Выбор комплектующего оборудования топливных систем

Насосы. В топливных системах находят применение в основном пор­шневые, шестеренные и винтовые насосы. По ршневые на сосы имеют высокую всасывающую способность и практически не изменяющуюся пода­чу с увеличением напора, который ограничивается только прочностными характеристиками деталей. Общий к. п. д. крупных насосов составляет 70—90%, снижаясь с уменьшением размеров.

Для привода поршневых насосов в СДУ применяются преиму­щественно электродвигатели с редуктором. Привод насосов та­кого типа от коленчатого вала малооборотного и среднеоборотного главного двигателя встречается редко. Существенным недостатком поршневых насосов является сложность конструкции (по сравне­нию с шестеренными и винтовыми), высокие габаритные и массовые показатели и пульсирующая подача топлива, вызывающая вибра­цию трубопроводов.

Шестеренные насосы просты по конструкции, надежны и удобны в эксплуатации, имеют невысокую стоимость, небольшие габариты и массу. Они находят наибольшее применение в СДУ. Выпускаются насосы производительностью от 0,2 до 200 м³/ч при давлении до 3,5 МПа в одной ступени, с частотой вращения до 3 тыс. об/мин. В судовых условиях в зависимости от мощности установки про­изводительность насосов редко превышает 50—60 м³/ч при давле­нии 0,5 МПа. К. п. д. этих насосов колеблется в пределах 50— 74%. Всасывающая способность достаточно высока, но уступает поршневым. Изменение напора, которое может иметь место в СДУ, незначительно меняет подачу. Однако производительность быстро падает с ростом сопротивления на всасывании. Насосы приводятся во вращение от электродвигателя или от коленчатого вала двига­теля внутреннего сгорания.

Недостатком шестеренных насосов является пульсирующая подача, вызывающая вибрацию трубопроводов, довольно высокий уровень шума (82—85 дБ у нового насоса и 95—100 дБ при зна­чительном износе, что может использоваться для диагностирования их технического состояния). Малые зазоры между зубьями шестерен не допускают перекачки сильно засоренных жидкостей.

Винтовые насосы на ходят широкое применение для пере­качки вязких жидкостей. Они выпускаются производительностью от 0,2 примерно до 1 тыс. м³/ч, с давлением до 25,0 МПа. В систе­мах СДУ производительность их редко превышает 300—400 м³/ч, а давление 1,0—1,2 МПа.

Производительность насоса с увеличением напора меняется незначительно, но падает с ростом сопротивления на всасы­вании.

Относительно высокий к. п. д., доходящий до 85%, небольшие габариты и масса (особенно при большой производительности), равномерная, без пульсации подача, достаточная высота всасыва­ния, отсутствие шума и вибрации явились причинами широкого распространения насосов этого типа. Основным недостатком вин­товых насосов является сложность изготовления, а следовательно, более высокая стоимость по сравнению с шестеренными. Кроме того, из-за малых зазоров между винтами перекачиваемая жид­кость должна иметь смазывающие свойства и быть тщательно очи­щенной.

Шестеренные и винтовые насосы с электроприводом выпу­скаются в горизонтальном исполнении (как правило, насосы ма­лой производительности) или вертикальном исполнении (насосы большой производительности).

Типы, размеры и основные параметры применяемых в СДУ насосов стандартизированы и приводятся в соответствующих ка­талогах. При выборе насоса необходимо располагать характери­стикой трубопровода, представляющей зависимость полного со­противления от расхода жидкости. Рабочий режим насоса опре­деляется точкой пересечения характеристик насоса и трубопро­вода.

При выборе производительности насоса и развиваемого им давления необходимо учитывать, что слишком большие их значе­ния ведут к росту мощности привода и соответственно мощности электростанции, к снижению экономичности установки.

В общем случае спецификационная производительность Q_v, м^а/ч, насосов в системах СДУ определяется по формуле

(1)

_где у — объем жидкости, которую необходимо перекачивать на номинальном режиме работы установки, м³; т — время, в течение которого необходимо перекачать заданный объем, ч; i — число одновременно действующих насосов; Ki — 1,15-5-1,18 — коэффи­циент запаса производительности, учитывающий возможное сни­жение объемного к. п. д. насоса в процессе эксплуатации.

Мощность двигателя привода N, кВт, определится по формуле

(2)

где Н — спецификационное давление, МПа; — общий к. п. д. насоса; К₂ = 1,1-1,5 — коэффициент запаса мощности, умень­шающийся с ростом мощности.

