[doc] Westfalia分油机工作原理及故障分析

[doc] Westfalia分油机工作原理及故障分析 Westfalia分油机工作原理及故障分析 Westfalia分油机工作原理及故障分析 袁川,吴文锋 (1.大连海事局,大连116026;2.大连海事大学,大连116026) 摘要;首先介绍了Wesffalia分油机的基本结构及工作原理,在此基础 上对分油机的PLC 控制进行了详尽论述.最后对Wes如lia分油机常见的故障进行了分 析’并提出了一些处理措施. 关键词:Wesffalia;分油机;PLC;故障分析. 中图分类号:U664.5文献标识码A文章编 号:1005-8354(2oo8)O5-()005 OperatingprincipleandfaultanalysesforWestfaliaoilseparator YUANChuan.WUWen—feng (1.Dalianmaritimebureau,Dalian116026,China;2.Dalianmaritimeuniversity,Dalian116026,China) Abstract:FirstlythispaperintroducedthebasicconfigurationandoperatingprincipleofWestfaliaoilsepara— tor,andthenrelatedthePLCcontroloftheseparatorindetail,finallyanalyzeditsregularfaultsandgave so,,emeasuresofmaintenance. Keywords:Westfalia;oilseparator;PLC;fauhanalysis 0引言 随着现代科技的发展和石油的广泛应用,分油机 越来越广泛地应用于现代工程领域的各个方面.尤其 是在船舶上,分油机用来分离出燃油和润滑油(包括 轻柴油,重柴油,燃料油)中的水分和机械杂质,以达 到减少机械故障,提高机械设备使用效率,并延长机 器使用寿命的目的,是船舶燃油和滑油工作系统中必 需的专用设备.分油机总是伴随着柴油机的工作而工 作.船舶分油机系统通常包括燃油分油机,柴油分油 机和滑油分油机,它们分别负责对主机和发电机等的 燃烧用油和润滑用油进行分离净化处理.是船舶正常 航行不可或缺的重要设备之一.作为船舶机舱燃油, 滑油系统中的关键设备,分油机运行状况的好坏直接 影响燃油,滑油的品质,进而影响船舶动力系统的运 行工况,在某些特殊情况下甚至会影响到船舶的航行 安全.因此,要求轮机管理人员熟练掌握分油机的工 作机理和控制过程,娴熟地对分油机进行操作和故障 诊断,确保分油机安全有效地运行,尽量减少故障的 发生[I]. 收稿日期:2008-04—14. 作者简介:袁川(1984-),男,本科,研究方向:轮机工程 1船舶分油机概述 船舶柴油机所用的燃油和滑油在进入柴油机使 用之前都必须经过净化处理,以除去其中的水分和杂 质.净化的好坏对柴油机工作的可靠性和使用寿命影 响极大. 在混有水和杂质的油中机械杂质的密度最大,油 的密度最小,水的密度介于二者之间.油在沉淀柜中 存放一定的时间能使机械杂质和水分沉淀分离,但速 度极慢.目前船上主要靠离心式分油机来净化燃油和 滑油.与重力场相似,在离心力场中,不同密度的物质 所受的离心作用力也不同,密度大的物质所受的离心 作用力大,而密度小的物质所受的离心作用力小.其 工作原理是:让需要净化的油料被连续地供人高速旋 转的分离机转鼓中并随转鼓作高速旋转时,密度较大 的水滴和机械杂质所受的离心力较大而被甩到外周, 水被引出,杂质则被定期通过排渣口清除;密度较小 的油所受的离心力较小便向里流动,将会聚于转轴附 近,并从特设的出油口流出,从靠近转轴的出水口流 出,又从而得到净化.在高速旋转的分离机转鼓中,杂 技术篇2008年第五期5 质受到的离一0惯性力将是其所受晕力的几千倍或更 高.