Система фильтрации масла для смазки дизеля

 

Заявляемое решение относится к системам автоматической фильтрации и может быть использовано, в частности, для дизеля тепловоза. Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности и качества фильтрации масла, а также увеличение моторесурса двигателя, моторесурса масла, увеличение межремонтных пробегов тепловоза, снижение эксплуатационных расходов, снижение доли ручного труда при ремонте тепловоза и решение экологических проблем при утилизации сменных фильтроэлементов. Указанный технический результат достигается тем, что система фильтрации масла для смазки дизеля, содержащая емкость для сбора шлама и скребок с пневмоприводом, содержит выполненный с возможностью самоочищения фильтр с размещенными в его корпусе блоком фильтрации и гидромотором с распределителем, и связанную с фильтром электроцентрифугу с механизмом самоочистки ее ротора и блоком управления, причем гидромотор расположен в верхней части корпуса фильтра и выполнен с возможностью пошагового вращения в одном направлении распределителя, предназначенного для управления операциями фильтрации и обратной промывки фильтра, блок фильтрации содержит N колонн фильтрации, причем, по меньшей мере, одна колонна предназначена для осуществления обратной промывки фильтра и связана с электроцентрифугой для обратного потока масла из фильтра, а остальные колонны предназначены для фильтрации масла при работе фильтра, скребок с пневмоприводом и емкость для сбора шлама образуют механизм самоочистки электроцентрифуги, а блок управления автоматически управляет элементами электроцентрифуги, в соответствии с заданными условиями работы. Система характеризуется тем, что электроцентрифуга выполнена с возможностью обеспечения сепарации масла на режимах работы дизеля 350 об/мин-1000 об/мин.

Заявляемое решение относится к системам автоматической фильтрации и может быть использовано, в частности, для дизеля тепловоза.

Известно устройство для фильтрации масла, оснащенное шламовой камерой для сбора частиц загрязнений и скребком для удаления загрязнений и перемещения их в шламовую камеру (патент РФ 2079335, B01D 25/38, опубл. 20.05.1997 г.) - прототип.

Известное решение не обеспечивает надежную и качественную фильтрацию масла при его подаче для смазки дизеля тепловоза в соответствии с алгоритмом его работы.

Техническим результатом, на достижение которого направлено заявляемое решение является повышение надежности и качества фильтрации масла, а также увеличение моторесурса двигателя, моторесурса масла, увеличение межремонтных пробегов тепловоза, снижение эксплуатационных расходов, снижение доли ручного труда при ремонте тепловоза и решение экологических проблем при утилизации сменных фильтроэлементов.

Указанный технический результат достигается тем, что система фильтрации масла для смазки дизеля, содержащая емкость для сбора шлама и скребок с пневмоприводом, содержит выполненный с возможностью самоочищения фильтр с размещенными в его корпусе блоком фильтрации и гидромотором с распределителем, и связанную с фильтром электроцентрифугу с механизмом самоочистки ее ротора и блоком управления, причем гидромотор расположен в верхней части корпуса фильтра и выполнен с возможностью пошагового вращения в одном направлении распределителя, предназначенного для управления операциями фильтрации и обратной промывки фильтра, блок фильтрации содержит N колонн фильтрации, причем, по меньшей мере, одна колонна предназначена для осуществления обратной промывки фильтра и связана с электроцентрифугой для обратного потока масла из фильтра, а остальные колонны предназначены для фильтрации масла при работе фильтра, а, скребок с пневмоприводом и емкость для сбора шлама образуют механизм самоочистки электроцентрифуги, а блок управления автоматически управляет элементами электроцентрифуги, в соответствии с заданными условиями работы.

Система, характеризующаяся тем, что на приводном валу гидромотора размещен индикатор работы фильтра. Система характеризующаяся тем, что к корпусу фильтра присоединен индикатор перепада давления. Система характеризующаяся тем, что снабжена регулятором подачи масла.

Заявляемая система приведена на фиг.1-4, где на фиг.1 - представлено схематическое изображение масляного фильтра системы фильтрации, на фиг.2 - электроцентрифуга системы фильтрации, на фиг.3 - схема монтажа фильтра на тепловозе, на фиг.4 - циклограмма работы электроцентрифуги.

Заявляемое устройство предназначено для бесперебойной очистки и подачи масла в систему смазки дизелей, например, Д49 с целью уменьшения трения и износа деталей и узлов двигателя.

Система содержит крышку 1 фильтра, корпус 2 фильтра, гидромотор 3, индикатор перепада давления 4 и индикатор работы 5.