Топливоперекачивающий насос должен иметь хорошие вса­сывающие свойства и развивать достаточно большое давление. С этой точки зрения наиболее подходит поршневой насос. Устанав­ливаются такие насосы главным образом на судах среднего и большого водоизмещения, где приходится не только забирать топ­ливо из удаленных цистерн и перекачивать на значительные рас­стояния на судне, но и отдавать на другие суда. На судах относи­тельно небольшого водоизмещения применяют винтовые или ше­стеренные насосы.

Производительность выбранного насоса определяется по фор­муле (1). Она должна обеспечить откачку топлива из наиболь­шей по объему цистерны основного запаса V _ц._о._з, м³. за время t₁ = 2-4 ч. В то же время производительность насоса Q_v, м³/ч, должна обеспечивать перекачку не менее суточного расхода топ­лива главным двигателем за время t ₂ = 1—2 ч:

где G_{r. д} — расход топлива главным двигателем, кг/ч; g_e — удель­ный расход топлива, кг/(кВтч); N^ГД_e — мощность главного дви­гателя, кВт; r — плотность топлива, кг/м³.

На выполненных СДУ транспортных судов удельная произво­дительность топливоперекачивающих насосов составляет 11 — 5 л/(кВт/ч); меньшее значение относится к установкам большей мощности. На судах специального назначения удельная произ­водительность может снижаться до 3,5 л/(кВтч). Давление, раз­виваемое насосом, принимается от 0,25 до 0,5 МПа в зависимости от условий его работы.

В установках, где поставлен отдельный топливоперекачиваю­щий насос легкого топлива, его производительность должна обеспечить перекачку не менее четырехчасового расхода топлива за время t ₂ = 0,2-0,5 ч при давлении 0,2—0,4 МПа. На построен­ных судах производительность этих насосов редко превышает 10 м³/ч. На судах с суточным расходом топлива до 2 т допускается установка только ручного насоса.

Топливоподкачивающие насосы устанавливаются шестеренного или винтового типа. Производитель ность насоса должна в 1,5- 2,5 раза превышать часовой расход топлива двигателем. Давление, развиваемое насосом, зависит от особенностей двигателя, который он обслуживает. Так, на малооборотных двигателях фирмы Бурмейстер и Вайн давление, развиваемое насосом, колеблется от 0,25 до 0,50 МПА, на двигателях фирмы Зульцер — от 0,6 до 1,2 МПа, а в установках со среднеоборотными двигателями типа 58Д — 0,3 МПа.

На судах небольшого водоизмещения с двигателями, работаю­щими только на легком топливе, основной топливоподкачивающий насос приводится от коленчатого вала, а резервный насос с авто­номным приводом часто выполняет функции перекачивающего. Производительность его должна обеспечить перекачку не менее четырехчасового расхода топлива двигателем за время = 0,2 -:-0,5 ч при давлении 0,2—0,4 МПа. В случае, если топливоподкачи­вающий насос подает легкое топливо на охлаждение форсунок, дополнительный расход его должен быть учтен при расчете производительности. Мощность электродвигателя для привода насосов определяется по формуле (2).

Фильтры. Выше отмечалось, что в систему очистки топлива входят фильтры грубой и тонкой очистки, отстойные цистерны и сепараторы. В последнее время вместо сепараторов некоторые фирмы начали устанавливать специальные фильтрующие устрой­ства, обеспечивающие такой же результат очистки, как и сепара­торы.

Назначение фильтров в системах СДУ — предотвратить засо­рение оборудования частицами, находящимися в перекачиваемой жидкости во взвешенном состоянии, а также попадание в насос случайных крупных частиц, которые могут вывести его из строя. Эти функции выполняют фильтры грубой очистки, устанавливаемые вблизи места забора топлива.

Фильтры тонкой очистки (ФТО) предназначены для удаления из рабочей жидкости абразивных частиц. В качестве ФТО приме­няются фильтры сетчатого, пластинчатого или проволочно-щелевого типа.

Конструкции фильтров первых двух типов представ­лены на рис. 6 и 7.

Чтобы уменьшить гидравлическое сопротивление фильтра, особенно для вязких жидкостей, развивают его общую фильтрую­щую поверхность. Для уменьшения габаритов фильтрующий эле­мент изготовляют двухсторонним, как показано на рис..6, и набирают в общий корпус. В фильтре этой конструкции отфиль­трованная грязь остается с наружной стороны фильтрующего элемента. Для ее удаления фильтр необходимо отключить от си­стемы, разобрать и промыть, что занимает относительно много времени. Чтобы не выводить систему из строя, устанавливают по два фильтра, как показано на рис. VI.6.

В пластинчато-щелевом фильтре (см. рис. VI.7) очистка филь­трующего элемента может выполняться без отключения фильтра.

