第5章 柴油機系統(tǒng)

1、第五章 柴油機系統(tǒng)第一節(jié) 燃油系統(tǒng)一、作用和組成燃油系統(tǒng)是柴油機重要的動力系統(tǒng)之一，其作用是把符合使用要求的燃油暢通無阻地輸送到噴油泵入口端。該系統(tǒng)通常由5個基本環(huán)節(jié)組成：燃油的加裝和測量、貯存、駁運、凈化處理、供給。 燃油的加裝是通過船上甲板兩舷裝設的燃油注入法蘭接頭進行的。這樣，從兩舷均可將輕、重燃油直接注入油艙。為了避免發(fā)生溢油到大海中的污染事故，在燃油注入管應有防止超壓設施。若用安全閥作為防止超壓設備，則該閥的溢油應排至溢油艙或其他安全處所。注入接頭必須高出甲板平面，并加蓋板密封，以防甲板上浪時海水灌入油艙。燃油的測量可以通過各燃油艙柜的測量孔進行，若燃油艙柜裝有測深儀表，也可以通過測

2、深儀表，然后對照艙容表進行。圖5-1示出某船舶的燃油裝載系統(tǒng)，對于各燃油艙的進出艙閥采用是遠距離控制開啟的液壓閥。因此除一般的截止閥要手動操作，其他液壓閥只要在集控室的裝載屏上操作即可。 加裝的燃油貯存在燃油艙柜中。對于重油艙，一般還裝設加熱盤管以加熱重油，保持其流動性，便于駁油。燃油系統(tǒng)中還裝設有調駁閥箱和駁運泵，用于各燃油艙柜間駁油。 從燃油艙柜中駁出的燃油在進機使用前必須經過凈化系統(tǒng)處理。燃油凈化系統(tǒng)包括燃油的加熱、沉淀、過濾和離心分離。圖5-2示出了目前大多數(shù)船舶使用的重質燃油凈化系統(tǒng)。從圖可以看出，通過調駁閥箱1，燃油被駁運泵從油艙送入沉淀油柜5，每次補油量限制在液位傳感器3與3之間

3、，自動調節(jié)蒸汽流量的加溫系統(tǒng)，將燃油加熱至適當溫度，加速油的沉淀分離并且可使沉淀油柜提供給供油泵7的油溫變化幅度很小。供油泵后設氣動恒壓閥9和流量控制閥9，以確保平穩(wěn)地向分油機輸送燃油，有利于提高凈化質量。燃油進入分油機前，通過分油機加熱器加溫，加熱溫度由溫度控制器10控制，使進入分油機的燃油溫度幾乎保持恒定。系統(tǒng)設有既能與主分油機串聯(lián)也能并聯(lián)的備用分油機，還設有備用供油泵，提高了系統(tǒng)的可靠性。分油機所分離出的凈油進入日用油柜15，日用油柜設溢流管。在船舶正常航行的情況下，分油機的分油量將比柴油機的消耗量大一些，故在吸入口接近日用油柜底部設有溢流管，可使日用油柜底部溫度較低、雜質和水含量較多的

4、燃油引回沉淀柜，既實現(xiàn)循環(huán)分離提高分離效果，又使分油機起停次數(shù)減少，延長分油機使用壽命。沉淀油柜和日用油柜都設有水位傳感器6、16，以提醒及時或自動放殘。燃油經凈化后，便可通過燃油供給系統(tǒng)送給船舶柴油機。近年來由于高粘度劣質燃油的使用，其預熱溫度大大提高。為避免在使用高粘度（700 mm2s）重油時因預熱溫度過高而汽化，出現(xiàn)了一種加壓式燃油系統(tǒng)，如圖5-3所示。在日用燃油柜與燃油循環(huán)油路之間增設一臺輸送泵，保證柴油機噴油泵進口處的燃油壓力為800kPa（循環(huán)泵出口壓力為1 Ma）左右，循環(huán)油路（回路）中壓力為400 kPa，防止燃油系統(tǒng)在高預熱溫度（如150）時發(fā)生汽化和空泡現(xiàn)象。二、主要設備

5、與作用1重油駁運泵 重油駁運泵的作用是將任一重油艙的重油駁至重油沉淀柜中進行沉淀澄清處理；在各重油艙之間相互駁運；特殊情況下可把重油艙中的重油駁至舷外。駁運泵一般使用齒輪泵或螺桿泵。 2重油的凈化處理設備 重油的凈化通常采用沉淀、分離和濾清等凈化處理措施。沉淀需在專設的沉淀柜（沉淀柜應設置兩個）中進行，按有關規(guī)定至少沉淀12h。為提高凈化效果，沉淀柜中的重油應預熱至5060，并可酌情加入泥渣分散劑和疏水劑，以使油中懸浮雜質易于沉淀。沉淀柜應定期放水排污。濾清由系統(tǒng)中的多個粗、細濾器和自動反沖洗濾器來完成。凈化處理的核心環(huán)節(jié)是離心分離，其主要設備是離心分油機。關于離心分油機，將在第三節(jié)進行更具體

6、詳細的介紹。3霧化加熱器和加熱溫度的控制重油使用前的預熱處理是保證柴油機正常運轉的重要措施，通常采用分段預熱的辦法。按有關規(guī)定應采用飽和蒸汽做加熱源。預熱蒸汽壓力不應超過0.68 MPa，以防重油中的焦炭析出沉淀在加熱器上。 霧化加熱器是一個重要的預熱設備。根據(jù)良好霧化的要求，重油進入噴油泵時其粘度應降低到1225mm2/s范圍內。在根據(jù)此霧化粘度確定霧化加熱器的預熱溫度時，還應再提高1015，以抵消噴油壓力及散熱對粘度的影響。為避免加熱后迅速積垢，預熱溫度不得超過150。 通常，在霧化加熱器出口裝設燃油粘度控制器（圖5-3中14所示）,測量燃油粘度的變化，并通過調節(jié)機構（如氣動薄膜調節(jié)閥）調

