(完整版)ALFA-LAVAL分油机原理及结构演化

ALFA-LAVAL分油机原理及机构演化（海事大学）摘要：为便于学员对分油机工作原理的理解，分析了ALFA-LAVAL分油机工作的物理原理，并比较了ALFA-LAVAL FOPX型和S型分油机主要结构和工作原理，有利于学员对ALFA-LAVAL分油机工作原理的掌握，指导轮机员对ALFA-LAVAL分油机进行的操作及维护。

关键词：分油机；原理；机构演化The principle and mechanism evolution of ALFA-LAVAL oil separator( Maritime University)Abstract:For easy understanding of the working principle of oil separator，analyzed the physical principle of ALFA-LAVAL oil separator, compared the primary construction and working principle of FOPX type and S type ALFA-LAVAL oil separator which made good for the students to know well about the working principle of oil separator and also gave guidance to marine engineer operation and maintenance.Key words: oil separator; principle; mechanism evolution船舶中低速柴油机普遍使用劣质燃油，分油机是燃油净化的核心设备，在船舶动力装置辅助机械中有着重要地位。

分油机的正常工作，对动力装置的正常运行起着保障作用，ALFA-LAVAL公司生产的分油机性能优越，故障率低，在船舶配套设备中普遍采用。

轮机员要对分油机的工作原理全面掌握，才能更好地做好分油机的维护保养工作。

在教学教材中，对分油机工作原理的论述较少，学员不易理解分油机的工作原理。

本文分析了ALFA-LAVAL分油机工作的物理原理，并比较了ALFA-LAVAL FOPX型和S型分油机主要结构和工作原理，有利于学员对ALFA-LAVAL分油机工作原理的掌握。

1 ALFA-LA V AL分油机物理原理1.1 分油机离心沉降原理图 1 离心力场中颗粒的受力分油机分离燃油中的杂质，是基于离心沉降的原理，当分油机正常工作时，分离筒高速旋转，筒内的燃油也一起高速旋转，燃油流体中的杂质颗粒处于离心力场当中，被快速沿径向沉降分离。

假设含有杂质颗粒物的非均相流体处于离心力场中，如图1所示，颗粒与流体一起以角速度ω围绕中心轴旋转。

设某一质量为m、密度为pρ、粒径为pd的球形颗粒处于与中心轴距离为r的离心场中，则该颗粒受到的惯性离心力cF可用下式计算[1]：23216c p pF mr d rωπρω==（1）惯性离心力的作用方向为沿径向向外。

同时颗粒受到来自周围流体的浮力bF，此浮力的大小等于密度为ρ的与颗粒同体积的流体在该位置所受的惯性离心力，此浮力的方向指向中心轴[1]：3216b pF d rπρω=（2）如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒在（cF-bF）的作用下沿径向向外运动；反之，则向中心轴运动。

由于颗粒与流体之间的相对运动，颗粒还会在运动过程中受到流体阻力DF的作用。

流体阻力的方向与颗粒物在流体中的运动方向相反，其大小与流体和颗粒物之间的相对运动速度、流体的密度、黏度以及颗粒物的大小、形状有关。

对于球形颗粒，根据量纲分析，可得出流体阻力的计算方程[1]：22D D pv F C A ρ= （3）式中：p A 为颗粒在垂直于运动方向水平面的投影面积，对于球形颗粒，24p pA d π=，2m ； v 为颗粒与流体之间的相对运动速度，/m s ；ρ为流体的密度，3/kg m ；p d 为颗粒的定性尺寸，对于球形颗粒，p d 为其直径，m 。

D C 为由实验确定的阻力系数，无量纲；阻力系数是颗粒的雷诺数p Re 和颗粒形状的函数[1]。

()D p C f Re = （4）p p ud Re ρμ=（5）式中：μ为流体的黏度，a p s ⋅。

设颗粒所受的径向合力为F ，并产生加速度dvdt，可得： 23221()642c b Dp p D p F F F F v d r C d πρπρρω=--=-- （6） 当径向合力0F =时，三个力c F 、b F 、D F 达到平衡，加速度0dvdt=，平衡时颗粒在径向上相对于流体的速度tc v 即是它在此空间位置上的离心沉降速度，由上式，可得：24()3p p tc Dd r v C ρρωρ-=（7）杂质颗粒在分油机中的运动区域主要为层流区，雷诺数2p Re ≤，阻力系数与雷诺数之间的关系为：24D pC Re =（8） 带入上式，可得：22()18p ptc r d v ρρωμ-=（9）离心沉降的特点：（1）在杂质颗粒密度大于流体密度时，沉降方向是向外，即背离旋转中心；（2）由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速度也随颗粒所处的位置而变，所以颗粒的离心沉降速度本身不是一个恒定的数值；（3）与重力沉降相比，离心沉降比重力沉降有效得多，离心沉降速度可以提高的倍数取决于离心加速度与重力加速度的比值c k ，即2c r k gω=。

1.2 水高速旋转产生动压头的流体力学原理分油机的分离筒是由顶盖和FOPX 型的滑动底盘或S 型的活动排渣底盘构成的，滑动底盘和活动排渣底盘可动作来实现排渣，ALFA-LAVAL 分油机巧妙地利用了水高速旋转产生的动压头来控制滑动底盘和活动排渣底盘，实现了分油机的连续工作和自动控制。

