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/п | Наименование параметра | Значение |
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 пуске | 60 | |
4. | Мощность, потребляемая блоком управления электроцентрифуги, Вт, не более | 100 |
5. | Мощность, потребляемая электроцентрифугой (суммарная), кВт | 2,2 |
6. | Гидравлическое сопротивление электроцентрифуги, МПа, не более | 0,03 |
7. | Давление воздуха питания пневмоприводов электроцентрифуги, МПа | 0,61,0 |
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/ч | 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.