7、節(jié)蒸汽閥的開度，保證燃油粘度與設定的霧化粘度相符。另外為了保證更好的霧化質量，在系統(tǒng)中增加均質器（圖5-3中9所示）來對燃油進行顆粒細化。 三、燃油系統(tǒng)的維護管理 1燃油的加裝和測量、貯存 加裝燃油是一項十分重要的工作，作業(yè)時應特別細心。根據(jù)船上存油的牌號和數(shù)量，考慮下一航次的運輸任務，由輪機長提出加油數(shù)量和規(guī)格，經與船長商定后提出加油申請，電告公司主管部門。公司批復后與船舶代理聯(lián)系具體加油事宜。 按照加裝燃油程序，制定預加油計劃，開好加油前會議并作好記錄，落實好溢油應變部署。加油前二管輪和輪機長應掌握各油艙確實的存油品種和數(shù)量，盡量并艙，使新舊油分艙存放。加油油艙和數(shù)量確定后，再與大副商定，

8、確保船舶的平衡。二管輪檢查裝油管系，正確開關相關閥門，由木匠堵好甲板出水孔，對可能發(fā)生滲漏的地方要重點檢查。 正式開泵裝油前，二管輪應檢查供油方的供油質量和數(shù)量，記錄流量計的初始讀數(shù)，用驗水膏檢查油中含水情況。供油和受油雙方規(guī)定好聯(lián)系信號，以船方為主，雙方均應切實執(zhí)行。同時與供油方確定好供油速度。 裝油中，在油氣可能擴散到的區(qū)域應禁止吸煙和明火作業(yè)。泵開動后立即傾聽油流聲響和透氣管的出氣情況，確認油已進入預定的艙位。裝油人員要堅守崗位，嚴格執(zhí)行操作規(guī)程，勤于測量，掌握裝油進度，防止跑、冒、漏。 停止裝油時應關好有關閥門。拆除輸油軟管時，應事先用盲板將管口封好或采取其他有效措施，防止管內存油倒流

9、入海，產生污染。重新測量各艙柜存油數(shù)量，并根據(jù)溫度修正系數(shù)核對供方加油實際數(shù)量，索取油樣并當場作好鉛封，以備發(fā)現(xiàn)問題時能有據(jù)可查。加裝燃油不得超過艙柜的85%。 除加裝燃油時需測量油艙外，每航次開始和結束都要實測油艙燃油存量，并予以記錄。測量時要注意船舶前后吃水差，對照艙容表計算。 在燃油的貯存中應注意不同牌號的同一油品以及不同加油港加裝的同一牌號燃油不可混艙，必要時需進行試驗。 當兩種不同的油混兌使用時，最大的問題是它們的不相容性。當混兌后發(fā)生不相容情況時，往往會發(fā)生化學反應，大量瀝青質、淤渣析出，造成堵塞和主機燃燒不良，大量冒黑煙。嚴重時會引起柴油機運行困難。2燃油加熱溫度的選擇 對燃油（

10、尤其是重油）進行加熱是一項十分重要的工作，海船上大多用蒸汽加熱，為確保安全規(guī)定使用飽和蒸汽。加熱溫度隨使用粘度要求而異，一般采用分段加熱法。燃油艙中加熱是為了便于駁運，因此應確保油管出口附近燃油不發(fā)生凝固為原則，將油艙加熱至1520，出口附近為3540即可。在沉淀柜中，要加熱到5070（要比閃點低一定溫度）以提高沉淀效果。為了提高分離效果，分油溫度不能太低，也不能太高，對于重油，最高溫度不準超過98。在日用油柜中，重油溫度應保持在7080。為使噴入氣缸中的燃油有合適的溫度以確保燃燒完善，對噴油泵前的燃油加熱十分重要。對中低速柴油機而盲，霧化加熱器的加熱溫度應使重油粘度降至1225 mm2/s。

11、考慮到壓力增高會使粘度增大，以及經管路到噴油器有溫度降，加熱溫度應再提高1015，一般加熱到100150。以上各處的加熱溫度可以通過蒸汽量來調節(jié)。 3確保燃油清潔 主要是在營運中認真掌握好沉淀、分離、過濾等凈化環(huán)節(jié)。定期對沉淀柜和日用油柜進行排污放水，保證油柜清潔，定期清洗燃油濾器。特別是在大風浪天，要增加放殘次數(shù)和燃油濾器的清洗次數(shù)?？筛鶕?jù)燃油流經濾器前后的壓力差來判斷濾器的工作情況：若壓差增大超過正常值，表明濾器已變臟堵塞，需立即清洗；若無壓差或壓力差變小，則表明濾網破損或濾芯裝配不對，需立即拆卸檢查。 4系統(tǒng)放氣 燃油系統(tǒng)中容易積氣，氣往往聚集在系統(tǒng)的高處。系統(tǒng)有氣后會造成供油壓力波動，

12、甚至無法供油而停車。油柜上都有透氣管，燃油供給系統(tǒng)又是封閉系統(tǒng)，在正常運轉中一般不會有空氣進入燃油供給系統(tǒng)。系統(tǒng)中的氣大部分是清洗濾器或維修管路時進入的，也可能在停機過程中，由噴油泵偶件間隙進入。因此，清洗完濾器和維修管路后應注意充油驅氣。 5換油時的正確操作 當船舶需要較長時間的停泊或燃油管系中某些設備需要拆卸時，應在柴油機停車前改用輕柴油，以便把管系和設備中的重油沖凈。此外，當柴油機處于機動操縱狀態(tài)時；為使柴油機具有機動性能（特別是起動性能），最好也使用輕柴油，而船舶正常航行后應使用重油，以提高經濟性。這種在柴油機運行中進行的輕、重油轉換操作稱為換油。換油操作的基本原則是防止油溫突變，以避

13、免噴油泵柱塞卡緊或咬死。由重油換為輕油時：首先關閉燃油霧化加熱器的加熱閥，再關掉粘度計，隨后切斷燃料油，同時接通柴油。集油柜中使原來的燃料油和新注入的柴油逐步混合稀釋。由于稀釋粘度比油溫下降得快。所以不需再加溫。最后燃油管道、低壓燃油輸送泵；燃油霧化加熱器、回油管充滿柴油，以供下次起動。由輕油換為重油時首先必須將燃料油日用柜加熱至使用狀態(tài)，同時略為開啟燃油霧化加熱器使柴油溫度上升至40以上，隨后再切斷柴油，接通燃料油。要在消耗完系統(tǒng)內柴油的時間內將燃油 205表一 某船舶的加油計劃加油計劃船名：xxx 主管人員：xxx 起止時間： 加油小時數(shù)； 加油總數(shù)：F.O.： 970 M3 D.O.：