图 2 静态水与高速旋转水的动压头比较图2中静态水和高速旋转水，动压头要在分油机高速旋转时水形成水环才体现出来，分油机工作水高速旋转产生的对滑动底盘的动压头以及开启水高速旋转产生的对滑动圈的动压头可由下式得到[2]：dr r F r r 3221ωρπ⎰= （10）式中：1r 为高速旋转水环的内半径，在分油机中则为工作水或开启水在其水空间形成水环的内半径，m ；2r 为高速旋转水环的外半径，在分油机中则为工作水或开启水其水空间的最大半径，m ；ρ为水的密度3/kg m ；ω水的旋转角速度/rad s ；在分油机中可忽略工作水和开启水进口压力的影响，当工作水或开启水在其腔室高速旋转时产生的动压头足以密封滑动底盘和克服滑动圈弹簧弹力。

2 ALFA-LA V AL FOPX 型分油机主要结构及工作原理FOPX 型分油机是ALFA-LAV AL 公司上世纪90年代的产品，该机型在船龄为十多年的营运船舶上还在工作。

FOPX 型分油机的剖视图见图3至图6[3]，其分离筒分油空间由筒盖及滑动底盘构成，滑动底盘由其下方的工作水在高速旋转时产生的动压头来托起从而封闭排渣口，滑动底盘靠近最外周处有三个泄水孔，此泄水孔由滑动圈上三个塑料密封堵头封住，当滑动圈上部进开启水时同样在高速旋转水产生的动压头作用下，滑动圈克服弹簧弹力向下运动，从而打开泄水孔，实现排渣[4]，FOPX 型分油机的排渣控制过程如下：图 3 FOPX 型分油机分油工作中剖视图图 4 FOPX 型分油机准备排渣剖视图图 5 FOPX 型分油机排渣中剖视图图 6 FOPX 型分油机排渣后剖视图W-密封圈；I-排渣口；K-滑动底盘；X-密封堵头；Y1-开启室；N-定量环；Y2-定量室；L-滑动圈；0-弹簧；R-密封圈；M1-Y1的泄水小孔；M2-Y2的泄水小孔；W15-开启水；W16-工作水正常运行期间，见图3，密封堵头X 受弹簧作用封住水出口，工作水W16每过一定时间补充一次，弥补蒸发和泄露造成的损失，滑动底盘K 下部充满工作水。

准备排渣，见图4，工作水W16持续提供，开启水W15提供约三秒，在此期间，开启室Y1充满水，少许水从泄水小孔M1泄出，开启室内高速旋转的开启水所产生的动压头对滑动圈向下的压力，克服弹簧0弹力，即f3>f ，使滑动圈L 向下滑动，其上的密封堵头X 随滑动圈L 一起下移。

排渣中，见图5，由于密封堵头X 的下移，工作水从水出口泄出进入开启室Y1，开启室中的水经数个垂直孔大量进入定量室Y2，有少量水经泄水小孔M1、M2泄放，由于滑动底盘K 下面的工作水泄放出去，水的动压头消失，滑动底盘下滑，即f1>f2，打开排渣口I 进行排渣。

当定量室Y2渐充满水时，滑动圈L 上下空间水压力趋于相等，在弹簧作用下，滑动圈上移复位，密封堵头封住水出口。

排渣后，见图6，由于工作水W16的持续供水，滑动底盘K 下部空间很快充满水，再次把滑动底盘K 托起封住排渣口I ，排渣结束，滑动圈L 上下腔室Y1、Y2中的水经泄水小孔M1、M2泄放。

设计排渣口打开的时间仅为0.1S 左右，由开启室Y1定量室Y2的容积、泄水孔M1、M2的直径等参数共同实现。

在此时间内，将使分油机分离盘外侧约70%容量的渣质和水从排渣口排出。

3 ALFA-LA V AL S型分油机主要结构及工作原理S型分油机是ALFA-LAV AL公司的新产品，其体积小，转速高达10400rpm，分离效果好，易于保养[5]。

S型分油机的分离筒由一台电机通过平皮带动力传输部件和立轴驱动。

电机驱动装置配有一个摩擦联轴器，以避免过载。

分离筒为盘式，由水力驱动活动排渣底盘进行排渣。

S型分油机的结构原理图7所示，分油机进出油管结构由原来的双向心泵，改为下部有一个具有向心功能的固定不动的向心泵12。

它能把分离出来的净油从2口排出，上部使用向心管4能把分离出来的水从出水口3排出。

向心管是活动的，在支撑臂及弹簧的作用下将其向外张开。

使其保持与水腔内的水界面接触，需要时可把水腔内水向外泵出。

实际上不管是向心管还是向心管，都是把高速旋转的液体流动能转变成位压力能，这种改进使能耗降至最低。

图 7 S型分油机结构原理图1-待分油进口；2-净油出口；3-出水口；4-向心管；5-水腔；6-分配器孔；7-顶盘；9-活动排渣底盘；10-操作滑环；11-分离油腔；12-向心泵；13-分离筒盖；W-置换水进口；M-泄水孔；K-进水孔；H-进水孔；Z-进水孔；N-下腔泄水孔；P-上腔泄水孔；X-排渣口；P1-开启水管；P2-工作水管待分油从进油口l连续进分油机，经旋转分离叠片组外边缘上的垂直缺口进入分离叠片组，油分离叠片之间形成的通道上升，油在上升的过程中继续被分离，水分和渣质在离心沉降作用下运动至分离叠片的外侧，净油被推向分离叠片的内侧。