Отделение масла от воздуха

Устройство предназначено для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе. Использование изобретения позволяет снизить безвозвратные потери масла в газотурбинном двигателе и упростить привода в агрегатах для отделения воздуха от масла путем газодинамического регулирования процессов сепарации масла в роторах центрифуги и суфлера, а также за счет исключения турбулентных срывов масляной пленки в многозаходной резьбе корпуса и синхронизации волнового перемешивающего воздействия в поперечном сечении потока суфлера по отношению к скорости волн на поверхности масла в пленке. Устройство содержит полый корпус, размещенную в опорах вращения крыльчатку суфлера, включающую полую втулку с лопатками и окнами во втулке. При этом внутри корпуса выполнены многозаходные резьбовые каналы, а в стенках корпуса — окна для подвода воздушно-масляной смеси, канал слива масла и патрубок отвода воздуха. Устройство снабжено ротором центрифуги и общим с крыльчаткой суфлера валом с внутренней полостью. Причем полость внутри общего вала соединена с входом центрифуги и окнами для подвода воздушно-масляной смеси и герметично изолирована от выхода центрифуги. Выход каждого из резьбовых каналов внутри корпуса расположен в полости между лопатками крыльчатки, а его вход — в смежной полости, образованной соседней против направления вращения лопаткой на расстоянии, по крайней мере, двух шагов резьбового канала. При этом ширина каждого из каналов не превышает толщины каждой из лопаток, а длина верхней торцевой части каждой лопатки, охватываемая резьбовыми каналами, составляет 4,0 — 7,0 длины профиля лобовой части лопатки, ограниченной окнами для подвода воздушно-масляной смеси. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2171386

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а более конкретно — к центробежным приводным устройствам для отделения воздуха от масла и суфлирования масляных полостей.

Известен откачивающий насос-сепаратор для отделения газов от масла, содержащий полый корпус, размещенную в опорах вращения крыльчатку, полую втулку с лопастями на торце и отверстиями отвода воздуха, а в стенках корпуса — окна для входа воздушно-масляной смеси и канал слива масла. [1].

Недостатком известного насоса-сепаратора является возникающий преимущественно на переменных режимах эффект "запирания", причиной которого является недостаточный (волнообразный) отвод отсепарированного масла по внутреннему каналу слива, приводящий к дросселированию маслом и воздухом входного сечения крыльчатки. Это снижает надежность насоса-сепаратора, усложняет систему суфлирования и коробку приводов двигателя.

Известен также роторный маслосборник для камеры смазки, расположенный в камере, снабженный системой повторной инжекции масла для смазки подшипника. Роторный маслосборник производит осушение избыточного воздуха, выходящего из камеры, и способствует осаждению масляной взвеси на стенках обшивки ротора. Обшивка представляет собой цилиндр из материала с сотовой структурой, обеспечивающий возможность отделения воздуха от масла без значительных потерь напора [2].

В известной конструкции недостаточна конструктивная прочность и надежность материала сотовой структуры роторного маслосборника при использовании в приводных центробежных суфлерах с титановыми крыльчатками, которые имеют примерно в 2. . . 3 раза большие окружные скорости вращения ( 60 м/с), от 10000 до 12000 об./мин. Использование в эксплуатируемых турбореактивных двигателях известного роторного маслосборника в качестве приводного центробежного суфлера требует доработки коробки приводов, не обеспечивает надежности двигателя и затрат на его модернизацию.

Известен также приводной центробежный суфлер с баростатическим клапаном двойного действия, содержащий полый корпус, размещенную в опорах вращения крыльчатку, включающую полую втулку с лопатками и окнами во втулке, внутри корпуса выполнены многозаходные резьбовые каналы, а в стенках корпуса — окна для входа воздушно-масляной смеси, канал слива масла и патрубок отвода воздуха [3].

Недостатком известной конструкции является излишний вес его корпуса, а также волнообразный характер сепарации масла вследствие значительного воздействия на капли масла окружной составляющей скорости воздуха и дросселирования маслом и воздухом входного сечения крыльчатки. Опыт эксплуатации известной конструкции отмечен повышенными безвозвратными потерями масла через систему суфлирования и попаданием продуктов сгорания через систему наддува в кабину пилотов.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является устройство для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе, содержащее полый корпус, размещенную в опорах вращения крыльчатку суфлера, включающую полую втулку с лопатками и окнами во втулке, внутри корпуса выполнены многозаходные резьбовые каналы, а в стенках корпуса — окна для подвода воздушно-масляной смеси, канал слива масла и патрубок отвода воздуха [4].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является высокий уровень безвозвратных потерь масла, а также отсутствие возможности объединения в блоки, по крайней мере, двух агрегатов или сепарирующих устройств для отделения воздуха от масла при помощи одного привода (шестерни) коробки приводов.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в снижении безвозвратных потерь масла в газотурбинном двигателе и в упрощении приводов в агрегатах для отделения воздуха от масла путем газодинамического регулирования процессов сепарации масла в роторах центрифуги и суфлера, а также за счет исключения турбулентных срывов масляной пленки в многозаходной резьбе корпуса и синхронизации волнового перемешивающего воздействия в поперечном сечении потока суфлера по отношению к скорости волн на поверхности масла в пленке.