14、10 M3 L.O.： 0 M3加油速率：建議速率：300 M3/時 建議速率：300 M3/時 完成速率（滿艙時）：200 M3/時艙名序號油艙參數(shù)加油前計劃加油艙順序加油計劃加油后深度M艙容M3油種名稱油液高度M存油量M3油種名稱油液高度M液面至艙頂余隙高度加油量M3占艙容%油液高度M液面至艙頂余隙高度存油量M3占艙容%本次添加油量DOTK4.44187MDO0.9930.751MDO1.462.891046.84%No.2 F.O.TK4.862630IFO3800.73289.562IFO3801.082.8813067.55%W.P.TK13.2604IFO3800.010.33IF

15、O38010.302.90427.570.78%W.S.TK13.17562IFO3800.010.33IFO38010.307.87412.573.40% 時間： 溫度加熱至燃料油霧化要求的溫度。 近年來推出的船舶中、低速柴油機，無論是主機還是付機，在燃油系統(tǒng)中都采用了能夠使燃油經過噴油泵、噴油器循環(huán)流動的設計。在正常使用時，不論是在靠離碼頭、錨泊、航行在狹窄水道，廠家要求使用重油這一種單一燃料，而不再進行換油操作。除非柴油機預計停車較長時間，否則不必換用輕油。第二節(jié) 低質燃油的使用和降速運行低質燃油泛指品質低劣、使用困難，價格低廉的船用燃料油。（俗稱重油）。通常低質燃油即指前述的“中間燃料

16、油”及“殘渣油”。船舶柴油機使用的低質燃油（重油）多為“中間燃料油”。目前，隨著石油煉制工藝的發(fā)展，低質燃油的品質正在逐年下降，對柴油機提出了愈加苛刻的要求。 一、低質燃油的特點 低質燃油有下列突出特點： （1）密度大 劣質油密度可高達0.941.06g/cm3。由此造成燃油凈化和霧化困難，同時油滴燃燒時易產生熱裂，導致機件結炭增多。 （2）粘度高 低質燃油粘度約在502000mm2/s之間。由此造成燃油貯存、輸送、凈化和霧化的困難。 （3）成分復雜低質燃油含有較多的水分、灰分和硫、釩、鈉、硅、殘?zhí)康入s質。油中的雜質加劇了柴油機燃燒室部件和噴油設備元件的腐蝕和磨損。表52示出國際內燃機學會（C

17、IMAC）發(fā)表的K55燃料油的技術條件。 K55燃料油技術條件 表5-2粘度（mm2/s）密度（g/cm3）殘?zhí)浚?）硫分（%）灰分（%）水分（%）釩（ 10-6）鋁（10-6）7001.012250.2160080 （4）發(fā)火性差 低質燃油CN值很低（一般為25左右）。滯燃期i長，燃燒持續(xù)期長，排氣溫度tr值偏高，且因燃燒不完全，其be和煙度均有所增加。 二、低質燃油的使用 1使用低質燃油的意義 低質燃油的使用是船用柴油機發(fā)展中的一項重要技術成就。使用這種燃油可以大幅度降低船舶營運成本，同時可以合理使用石油資源。自20世紀70年代以來，由于柴油機燃油大幅度漲價，燃油費用支出約占船舶營運成本的

18、50%，使船用柴油機使用低質燃油成為一項普遍采用的技術。目前，不但船用低速柴油主機使用低質燃油，而且船用中速柴油機（主機和發(fā)電柴油機）也使用低質燃油。 2柴油機使用低質燃油后出現(xiàn)的技術問題 使用低質燃油時，如果處理不當則會導致以下不良后果： （1）影響噴油設備正常工作 增加噴油設備的機械負荷和熱負荷，引起噴油設備偶件過度磨損、腐蝕、噴孔結炭、變形等故障。 （2）燃燒性能惡化 低質燃油霧化困難，自燃性差，使燃燒性能惡化，最高燃燒壓力降低；后燃嚴重，排氣溫度增高，排氣煙度增加，缸內結炭嚴重。 （3）損壞主要部件 低質燃油中的灰分、機械雜質、結炭以及燃油裂化使用的含硅、鋁的催化劑等，都會使缸套和活塞

19、部件發(fā)生異常顆粒磨損；低質燃油中的高硫分和高鈉、釩含量所產生的低溫腐蝕與高溫腐蝕將使缸套、軸承、排氣閥、閥座、渦輪增壓器等發(fā)生嚴重的腐蝕磨損，加劇部件損壞。 （4）加速曲軸箱內滑油變質 含硫氧化物的燃氣漏入曲軸箱，將使曲軸箱滑油迅速變質并腐蝕有關軸承。 三、使用低質燃油時的管理技術要點 1低質燃油的預處理 預處理指低質燃油進入噴油泵之前所進行的預熱、凈化、添加有關添加劑等技術措施。預處理的目的是改善低質燃油的貯存、駁運和使用性能，以滿足柴油機工作的需要。 （1）預熱 采用分級預熱方法是為滿足低質燃油在輸送、凈化和霧化等環(huán)節(jié)中的不同使用要求。預熱溫度應以滿足其粘度要求為準，因而對不同粘度的低質燃

20、油，其預熱溫度不同。表5-3示出燃油系統(tǒng)中各部位的預熱溫度。如重油貯存柜中的預熱溫度為3038；為保證霧化質量要求，噴油泵處的燃油粘度應為1225mm2/s，據(jù)此，可從重油的粘溫曲線上查出相應的預熱溫度值。按我國有關規(guī)定，燃油預熱應使用飽和蒸汽（蒸汽壓力不應超過0.68MPa）作為預熱熱源以防重油中的焦炭析出沉淀在加熱器中。在小型船舶上也可采用電加熱。目前，船用柴油機使用的低質燃油其霧化加熱溫度的上限為150。為防止預熱溫度高使燃油汽化中斷供油，在現(xiàn)代船用柴油機中采用加壓式燃油系統(tǒng)（燃油輸送泵壓力達1.6MPa）。 預熱溫度推薦值 表5-3名稱預熱溫度（）180 mm2/s400 mm2/s重