分油机止是利用这利l离心分离的原1:作的,其 特点是净化时间短,净化过程连续,分离昂大,分离效 率高.通常将尉休颗粒的离一L,Dfi速度与亟_/J场【fl的重 力加速度之比称为分油机的分离因子/.它说叫了在 离心场中颗粒沉淀的速度比在重力场巾人多少,船舟n 分油机分离闲子,通常是5000,l4000. 2WestfaliaOSD新型分油机的技术参数与结 构 2.1技术参数 WestfaliaOSD35型分油机在转速为8200r/min 的情况下,其所分油的密度最大可至1050kg/m,被 分离的固体密度可达1400k.g/m,为现代柴油机使用 劣质燃油创造了条件.详细数据以及外观请参看表l 和图1. 表1WestfaliaseparatorD-type技术数据 Technicaldate0SD6一o10SD18一o10SD3510SD6O1 Bowl Speed12,O00rpm11,500rpm8200rpm6800rpm Volume1.5l318】2l1 Solidsholdingspace0.9l15l4l1ll E|eetriernotor Power3_4kW5.5—7.5kWll—l5kW18—31kW Speedal50Hz3000rpm3000rpm3000rpm1500rpm Speedat60Hz36()Orpm3600@m3600rpm1800rpm q’ypeTMV1IMVlIMVlIMVl T)ofenelosnreIl755IP55IP55IP55 Celit1ipedalpmnp PressmeheadlightptlaseII3ar1—2bar2bar2bar PressmeheadheavyphaselI)all_2bar2bar2bar i Weightsandshippingdate0SD6一OlOSDl8_010SD3510SD60一Ol Separatorcomplete200kg310kg1050kg1600kg Bow142kg72kgl90kg360kg CasedimensionsfL×B×H1J280×700×l030mml300X870Xl030raml800× l000Xl400mml8o0×1050×l600lnirl Shippingvohlnle0.92l1.17m2.5m’3.0m Dimensions0SD6_ol0SD18_01OSD35l0SD60l A753lllln908mm1185tnm1515mm B540mm583mm752mm865mm C990nIlnl097toni1382mml606ram 2.2分油机结构分析 分油机分为7个部分,分别为:1)支架:容纳驱动 部件;支撑电机,分离筒,以及筒罩;2)分离筒技其液 压系统;3)向心泵和感液泵;4)驱动装置;5)简罩:保 护分离筒并支持进排油管线;6)电机:使分油机加速 6第五期2008技术篇 至额定转速,设有过载保护装置;7)制动部分:可使分 油机减速时间大大地缩短,从9O分钟到大约7分钟. 2.2.1分离筒及其液压系统结构 如图2所示,分离筒由4部分组成:l为分离筒. 高速旋转,产生很大的离心力使得分水离分杂质过程 图1WestfaliaseparatorD—type外观图 A 图2分离筒结构 4 得以进行;2为布油器.使从A口进的油加速至分离 简转速,然后转送至分离盘组;3为分离盘组.分离由 轻重两相组成的混合液,由很多锥形盘堆叠在一起, 每张盘都有spacers,这样,在每张分离盘之问就可以 形成准确的空问大小,而分离盘平滑的表面还有助于 油渣固体物质很好地滑动,因此分离盘就具有了自我 清洗的功能.分离腔:分离空问由大量高度很低的平 行的腔室组成,这种结构减轻l『渣油在分离盘上的径 向沉积.油渣固体物被高速的离心力甩在分离盘之间 的上壁上,然后滑落至渣空问;4为渣空间.集中被分 离的油渣. 