Сущность технического решения заключается в том, что в устройстве для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе, содержащем полый корпус, размещенную в опорах вращения крыльчатку суфлера, включающую полую втулку с лопатками и окнами во втулке, а внутри корпуса выполнены многозаходные резьбовые каналы, в стенках же корпуса — окна для подвода воздушно-масляной смеси, канал слива масла и патрубок отвода воздуха, согласно изобретению устройство снабжено ротором центрифуги и общим с крыльчаткой суфлера валом с внутренней полостью, причем полость внутри общего вала соединена с входом центрифуги и с окнами для подвода воздушно-масляной смеси и герметично изолирована от выхода центрифуги. Выход каждого из резьбовых каналов внутри корпуса расположен в полости между лопатками крыльчатки, а его вход — в смежной полости, образованной соседней, против направления вращения, лопаткой на расстоянии, по крайней мере, двух шагов резьбового канала, при этом ширина каждого из каналов не превышает толщины каждой из лопаток, а длина верхней торцевой части каждой лопатки, охватываемая резьбовыми каналами, составляет 4,0. 7,0 длины профиля лобовой части лопатки, ограниченной окнами для подвода воздушно-масляной смеси.

Выполнением в устройстве для отделения воздуха от масла ротора центрифуги и общего с крыльчаткой суфлера вала с внутренней полостью таким образом, что полость внутри общего вала соединена с входом центрифуги и окнами для подвода воздушно-масляной смеси и герметично изолирована от выхода центрифуги, достигается блочное выполнение приводных агрегатов для сепарации масла и суфлирования масляных полостей от одного привода, т.е. от одной шестерни коробки приводов. Это снижает вес агрегатов и позволяет многократно снизить безвозвратные потери масла в газотурбинном двигателе путем газодинамического регулирования процесса сепарации масла в роторах центрифуги и центробежного суфлера. Суфлер сепарирует частицы масла посредством вращения выбрасываемого воздуха и возвращает масло в маслосистему. В газотурбинных двигателях с открытой системой суфлирования полости сообщаются непосредственно с атмосферой и давление в них близко к атмосферному. Это давление падает с высотой полета, поэтому из-за кавитации на входе в насос снижается его производительность, определяющая высотность масляной системы двигателя. В большинстве двигателей с целью повышения высотности масляной системы суфлирующие системы выполняют закрытыми, для чего необходимо поддерживать в масляных полостях, включая маслобак, некоторое избыточное давление, примерно 0,2 кПа. На расход масла через суфлер влияет преимущественно давление воздушно-масляной смеси на входе. При избыточном давлении, примерно 0,2 кПа, обычно возникает явление "запирания" суфлера, при котором резко снижается расход воздуха через суфлер и увеличивается выброс масла. Поэтому в заявляемой конструкции расход воздуха через суфлер автоматически регулируется, например уменьшается перепуском избыточного воздуха в систему центрифуги через полость внутри вала при полетах на высоте 10. 12 км.

Выполнением выхода каждого из резьбовых каналов внутри корпуса в полости между лопатками крыльчатки суфлера, а его входа — в смежной полости, образованной соседней против направления вращения лопаткой на расстоянии, по крайней мере, двух шагов резьбового канала, ширины каждого из резьбовых каналов, не превышающей толщины каждой из лопаток крыльчатки, а длины верхней торцевой части каждой лопатки, охватываемой резьбовыми каналами, составляющей 4,0. . .7,0 длины профиля лобовой части лопатки, ограниченной окнами для подвода воздушно-масляной смеси, достигается исключение турбулентных срывов масляной пленки в многозаходной резьбе корпуса и синхронизации волнового перемешивания в поперечном сечении потока суфлера по отношению к скорости волн на поверхности масла в пленке. Это объясняется тем, что скорость течения пленки осажденного жидкого масла в каналах многозаходной резьбы имеет противоположное направлению вращения крыльчатки суфлера направление, значительно меньшее скорости потока смеси, и остается примерно постоянной. На крейсерском режиме полета толщина пленки масла становится соизмеримой с высотой микронеровностей на поверхности лопаток и резьбовых каналов корпуса. На свободной поверхности масляной пленки возникают гравитационно-капилярные волны различного типа, режим течения которых влияет на расход масла в пленке. Волны оказывают перемешивающее воздействие по поперечному сечению потока, а скорость волны на поверхности в 20. 30 раз превышает скорость движения масла в пленке. При этом мелкие капли масла (d н 5 мкм) следуют за потоком воздуха и проходят рабочий канал без контакта с лопатками крыльчатки, а средняя скорость пленочных течений для окружных скоростей менее 60 м/с не превышает 1 м/с, что обеспечивает устойчивость пленочного течения, предотвращает разрушение пленки на капли и выброс масла в атмосферу.

На фиг. 1 — изображено устройство для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе, продольный разрез.

На фиг. 2 — разрез А-А на фиг. 1 поперек крыльчатки.

На фиг. 3 — элемент I на фиг. 1 поперечного сечения одного из резьбовых каналов в увеличенном виде.

На фиг. 4 — внешний вид устройства.