21、油儲存柜3038重油沉淀柜6060重油日用柜708080分油機加熱器8598霧化加熱器115125130140 （2）凈化 燃油的凈化包括沉淀、濾清和分離。沉淀應在沉淀柜中沉淀至少12h，并在柜底定期排污以達初步凈化的目的。濾清是燃油凈化的重要環(huán)節(jié)，由分布在燃油系統(tǒng)中的粗、細濾器完成。在噴油器入口處還可設置高壓縫隙式濾器對燃油進行最后濾清。離心分油是凈化燃油的主要有效手段，當凈化低質燃油時應使用兩臺分油機串聯(lián)布置（第一級為分水機，第二級為分雜機），并正確選擇比重環(huán)、分油預熱溫度、排渣時間以及最佳分油量（30%50%）標定分油量，以確保分油質量。對于密度大于991 kg/m3的劣質燃油，建議使用

22、LAVAL FOPX燃油分離系統(tǒng)分離。（3）添加劑在低質燃油中加入各種添加劑以改善低質燃油的有關性能，如表5-4所示。 （4）乳化 在燃油中摻水并使之成為油包水的乳化液，可改善低質燃油的燃燒性能，減少缸內結炭。燃油乳化可采用均質器，它可以使油中的水和雜質顆粒細化與均質化，以改善燃燒，減輕磨損。但此項均質技術因各種雜質顆粒在燃燒中的聚合而加速磨損，未能廣泛使用。 低質燃油使用的添加劑 表5-4種 類成 分作 用助燃劑銅、鐵、鋁的金屬鹽 鋇的有機化合物 磷系化合物助燃并中和硫化物，減輕煙度剝離炭渣分散劑高分子化合物 各種界面活化劑分散油中的炭渣和瀝青防止油中的海水氧化油水界面抗蝕劑氫氧化鎂懸濁液

23、堿土金屬鹽懸濁液防止硫酸的低溫腐蝕防止鈉、釩的高溫腐蝕十六烷值增長劑亞硝酸戊脂、過氧化丙酮提高燃油的十六烷值降凝劑烷基萘、高分子化合物降低凝點 2.柴油機的運行管理 （1）燃油管理 加強對低質燃油質量的檢查（如加油時留樣、送檢等），尤其應防止不同牌號的燃油或相同牌號而不同港口的燃油混艙，以避免兩種油品中懸浮的瀝青分發(fā)生凝聚而生成油泥沉淀物，即所謂燃油的不相容性。此時燃油變質產生大量油泥物，影響柴油機正常工作，如供油管路堵塞、分油機油泥過多、噴油設備咬死、排氣冒黑煙等。在船舶機動操縱時，應換用柴油。 （2）噴油設備的調整 適當增大噴油提前角，保證在上止點附近發(fā)火以及最高燃燒壓力的數(shù)值及相位正常；

24、適當提高噴油器啟閥壓力以保證霧化質量；注意噴油器霧化質量。 （3）氣缸潤滑 選用堿性氣缸油以中和硫酸。氣缸油的堿值（BN）應與燃油的硫分相適應，并酌情增大氣缸油注油率。 （4）冷卻水溫度的調節(jié) 注意調節(jié)并控制各冷卻部位的冷卻溫度。防止因過熱引起高溫腐蝕以及因過冷而引起低溫腐蝕。在低負荷運轉時應適當提高進氣溫度和淡水冷卻溫度。 （5）增壓系統(tǒng)、換氣系統(tǒng)的管理 排氣閥與閥座易因高溫腐蝕而迅速損壞，廢氣渦輪增壓器的噴嘴環(huán)、工作葉輪以及壓氣機葉輪等易發(fā)生結炭、堵塞、燒損、腐蝕，應定時檢查與清洗；空冷器；掃氣箱與氣口易發(fā)生污染、堵塞，應定期檢查與清洗。 3.改進部件結構，提高摩擦表面的工作性能 采用鍍鉻

25、、氮化等工藝提高缸套、活塞環(huán)、活塞環(huán)槽表面的硬度，以改善其耐磨性；改進噴油器頭部結構，加強冷卻效果以防噴孔周圍結炭。十字頭式柴油機氣缸下部裝有橫隔板，改進活塞桿填料函的結構并加強管理，以防燃燒產物落入曲軸箱使滑油變質。 四、降速運行及其優(yōu)化調整 降速運行是節(jié)能（油）以降低船舶營運成本的行之有效的技術措施。按不同船舶及貨源情況選用75%80%nb（標定轉速）作為長期運轉轉速，相應運轉功率約為40%50%Pb。此時船舶航速雖相應降低，但降低幅度不大，而主機燃油耗量降低幅度較大。如上例，航速降低約20%而主機油耗量降低達50%。 但由于柴油機長期處于低負荷運行，偏離其最佳工況太多，必然使柴油機燃燒惡

26、化，故障較多，如磨損加劇、缸內大量結炭等，使柴油機的有效油耗率be增加，可靠性降低。為改善柴油機低負荷運行時的運行性能，使降速運行節(jié)能技術更加完善，通常在采取降速運行時，均對柴油機進行相應的優(yōu)化調整措施。這些優(yōu)化調整措施主要有： （1）適當增大氣缸壓縮比，如在連桿大端處加調整墊片，保證壓縮終點良好的熱狀態(tài)。 （2）適當增大噴油提前角，保證足夠高的最高燃燒壓力。 （3）采用小噴孔節(jié)能型噴油器（孔徑減小，孔數(shù)稍有增多，但總流通面積降低），提高啟閥壓力等以提高霧化質量。 （4）適當減少氣缸油注油量，除可減少氣缸油消耗外，尚可降低缸內積炭與結焦現(xiàn)象。 （5）保證缸套、噴油器等正常冷卻，調整空冷器后增壓

27、空氣溫度，防止因過分冷卻而產生低溫腐蝕。 （6）改善增壓與掃氣系統(tǒng)。如適當減少噴管環(huán)通流面積，以提高增壓器轉速，調整氣閥定時等。（7）加強對柴油機的維護管理，如酌情縮短吊缸周期，加強對增壓器的維護與保養(yǎng)等。第三節(jié) 離心式分油機圖5-4 分油機構造原理圖1-污油進口；2-凈油出口；3-污水出口；4-水封水、沖洗水進口；5-向心水泵；6-比重環(huán)；7-向心油泵；8-小鎖緊圈；9-分離筒蓋；10-頂蓋；11-進口管；12-大鎖緊圈；13-排渣口；14-分離筒本體；15-活動底盤16-滑動圈；17-分離盤架；18-分離盤片；19-立軸鎖緊螺母（將軍帽）；20-配油錐體；21-立軸；22-泄水孔；23-開

