5-3第三节 离心式分油机

第三节 离心式分油机船舶柴油机所用的燃油和滑油在进机使用前必须经过净化处理，除去其中的水分和杂质。

净化处理效果的好坏对柴油机工作的可靠性和使用寿命影响极大。

离心式分油机是船舶净化燃油和滑油的关键设备。

一、离心式分油机的工作原理1．分离筒及其类型混合液在重力场或离心力场作用下，密度不同的液体将重新分层分布。

在静置的重力场作用下，由于粘滞阻力的影响，密度不同的液体分层速度很慢，而在离心力场作用下，不同密度的液体在离心惯性力作用下将迅速沿径向重新分布，分层速度快，而且不容易掺混。

因此离心式分油机就是根据油、水、杂质密度的不同，在高速回转的离心力场作用下，依靠离心惯性力不同，而将油、水、杂质沿转轴径向重新分布，杂质离心惯性力最大被摔到最外圈，纯油的离心惯性力最小，汇聚在转轴附近，水分则位于两者之间，从而将水和杂质分离出来这一基本原理而完成净化处理工作的。

由于杂质和水分所产生的离心惯性力比本身的重力大几千倍，因此用分油机分油就能缩短燃油或滑油净化时间和提高净化效果。

根据混合液体的这一特性，船舶上通常采用叠片式（也称转盘式）分油机净化燃油或滑油。

这种分油机的核心部件是分离筒，分油作业主要由它完成。

图5-3-1所示为分离筒的构造简图。

分离筒本体2由立轴1带动高速旋转，转速一般为6000~8000r/min 。

分离筒内有若干不锈钢分离盘3，盘厚为0.4~1.5mm ，盘的间距为0.5~1.0mm ，叠套在盘架10上。

盘架与分离筒底盘12、本体2之间彼此有销固定，一起旋转。

分离盘呈锥形，其中心角在60~100º之间。

分油机根据用途不同可分为分水机（Purifier ）和分杂机（Clarifier ）。

当需净化的油中所含水分较多时，使用分水机，分离油中的水分和杂质；当需净化的油中所含水分较少时，使用分杂机，分离出的杂质和少量水分从排渣口排出。

分水机的分离盘靠外边缘附近开有若干分配孔11。

分水机和分杂机主要结构相同，差别只是：分水机盘架有一圈分配孔，分杂机图5-3-1 分离筒简图1-转动立轴；2-分离筒本体；3-分离盘；4-锁紧环；5-分离筒盖；6-小锁紧环；7-进油管；8-分水顶盖；9-重力环；10-盘架；11-分配孔；12-分离筒底盘；13-厚顶盖；14-分杂盘；15-盘架（无孔）无孔；分水机有重力环和出油口、出水口，分杂机只有出油口，不需要重力环。

因此，两者只需要更改个别元件即可互换。

例如以图5-3-1（b ）中的无孔盘架15代替图（a ）中的有孔盘架10，将出水口封死，就可以将分水机改装为分杂机。

2．分杂机工作原理图5-3-2示出分杂机的工作原理。

因为分杂机的盘架上没有分配孔，所以燃油从分离盘的外边缘进入分离盘之间。

设燃油中有某一杂质颗粒A ，在被分离筒带动以高速回转时，它受到离心惯性力的作用，在克服了液体对它的粘滞阻力之后，便产生了向外运动的离心速度V r 。

质点的分离速度可用下式表示：ηωρr d V r 22∆∝ （5-3-1） 式中：Δρ——杂质与纯油的密度差；d ——杂质的直径；ω——分离盘的旋转角速度；r ——杂质颗粒位置离开转轴的距离；η——燃油的动力粘度。

