自清濾器在船舶設(shè)計中的應(yīng)用

李海昭，朱 杰

（1.青島北船管業(yè)有限責(zé)任公司，山東青島 266520；2.中國船級社 大連分社，遼寧大連 116000）

0 引言

濾器廣泛應(yīng)用于汽車工業(yè)、船舶工業(yè)和機(jī)械工業(yè)等領(lǐng)域。自清濾器作為比較特殊的一種濾器，常應(yīng)用于船舶燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)。自清濾器可對液體介質(zhì)進(jìn)行過濾，并自動排渣，不同的生產(chǎn)廠家采用不同的排渣方式。本文對燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)自清濾器的選型、布置、運(yùn)行原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，以期為自清濾器的選型和維護(hù)保養(yǎng)提供一定參考。

1 自清濾器在滑油系統(tǒng)中的應(yīng)用

1.1 自清濾器的形式和特點(diǎn)

自清濾器的排渣方式可分為定時反沖洗排渣和連續(xù)反沖洗排渣2種。定時反沖洗排渣方式可定時進(jìn)行排渣，操作較為容易、壓力損失小，反沖洗量小，需借助外部動力（壓縮空氣和驅(qū)動電機(jī)等）進(jìn)行反沖洗。連續(xù)反沖洗排渣方式可連續(xù)進(jìn)行排渣，需額外增加部分用于反沖洗的滑油，利用自身產(chǎn)生的壓差進(jìn)行反沖洗，不需借助額外的動力。

1.2 自清濾器的工作原理

1.2.1 定時反沖洗排渣方式

采用定時反沖洗排渣方式的自清濾器每隔一定的時間間隔對濾網(wǎng)進(jìn)行反沖洗，將過濾的雜質(zhì)排出。對于這種自清濾器，在反沖洗過程中需增加反沖洗用的滑油，此部分滑油通常占正常流通液體介質(zhì)的4%左右。此外，反沖洗過程還需要借助外部壓縮空氣和驅(qū)動電機(jī)等提供的動力。

在過濾較臟的滑油時，若進(jìn)口和出口處的壓差提前達(dá)到閾值，則不需達(dá)到預(yù)定時間點(diǎn)就可自動進(jìn)行反沖洗。如果在反沖洗后仍無法使壓差下降，則會觸發(fā)報警，此時，需人工將自清濾器轉(zhuǎn)換為旁通濾器進(jìn)行滑油過濾操作，同時人工拆卸并進(jìn)行清洗自清濾器。采用定時反沖洗排渣方式的自清濾器常見品牌主要有波爾、Ameroid和K&E。

下面對波爾牌自清濾器的運(yùn)行原理進(jìn)行介紹，正常運(yùn)行和反沖洗工況下的原理圖分別見圖 1和圖 2。當(dāng)殘留在濾芯的雜質(zhì)量達(dá)到閾值時，反沖洗系統(tǒng)自動啟動，位于濾芯上方的頂部沖洗臂開始轉(zhuǎn)動，蓋住濾芯的上開端；與此同時，底部沖洗臂開始轉(zhuǎn)動，并打開濾芯下開端位置的排渣閥。通過上述流程，濾芯內(nèi)就形成了一套高速運(yùn)轉(zhuǎn)的軸向流動體系。

圖1 波爾牌自清濾器正常運(yùn)行工況原理示意

圖2 波爾牌自清濾器反沖洗工況原理示意

圖2 Alfa Laval牌自清濾器正常運(yùn)行工況原理示意

濾芯內(nèi)產(chǎn)生的壓力梯度只允許少量的液體流過，在濾芯上方形成縱向的反向回流。位于濾芯上方的旋轉(zhuǎn)節(jié)流閥可使反沖洗能量平均分布在濾芯的整個橫向長度區(qū)間內(nèi)。縱向和橫向反沖洗同時作用，實現(xiàn)對濾芯的均衡清洗，從而達(dá)到最佳的反沖洗效果。

1.2.2 連續(xù)反沖洗排渣方式

采用連續(xù)反沖洗排渣方式的自清濾器在過濾過程中始終進(jìn)行反沖洗排渣，在滑油流經(jīng)自清濾器的過程中，部分滑油會進(jìn)入其他艙室用作反沖洗液壓馬達(dá)的動力，此部分滑油通常占總流量介質(zhì)的 3%左右，但需保證濾器的進(jìn)口和出口間存在恒定壓差才能進(jìn)行反沖洗。在過濾較臟的滑油時，一旦進(jìn)口和出口處的壓差達(dá)到閾值，就會自動觸發(fā)報警。此時，需人工將自清濾器轉(zhuǎn)換為旁通濾器進(jìn)行滑油過濾操作，同時人工拆卸并進(jìn)行清洗自清濾器。采用連續(xù)反沖洗排渣方式的自清濾器常見品牌主要有Alfa Laval。

