспергирующих свойств и других факторов и характеризует эффективность работы фильтра. (рис. 14.2)

Чаще применяются фильтры поверхностно-адсорбирующего типа. Тонкость очистки от 5мкм и выше. Фильтры поверхностноготипа изготавливают из специальных сортов бумаги или картона. Их основным преимуществом является большая фильтрующая поверхность, которая при одинаковых габаритах патрона превышает в 10÷12 раз поверхность фильтра объемного типа и в 80÷100 раз – поверхность фильтра щелевого типа. Это позволяет использовать их для полнопоточной фильтрации масла.

Фильтры объемно-адсорбирующего типа изготавливают из волокнистых и пористых материалов: бумажной пульпы, хлопчатобумажной пряжи, шлаковой ваты, пористой фибры и пр. Тонкость очистки составляет 5÷25 мкм.

Недостатком фильтров этого типа является необходимость замены фильтрующих элементов в связи с невозможностью их очистки.

В фильтрах щелевого типа фильтрации масла происходит через щели между витками проволоки, металлической ленты, карбона или других материалов.

Часто ФГО делают комбинированными – в одном патроне используют поверхностные и объемные фильтрующие материалы. (рис. 14.3)

Существуют фильтрационные установки (например, установка Микрофелт фирмы «Волеш», Англия), в которых первичный фильтрующий элемент не заменяется, а производится его автоматическая очистка обратным потоком фильтруемой жидкости, когда разность давлений на входе в элемент и выходе из него достигается порядка 0,7·10⁵Па.

В циркуляционной системе смазывания судовых двигателей помимо фильтров грубой и тонкой очистки устанавливают, как правило, и магнитный фильтр. Часто его монтируют в одном корпусе с фильтром грубой очистки масла.

Магнитные фильтры улавливают из масла металлические включения (продукты изнашивания, коррозии и др.) размеров более 1мкм. Удаление из масла частичек металла не только способствуют снижению абразивного изнашивания деталей двигателя, но и замедляет процесс старения масла, поскольку металлы оказывают каталитическое влияние на скорость окисления углеводородов масла.

14.3 Сепарация масла.

Отделение в сепараторе твердых и нерастворимых в масле частиц и воды происходит на основе разницы центробежных сил, приложенных к этим частицам и к маслу. Это различие будет тем выше, чем больше разница их плоскостей.

В отличие от очистки масла фильтрами, способность которых к улавливанию загрязнений определяется в основном размерами последних, центробежная очистка носит избирательный характер: сепаратор удаляет из смазочного масла воду и нерастворимые в нем примеси, плотность которых выше плотности очищаемого масла. Поэтому в составе загрязнений, удаляемых из масла в процессе его сепарирования, значительно больше минеральных компонентов, чем в загрязнениях, задерживаемых фильтрами.

Основным режимом очистки масла является режим кларификации. Перевод на режим пурификации осуществляется путем переналадки сепаратора при обнаружении воды в масле свыше 0,5%. Масло сепарируется в режиме пурификации до удаления воды, при этом должна быть выяснена и устранена причина попадания воды. После удаления воды в сепараторе необходимо вновь перевести в режим кларификации. Производительность сепаратора не должна превышать 50% номинальной, а температура подогрева масла должна быть не менее 85°С. Если масло имеет склонность к эмульгированию и отделению воды методом центрифугирования затруднена, то подогревать масло рекомендуется до температуры 90÷95°Спри условии поддержания в масляной системе двигателя достаточного давления. Выполнение указанных рекомендаций позволяет достичь наибольшей эффективности очистки масла. При повышении температуры подогрева масла тонкость отсева dувеличивается (рис. 14.4)

Периодичность включения и продолжительность работы сепаратора зависит от уровня загрязнения, скорости поступления загрязнений в масло и эффективности очистки на выбранном режиме. Большая скорость поступления загрязнений в масло свидетельствует о плохой работе топливной аппаратуры, неудовлетворительном состоянии поршневых колец, быстром окислении масла в результате воздействия высоких температур и контакта с катализаторами.

При высоком содержании в масле нерастворимых в бензине загрязнений (3% и выше) отработку масла сепарированием целесообразно проводить и после остановки двигателя в течение нескольких часов. Сепарирование циркуляционных масел тронковых дизелей следует начинать с первых часов работы после смены масла, особенно тщательно контролируя процесс очистки при переходе на масло с лучшими моющими свойствами.

Очистку масел крейкопфныхдизелей рекомендуется начинать спустя 300÷500 ч после их замены. В случае использования в циркуляционной системе чисто минеральных масел для промывки их от загрязнений и водорастворимых кислот рекомендуется добавлять пресную воду в количестве 3÷5%. Температура воды должна быть равно температуре масла или превышать на 5°С.

На ряде судовых среднеоборотных и высокооборотных дизелей для очистки циркуляционного смазочного масла успешно применяются центрифуги.