Устройство для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе содержит полый корпус 1, размещенную в опорах вращения 2, 3 крыльчатку 4 суфлера, включающую полую втулку 5 с лопатками 6 и окнами 7 во втулке 5. Внутри корпуса 1, по внутреннему диаметру D (см. фиг. 2) выполнены десятизаходные прямоугольные резьбовые каналы 8. В корпусе выполнена кольцевая проточка 9, канал слива масла 10 в коробку приводов, масло 11, отделенное от воздушно-масляной смеси 12, очищенный от масла воздух 13. В стенках корпуса 1 выполнены окна 14 для подвода воздушно-масляной смеси 12 и патрубок 15 отвода воздуха 13, очищенного от масла 11. Устройство содержит ротор 16 центрифуги и общий с крыльчаткой 4 суфлера вал 17 с внутренней полостью 18, шестерню 19 привода вала 17, шариковый канал 20 в роторе 16 центрифуги, выход 22 центрифуги, разделенные кольцевым щелевым каналом Щ, в котором дросселируется масло 11, очищенное от воздуха 13. Полость 18 внутри общего вала 17 соединена через шариковый клапан 20 с входом 21 центрифуги и окнами 14 для подвода воздушно-масляной смеси 12 и герметично изолирована заглушкой 23 и крышкой 24 от выхода 22 центрифуги. Выход L каждого из резьбовых каналов 8 внутри корпуса 1 на внутреннем диаметре D расположен в полости К между лопатками 6 крыльчатки 4, а его вход М — в смежной полости К1, образованной соседней, против направления n вращения, лопаткой 6 на расстоянии H, равном по крайней мере двум шагам резьбового канала 8. Ширина N каждого из резьбовых каналов 8 не превышает толщины Т каждой из лопаток 6. Длина H верхней торцевой части каждой лопатки 6, охватываемая резьбовыми каналами на этой же длине, составляет 4,0. 7,0 длины профиля X-Y лобовой части лопатки 6, ограниченной окнами 14 для подвода воздушно-масляной смеси 12. Кроме того, на фиг. 1 показан канал подвода масла 25 из маслонасоса откачки, фильтр-сигнализатор стружки 26, перепускной клапан 27, контактное уплотнение 28 между полостями крыльчатки 4 суфлера и ротора 16 центрифуги, канал слива масла 29 из центрифуги.

Устройство работает следующим образом. Суфлируемая воздушно-масляная смесь 12 поступает внутрь корпуса 1 из коробки приводов двигателя через окна 14. На вход вращающейся крыльчатки 4 попадают капли размером до 5 мкм. При осевых скоростях более 20 м/с двухфазных потоков воздух-масло в полостях К, К1 и др. , образованных лопатками 6, возникает воздействие на капли масла окружной составляющий скорости воздуха. Это вызывает отклонение капель масла в радиальном направлении. При этом капли с диаметром d н 10 мкм осаждаются на входной части крыльчатки 4 и ее лопатках 6, примерно, на 1/6 длины лопаток 6. Капли 5 d н 10 мкм осаждаются на длине H лопаток 6 крыльчатки 4, а капли меньших размеров не осаждаются на поверхностях лопаток 6. Капли масла отбрасываются на внутреннюю поверхность D и попадают в каналы 8 многозаходной резьбы, не входя в контакт с лопатками 6 крыльчатки 4, причем капли меньшего размера испытывают большее радиальное перемещение, поскольку время их пребывания во вращающемся потоке существенно больше. На осаждение капель масла по длине крыльчатки оказывают влияние скорость движения смеси, частота вращения крыльчатки и плотность воздуха. При частоте вращения крыльчатки 4, вала 17 и центрифуги 16, примерно 3200 об./мин, открывается шариковый клапан 20. Полость 18 внутри общего вала 17 соединяется с входом 21 центрифуги и окнами 14 для подвода воздушно-масляной смеси и герметично изолируется от выхода 22 центрифуги щелевым уплотнением Щ, которое задросселировано пленкой масла 11, выбрасываемой из смежного маслоотделяющего агрегата, например маслонасоса откачки. При этом расход воздуха через суфлер автоматически регулируется, например уменьшается перепуском избыточного воздуха 13 из полости крыльчатки суфлера 4 в полость центрифуги 16 без значительных потерь напора. Частицы масла 11 из полости 18 вала 17 эжектируются ротором центрифуги 16, а отделенный от частиц масла 11 воздух 13 добавляется к потоку воздушно-масляной смеси 12 к окнам 14 корпуса 1. При вращении ротора 4 суфлера верхняя торцевая часть каждой лопатки 6 проходит мимо входа М и выхода L каждого из резьбовых каналов 8, поочередно закрывает и открывает их. Удлиненные лопатки 6 суфлера перекрывают вход М и выход L резьбовых каналов на расстоянии, по крайней мере, двух шагов резьбового канала на длине H, составляющей 4,0. 7,0 длины профиля XV лобовой части лопатки 6, ограниченной окнами 14 для подвода воздушно-масляной смеси 12, и обеспечивают синхронизацию волнового перемешивания смеси 12 в поперечном сечении потока суфлера по отношению к скорости волн на поверхности масла в пленке. Турбулентных срывов масляной пленки в многозаходной резьбе 8 корпуса 1 при этом не происходит.

Источники информации
1. US, патент N 3520632, F 04 D 9/00, 1970 г.