下面對Alfa Laval牌自清濾器的運(yùn)行原理進(jìn)行介紹，正常運(yùn)行工況下的原理圖見圖 3。首先將滑油泵入自清濾器，進(jìn)口內(nèi)殼處的濾網(wǎng)可將滑油中的大顆粒雜質(zhì)去除。之后滑油分為2部分，一部分滑油經(jīng)全流通艙室內(nèi)的濾網(wǎng)過濾后進(jìn)入主機(jī)，另一部分滑油會進(jìn)入其他艙室用作反沖洗液壓馬達(dá)的動力。反沖洗后的滑油進(jìn)入分離艙室，經(jīng)再次過濾后被泄放到滑油循環(huán)艙，分離艙室內(nèi)的濾渣會被定期排放到油渣艙。

1.2.3 安裝位置

滑油系統(tǒng)的自清濾器通常安裝在主機(jī)和滑油冷卻器之間，確保進(jìn)入主機(jī)的滑油不混有其他雜質(zhì)，品質(zhì)滿足使用要求。

2 自清濾器在燃油系統(tǒng)中的應(yīng)用

2.1 自清濾器的工作原理

在燃油系統(tǒng)中，自清濾器主要是作為燃油供油單元的一部分。通常來講，需要根據(jù)主機(jī)和發(fā)電機(jī)等設(shè)備的具體需求來選擇自清濾器的型號。自清濾器在燃油系統(tǒng)中的工作原理與滑油系統(tǒng)一致，只是由于燃油和滑油的介質(zhì)不同導(dǎo)致部分內(nèi)部元件有所更改。

根據(jù)安裝位置的不同，燃油系統(tǒng)的自清濾器可分為冷端濾器和熱端濾器。冷端濾器安裝在加熱器之前，介質(zhì)溫度較低，對濾器本身的材質(zhì)要求不高；熱端濾器安裝在加熱器之后，介質(zhì)溫度較高，對濾器的材質(zhì)要求較高，成本較貴。

2.2 自清濾器的安裝位置和特點(diǎn)

通常情況下，船舶采用供油單元為主機(jī)和發(fā)電機(jī)提供燃油。為節(jié)省建造和維護(hù)成本，主機(jī)和發(fā)電機(jī)常采用公共燃油供油單元來進(jìn)行供油。當(dāng)采用公共供油單元時，需根據(jù)使用該供油單元的各主機(jī)和發(fā)電機(jī)的最高過濾精度要求對自清濾器進(jìn)行選型。

根據(jù)船舶排放控制的要求，船員需根據(jù)不同的航行區(qū)域?qū)θ加头N類進(jìn)行轉(zhuǎn)換。船用輕柴油（Marine Gas Oil，MGO）在進(jìn)機(jī)前需先進(jìn)行冷卻，而船用重燃油（Heavry Fuel Oil，HFO）需先進(jìn)行加熱，2種燃油的使用要求是相反的。此外，發(fā)電機(jī)使用的燃油量較少，而主機(jī)使用量往往是發(fā)電機(jī)的十幾倍甚至幾十倍。由于為滿足發(fā)電機(jī)需求而選擇的自清濾器精度過高，在轉(zhuǎn)換燃油的過程中自清濾器經(jīng)常堵塞，嚴(yán)重時甚至無法進(jìn)行清洗從而導(dǎo)致濾芯損壞。

為解決上述問題，不同自清濾器常采用不同的解決方式。

1）冷端濾器

對于冷端濾器，由于燃油還沒有經(jīng)過加熱器加熱，此時燃油溫度只是油艙溫度，各種燃油的溫差相對較小，因此，在進(jìn)行燃油混合時不易堵塞自清濾器。為保證進(jìn)入主機(jī)和發(fā)電機(jī)的燃油中沒有雜質(zhì)的混入，在進(jìn)入主機(jī)和發(fā)電機(jī)前的管路上增加1個安全濾器，這樣既能緩解混油堵塞的問題，又能保證設(shè)備用油的安全。

2）熱端濾器

在燃油進(jìn)入主機(jī)和發(fā)電機(jī)之前的管路上分別根據(jù)主機(jī)和發(fā)電機(jī)的要求選擇相應(yīng)的自清濾器，同時在進(jìn)行燃油轉(zhuǎn)換的過程中降低 HFO的溫度，提高船用柴油（Marine Diesel Oil，MDO）的溫度，并采用“HFO→MDO→MGO”的方式逐步轉(zhuǎn)換燃油，以緩解溫差變化導(dǎo)致的堵塞問題。

3 自清濾器的優(yōu)缺點(diǎn)

自清濾器具備如下優(yōu)點(diǎn)：1）過濾面積大；2）維修周期和使用壽命長；3）可有效清除過濾后的固態(tài)物質(zhì)；4）對反沖洗裝置控制精確；5）模塊系統(tǒng)可多重組合變化；6）方便清洗和維護(hù)。

自清濾器具備如下缺點(diǎn)：1）自身制作成本高；2）后期維護(hù)成本高，特備是濾芯的更換成本。

在船舶系統(tǒng)設(shè)計中應(yīng)根據(jù)船舶的營運(yùn)需求及配置情況綜合考慮是否安裝自清濾器。

4 結(jié)論

本文針對船舶燃油系統(tǒng)和滑油系統(tǒng)，結(jié)合目前市場上應(yīng)用廣泛的品牌濾器，對自清濾器的選型、布置、運(yùn)行原理、優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)等方面進(jìn)行了系統(tǒng)的分析和總結(jié)，為自清濾器的選型和維護(hù)保養(yǎng)提供了技術(shù)參考。