28、啟水入口；24-密封水入口；25-彈簧；26-彈簧座；27-甩水盤；28-配水盤。通過前面的章節(jié)學習，我們了解到燃油中如果含有硬質固體顆粒物會影響燃油的霧化和燃燒。同時，這些硬質固體顆粒物會加劇缸套內部的磨損、引起排氣系統(tǒng)的堵塞等。因此，在燃油進機使用之前必須要通過凈化處理，除掉固體顆粒物和水。船上對燃油凈化分離的主要措施有沉淀、過濾和離心分離。在沉淀柜中靜置一定的時間后，燃油中大部分的水份和雜質分層，從燃油中分離出來。濾器過濾可以分離出燃油中懸浮的固體顆粒。但是，沉淀分離時間較長，分離效果不佳，濾器分離不能分離燃油中的水份。因此，需要一種既快速又有效的分離方法離心式分油機應運而生。1. 離心

29、式分油機的分離原理我們知道，未經凈化分離的燃油由純油、水分和機械雜質組成，它們的密度各不相同，其中，純油的密度最小，機械雜質的密度最大，水分的密度居中。沉淀分離就是利用這一特點實現(xiàn)的，當燃油在沉淀油柜中靜置時，在重力的作用下，密度最大的機械雜質會聚集在油柜的底層，其上是水，純油則浮在水的上面。但是，燃油是粘性液體，水滴和固體小顆粒在其中運動時受到粘滯阻力，僅僅依靠各自的重力來分離水分和雜質，所需要時間長，效果也不好。圖5-5 雜質分離原理如果把燃油置于高速回轉的分離筒中，燃油隨同分離筒高速旋轉，燃油中的純油、水分和機械雜質便處在離心力場中。與沉淀分離利用重力場一樣的道理，油、水和雜質所產生的離

30、心慣性力各不相同，就會沿著離心力的方向分層。機械雜質的離心慣性力最大，留在分離筒的外圈；純油的離心慣性力最小，匯聚在轉軸附近；水分則位于兩者之間。機械雜質、水分、純油的離心慣性力要比本身的重力大幾千倍，使用離心分油機凈化分離可以縮短燃油凈化時間，提高凈化效果。圖5-4示出了分油機的構造和工作原理。圖5-6 油水分界面分離筒是分油機的核心部件，它由分離筒本體、滑動底盤、分離筒蓋、分離盤架和分離盤片等組成。分離筒本體由立軸鎖緊螺母固定在立軸上，隨同一起高速回轉，轉速一般在6000rpm以上。真正起到分離作用的是分離筒內的分離盤片，若干不銹鋼的分離盤片疊套在盤架上，隨同分離筒本體高速轉動。分離盤片呈

31、錐形，其中心角在60-100之間，厚度約0.4-1.5mm，盤間距約0.5-1.0mm。在分離盤的外周開有一圈分配孔，待分離的燃油由此引入分離盤片間進行分離。當燃油進入分離盤片之間時，在分離盤片上的徑向筋條的作用下隨分離盤一起高速回轉，根據(jù)離心力的不同，分離筒內的燃油按照油、水、雜質分隔成三圈不同的區(qū)域：雜質在最外圈靠近分離筒蓋與活動底盤的接觸面位置；分離后的凈油則留在分離筒的中心區(qū)域；分離出來的水處于兩者之間。由于燃油凈化分離是一個連續(xù)的過程，因此需要把三種分離產物送到不同的接受裝置內：被凈化的燃油經向心油泵排出，水流經頂蓋上邊緣通過向心水泵排出，而機械雜質在排渣期間通過排渣口排出。分油機根

32、據(jù)用途不同可以分成分水機（purifier）和分雜機（clarifier）兩種。分水機主要用來分離兩種密度不同的液體，他也能分離出大顆粒的雜質；分雜機主要用來分離液體中的固體雜質。兩者在結構上的區(qū)別僅僅在于分雜機的盤架不帶分配孔，同時沒有污水出口管路。因此，只要進行適當?shù)母鼡Q，就可以實現(xiàn)改裝。為了進一步了解燃油分離原理，有必要對分雜機和分水機的工作情況作簡要分析。1) 雜質在分離筒內的運動軌跡分析如圖5-5所示，設燃油中有某一雜質顆粒A，被分離筒帶動高速回轉時受到離心慣性力的作用，在克服了液體對他的粘滯阻力之后，產生了向外運動的分離速度Vr，可用下式表示： m/s 式中，雜質和純油的密度差（k

33、g/m3）；d雜質的直徑（m）；分離盤的旋轉角速度（1/s）；R分離盤的半徑（m）；燃油的動力粘度（PaS）。由此可見，分離速度Vr與雜質和油的密度差、雜質顆粒的大小的平方、分離盤旋轉角速度的平方以及分離盤的半徑成正比，與油的動力粘度成反比。分離速度Vr與油沿盤片運動的速度V1的合成速度方向即為雜質顆粒運動的方向，V1在靠近盤片的位置基本等于零，所以雜質顆粒運動的軌跡為1-2-3-4-5-6。2) 油水分界面在高速旋轉的分離筒中，由于雜質、油和水的密度不同，大顆粒的雜質和水滴在進入分離盤空間后，在離心慣性力作用下被甩向外邊；一部分雜質和水滴被燃油液流帶向轉軸中心，經過與分雜機相同的運動軌跡，沿

34、分離盤的下表面被分離出來；干凈的燃油由于分離速度小則沿分離盤的上表面流至轉軸中心處，再由排出口離開分離筒。如圖5-6所示即為三種物質分離后的位置和走向。分離后的凈油和污水兩種液體之間出現(xiàn)的分層面稱為油水分界面。分界面以內的空間被油占據(jù)，分界面以外的空間為水和雜質。由于分油是一個連續(xù)的過程，因此，待分離的燃油會不斷地從中心進入，分離后的凈油和污水從各自的通道不斷引出，油水分界面實際上是一個動態(tài)的壓力平衡面。油水分界面的位置十分重要，它直接影響燃油的分離質量，在分油過程中，應保持油水分界面處于分離盤的外邊緣與頂盤的外邊緣之間。若油水分界面向內（轉軸中心方向）移動進入分離盤組件，則造成分離盤組件阻塞