2. FR, патент N 2742804, F 02 C 7/06, 1997 г.

3. Бич М. М. и др. "Смазка авиационных газотурбинных двигателей". М.: Машиностроение, 1979 г., стр. 95, рис. 4.50.

4. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ, Техническое описание, М.: Машиностроение, 1975 г., стр. 128, рис. 193 — прототип.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Устройство для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе, содержащее полый корпус, размещенную в опорах вращения крыльчатку суфлера, включающую полую втулку с лопатками и окнами во втулке, при этом внутри корпуса выполнены многозаходные резьбовые каналы, а в стенках корпуса — окна для подвода воздушно-масляной смеси, канал слива масла и патрубок отвода воздуха, отличающееся тем, что устройство снабжено ротором центрифуги и общим с крыльчаткой суфлера валом с внутренней полостью, причем полость внутри общего вала соединена с входом центрифуги и окнами для подвода воздушно-масляной смеси и герметично изолирована от выхода центрифуги.

2. Устройство для отделения воздуха от масла в газотурбинном двигателе по п.1, отличающееся тем, что выход каждого из резьбовых каналов внутри корпуса расположен в полости между лотками крыльчатки, а его вход — в смежной полости, образованной соседней, против направления вращения, лопаткой на расстоянии, по крайней мере, двух шагов резьбового канала, при этом ширина каждого из каналов не превышает толщины каждой из лопаток, а длина верхней торцевой части каждой лопатки, охватываемая резьбовыми каналами, составляет 4,0 — 7,0 длины профиля лобовой части лопатки, ограниченной окнами для подвода воздушно-масляной смеси.

Сепаратор масла — для чего служит, где устанавливается?

Надо начать с того, где он устанавливается. Масляный сепаратор устанавливается на маслозаполненных компрессорах непосредственно после элемента сжатия компрессора или винтовой ступени компрессора, или что бы там ни было.

Служит для отделения масла от воздуха сжатого. Так как в маслозаполненных компрессорах процесс сжатия воздуха происходит совместно со сжатием масла, которое является и охлаждающей и уплотняющей средой для винтовых элементов компрессора.

Сепараторы масла, которые использует фирма Atlas Copco, используют в своей работе два принципа: центробежного отделения масла от воздуха и адсорбционного. То есть, воздух с маслом, попадая в полость масляного сепаратора, получают внутри сепаратора вращательное движение с достаточно большой скоростью.

Соответственно, масло, являющееся более тяжелым веществом, чем воздух, по инерции оседает на стенках масляного сепаратора и далее под собственным весом стекает в полость для удаления его из сепаратора.

Тот воздух, из которого выделено центробежным способом масло, все еще содержит достаточно большое количество масла. Этот частично обезмасляный воздух попадает на бумажный элемент или на адсорбционный элемент маслосепаратора. Воздух проходит сквозь этот элемент без особых проблем. Масло же адсорбируется на бумагу.

И опять же, под действием сил поверхностного натяжения и капиллярного эффекта элемента маслосепаратора, выводится в полость, из которой в дальнейшем чистое (без воздуха) масло отводится снова в масляную систему компрессора, а сжатый воздух продолжает свое движение далее в систему охлаждения и так далее.

Какие виды сепараторов масла бывают и в чем их принципиальные отличия?

Существует два основных вида масляных сепараторов, по крайней мере тех, которые использует Atlas Copco и большинство производителей компрессоров.

Это разборный маслосепаратор, снабженный сменным элементом маслосепаратора и неразборный маслосепаратор в виде картриджа, напоминающий масляный фильтр большинства автомобилей. То есть, неразборный завальцованный стакан, внутри которого собран весь механизм сепаратора.

Принципиальное отличие этих сепараторов в том, что у одного корпус сепаратора (у разборного) всегда остается на компрессоре и меняется лишь изнашиваемый (загрязняющийся) элемент этого маслосепаратора, во втором случае меняется полностью весь масляный сепаратор. И в том, и в другом случае есть свои плюсы, есть свои минусы.

К плюсам разборного сепаратора относится то, что он может быть достаточно больших размеров, и при этом вес самого фильтрующего элемента (маслоотделяющего элемента) невысок, что позволяет использовать такие сепараторы на компрессорах большой производительности, что, как правило, и происходит.

Из минусов – дополнительные сложности при установке элемента маслосепаратора: дополнительные прокладки, дополнительные крепежные детали. Собственно, и все.

На более мелких компрессорах, где не требуется такая высокая производительность, устанавливают сепараторы неразборной конструкции, которые заменяются полностью. Он имеет относительно небольшой вес за счет небольшой своей производительности, а работает ничуть не хуже.

Вот, пожалуй, основные их различия и плюсы-минусы.

От чего зависит применение производителем того или иного вида сепаратора?

Основная причина установки того или иного вида сепаратора в производительности компрессора. При производительности компрессора достаточно высокой (как правило, это компрессора мощностью от 30 киловатт и выше) устанавливают разборные сепараторы. Если же компрессора меньшей производительности, то чаще устанавливаются сепараторы неразборные.

Заметим, что, в данном случае, когда речь идет о производительности компрессора, имеем ввиду производительность не в кубометрах в минуту (как бы абсолютную производительность компрессора), а в мощности привода – это удобней для оценки производительности компрессора и, на самом деле, более часто используется производителями компрессоров. В частности даже названия компрессоров у фирмы Atlas Copco (скажем, GA-30) – это не его производительность, это мощность привода 30 киловатт.