Блок фильтрации 6 расположен внутри корпуса 2 фильтра и создает полнопоточную камеру. Полнопоточная камера содержит элементы полнопроточного фильтра, которые удаляют вредные твердые частицы из масла прежде, чем они попадут в двигатель. Фильтр содержит отверстие для подачи масла А, отверстие Б для подачи отфильтрованного масла к двигателю и отверстие С для масла при обратной промывке к маслоотстойнику смазочного масла.

Блок фильтрации 6 содержит распределитель 7 в центре, который направляет поступающее масло и управляет фильтрацией и процедурой обратной промывки. Он охватывается втулкой 8, в которой размещены элементы полнопоточного фильтра. Элементы полнопоточного фильтра расположены по стержням 9, которые образуют комплектный блок фильтрации. Элементы полнопоточного фильтра закреплены между полнопоточной соединительной распорной втулкой и полнопоточной крышкой с помощью пружин и стержней.

Один элемент фильтра сделан из двух половин. Каждая половина содержит алюминиевый каркас с двенадцатью равными секторами, разделенными радиальными ребрами. Между каждым ребром располагается сетчатый фильтр из нержавеющей стали. Когда пары элементов фильтра сложены вместе, они образуют двенадцать независимых фильтрующих колонн 10.

Гидромотор 3 расположен в верхней части корпуса 2 фильтра. Он приводится в действие небольшой частью отфильтрованного масла. Гидромотор вращает распределитель 7 пошаговым способом в одном направлении, что обеспечивает управление процедурой фильтрации или обратной промывки. Пошаговое вращение распределителя отображается на индикаторе работы 5, который связан с приводным валом гидромотора 3. Гидромотор 3 содержит поршень, который совершает возвратно-поступательное движение вверх и вниз в цилиндре, (корпус гидромотора). Поршень через направляющие штыри соединен с управляемым храповиком с винтовой канавкой, который преобразует направленное вверх движение поршня во вращательное пошаговое движение. Это вращательное пошаговое движение передается через движущийся храповик и приводной вал к распределителю. Движение поршня вниз освобождает движущийся храповик, и распределитель не двигается. Клапаны в цилиндре активизируются перемещением поршня, таким образом, подавая масло для привода к верхней и нижней сторонам поршня соответственно, (на фигурах не показано)

Центрифуга 11 электрическая (электроцентрифуга), предназначена для очистки обратного потока масла от полнопоточного самоочищающегося масляного фильтра и утилизации загрязнений в специальный накопитель во время работы дизеля.

Центрифуга электрическая 11 состоит из собственно электроцентрифуги, блока управления 12, входного клапана 13 и комплекта кабелей связи. Электроцентрифуга содержит ротор 14, приводимый в движение электродвигателем 15, механизм самоочистки ротора, состоящий из скребка 16 с пневмоприводом 17, емкости 18 для сбора шлама. Электроцентрифуга закреплена на платформе 19. Ротор 14 электроцентрифуги, обеспечивает центробежную сепарацию масла при работе электроцентрифуги на всех режимах работы дизеля от 350 об/мин до 1000 об/мин, в том числе и при работе дизеля на холостом ходу. Электроцентрифуга состоит из вала 20, на котором установлены крыльчатка 21, скребок 16, подпирающая задвижка 22 и шестерня 23. В нижней части ротора имеются окна 24 для удаления шлама. Ротор вращается в подшипниках, установленных в нижнем корпусе и в плите соответственно. Привод скребка 16 осуществляется через планку 25 посредством пневмоцилиндра 17. Давление воздуха в пневмоприводе контролируется манометром 26.

Подвод загрязненного потока масла к центрифуге осуществляется через входной патрубок 27 в регуляторе масла 28 посредством ниппеля с накидной гайкой. Отвод отсепарированного масла осуществляется через отверстие 29 в корпусе.

Емкость 18 для сбора шлама крепится к нижнему корпусу, для отвода масла в емкости предусмотрены: отверстие, ниппель и накидная гайка, причем подсоединение ниппеля должно выполняться гибким шлангом. Работа заявляемой системы.