由上式可知，分离速度V r 与杂质和油的密度差、杂质颗粒直径的平方、分离盘旋转角速度的平方以及杂质颗粒位置离开转轴的距离成正比，与油的动力粘度成反比。

颗粒A 以V r 分离速度摔向分离筒壁，同时又被燃油携带着在分离盘间高度为h的环形空间中以携带速度V 1移向出油口。

两分离盘间的燃油流速不是均等的，沿x —x线流速最大，在上、下分离盘壁处流速为零。

杂质颗粒A 相对于分离筒的实际运动速度V a ，为V r 和V 1的向量和，即1V V V r a +=。

图5-3-2也示出了颗粒A 由点1进入分离盘之间，它沿着点2、3、4的轨迹移动到上一分离盘的下表面（点4）。

因为此处燃油速度为零，所以颗粒A 便在由离心惯性力形成的下滑力作用下，克服油的粘滞阻力，沿上分离盘下表面移动到点5，然后直接甩向分离筒壁。

由上述杂质颗粒A 的分离过程可见，燃油中的杂质必须能够达到上分离盘的下表面，且能克服盘面对它的阻力，才能从燃油中分离出来并甩到分离筒壁上。

颗粒A 能否达到上分离盘的下表面取决于合成速度V a 和分离盘间距h ，而速度V a 取决于V r 和 V 1。

根据式（5-3-1），旋转角速度ω高，杂质颗粒位置离开转轴的距离r 大，则分离速度V r 大。

为此，一般分油机的转速都设计得很高。

在已定的分油机中（即ω和分离盘半径R 一定），杂质和油的密度差大，燃油的粘度小，则分离速度也大。

对燃油进行加热，既可降低其粘度，又可增大杂质和油的密度差，因而有利于杂质的分离。

此外，杂质颗粒的d 大，V r 也大，因此大颗粒杂质比小颗粒的容易分离。

对于粒度比A 大的颗粒由于分离速度V r 更大，可能不到点4即碰到分离盘的下表面，因而被分离出来。

粒度比A 小的颗粒则由于V r 较小，可能被燃油携带着一直走过距离L 而碰不到分离盘的下表面，因而就分离不出来。

为了分离更小颗粒的杂质，就必须减小速度V 1。

速度V 1的大小决定于分离筒的流量（以m ³/h 计）。

如果减小分油机的分油量，即让油分得慢一些，则油在分离筒中的流通量减小，速度V 1也降低；反之，速度V 1增高。

图5-3-2 分杂机工作原理由此可见，当燃油含杂质多时，就要减少每小时的分油量以提高分离效果。

当燃油含杂质少时，在保证一定的分离效果的前提下，可适当加大分油量。

此外，在分离低粘度的燃油时，可以加大分油量；而在分离高粘度的重油时，为了减小粘滞阻力，增大杂质与油的密度差，以提高分离速度V r，则在重油进入分油机前必须提高加热温度。

至于分离盘间的距离h，则不宜过小，否则会造成堵塞，因此一般都在0.5~1.0mm之间。

3．分水机工作原理分水机与分杂机不同点是，盘架上在距外缘约R/3径向长度的地方有一圈分配孔（见图5-3-1），这一圈孔正好与分离盘上的分配孔相对，含水分的污油就是从分离筒底部经由这些分配孔进入分离盘之间的。

大颗粒的杂质和水滴在进入分离盘空间后，立即在离心惯性力作用下被甩向外边；一部分小颗粒杂质和水滴被燃油液流带向转轴中心，经过与分杂机中相同的路径，沿分离盘的下表面被分离出来；干净的燃油则沿分离盘的上表面流至转轴中心处，再由排出口流出分离筒。