В данной статье, мощность, производительность компрессора мы указываем в мощности привода – в киловаттах. Если есть желание пересчитать их на кубометры в минуту – для этого есть очень простая формула. Она (Формула — Прим. ред.) правда примерная (весьма примерная), но дает возможность оценить производительность любого компрессора практически (так как КПД у них примерно одинаковое) в зависимости от мощности привода.

Итак, если мощность привода компрессора в киловаттах разделить на приведенный коэффициент 6, то в результате мы получим производительность компрессора в кубометрах в минуту.

Это достаточно удобный способ, так как разные производители (да и разные типы компрессоров) на своих названиях указывают различные аббревиатуры, различные цифры. Где-то это производительность в литрах в секунду, где-то это мощность привода, где-то это производительность в кубометрах в час и тому подобное.

Чтобы не было путаницы, всегда можно ориентироваться на мощность привода данного компрессора и примерно (с точностью +-10%) высчитать его производительность. Но это было отвлечение от темы, так что продолжим.

Какова методика замены каждого вида сепаратора?

Наверное, лучше начать с простого – с неразборного. Неразборный сепаратор меняется очень просто. Как правило, не требуется сливать масло из компрессора. В общем, никаких особых лишних движений.

Примерно так же, как заменяется масляный фильтр или на автомобиле или на компрессоре. Отвинчивается корпус сепаратора от места крепления своего, далее (не заполняя маслом) смазывается резиновое уплотнение на корпусе сепаратора жидкой смазкой и далее вновь вручную накручивается на свое место. Затягивается от руки и на этом замена масляного сепаратора неразборного практически закончена.

Замена сепаратора разборного иногда вызывает достаточно большие трудности, это касается в основном компрессоров большого размера мощностью 160 и более киловатт.

На более мелких компрессорах замена сепаратора может производиться мало-мальски квалифицированным слесарем.

Необходимо отсоединить несколько масло-подающих, воздухо-подающих трубок, датчиков с корпуса маслосепаратора, отвинтить крышку масляного сепаратора, удалить резиновое уплотнение, вынуть из корпуса непосредственно сменный элемент, установить на его место новый.

Заменить уплотнение под крышками, под пробками маслосливных и заливных горловин, уплотнения, которые были удалены при снятии трубопроводов воздушных, масляных. И снова все это собрать.

То есть, процедура достаточно нудная, но не сложная. Но это касается только компрессоров малой мощности.

На компрессорах большей мощности, свыше 120-160 киловатт, замена сепаратора вызывает достаточно часто большие трудности в связи с тем, что там имеются очень неудобные громоздкие и тяжелые элементы трубопроводов.

Крышка корпуса масляного сепаратора представляет собой чугунную крышку диаметром более метра, а порой и более 2-х метров. Вернее, 1,5-2 метров. И весом до 300-400 килограмм. Правда, на компрессорах, как правило, предусмотрен механизм лифта, механизм приподымания этой крышки.

Но, в данном случае, требуется некоторая квалификация, знание особенностей конструкции этого сепаратора. Возможно, при его демонтаже, при замене элемента масляного сепаратора на неразборном сепараторе низкоквалифицированным персоналом, возможны ошибки и поломки, так как внутри этого сепаратора есть хрупкая деталь.

В частности, маслоотводная трубка, которая собирает отсепарированное масло и отводит его снова в систему маслоснабжения компрессора. Эта трубка достаточно хрупкая, легко ломается и при снятии крышки масляного сепаратора ее поломка достаточно частая даже у специалистов Atlas Copco.

Когда нужно менять сепаратор?

Основным признаком замены масляного сепаратора является наработка часов данного компрессора. На маслозаполненных компрессорах регламент замены указан в инструкции по эксплуатации. Он может быть как 4000 часов, так и 8000 часов наработки.

Либо на компрессорах достаточно большой мощности (производительности), скажем, на компрессорах Atlas Copco GA более 45 киловатт, на корпусе масляного сепаратора установлен дифференциальный датчик перепада давления на масляном сепараторе, на основании показаний которого и происходит замена масляного сепаратора. Либо по наработке часов – что наступит быстрее.

Нормальный перепад давления на сепараторе составляет примерно 0,5 килограмма. Максимальный перепад может достигать до 3-х килограмм. Больше – это уже нонсенс, причем нонсенс серьезный.

В каких случаях нужно менять масляный сепаратор обязательно?

Обязательной замене маслосепаратор подлежит в случае, если мы заменяем масло в компрессоре на другое, на другой тип. В случае, если перепад давления на масляном сепараторе превышает 3 килограмма.

В случае (это, как правило, происходит на компрессорах, не оборудованных датчиком перепада давления) когда срабатывает предохранительный клапан на корпусе масляного сепаратора.

Далее – когда мы знаем, что в масло могли попасть какие-либо твердые частицы или загрязнения. Допустим, после заклинивания и замены (или ремонта) винтовой пары сепаратор менять обязательно, так как он быстро загрязнится стружкой, продуктами, возникшими в результате дефекта компрессора, винтовой пары.