Рис. VI.6. Сетчатый фильтр грубой очистки.

1 — корпус; 2 — крышка; 3 — стяжная гайка; 4 — кран спуска воздуха;

5 — направляющий стакан; 6 — сдвоенный трехходовой кран; 7 — кран

для спуска отстоя; 8 — сетчатый фильтрующий элемент.

Здесь внутренний фильтрующий элемент набран из круглых пла­стин с прорезями. Его можно проворачивать за квадрат и ручку вверху. Грязная фильтруемая жидкость поступает в корпус фильтра, проходит через щели между пластинами к центральным отверстиям и из них идет в магистраль чистого топлива (масла). Грязь остается на поверхности элемента, откуда она снимается специальными короткими пластинами (ножами), вставленными между пластинами элемента, и сбрасывается вниз корпуса при повороте фильтрующего элемента. Процесс проворачивания филь­трующего элемента при повышении перепада давления может быть автоматизирован. Однако и данный фильтр требует периодической промывки.

В настоящее время все более широкое применение находят самоочищающиеся фильтры. На рис. VI.8 представлена схема

устройства и включения такого фильтра. При нормальной работе открыты клапаны 2 и 3 правой или левой секции. Для очистки 1 сетки 4 от грязи включается второй фильтр, а у очищаемого за-коывают клапан подачи 2 и открывают клапан спуска грязи 1. Тогда чистое топливо из магистрали через клапан 3 будет поступать как к потребителю, так и в очи­щаемый фильтр, внутрь фильтруемого элемента 4 и через его сетку — в кор­пус фильтра, смывая оса­док с наружной стороны сетки. Топливо, смывшее грязь, уходит через кла-' пан / в цистерну гряз­ного топлива.

На рис. VI.9 приведена другая конструкция само-

Рис. VI.7. Пластинчатый щелевой фильтр.

/ — пластина Лидирующего элемента; 2 — проставочные кольца; 3 — вал для сборки пластин^Ффиль^Ртрующего элемента; 4 - скребки для очистки,Фильтрующего элемента; 5 - направляющие, на которых собираются скребки 4, 6 - проставоч­ные пластины между скребками.

очищающегося фильтра, у которого загрязненная сетка 1 очи щается сжатым воздухом, подаваемым из сопл канала 6. Фильт рующий элемент при этом проворачивается, грязь сливаете} через патрубок 9. На фильтрах обеих конструкций процесс очи стки может быть автоматизирован. Характеристики фильтро! грубой очистки приведены в табл. VI. 1.

Фильтры тонкой очистки чаще выполняются емкостного типа. Эти фильтры в зависимости от места установки в системе и требуе­мой тонкости очистки могут обеспечивать отделение частиц раз­мерами до 0,005 мм и мельче. Конструкция фильтра представлена на рис. VI. 10. Фильтры поставляются в комплекте с двигателем.

В современных судовых си­стемах топлива и масла кроме фильтров грубой и тонкой очи­стки устанавливают магнитные фильтры, очищающие фильтруе­мую жидкость от ферромагнит­ных частиц. Конструкция тако­го фильтра представлена на рис. VI.11. В центре корпуса установлен сильный постоян­ный магнит 4, окруженный за­щитной сеткой 3. Жидкость по­ступает через нижний штуцер в корпус, проходит сквозь сетку 3, обтекает магнит, в верх-

В цистерну грязного масла

Рис. VI.9. Фильтр с пневматической очисткой сетки.

1,2 — фильтрующий элемент с сетками различного проходного сечения ячеек;

3 — цилиндр фильтрующего элемента с зуб­чатым венцом внутреннего зацепления;

4 — рукоятка для вращения шестерни 5, проворачивающей цилиндр 3; 6 — каналы воздушные сопла; 7 — комбинированный кран подвода воздуха (а) и спуска гряз­ного топлива (б); 8 — цистерна; 9 — канал (патрубок) спуска грязи; 10 — газоотвод­ная трубка.

ней части корпуса вновь проходит сквозь сетку и выходит в верхний штуцер. На магнитном стержне оседают железные ча­стицы. Немагнитные частицы под влиянием молекулярных сил агломерируют вокруг железных и вместе с ними оседают на маг­ните. Кроме того, под действием магнитного поля мелкодисперсные частицы, загрязняющие топливо, коагулируют, образуя шлам, который оседает на защитной сетке. Магнитный фильтр мо­жет устанавливаться отдельно или встраиваться в сетчатый фильтр. Результаты очистки этим фильтром приведены на рис.11, б.

Таблица VIA