这样，在高速旋转的分离筒中，由于油和水的密度不同，油和水分层时一定有一个油水分界面，即图5-3-3中的y—y线所表示的与转轴中心相距e的圆柱面。

分界面以内的空间被油占据，分界面以外的空间为水和杂质。

油水分界面的位置十分重要，它直接影响燃油的分离质量，其最佳位置应在分离盘的外边缘，从而使燃油能利用分离通道的全部长度，达到最有效的分离目的。

若分界面向内（转轴中心）移动进入分离盘组件，则造成被油携带的部分水滴和细小杂质颗粒将分离不出而随油一起排出分离筒，降低了分离效果。

若分界面向外移动，会降低从水中分离油的效果，从而造成水中带油，严重时有可能破坏水封，造成燃油由出水口流出，即出水口跑油。

分界面的位置是由一种称为“重力盘”（比重环）的内径来确定的，见图5-3-1。

由图5-3-3可以看出，在分离筒中，油和水构成了一个连通器。

若水对y—y油水分界面的压力大于油对该面的压力，则分界面要内移；反之则外移。

只有当两者对分界面的压力相等时，分界面才稳定不动。

所用燃油的密度越大，所选用的重力盘的直径应越小。

为此，每台分油机均附带有一套不同内径的重力盘，以备选用。

选择重力盘的原则是：在不破坏水封的前提下，应尽量选用内径大一些的重力盘。

一般在分油机的说明书中都附有选择重力盘的图表。

在使用分水机之前，应先把水引入旋转的分离筒，直至从出水口有水流出为止。

这样，当再引入燃油时，水即可把油封住，以免从出水口跑油。

先引入的这部分水称为水封水，它所占据的空间称为水封区。

在分油过程中从燃油中分离出来的水分将不断置换水封水，并从出水口排出。

燃油中机械杂质将穿过水封区积聚在分离筒的内壁上。

分杂机只是用来分离杂质，它没有出水口，因此使用时不要引入水封水。

二、自动排渣分油机最早的离心式分油机是容渣式分油机，在工作一定时间之后，必须拆开对分离筒内部进行清洗，给管理人员带来很多麻烦，也降低了分油机的工作可靠性及使用寿命。

为了解决这些问题，出现了自动排渣分油机，这种分油机也称为自清式分油机，下面仅介绍有代表性的几种。

1．手控自动排渣分油机 图5-3-4为国产DZY -50型手控自动排渣分油机的分离筒和手控自动排渣系统的结构图。

由图可见，这种分油机的基本结构、分离原理和非自动排渣的基本相同，所不同的是它设有可上下移动的活动底盘5，并附加一套控制自动排渣动作的配水系统。

下面介绍手控自动排渣动作原理。

在分离筒本体4的壁上沿圆周均匀分布着排渣孔L ，分离筒内的活动底盘5可以上下移图5-3-4 DZY-50分离筒和配水系统1-复位弹簧；2-塑料堵头；3-导水套；4-分离筒本体；5-活动底盘；6-无孔分离盘（分杂用）；7-主锁紧环；8-分离筒盖；9-颈盖（分水顶盖）；10-挡圈（分杂用）；11-小锁紧环；12-重力盘；13-盘架；14-弹簧座；15-分流圈；16-固紧螺母；17-配水盘；18-分离筒轴；19-导水座；20-内接管；21-外接管；22-控制阀；23-有孔分离盘；24-滑动圈；25-导水销动，底盘的上方是被净化的燃油（包括水封水）。

若在底盘5和本体4形成的空间中通以控制启闭的工作水，在分离筒高速转动的情况下，由于工作水的作用半径R1大于被处理燃油的作用半径R2，加上水的密度大于燃油，而离心惯性力所造成的压力随作用半径和密度的增大而增大，因此底盘下方的压力大于底盘上方的压力，从而使活动底盘5紧压在分离筒盖8上，并保持分离筒的密封（图左半部），这时就可以进行分油作业。

若设法把活动底盘5下部空间的工作水放掉，则在上部水封水的压力下，活动底盘下移，排渣孔被打开，污渣和水封水就靠离心惯性力的作用自动从排渣孔L中甩出（图右半部）。

为了控制分离筒的开启和封闭，设有滑动圈24、配水盘17、内外接管20和21以及控制阀22等组成的配水系统。

工作水由一专设的高位水箱供给，水箱应置于控制阀22上面1.5~3.0m高处。

控制阀的表盘上刻有“开启”、“空位”、“密封”、“补偿”四个位置（DE-LA V AL 型分油机相应的是1、2、3、4四个位置）。

现在按四个位置来说明配水系统的构造和工作原理，见图5-3-5。

（a）密封位置（b）补偿位置（c）开启位置（d）空位位置图5-3-5 分油机配水系统工作原理分油机停止不用时，控制阀22处于“空位”位置。

此时分离筒已经打开，活动底盘5在最低位置，控制阀22切断了通往内外接管20和21的工作水，整个分离筒内无水，滑动圈24在底部弹簧1（共16只）的作用下上移，并用它上面的塑料堵头2封住装在分离筒本体4上的三只导水套3，从而将通道F堵死。