Замена сепаратора вызывает ли необходимость замены какого-либо еще элемента?

При замене сепаратора необходимо заменять масло. Это входит в правило замены масляного сепаратора на компрессорах. Но это опять же в случае, если и сепаратор, и масло отработали свой срок службы.

Если же у нас замена сепаратора происходит из-за, скажем, чрезмерного уноса масла, хотя срок наработки масла невелик, то можно заменять его отдельно.

То есть, непосредственно замена масляного сепаратора не влечет за собой замены каких-либо еще элементов, кроме уплотняющих, если это разборный сепаратор.

Виды неисправностей сепаратора

В неразборном сепараторе существует всего один вид неисправности. Хорошо, два. Первое – он просто не работает и не отделяет масло. Или отделяет его недостаточно эффективно. Второе – утечка масла через корпус, через элементы корпуса неразборного маслосепаратора.

Что касается маслосепаратора разборного – там несколько сложнее, там дефектов возникает больше. Особенно это касается компрессоров большого размера (более 90 киловатт).

Первый дефект – он не самый распространенный, но самый заметный – это элемент маслосепаратора (сменный) забит продуктами разложения масла либо какими-то твердыми частицами, попавшими в масло, так как он еще плюс ко всему работает как масляный фильтр.

Далее в маслосепаратор входит также система эвакуации или удаления масла из сепаратора. Она, как правило, состоит из медной трубки, опущенной на дно корпуса элемента маслосепаратора, обратного клапана. Собственно, и все. Так вот, эта трубка может не доставать до дна сепаратора, быть согнута или поломана.

Также может не работать обратный клапан, установленный на этой трубке. Может быть загрязнена сама линия эвакуации масла из маслосепаратора. То есть, грязь могла попасть в маслоотводную трубочку маленького диаметра.

Также дефектом является трещина в корпусе внутри маслосепаратора. То есть, внутри маслосепаратора есть стакан стальной. Вернее внутри корпуса маслосепаратора разборного есть стальной стакан, внутри которого уже установлен картридж. Так вот, этот стакан тоже иногда трескается. Его назначение как раз – это часть системы центробежного отделения масла. Вот эта центробежная система отделения масла тоже иногда выходит из строя.

То есть, если подытожить, то дефектов маслосепаратора разборного достаточно много. И понять, что там произошло без его демонтажа, как правило, почти невозможно. При демонтаже дефекты визуально обычно видны, если, конечно, хорошо знаешь конструкцию маслосепаратора.

Способы диагностирования того или иного вида неисправности

Признаком неисправности сепаратора является чрезмерный унос масла из компрессора. Поэтому определить неисправность сепаратора удобней всего по наличию масла в воздушной магистрали компрессора либо в фильтрах-маслоотделителях на выходе из компрессора.

Либо значительного количества масла в воде, которая выходит из дренажного клапана компрессора, так как в ней собирается тоже значительное количество масла и по количеству масла в этой воде дренажной (которая должна быть абсолютно водой без примесей) также можно определить, что сепаратор неисправен, либо не справляется со своей задачей. Вот один из способов.

Следующий способ диагностики неисправности маслосепаратора – это регулярное срабатывание предохранительного клапана в режиме загрузки компрессора. Клапана, который находится на корпусе маслосепаратора. То есть, избыточное давление внутри маслосепаратора.

В принципе, его можно и померить, если установить в корпус маслосепаратора механический манометр, но это уже, так сказать, специальная процедура, которую вряд ли будет делать заказчик.

Для заказчика важно первое: если компрессор оснащен датчиком перепада давления на маслосепараторе – чтобы значения этого датчика не выходили за предельно допустимые для этого компрессора. Второе – чтобы этот датчик был исправен. Третье – в случае, если компрессор не снабжен датчиком – чтобы не подрывался предохранительный клапан. Четвертое – чтобы в конденсате, который выходит из компрессора, не было большого количества масла. Пятое – срок службы сепаратора не превышал бы установленного инструкцией завода-изготовителя времени.

И в случае, если компрессор эксплуатируется заказчиком недавно и был приобретен не новый или неизвестна его прежняя история, желательно начать все с ноля: заменить сепаратор, масло и начать отчет сначала.

Последствия неисправности маслосепаратора

Если неисправность незначительная, то есть, маслосепаратор потерял свою способность к качественному сепарированию масла, тогда мы имеем большое количество масла, которое попадает в то оборудование, которое стоит за компрессором. То есть, в воздухе на выходе из компрессора содержится большое количество масляной пыли, масляного тумана. Это раз.

Второе – у нас происходит унос масла из компрессора. Соответственно, снижение уровня масла в компрессоре и велика вероятность того, что мы прозеваем, когда этот уровень опустится ниже допустимого, что вызовет перегрев компрессора. Заклинивание – нет, но перегрев вызвать может.

Также может начать срабатывать предохранительный клапан, через который также будет выбрасываться масляный туман. У нас будет, во-первых, недостаточное давление на выходе компрессора, так как оно будет стравливаться через предохранительный клапан.

Далее у нас будет перегружен электродвигатель компрессора, так как срабатывание предохранительного клапана происходит только при превышении максимально допустимого давления рабочего для данного компрессора. А это в обязательном порядке перегрузка электродвигателя, перегрузка редуктора – перегрузка, в общем-то, всего механизма привода компрессора.