35、，水滴和細小雜質顆粒被油攜帶從凈油出口跑出，降低了分離效果，俗稱“油中帶水”。若分界面向外移動，一方面會降低從水中分離油的效果，從而造成水中帶油，另一方面有可能造成燃油由出水口流出，即出水口跑油。影響油水分界面位置的因素很多，包括油的密度、分油溫度、分油速度、重力盤的內徑等。其中重力盤（比重環(huán)）的內徑在實際應用中影響最大，如圖5-6所示，在分離筒中，油和水構成了一個連通器。若油水分界面水側的壓力大于油側的壓力，則分界面要內移，反之則外移。只有當兩者壓力相等時，分界面才保持穩(wěn)定，可以得到以下關系式。 式中：D1出油口直徑（mm），固定不變； D2一出水口直徑（mm），同時是重力盤的內徑，可以選擇

36、； D3油水分界面的直徑（mm）； E分離狀態(tài)下水的密度與油的密度的比值。由上式可知，為了使油水分界面總是處在最佳位置（即保持D3值基本不變），當待分離的油發(fā)生變化時（E值發(fā)生變化），可以求出重力盤的內徑D2，在船上每臺分油機均附帶有一套不同內徑的重力盤，根據(jù)所求D2的值更換適當?shù)闹亓ΡP。根據(jù)D2與E的關系可知，所用燃油的密度愈大，所選用的重力盤的內徑應愈小。一般選取重力盤的原則是：在不破壞水封的前提下，應盡量選用內徑大一些的重力盤。3) 水封水由于燃油中含有的水分極少，一般只有1-2。如果靠燃油離心分離產生的水分來形成油水分界面，顯然是不太現(xiàn)實的。通常在分離筒密封以后，分油進油之前，往分油機

37、中通入一定量的淡水，這些水便是水封水。水封水在離心力的作用下首先占據(jù)分離筒的外圍空間，通入水封水的目的就是在油水分界面附近預先形成一道屏障，阻止燃油在離心力作用下進入油水分界面的外部空間。當分油機開始分油以后，燃油產生的壓力與水封水的壓力會找到新的平衡位置，也就是實際的油水分界面位置。之后，從油中分離出來的水不斷進入水封水的空間，把原來的部分水擠出分油機；分離出來的雜質則可以穿過水封水跑到分離筒的最外圍；而分離后的凈油則被水封水堵在油水分界面內部空間，不斷被油向心泵泵離分油機。由于水封水在整個分油過程中擔負密封燃油的作用，因此，一旦水封水遭到破壞，就可能影響油水分界面的位置。常常遇到的現(xiàn)象是油

38、水分界面外移，燃油進入水封水的空間，并隨著水封水一起由出水口跑出，即出水口泡油。2. 離心式分油機排渣原理圖5-7 密封水和開啟水分油機在分油工作時，分離出來的雜質在離心力的作用下被甩到分離筒內的最外側，并在那里不斷聚集，一定時間以后，這些雜質需要排出分離筒，這個過程稱為排渣。分油機的排渣操作在以前是通過人工實現(xiàn)的：先停分油機運轉，然后打開分離筒，從里面把雜質清除出來。現(xiàn)在分油機排渣都是在分油機運轉狀態(tài)下實現(xiàn)的，利用分油機轉動產生的離心力把雜質甩出分離筒。分離筒的滑動底盤一般設計成可以上下運動，如圖5-4所示，在正常分油過程中，滑動底盤15下部的密封水向上壓緊滑動底盤，使其與分離筒蓋保持密封；

39、當分油機需要排渣時，通過往滑動圈上部導入開啟水，依靠開啟水的壓力克服滑動圈下部彈簧的壓力使滑動圈向下移動，打開分離筒本體上的泄水孔，滑動底盤下部的密封水通過泄水孔跑掉，滑動底盤就會在自身重力和分離筒內液體壓力的作用下下行，與分離筒蓋分離，雜質在離心力的作用下，通過排渣孔離開分離筒。在排渣過程中，滑動圈上的開啟水通過泄水孔22慢慢泄放，由于泄水孔22設計得非常小，所以滑動圈上部的開啟水能夠保持一定的壓力克服滑動圈下部彈簧的壓力。在排渣將有結束時，由于開啟水停止供應，滑動圈上部的開啟水將慢慢泄放掉，滑動圈在下部彈簧壓力的作用下上行，堵住分離筒本體上的泄水孔，當再次導入密封水時，依靠密封水的壓力可以

40、使滑動底盤上行封住排渣孔，保持分離筒的密封。在操縱分油機進行密封和排渣工作時，是通過控制外部工作水來實現(xiàn)的。如圖5-7所示，水管24導入的是密封水，水管23導入的是開啟水。它們通過不同的路徑進入配水盤28，然后分配到不同的位置：密封水通過甩水盤上的導水孔進入滑動底盤的下部，開啟水通過甩水盤進入滑動圈的上部。由于甩水盤是固定在分離筒本體上的，隨著分離筒本體一起轉動，而配水盤固定在底座上不能轉動，因此，密封水和開啟水依靠離心力的作用流動。兩者之間并沒有密封，完全依靠設計上的差異實現(xiàn)水的分配，如圖5-7所示，可以看出密封水在配水盤的出口位于距離轉軸中心X2處，而開啟水在配水盤的出口位于X1處。配水盤

41、的不動與甩水盤的轉動形成相對運動，這樣配水盤同時又相當于一個向心泵，當密封水引入時，密封水在離心力的作用先占據(jù)滑動底盤下部的外部空間，并逐漸占據(jù)靠近轉軸中心的空間，當完全占據(jù)以X2為半徑的圓周外部空間時，多余的密封水將會在“向心泵”的作用下通過密封水管24導出，這樣密封水始終處于X2圓周以外，不會進入圓周以內。相同的道理，當引入開啟水時，開啟水將會在離心力的作用下進入滑動圈的上部，同時保持在X1圓周以外。部分開啟水可能進入密封水的通道內，但密封水決不會進入開啟水的通道內，如此實現(xiàn)了兩者之間的隔離。圖5-8 國產DZY-50型手控自動排渣分油機1-盤架；2-頸蓋；3-重力盤；4-小鎖緊環(huán)；5-分