Нефильтрованное масло поступает в фильтр через входное отверстие 7 и прокачивается через сетчатый фильтр в камеру, которая образована пространством между распределителем и внутренним периметром втулки, в котором смонтированы элементы полнопоточного фильтра. Масло распространяется из этого пространства к элементам полнопоточного фильтра, по меньшей мере, в одиннадцати из двенадцати колонн фильтрации (оставшиеся колонны или колонна подвергаются обратной промывке). Твердые частицы задерживаются на внутренней стороне элементов в одиннадцати колоннах фильтрации. Отфильтрованное масло поступает в полнопоточную камеру и подается через выходное отверстие фильтра 8 в двигатель. Отфильтрованное масло направляется из в гидромотор 3, который управляет распределителем. В то время как полнопоточная фильтрация производится в одиннадцати колоннах, твердые частицы удаляются из элементов в двенадцатой колонне с помощью обратной промывки 31 (снаружи к внутренней части колонны) при использовании части отфильтрованного масла из полнопоточной камеры. Гидромотор 3 продолжает получать отфильтрованное масло из полнопоточной камеры и поворачивает распределитель в его следующую позицию, когда процесс фильтрации или обратной промывки повторяется в следующей колонне фильтрации. Давление на входе измеряется перед сетчатым фильтром, а давление на выходе, измеряется "после" полнопоточных элементов в корпусе 2 фильтра. Обе контролируемые точки оснащены изолирующими кранами и трубопроводом, который соединяет их с индикатором перепада давления 4. Индикатор перепада давления 4 показывает перепад давления P(P1-P2) через полнопоточные элементы. Благодаря непрерывной обратной промывке, Р остается постоянным в течение всей работы. Он может изменяться от 0,2 до 0,5 бар в зависимости от установки и размера фильтра.

Если по какой-либо причине фильтр начнет засоряться, то перепад давления увеличится. Чтобы предотвратить полное засорение фильтра, индикатор перепада давления оборудован аварийной системой с предварительно установленной аварийной величиной перепада давления (P-авария). Эта величина обычно меняется от 0,8 до 1,0 бар и устанавливается на заводе-изготовителе. Если перепад давления достигает предварительно установленной величины, переключается электрический контакт, подавая сигнал в систему управления механизмом.

Поток масла с загрязнениями поступает в электроцентрифугу 11 через трубопровод входного патрубка 27 регулятора масла 28. Через центральное отверстие в вале ротора 14 и радиальные отверстия масло поступает в крыльчатку 21, которая придает маслу вращательное движение, равное частоте вращения ротора. Под действием центробежных сил твердые компоненты, находящиеся в потоке масла, оседают на внутренней поверхности ротора 30, а отсепарированное масло движется вверх и сливается в картер дизеля. При остановке ротора задвижка 22 возвращается в исходное положение. Периодически для удаления отложений с внутренней поверхности экрана ротора 14 он останавливается, клапан регулятора масла 28 перекрывает подачу масла в электроцентрифугу, и скребок 16 под действием пневмоцилиндра смещается вниз, соскребывая твердые отложения с внутренней поверхности ротора 14. После перемещения скребка 16 в крайнее нижнее положение происходит его фиксирование защелкой в паз вала ротора 14, на двигатель 15 подается кратковременный импульс напряжения, ротор проворачивается на несколько оборотов (1500 об/мин) и отложения, налипшие на торец скребка выпадают в емкость 18 для сбора шлама. Для определения момента перемещения скребка в крайнее нижнее и крайнее верхнее положения на пневмоцилиндре установлены два датчика положения. Электроцентрифуга при работе заявляемой системы, обеспечивает равномерность сепарации загрязнений оседающих на роторе во всем диапазоне режимов работы дизеля, в том числе и на холостом ходу.

В зависимости от степени загрязнения масла цикл очистки ротора (по выбору оператора) может повторяться до трех раз. По окончанию процесса очистки ротора 14 включается электродвигатель 15 и возвращение скребка 16 в крайнее верхнее положение происходит под действием центробежных сил (2000 об/мин) после чего открывается клапан регулятора масла 28 и повторяется цикл очистки масла. Шлам из емкости 18 удаляется при техобслуживании дизеля. Регулятор масла 28 предназначен для перекрытия потока масла, поступающего в электроцентрифугу, в соответствии с заданным алгоритмом работы.

Блок управления (далее по тексту БУ) предназначен для автоматического управления элементами электроцентрифуги 11 в соответствии с заданным алгоритмом работы. Для подключения к источнику питания и электроцентрифуге на БУ имеются штепсельные разъемы. Включение питания осуществляется тумблерами питания. Для блокировки включения электроцентрифуги в процессе пуска дизеля питание электродвигателя и цепей управления осуществляется раздельно. Электродвигатель подключается непосредственно к источнику питания, а цепи управления должны подключаться к сети управления тепловозом, запитываемой после запуска и начала устойчивой работы двигателя. Программатор БУ представляет собой электронный прибор на базе микроконтроллера, размещенный в собственном корпусе и подключаемый к БУ через штепсельный разъем.

Монтаж системы на тепловозе.

Надежная работа дизеля в эксплуатации зависит от правильности монтажа фильтра и электроцентрифуги, т.е. заявляемой системы на тепловозе.