Так что двигатель теоретически тоже перегружается в случае неисправности маслосепаратора.

И, наконец, наиболее неприятный дефект – когда сепаратор полностью забит, срабатывает предохранительный клапан и то, что перечислено выше.

Рекомендации по эксплуатации сепараторов

Рекомендовано эксплуатировать сепараторы либо оригинальные, либо рекомендованные заводом-изготовителем, либо проверенных брендов. Потому что он очень сильно влияет на качество получаемого компрессором воздуха. Вернее на качество приготавливаемого компрессором воздуха.

А также замена сепаратора должна производиться строго согласно регламенту, установленному заводом-изготовителем.

Неоригинальные сепараторы – возможные риски.

Да, риски есть, причем достаточно серьезные. Особенно это касается сепараторов разборных, то есть элементов сменных. И на компрессорах большой производительности.

Основной риск – это, конечно то, что не будет достаточно качественно сепарироваться масло. То есть, будет в воздухе масляный туман, будет загрязняться оборудование, которое использует сжатый воздух от этого компрессора. Будут большие загрязнения воздушной магистрали, будут достаточно часто выходить из строя фильтры маслоотделителя, установленные после компрессора, если они там установлены.

И возможно даже в случае некачественного изготовления сепаратора, а в частности некачественной системы заземления сеток внутри сепаратора относительно корпуса… Так вот, и такие случаи бывали – когда сепаратор забивается, создается избыточное давление внутри сепаратора и происходит пробой статического электричества внутри сепаратора. И масляный туман взрывается.

Такие случаи были – это не шутка. Компрессор буквально взрывается и его разносит на куски. По крайней мере, сепаратор, вот эту чугунную бочку – она собой представляет практически противотанковую осколочную гранату. То есть, крупные элементы чугуна разлетаются на достаточно большую площадь, плюс ко всему выходит из строя и механически (за счет ударов частиц корпуса, детали компрессора), и выгорают, выплавляются элементы, которые могут, умеют плавиться и выгорать.

Случай из практики, связанный с сепаратором. Может быть, с неправильной работой, неправильной установкой? Брак, еще что-либо?

Случаев много. Бывает неправильная работа маслосепаратора в случае, если плохо работает не сам сепаратор, а система удаления масла из него. Она на компрессорах что больших, что маленьких не сложная, но в ней бывают дефекты.

Это всего лишь медная трубочка. Вернее, это тонкий трубопровод, снабженный обратным клапаном, который соединяет маслосепаратор, ту полость маслосепаратора, где скапливается отделенное масло чистое с зоной более низкого давления, чем в самом сепараторе. И эта зона находится в винтовом элементе. Причем разница там не очень большая в давлениях. И он с небольшой разницей давлений это масло засасывается из сепаратора, выдавливается из сепаратора в обратно-винтовой элемент, ступень сжатия.

Так вот, бывает – не работает обратный клапан (зависает), бывает – забивается эта трубочка, особенно на маленьких компрессорах – она почти капиллярная (тоненькая-тоненькая). Или перегибается она, или переламывается. Ну, вот такого плана дефекты бывают. Обнаружить их не всегда удается быстро – надо иметь некоторый опыт обнаружения подобного рода дефекта.

Для повышения надежности функционирования и долговечности пневматических систем управления необходим целый комплекс мероприятий. Очень важной при этом является оптимальная подготовка сжатого воздуха, включающая в себя его очистку от разнообразных загрязнений. Очистка воздуха от масла нужна потому, что загрязнения сжатого воздуха в 3-7 раз снижают долговечность пневматического оборудования и в 80% случаев являются причиной выхода его из строя.

Загрязнения сжатого воздуха

Условно загрязнения сжатого воздуха компрессорного оборудования можно разделить на три больших группы: твердые загрязнения, газообразные загрязнения, вода и компрессорное масло в жидкой, а также паровой фазе.

К появлению этого нежелательного компонента в сжатом воздухе могут привести смазка компрессоров и пневматических устройств, масляные фильтры, а также пары и распыленное масло в окружающей среде.

Пожалуй, наибольшие трудности возникают при удалении тумана компрессионного масла. Это связано с небольшим размером аэрозольных частиц, подавляющее большинство из которых имеет диаметр меньше 1 мкм. В процессе сжатия воздуха, содержащего примеси масла, в камере появляется масляный туман, в состав которого входят капли размером 1,0 мкм и распыленный аэрозоль с размером частиц 0,01 мкм и даже меньше. Также отмечают наличие масляных паров (газовой фазы).

Все эти примеси уносятся вместе с воздушным потоком. Концентрация масляного тумана в сжатом воздухе может доходить до 1 г/м 3 . В целом она зависит от общих характеристик используемого масла, а также типа и особенностей конструкции компрессоров. Если говорить о масле в общем, то стоит отметить, что его содержание в сжатом воздухе может достигать нескольких десятков граммов на один кубический метр.

Фильтры для очистки

На практике для очистки сжатого воздуха от масла применяют специальные фильтры. При их производстве могут использоваться разнообразные материалы, включая композитные. Наиболее часто применяют: агломераты бронзы и нержавеющей стали, гидрофобные мембраны, пропитанные смолой волокна целлюлозы, керамику и кварцит, полимерные материалы и микроволокна боросиликата с или без связующей добавки.