42、離筒蓋；6-分離盤；7-主鎖緊環(huán)；8-活動底盤；9-分離筒本體；10-塑料堵頭；11-滑動圈；12-復位彈簧；13-彈簧座；14-分流圈；15-固緊螺母；16-立軸；17-配水盤；18-內管；19-外管；20-控制閥3. 典型分油機介紹1） 國產DZY-50型手控自動排渣分油機圖5-8為國產DZY-50型手控自動排渣分油機的分離筒和手控自動排渣系統(tǒng)的結構圖。由圖可見，這種分油機的基本結構、分離原理和非自動排渣的基本相同。下面介紹一下手控自動排渣動作原理。在分離筒高速轉動的情況下，滑動本體下部的工作水作用半徑大于上部油水的作用半徑，同時水的密度大于油的密度，因此底盤下方的壓力大于底盤上方的壓力，

43、從而使活動底盤可以緊壓在分離筒蓋上，保持分離筒的密封（圖左半部），這種狀態(tài)為分油作業(yè)狀況。當需要排渣操作時，把活動底盤下部空間的工作水放掉，則在上部水封水的壓力下，活動底盤下移打開排渣孔，污渣和水封水就靠離心慣性力的作用自動從排渣孔中甩出（圖右半部）。為了控制分離筒的開啟和封閉，設有滑動圈11、配水盤17，內外接管18和19以及控制閥20等組成的配水系統(tǒng)。工作水由一專設的高位水箱供給，水箱應置于控制閥20上面l.53.0米高處?？刂崎y的表盤上刻有“開啟”、“空位”、“密封”、“補償”四個位置（DE-LAVAL型分油機相應的是1、2、3、4四個位置），現(xiàn)在按四個位置來說明配水系統(tǒng)的構造和工作原理

44、。I. 分油機停止不用時，控制閥20處于“空位位置。此時分離筒已經打開，活動底盤5在最低位置，控制閥20切斷了通往內、外接管18和19的工作水，整個分離筒內無水，滑動圈11在底部彈簧12（共16只）的作用下上移，并用它上面的塑料堵頭10封住裝在分離筒本體9上的三個泄水通道，從而將通道F堵死。II. 當要進行分油作業(yè)時，啟動分油機，待達到額定轉速后，將控制閥20按逆時針方向轉到“密封”位置，此時工作水通入外接管19，而內接管18與控制閥20上的指示管K接通。大量的工作水由外接管19經導水座和配水盤17上的四個孔進入分流圈14中，在離心慣性力的作用下經本體9上的一個孔進入活動底盤8的下部空間。在工

45、作水由離心慣性力形成的壓力下，活動底盤8上移，壓緊分離筒蓋5并封閉分離筒。隨著工作水的不斷進入，水環(huán)的內緣逐漸向轉軸中心靠攏，在充滿活動底盤的下部空間后，分流圈14中的水環(huán)內緣先到達配水盤17圓周上的孔D，并通過內接管18從指示管K中流出，這就表示分離筒已密封好，此時應迅速將控制閥20轉至“補償”位置開始分油作業(yè)。圖5-10 排渣前的驅油過程III. “補償”位置就是進行分油作業(yè)的位置。這時，工作水經由控制閥20通人內接管18和配水盤17上的一個孔D。在分油過程中，若活動底盤8下部空間的工作水因漏泄而減少，工作水就能自動從孔D流入底盤下方進行補充，以保持分離筒的有效密封。在正常情況下，分流圈1

46、4中的水環(huán)內緣停留在配水盤17的外邊緣處（圖中半徑R3），向里直到轉軸16的空間內則無水。這是因為高置水箱中工作水的靜壓力與配水盤17孔D外線處因離心慣性力而形成的壓力相平衡，因此，雖然水的通道已經溝通，但工作水卻不會流入分流圈14。而當?shù)妆P下方的工作水減少時，水環(huán)的內緣就離開孔D的邊緣向外移動，于是工作水經孔D自動補給。工作水不能從船上的淡水壓力柜接管子補充，因此，保持高置水箱所要求的高度（1.53.0 m）很是重要。IV. 當要排渣時，先關閉分油機的進油閥，向分離筒內充入水封水將油排光，待分離筒中的燃油全部排光后，再把控制閥20轉到“開啟”位置。此時，工作水經控制閥20與外接管19和配水盤

47、上的四個孔相通。孔的出口在配水盤17的上表面，距離轉軸中心最近（即半徑R5最?。?。水從孔進人后，就使分流圈14中的水環(huán)內緣從配水盤的外邊緣向里移至孔處。這樣，工作水就能沿配水盤17的下表面溢過分流圈14底面的邊緣（到達半徑為R4處）而進入通道M，并在離心慣性力的作用下到達滑動圈11的上部空間。分離筒本體9上有小孔G，它因直徑甚小而有節(jié)流作用，因此到達滑動圈11上部的工作水不能迅速經由G孔排掉，于是也從外向里逐漸形成水環(huán)。當水環(huán)的內緣向里到達進水孔M的節(jié)圓半徑處時，水環(huán)因離心慣性力而形成的壓力已足以克服滑動圈下部的彈簧力而將滑動圈11壓下。這樣，三個通道F同時被打開，活動底盤8下部空間的工作水經

48、孔F到達滑動圈下部，再靠離心慣性力從本體9與彈簧座14的縫隙中間甩出?；顒拥妆P下部空間減小，在分離筒內水封水的壓力下，底盤下移并打開本體壁上的一圈排渣孔L，積聚在分離筒內的污渣即連同水封水一并從排渣孔排出。這時可聽到排渣的沖擊聲，通過排污管觀察鏡亦能看到有污渣排出。圖5-9 MMPX分油機結構原理圖1-水柜；2-分離筒心軸；3-操縱滑盤；4-活動底盤；5-分離盤；6-凈油出口向心泵；7-重力盤；8-重相蓋；9-凈油出口；10-污油進口；11-水封水入口；12-污水出口；13-開啟水V. 排渣完畢后，將控制閥20轉到“空位”位置。這時，控制閥20切斷了全部工作水的通道。殘存在滑動圈11上部的工作

49、水經過小孔G逐漸排出，滑動圈在下部彈簧12的作用下上移，又重新封住本體9上的三個通道F，為下一次密封分離筒做好準備。在操縱時，應使控制閥20在“空位”位置至少停留56S，使工作水全部放空，再轉到“密封”位置。停機不用時，應將控制閥20放在“空位”位置。必須指出，孔G直徑甚小，很容易被人們忽視，它若被堵死，滑動圈11上部的殘水就無法排光，滑動圈無法恢復原位，分離筒也就無法封閉。同時，工作水應保持潔凈，以防生成水垢或混入泥沙、鐵銹或其它雜物，這對分油機的正常運行也是非常重要的。2） 阿法拉瓦MMPX型部分排渣全自動分油機上述自動排渣分油機，在排渣時將分離筒內所有的渣、水和油全部排光，故也稱為全排型