Монтаж фильтра и электроцентрифуги должен быть произведен таким образом, чтобы во время работы обеспечивалось бесперебойное снабжение маслом дизеля независимо от состояния основных узлов фильтра и электроцентрифуги. Соединительные трубопроводы 32, связывающие основные узлы фильтра и электроцентрифуги с входным фланцем 33 дизеля, самоочищающимся фильтром и электроцентрифугой, должны иметь достаточный внутренний диаметр, чтобы не создавать большого сопротивления потоку масла. Разъемные соединения трубопроводов и фланцевых соединений основных узлов фильтра должны обеспечивать необходимую герметичность и не допускать подтекания масла при работе двигателя.

Пример конкретного выполнения.

В таблице 1 приведены характеристики рабочих параметров электроцентрифуги заявляемой системы, а в табл.2 - параметры фильтра.

Таблица 1
п/пНаименование параметраЗначение
1. Расход масла через электроцентрифугу, м3/ч, 1,02,5
2.Напряжение питания, В, постоянного тока с пульсацией не более 10%. 110±11
3.Ток, потребляемый двигателем центрифуги. А, не более
- в режиме очистки масла 20;
- при пуске60
4. Мощность, потребляемая блоком управления электроцентрифуги, Вт, не более100
5. Мощность, потребляемая электроцентрифугой (суммарная), кВт2,2
6.Гидравлическое сопротивление электроцентрифуги, МПа, не более 0,03

7. Давление воздуха питания пневмоприводов электроцентрифуги, МПа0,61,0
8. Частота вращения ротора электроцентрифуги, об/мин 6000-7000
9. Противодавление в канале свободного слива очищенного масла из электроцентрифуги, МПа, не более 0,01
Таблица 2
Наименование параметра Значение
1. Условная пропускная способность (расход масла) при кинематической вязкости масла 75 сСт и перепаде давления 0,02-0,05 МПа или 0,2-0,5 кгс/см2, не менее, м3 120
2. Номинальная тонкость фильтрации, мкм 30
3. Абсолютная тонкость отсева, мкм 45
4. Полнота отсева при номинальном размере частиц, % 85-90
5. Тип фильтрующих элементов А07
6. Количество фильтрующих элементов, шт. 20
7. Максимальное давление на входе, МПа (кгс/см2) 1,2 (12)
8. Минимальное давление на входе, МПа (кгс/см2) 0,3 (3)
9. Нормальное давление на входе, МПа (кгс/см2) 0,35-0,6 (3,5-6)
10. Нормальный перепад давления, МПа (кгс/см2) 0,02-0,05 (0,2-0,5)
11. Минимальный перепад срабатывания аварийной сигнализации (по индикатору перепада давления), МПа (кгс/см2) 0,08 (0,8)
12. Минимальная разность давления на входе в фильтр и линейный возврат в картер, МПа (кгс/см2) 0,28 (2,8)
13. Расход масла в режиме промывки фильтрующих элементов, в % от производительности 3-5
14. Испытательное давление, МПа (кгс/см2) 2,4 (24)
15. Максимальная температура в фильтре, °C 100
16. Установочное положение фильтра горизонтальное
17. Объем масла, л 45

На фиг.4 представлен пример конкретного выполнения совместной работы электроцентрифуги и блока управления.

1. Система фильтрации масла для смазки дизеля, содержащая емкость для сбора шлама и скребок с пневмоприводом, отличающаяся тем, что содержит выполненный с возможностью самоочищения фильтр с размещенными в его корпусе блоком фильтрации и гидромотором с распределителем и связанную с фильтром электроцентрифугу с механизмом самоочистки ее ротора и блоком управления, причем гидромотор расположен в верхней части корпуса фильтра и выполнен с возможностью пошагового вращения в одном направлении распределителя, предназначенного для управления операциями фильтрации и обратной промывки фильтра, блок фильтрации содержит колонны фильтрации, причем, по меньшей мере, одна колонна предназначена для осуществления обратной промывки фильтра и связана с выполненной с возможностью обеспечения равномерной сепарации масла на всех режимах работы дизеля электроцентрифугой для обратного потока масла из фильтра, а остальные колонны - для фильтрации масла при работе фильтра, механизм самоочистки электроцентрифуги содержит скребок с пневмоприводом и емкость для сбора шлама.

2. Система по п.1, отличающаяся тем, что на приводном валу гидромотора размещен индикатор работы масляного фильтра.

3. Система по п.1, отличающаяся тем, что к корпусу масляного фильтра присоединен индикатор перепада давления.

4. Система по п.1, отличающаяся тем, что снабжена регулятором подачи масла.

5. Система по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью обеспечения центробежной сепарации масла на режиме холостого хода.

6. Система по п.1, отличающаяся тем, что выполнена с возможностью обеспечения центробежной сепарации масла на режимах работы дизеля 350-1000 об/мин.



 

Наверх