待分油从进油管供入分离筒内,经配油器向筒周 边方向移动,当到达配油器外边缘时,转而向上,通过 分离盘组形成的通道均匀地分配至各个分离盘之间, 在油向筒中央流动的过程中,被连续地分离,将油之 中的水,渣分离出来.干净的油向上朝分离筒中央方 向流动离开分离盘进入油腔室,然后在向心泵的作用 下通过出油口离开分离筒.分出来的油渣移向筒周 边,分出来的水沿着分离盘组外边缘向上穿过顶盘的 槽道,通过感液泵离开分油机.较重的杂质汇集在分 离盘组外侧的渣空间,定时通过排渣口离开分油机. 3 2 1,工作水(在分离筒中,工作水和分离筒一起以高速旋转, 产生很高的离心力,强迫滑动囤和滑动底盘动作,开启关闭 分离筒执行排渣功能);2,滑动圈;3,为滑动底盘 图3分离筒液压系统图 滑动圈和滑动底盘都在分离筒底部,和分离筒其 他部件一起以相同的角速度高速旋转,并可轴向移动. 2.2.2向心泵和感液泵 向心泵和感液泵的结构如图4所示. 图4向心泵和感液泵 泵 如图5所示,向心泵设置的目的在于使流体(油 和水)在压力下排出,向心泵被紧固在筒罩上.分离筒 内旋转的流体进入旋转的腔室,在那里形成围绕固定 的向心泵叶轮的流体环带.此环带或多或少地盖住向 心泵叶轮外边缘.当旋转的液体环带直径增大时,因 液体迅速增加而建立起压力.由向心泵所产生的压力 主要是由外边缘的”离心压力”和旋转液体环带的 “动能”所转换的压力能组成. 当流量很低或是排出管无背压时,液体环带的内 径恰好等于向心泵的外径;当液体必须克服背压时, 例如,较高的排出压头或压力状态,腔内的液体环带 技术篇2008年第五期7 直径将减小直到与所对应的背压取得平衡.这样,向 心泵将泵出所有进入腔室内的液体(不考虑背压)达 到此流量状态下向心泵所能达到的最大压力. 图5向心泵工作原理图 所谓的感液泵其实就是阿法拉伐分油机的排水 向心泵,是以其功能而命名,只是由于在系统中其功 能是把少量?昆合液排送到监测系统(并排出少量的 水)而得此名. 2.2.3驱动装置 图6中,电机用来驱动分离筒,其转动力矩由摩 擦离合器经平面皮带传送至分离筒立轴;离心式摩擦 离合器用以缓和启动造成的冲击和防止马达过载,由 摩擦元件离心力产生的扭矩作用于皮带轮上,逐渐使 分离筒加速至额定转速,立轴用来支撑分离筒. 驱动 离心式 摩擦离合 图6驱动装置图 3Wesffalia分油机的自动控制 德国Westfalia公司提供的自清式分油机可用于 船舶燃油和滑油的净化处理,根据实际用途和分离清 洗能力要求可选择OSA,OSC,OSD等型号的分油机. 而且实际分离机在分离过程中可供用户选择部分排 渣,全排渣和可选择性的在部分排渣后伴随全排渣三 种排渣方式之一.一般的分油机没有附带UNITROL 系统,而附带有UNITROL系统的Westfalia公司分油 8第五期2008年技术篇 机又在原有的功能基础之上添加了两种监控系统:水 分监控系统(WMS)和贮渣空间监控系统(SMS).在 实际应用之中可以根据处理燃油或滑油的需要选择 是否附带水分监控系统或贮渣空间监控系统或者同 时具备两种监控系统.在重燃油二级处理中可以采用 串联另一台分油机,从而使得分离净化效果更加完好. 如图7所示,C7-635控制器是控制单元的核心, 它具有自动排渣控制和状态监控功能.它通过接收外 部输入信号,经过程序处理,然后输出信号控制电磁 阀的通电,电机的起停等,完成分油机对污油的分离 净化处理.进行分离程序前,污油在分油机外循环,只 有在满足分离条件并且启动分离程序后,污油才通过 气动3/2路阀进入分油机,气动阀的控制由控制器通 过电磁阀实现,气动阀也可以手动调节.操作水用于 控制排渣口的开启与关闭,置换水在排渣程序进行之 前注入转鼓中,减少被分离污油的损失,根据分油机 型号和分离模式的不同,决定是否需要在进行正常分 离之前进行注水,实现水封作用,防止被分离油从出 水管路流出. B A,水;B,压缩空气;C,污油供应;D,净油排出 1,控制器C7-635和分离机电机控制,供油泵电机控制,排 渣泵电机控制;2,水减压阀;3,供水组件带电磁阀,用于注 水,置换水和操作水;4,压缩空气控制单元;5,气动3/2路 阀.