50、分油機。這種排渣方式雖然在排渣前要經歷以水驅油過程，但由于不可能把油全部驅走，因此每次排渣都會損失一些燃油。若采取措施，在分離筒中的物質未排光前就把排渣孔封死，使之只排出殘渣的大部分，這便是部分排渣分油機。圖5-9為阿法拉瓦MMPX分油機的結構原理圖。這種分油機和上述手控自動排渣分油機分離原理相同，都帶有重力盤，但在結構上又有許多不同之處。MMPX型分油機的工作水分為補償水和開啟水兩部分。補償水在操縱滑盤3腰部形成水環(huán)，將操縱滑盤向上頂起，使操縱滑盤上的三個閥塞把活動底盤下方密封水的三個泄放通道堵死；同時補償水向活動底盤下方空間供應密封水，以頂起活動底盤將排渣孔堵住。補償水由分油機正下方的水柜

51、供給，水柜的液位由浮子閥自動保持恒定。分油機心軸是中空的，心軸下端設有一個葉輪。此葉輪將水柜中的水泵入心軸中心通道，經心軸上部的一個徑向孔進入分離筒底部。開啟水由電磁閥控制，當電磁閥動作時，開啟水便通過13進入分油機轉筒底部，以實現(xiàn)自動排渣。分油機啟動后，水環(huán)產生的向上推力使閥塞牢牢堵住三個泄水通道，這相當于DZY-50型分油機完成了滑動圈上移的動作。當分油機執(zhí)行排渣步驟時，電磁閥將開啟水13接通，從操縱滑盤內部通道進入操縱滑盤上方，形成向下的壓力。當操縱滑盤上方壓力大于下方的壓力時，操縱滑盤向下移動，活動底盤下方的水經三個泄水通道進入操縱滑盤上部空間，操縱滑盤上的水壓力迅速增加，使操縱滑盤迅

52、速下移，活動底盤下方的水迅速從操縱滑盤外部的三個通道流出。雖然此時補償水仍在供給活動底盤的下方，但由于供水孔小，活動底盤下方的水仍然快速減少。當活動底盤上面的壓力大于下面的壓力時，活動底盤下移打開排渣口開始排渣。當操縱滑盤上方的水已積存到傾斜通道的上口徑處，水會通過傾斜通道流至操縱滑盤下方，建立向上的壓力把操縱滑盤推向上方，重新把三個通道封死，繼而排渣過程結束?？梢钥闯?，這種排渣方式的排渣時間很短，可以避免油的損失。圖5-11 FOPX分油機外部結構圖1-轉速指示器；2-滑油觀察鏡；3-壓力表；4-水觀察鏡；5-油出口壓力表；6-連鎖開關在分離筒本體上有兩個小孔，它的作用于DZY-50型分油機

53、中的G空類似，最后操縱滑盤處的水通過此通道泄放干凈。圖5-12 FOPX分油機部件分解圖應該指出的事，上述分油機雖然屬于部分排渣式，但由于沒有設排水向心泵，分離出的水流過重力盤邊緣后，在離心力的作用下從重相蓋上的小孔排出分離筒。為避免排渣時跑油，排渣前也要首先停止向分油機進油和引水驅油。驅油過程入圖5-10所示，在驅油過程中，油水分解面由X移動到Y。3） ALCAP分離系統(tǒng)FOPX型分油機MMPX型分油機不能實現(xiàn)連續(xù)分油，且當用作分水機時，所凈化的燃油密度極限為991kg/m3/15C。當燃油的密度超過這一極限值時，水就不能依靠重力盤分離出去。為了適應分離更高密度燃油的需要，阿法拉瓦ALCAP

54、分離系統(tǒng)中配備了FOPX型分油機（用于分離重質燃油）和LOPX型分油機（用于分離滑油），圖5-11示出其外部結構圖，圖5-12、5-13為分油機的部件分解圖。這種分油機取消了傳統(tǒng)分油機中的重力盤，待凈化的燃油密度的極限值可以增加到1011-1013 kg/m3/15C。在98C時，1013 kg/m3/15C的燃油密度比水的密度要小，這樣就可進行離心分離了。FOPX和MMPX型分油機不同之處主要有：FOPX型分油機補償水來自高置水箱，而不是心軸；頂起操縱滑盤的不是水壓力，而是其下部的一組彈簧；操縱滑盤上的傾斜通道改為垂直通道。這種部分排渣分油機，每次排渣時排渣口僅開啟約0.1s，每次排放量約相

55、當于分離盤外側空間的70。因此排渣時不用停止進油，保持了分油的連續(xù)性。圖5-13 FOPX分油機分離筒部件分解圖 FOPX分離機通常作分水機使用，欲凈化的油不斷進入FOPX分油機，當排放淤渣或水時進油不中斷。凈油不斷地由凈油出口排出，分離出的淤渣和水積聚在轉筒的周圍。當分油進行一段時間以后，從油中分離出的水不斷聚集到達分離盤外緣，此時部分水會隨同凈油一起流出。安裝在凈油出口的水份傳感器用于檢測凈油中的含水量，在水分發(fā)生變化達到某一設定的“觸發(fā)”值時，EPC-400控制單元執(zhí)行排渣操作（如圖5-14所示）。同時，EPC-400控制單元會根據(jù)待分離油中的含水情況，自動改變排渣的間隔，一般有以下四種情況：圖5-14 FOPX分油機系統(tǒng)示意圖1-油泵；2-加熱器；3溫度傳感器；4-氣動控制轉換閥；5-分油機；6-截止閥；7-水分傳感器；8a、8b-流量計；9-高壓開關；10-低壓開關；11-壓力表；12-手動調節(jié)閥；13-止回閥；14-工作水控制電磁閥組；15-EPC-400控制單元；A-待分離燃油入口；B-凈油出口去日用柜；C-油回到沉淀柜；D-工作水；E-排渣；F-污水出口 a）燃油含有少量水 如果進入FOPX型分油機的燃油只含有少量水或者不含水