Центробежные сепараторы. Режимы кларификации и пурификации. Принцип разделения эмульсии и суспензии в центробежном сепараторе.

Центробежный сепаратор. Топливо и смазочные масла перед их использованием в дизеле необходимо обработать. Для этого применяются отстаивание и подогрев с целью удаления воды, грубая и тонкая фильтрация для удаления плотных частиц, а также сепарация.

Центробежный сепаратор используется для разделения двух жидкостей, например топлива и воды, или для разделения жидкости и твердых (плотных) частиц, которые встречаются в масле. Разделение этих сред ускоряется с помощью центробежного сепаратора и может осуществляться непрерывно. Если сепаратор предназначен для разделения двух жидкостей, его называют пурификатором (очистителем). Если сепаратор устроен (собран) так, что может выделять примеси и небольшое количество воды из топлива или масла, то его называют кларификатором (тонким очистителем-осветлителем).

Удаление примесей и воды из топлива имеет большое значение для обеспечения хорошего сгорания топлива. Благодаря удалению загрязняющих примесей из смазочного масла удается уменьшить изнашивание деталей дизелей и предотвратить возможные неполадки и поломки. Поэтому сепарация масла и топлива совершенно необходима.

Центробежный сепаратор состоит из электродвигателя с вертикальным валом. В верхней части сепаратора смонтирован барабан. На корпусе, в котором помещен барабан, расположены различные питательные (входные) и нагнетательные (выпускные) трубопроводы. Барабан может быть цельным и работать периодически. В нем скапливаются отсепарированные примеси, которые необходимо периодически удалять.

В других конструкциях барабан имеет раздельные верхнюю и нижнюю половины. В этом случае отсепарированные примеси можно удалять из работающего сепаратора, т. е. не выключая его. При этом неочищенное (загрязненное) топливо поступает в центральную часть барабана, поднимается вверх по пакету (набору) дисков (тарелок) и выходит из барабана в верхней его части (рис. 1).

Рис. 1. Устройство и принцип работы барабана центробежного сепаратора, собранного по принципу: а - пурификации (очистителя); б - кларификации (осветителя); 1 - слой шлама; I - подача в барабан неочищенного топлива; II - отвод из барабана очищенного топлива; III - отвод из барабана отсепарированной из топлива воды.

Процесс пурификации. В результате центробежного разделения двух жидкостей, таких как топливо и вода, образуется цилиндрическая поверхность раздела между ними. Расположение этой поверхности раздела внутри барабана имеет очень большое значение для нормальной эффективной работы сепаратора. Устойчивое требуемое расположение поверхности раздела фаз поддерживается посредством применения регулировочных шайб или гравитационных дисков (тарелок) соответствующего диаметра, устанавливаемых на выпускном канале из сепаратора. Эти кольца и шайбы различного диаметра имеются в наличии для каждого сепаратора, чтобы можно было подобрать шайбу или кольцо соответствующего размера в зависимости от плотности сепарируемого топлива. Чем меньше плотность сепарируемого топлива, тем больше должен быть внутренний диаметр регулирующей шайбы.

Процесс кларификации. Его применяют для очистки топлива, которое мало содержит или совсем не содержит воду. При этом удаляемые из топлива примеси скапливаются в грязевой камере, расположенной на периферии барабана. Барабан кларификатора имеет только одно выпускное отверстие (Рис. 2). Гравитационные диски здесь не применяют, так как поверхность раздела жидких фаз не образуется. Поэтому барабан работает с максимальной разделяющей способностью, так как топливо подвергается воздействию максимальной центробежной силы.

Рис. 2. Продольный разрез барабана самоочищающегося сепаратора: I - удаление из барабана примесей, сепарированных из топлива; II - подвод рабочей воды, управляющей открытием и закрытием грязевой камеры барабана.

Тарелки барабана. Барабаны пурификаторов и кларификаторов содержат каждый по пакету конических дисков (тарелок). В каждом таком пакете может быть до 150 тарелок, отделенных одна от другой небольшим зазором (просветом). Процесс отделения примесей и воды из топлива происходит между этими тарелками. Ряды центрированных отверстий, расположенных в каждой тарелке около ее наружной кромки, служат для поступления в межтарельчатые пространства грязного топлива, т. е. топлива, подлежащего обработке. Под действием центробежной силы легкие компоненты (чистое топливо) перемещаются к оси вращения барабана, а вода и примеси (более тяжелые компоненты) отбрасываются к периферии барабана, т. е. к его стенкам. Вода и примеси образуют отстой (шлам), который движется к периферии барабана вдоль нижних сторон (поверхностей) тарелок.

Периодическая работа сепаратора. Некоторые сепараторы сконструированы так, что имеют непродолжительный период работы. Затем их выключают для очистки отсепарированных примесей (плотных частиц). После очистки тарелок и удаления шлама из барабана сепаратор опять включают. При такой периодической работе используются барабаны двух различных конструкций: длинный узкий и короткий широкий барабаны. Для сепараторов с узким барабаном требуется очистка после непродолжительного периода работы. Для этого барабан необходимо разбирать. Очистка такого узкого барабана, не имеющего пакета тарелок, намного проще, чем барабана с тарелками. Сепаратор с широким барабаном и с тарелками можно чистить на месте, хотя и имеются дополнительные трудности в очистке пакета конических тарелок.

Непрерывная работа сепаратора. Сепараторы с широкими барабанами современных конструкций могут эффективно работать в течение длительного периода. Это достигается путем выброса (выстреливания) через определенные промежутки времени шлама из барабана. Шлам скапливается по периферии барабана в процессе непрерывной его сепарации из топлива. Через определенные промежутки времени шлам выбрасывается из барабана наружу, прежде чем он начнет отрицательно влиять на процесс сепарации топлива. В начале процесса выброса шлама (автоматическая очистка барабана) подачу топлива в сепаратор прекращают и топливо, оставшееся в барабане, удаляют впуском промывочной воды. Вода заполняет гидравлическую систему, расположенную в нижней части барабана, и открывает пружинные клапаны. Затем под воздействием воды движется вниз подвижная нижняя часть барабана. В результате этого открываются выпускные окна, расположенные по периферии барабана в его средней части. Шлам выталкивается через эти окна центробежной силой. Затем под воздействием воды поднимается подвижная часть барабана опять вверх (в исходное положение). В результате этого выпускные окна закрываются. Затем в барабан подается вода для восстановления жидкостного уплотнения (водяного затвора), необходимого для процесса сепарации. После этого возобновляют подачу в сепаратор необработанного топлива и процесс сепарации продолжается.

Выброс шлама длится всего несколько секунд и сепаратор при этом работает непрерывно. В существующих конструкциях сепараторов применяются разные способы удаления шлама из барабана, например полное удаление, частичное управляемое удаление и т. д. При частичном управляемом удалении подачу топлива в сепаратор не прекращают и весь шлам выталкивается. При этом процесс сепарации непрерывен. Какой бы метод сепарации не применялся, но сепаратор должен быть устроен так, чтобы процесс удаления шлама осуществлялся или вручную, или посредством автоматического программного регулятора (таймера).