带手动调节和控制空气用电磁阀(装在分离机污油管 路上);6,PT100一供油温度监测(高温/低温);7,压力开 关(监测净油排出);8,电源供应连接;9,警号;10,排水阀; 11,循环阀;12,压力开关一贮渣空间监测;13,水感应器; 14,接线盒(装在分离机上) 图7分油机的PLC控制系统布置图 操作水,水封水和置换水由高位水柜,经减压阀, 保持压力在0.2,0.3MPa,在控制器的作用下,在不 同的时刻进入分油机.水分传感器用于安装在循环管 路上,其作用在于启用WMS功能时,检测是否需要打 开排水阀进行排水,在循环管路上同时还安装有压力 开关,其作用在于启用SMS功能时,检测排渣空间压 力,从而决定是否需要开启排渣口进行排渣.PT100 传感器用于监测燃油(滑油)进口温度是否在规定范 围内,从而保证良好的分离效果,在低温和高温情况 下,都会触发综合报警,并停止燃油阀的供油.在净油 排出管路上安装有压力开关,监测分油机是否正常分 离,在低压和高压情况下都会触发综合报警,并中断 分离程序. 4分油机分离时间的确定 分油机分离时间是指两次排渣周期之间的时问. 分油机进入正常分离模式后,起动分离间隔时间的计 时器,如果在间隔时间内没有SMS信号(启用SMS监 控功能的分离模式)或者其他方式触发排渣程序,则 控制器会在间隔时间走完后自动执行一次全排渣,排 渣结束后进入下一次正常分离时序,计时器重新起 动,如果在间隔时间内执行了排渣时序,则计时器在 排渣结束进入下一次正常分离时序时重新起动.准确 的分离时间与很多因素有关,它们包括预选的运作模 式(部分或全排渣模式),渣空间内的含渣量,转鼓内 有效的贮渣空间,分离机的处理量,转鼓的清洁效果 等,一般情况下,可以通过计算法和辅助图表法得出 所需的分离时间. 计算法求取分离时间: 例如已知:污油中固渣含量P:0.05%;储渣空 间体积V=1.5L;储渣空间利用率为:75%;分油机处 理能力Vo=2000L/h;则分离时间f:V~75%: :Q:一11l’ 2000X0.05%一… 辅助图表法确定分离时间在实际中也有一定的 应用,在此不作介绍. 5Wesffalia分油机常见故障检修 分油机是船舶上的重要设备,由于它的现场运行 环境恶劣,所以会经常出现故障.加强分油机的管理, 及时发现,排除分油机的故障,确保分油机处于良好 的使用状态,对于船舶的正常航行具有重要的意义. 5.1可编程控制器PLC故障 可编程控制器PLC是Westfalia分油机监控系统 的核心,它功能齐全,精密,价格昂贵.PLC不同的故 障,可由面板指示灯反映出不同的故障现象. 1)可编程控制器晶振损坏 故障现象:控制器面板输入输出状态指示灯,运 行指示灯,及功能键指示灯熄灭,该故障是控制器 CPU所用的晶振损坏,CPU得不到时钟振动频率,导 致控制器失控,更换晶振后控制器恢复正常. 2)可编程控制器电源控制芯片损坏 故障现象:控制器无电源指示,面板所有指示灯 均不亮.该故障是由于电源控制芯片损坏导致,更换 之,控制器可以恢复正常. 3)可编程控制器电源板滤波电容失效 故障现象:控制器面板液晶显示屏,输入输出指 示灯及功能键指示灯发平光.故障是由于电源板输 入直流电源的滤波电容失效导数. 5.2出水口漏油 当出水口漏油时,常常可以见到水镜呈黑色或有 油流出,同时用手摸可以感觉到其管壁烫手,而在正 常分油情况下该出水只有少量水分排出,管温不高. 出水漏油常见原因: 1)净油出口背压过高 净油出口阀未开启或开度不足,压力表读数不准 确,造成出油阀开度太小,流量芯子卡阻.处理方法是 检查出口管路是否畅通或修理流量阀. 2)过早供油 供油三通阀的控制电磁阀漏气,致使供油三通阀 始终处于供油位置,表现为刚启动时即发生漏油.此 时应该修理电磁阀. 