По схеме включения в систему смазывания масляные центрифуги подразделяются на полнопоточные и частичнопоточные. Полнопоточные центрифуги можно устанавливать на быстроходных дизелях с малой производительностью навешенного насоса (до 1000 л/ч). На дизелях с производительностью маслонасоса от 1000 до 7000-8000 л/ч устанавливают частичнопоточные масляные центрифуги.

По роду привода центробежныемаслоочистители могут разделяться на:

- приводимые во вращение от количества вала двигателя;

- приводимые во вращение от воздушной или газовой турбины электродвигателя;

- с гидравлическим реактивным приводом.

Конструкция струйно-реактивной масляной центрифуги показана на рис. 14.5

К головке (1) с входным каналом (4) и выходным каналом (5) прикреплены купол (2) с брызгоотбойным кольцом (6). В ступице центрифуги (7) установлена вертушка (8) с плечами (9), в которые вмонтированы сопла (10). Крышка (11) и цилиндр (12) образуют вращающиеся корпус центрифуги, в котором размещены направляющие для организации движения потока масла. В нижней части центрифуги имеется всасывающий патрубок (14). Грязное масло поступает фильтр из масляной системы двигателя по каналу (4) и разбрызгивается соплами (10), в результате чего вертушка приводится во вращение. Стекающее вниз масло собирается в неподвижной части корпуса центрифуги (13) засасывается через патрубок (14) и проходя через каналы центрифуги очищается от взвешенных в нем примесей, которые отбрасываются к стенкам цилиндра (12). Для более тонкой очистки масло проходит через мягкую сетку (3) и по каналу (5) поступает в двигатель.

Очистка масла реактивными центрифугами от неорганических примесей происходит лучше, чем примесей органического происхождения. При прочих равных условиях их удаляется в 2÷3 раза больше, чем органических.

Особенно эффективно действие реактивных центрифуг при очистке масле с присадками: они в меньшей степени задерживают присадку, чем ФГО, а удаление центрифугами продуктов изнашивания, являются активными катализаторами окисления углеводородов масла, снижает скорость срабатывания присадок.

Вакуумная очистка масла.

Большинство установок для вакуумной очистки масел используют эффект испарения и дегазации предварительно нагретой исходной жидкости при пониженном давлении.

При этом эффективность осушки очень сильно зависит от площади поверхности этой жидкости.

Осушка и дегазация масла в установке (рис. 14.6) осуществляется с помощью тонкодисперсного распыления жидкости с помощью центробежной форсунки. Распыление масла осуществляется в вакууме. Поскольку эффективность испарения воды прямо пропорциональна площади поверхности и гидродинамическим условиям движения среды внутри капель, то распыление жидкости с помощью форсунки позволяет получить большую мелокодисперсность потока и поверхность испарения. Эффективность установки еще более повышается за счет впуска в нижнюю часть емкости осушенного разраженного воздуха. Это позволяет увеличить время падения капли и повысить эффективность испарения воды из капель масла.

В установке (рис. 14.7) используется принцип увеличения поверхности обрабатываемой исходной жидкости в системе скачков уплотнений возникающих при торможении сверхзвукового двухфазного потока. Процесс осушки и дегазации осуществляется в скачках уплотнений при торможении сверхзвукового потока равновесной газопарожидкостной смеси, воздаваемой в сверхзвуковом жидкостно-газовом эжекторе.

Нагретое до температуры 45°С мало под давлением 0,6÷0,8МПа со скоростью 30м/с по трубопроводу (3) с помощью насоса (2) вместе с атмосферным воздухом поступает через приемную камеру (5) соплового эжектора (4) в верхнюю часть емкости (1) давление в которой – 0,001МПа. Это вызывает активное выделение растворенных в масле газов и водяного пара. Количество атмосферного воздуха регулируется клапаном (7), а его давление измеряется манометром (6). Давление в баке (1) контролируется манометром (8). Воздух с каплями воды уходит в атмосферу (12) через трубопровод (9), клапан (10) и камеру (11) независимой эжекторной системы. Эта эжекторная система предназначена для вакуумирования бака (1) и соединена с его нижней частью трубопроводом (13) через клапан (14). По сливной магистрали с клапаном (15) очищенное масло удаляется в расходные цистерны.

Литература: [19], [1].

Вопросы для самопроверки:

1. Назовите методы очистки масел и сравните эффективность их применения.

2. От каких факторов зависит качество очистки методом фильтрации смазывающего масла?

3. Какие типы фильтров применяются в системах смазывания СДВС?

4. Какими показателями определяется качество фильтрации смазывающего материала?

5. Каков принцип действия фильтровально-вибрационного аппарата для очистки масла?

6. В чем заключается различия методов очистки масла посредством фильтрации и сепарации?

7. В чем заключается принцип действия центрифуг, используемых для очистки масел?

8. В чем заключается принцип действия вакуумных очистителей масла?