Выбор конкретного материала производится в зависимости от характера загрязнений и требований к технологическому процессу.

На рынке имеются мембраны, которые могут помочь создать фильтры различной степени очистки воздуха, включая стерильную или ультрачистую. Последние две степени очистки сжатого воздуха нашли свое применение в электронике, пищевой промышленности, фармацевтике и прочих подобных областях.

Для удаления масла также могут быть использованы коалесцентные фильтры. Если сжатый воздух, содержащий микрокапли примесей, пропустить через пористую субмикронную мембрану, то возникнет явление коалесценции. Его суть состоит в том, что микрокапли начинают вступать в контакт и объединятся. В результате появляются большие капли, постоянно увеличивающиеся в размерах. Поток воздуха их выталкивает и появляется возможность сбора с другой стороны пористой мембраны.

Выделенную жидкость аккумулируют на дне емкости фильтра до полного удаления или вручную, или автоматически с помощью специальных сливов.

Наиболее эффективные марки коалесцентных картриджей помогают снизить содержания масла в сжатом воздухе до 0,01 ppm (частей на миллион, обычно выраженных в весе). Пары масла с помощью данного оборудования не могут быть удалены, поэтому дополнительно нужно использовать специальные адсорбенты.

Кроме фильтрации для очистки от сжатого воздуха используют также процесс осушки и силовые поля. Существующие установки могут объединять в себе несколько способов очистки.

Избежать попадания в сжатый воздух масла можно в том случае, если используется безмасляный компрессор. Все дело в том, что в качестве смазочного материала он не использует масло. Вместо него может быть залита вода. Недостатком оборудования такого типа является ограниченная область использования. Безмасляные компрессоры можно применять в медицине, пищевой промышленности и фармацевтике. Среди преимуществ стоит выделить необходимость меньшего ухода и надзора, так как оборудование такого типа имеет меньше трущихся деталей и расходных материалов.

Также для производства безмасляного воздуха могут быть использованы спиральные компрессоры.

Процесс очистки сжатого воздуха от масла

В компрессоры попадает воздух, содержащий загрязнения в виде твердых частиц. Возможно также наличие некоторого количества водяного пара, который в случае сжатия может конденсироваться и образовывать загрязнения в жидкой фазе. Не исключено присутствие и газообразных загрязнений.

Сам процесс сжатия сопровождается загрязнением маслом и водой. Степень загрязнения сжатого воздуха маслом зависит от конструкции и текущего состояния компрессора.

Согласно существующим данным, наличие в таком воздухе загрязнений различного происхождения способно в 3-7 сокращать срок службы пневмооборудования.

Масло является очень неприятной примесью, так как его удаление вызывает наибольшие трудности, особенно если оно пребывает в сжатом воздухе в виде аэрозоля с частицами размером 0,01-1 мкм.

Именно из-за небольшого размера использование сил инерции в этом случае не подходит. Поэтому на практике применяют фильтры контактного действия или коалесцентные.

В общем случае фильтровальный элемент имеет несколько слоев. Первый – мелкопористый. Проходя через него, частицы масла соединяются. Происходит их укрупнение (явление коалесценции). Второй слой – грубоволокнистый. В нем происходит расширение воздуха. На выходе скорость движения потока существенно снижается, а капли масла, пребывая под воздействием собственного веса, начинают опускаться на дно специального стакана. В нем предусмотрено наличие крана, с помощью которого происходит периодический отвод водомасляного конденсата.

Некоторые промышленные области не допускают наличия в воздухе аэрозолей, поскольку данный факт ухудшает качество производимой продукции или же делает протекание технологического процесса вообще невозможным.

Именно для таких случаев предусмотрено применение специальных фильтров-глушителей. Они более сложны по конструктивному исполнению и имеют значительные габариты. В связи с этим фильтры-глушители устанавливаются на выхлопном трубопроводе, являющимся общим для всей пневмосистемы.

Также для удаления масла из воздуха могут применяться системы химической очистки. В них используются специальные сменные картриджи.

Установки для очистки атмосферного воздуха

Эта задача может возникать, например, при продувке баков силовых трансформаторов и электрических аппаратов при их монтаже, обслуживании и ремонте. Конечная цель такой операции – это предохранение электроизоляции от увлажнения во время разгерметизации активной части. Таким образом, воздух, который для этого используется, должен быть чистым и не содержать ни масла, ни механических примесей, ни воды. Для очистки на практике применяют специальные установки типа «Суховей-4».

Установка осушки воздуха Суховей-4

Принцип их работы базируется на осушке атмосферного воздуха в двух адсорберах, которые работают циклически. Они заполнены синтетическим сорбентом для очистки осушенного воздуха от механических примесей в фильтре.

Очистка атмосферного воздуха от примесей другого рода может осуществляться механическими, физическими или физико-химическими методами.

Классы МПК: F02C7/06 размещение опор; смазка
Автор(ы): Королев О.Г. , Злыгостев Д.М. , Кириевский Ю.Е.
Патентообладатель(и): Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Приоритеты:
Оцените статью
Topsamoe.ru
Добавить комментарий