3)水封水不足 水封水电磁阀故障,不动作或者卡阻,无法正常 进水,或者水路滤网堵塞,导致进水量不足.可以清洗 水路滤网和修理水封水电磁阀. 4)转鼓内部部件脏污 转鼓内部各部件脏污,尤其是分离碟片间脏堵, 阻塞油道,或者油水隔离密封件失效,主要由于运行 时间长,未能及时拆洗分油机,积垢严重,或者分油机 不能排渣和排渣不干净造成.应清洗转鼓内部各部 件,响应处理排渣故障或更换密封件. 5)油温太低,粘度太大 温度控制器有故障,加热器气动阀空气滤网堵塞 造成开度不足,加热器脏堵,蒸汽压力不够等,均会引 起油温太低,粘度太大,发生上漏油.可根据具体故障 采取响应的处理措施. 5.3排渣口漏油 发生排渣口漏油(下漏油)是由于排渣口未能封 技术篇2008年第五款9 fd1,或滑动憔赫与排渣胶圈密封良导致.具体来讲 有以下几种原因. 1)操作水压力不足 软水系统恒压装置的压缩空气泄露而没有及时 补充,水系统关闭时压力正常,但开阀后压力不足,操 作水管路泄流,脏堵或滤网堵塞,使操作水压力不足 m导致滑动活塞下方关闭水量不足.处理措施是充 加压缩空气和清洗水路滤网. 2)操作水电磁阀失灵或复位不良 操作水电磁阀一直处于进水排渣状态,致使滑动 底盘下移处于常开位置,发生从排渣口漏油现象.处 理措施是修理或清洗操作水电磁阀. 3)滑动活塞上移或堵死排渣口 “启室中的排放喷嘴堵塞,使滑动活塞上方开启 夸l11的操作水无法排泄掉,滑动活塞无法上移堵死排 渣口,表现为排渣后即发生漏油.解决办法是清理排 放喷嘴. 6结束语 分汕机是船舶上的重要辅助设备,文中介绍了 Weslfalia分油机的基本结构和工作原理,以及分油机 的lJ1.c自动控制,最后就Westfalia分油机常见故障 进行分析并提出相应的处理措施.通过对分油机进行 维护与检修,可确保分油机处于良好的使用状态,一 方面可节省大笔用于购买部件的资金,另一方面可确 保船舶能正常航行,同时降低柴油机的耗油率,创造 出较好的经济效益和社会效益. 参考文献: [1]孙培廷.船舶柴油机[M].大连:大连海事大学出版 社,2005. 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(上接第2页) =-()_964 3)刚度计算 滚珠丝杠工作时受轴向力和扭矩的作用,他将引 起,J发生变化,因滚珠丝杠受扭时引起的导程 变化ff!小,可忽略不计,故工作负载引起的导程变 化AL(om)为: p| ?,J= 式中,E为弹性模量,对钢,E:20.6X10.N/cm; s为滚珠丝杠截面积(按丝杠螺纹底径确定d= 3.405cI?),S==孑×3.405:9.1cm “ +”『『j于拉伸,”一”用于压缩时,则 ?,J:?垫::Lcm:?12. 17×10-6cm?— 60—X9m??20 . ×l..1 滚珠丝杠受扭矩引起的导程变化很小,可忽略不 计.所以,丝杠1Ill长度上导程变形总误差A=ALX 1O0/L=12.17X10×100/ltxm/m=12.17Ixm/m, 查于册知E级精度丝杠允许的螺距误差15Ixm/m,故 10第期2008年技术篇 0气’:’气Wc’’一:t’=ttt 刚度足够. 4)稳定性验算 由于机床原丝杠直径为4~40mm,现选用的滚珠 丝杠直径为40ram,支承方式不变,所以稳定性不存 在问题,不必再进行验算. 4结束语 通过以上的计算,获得型号’为FB40×10—2.5一 E2(1200/1130)纵向进给系统的滚珠丝杠副,在 CA6140车床改为数控后,机床工作台运转平稳,灵 活,精度高,噪音低,可以满足实际产加要求,将 为下一步步进电机的选择计算提供了依据. 参考文献: [1]李善术.数控机床及其应用[M].北京:机械业出版 社,2003. [2]余英良.机床数控改造设计与实例[M].北京:饥械1 业出版社,1998. [3]张建民.饥电一体化系统设计[M].』匕京:北京理工人 学出版社,1996.