ALFA-LAVAL分油机原理及结构演化

ALFA-LAVAL分油机原理及机构演化

（海事大学）

摘要：为便于学员对分油机工作原理的理解，分析了ALFA-LAVAL分油机工作的物理原理，并比较了ALFA-LAVAL FOPX型和S型分油机主要结构和工作原理，有利于学员对ALFA-LAVAL分油机工作原理的掌握，指导轮机员对ALFA-LAVAL分油机进行的操作及维护。

关键词：分油机；原理；机构演化

The principle and mechanism evolution of ALFA-LAVAL oil separator

( Maritime University)

Abstract:For easy understanding of the working principle of oil separator，analyzed the physical principle of ALFA-LAVAL oil separator, compared the primary construction and working principle of FOPX type and S type ALFA-LAVAL oil separator which made good for the students to know well about the working principle of oil separator and also gave guidance to marine engineer operation and maintenance.

Key words: oil separator; principle; mechanism evolution

船舶中低速柴油机普遍使用劣质燃油，分油机是燃油净化的核心设备，在船舶动力装置辅助机械中有着重要地位。分油机的正常工作，对动力装置的正常运行起着保障作用，ALFA-LAVAL公司生产的分油机性能优越，故障率低，在船舶配套设备中普遍采用。轮机员要对分油机的工作原理全面掌握，才能更好地做好分油机的维护保养工作。在教学教材中，对分油机工作原理的论述较少，学员不易理解分油机的工作原理。本文分析了ALFA-LAVAL分油机工作的物理原理，并比较了ALFA-LAVAL FOPX型和S型分油机主要结构和工作原理，有利于学员对ALFA-LAVAL分油机工作原理的掌握。

1 ALFA-LA V AL分油机物理原理

1.1 分油机离心沉降原理

图 1 离心力场中颗粒的受力

分油机分离燃油中的杂质，是基于离心沉降的原理，当分油机正常工作时，分离筒高速旋转，筒内的燃油也一起高速旋转，燃油流体中的杂质颗粒处于离心力场当中，被快速沿径向沉降分离。

假设含有杂质颗粒物的非均相流体处于离心力场中，如图1所示，颗粒与流体一起以角速度ω围绕中心轴旋转。设某一质量为m、密度为

p

ρ、

粒径为

p

d的球形颗粒处于与中心轴距离为r的离

心场中，则该颗粒受到的惯性离心力

c

F可用下式计算[1]：

232

1

6

c p p

F mr d r

ωπρω

==（1）

惯性离心力的作用方向为沿径向向外。同时

颗粒受到来自周围流体的浮力

b

F，此浮力的大小

等于密度为ρ的与颗粒同体积的流体在该位置所受的惯性离心力，此浮力的方向指向中心轴[1]：

32

1

6

b p

F d r

πρω

=（2）

如果颗粒的密度大于流体的密度，则颗粒在

（

c

F-

b

F）的作用下沿径向向外运动；反之，则向中心轴运动。

由于颗粒与流体之间的相对运动，颗粒还会

在运动过程中受到流体阻力

D

F的作用。流体阻力的方向与颗粒物在流体中的运动方向相反，其大小与流体和颗粒物之间的相对运动速度、流体的密度、黏度以及颗粒物的大小、形状有关。对于

球形颗粒，根据量纲分析，可得出流体阻力的计算方程[1]：

2

2

D D p

v F C A ρ= （3）

式中：p A 为颗粒在垂直于运动方向水平面的投影面积，对于球形颗粒，2

4

p p

A d π=

，2m ； v 为颗粒与流体之间的相对运动速度，/m s ；

ρ为流体的密度，3/kg m ；

p d 为颗粒的定性尺寸，对于球形颗粒，p d 为

其直径，m 。

D C 为由实验确定的阻力系数，无量纲；阻力

系数是颗粒的雷诺数p Re 和颗粒形状的函数[1]。

()D p C f Re = （4）

p p ud Re ρ

μ

=

（5）

式中：μ为流体的黏度，a p s ⋅。

设颗粒所受的径向合力为F ，并产生加速度

dv

dt

，可得： 232

21()642c b D

p p D p F F F F v d r C d πρπρρω=--=-- （6） 当径向合力0F =时，三个力c F 、b F 、D F 达

到平衡，加速度0dv

dt

=，平衡时颗粒在径向上相

对于流体的速度tc v 即是它在此空间位置上的离心沉降速度，由上式，可得：

2

4()3p p tc D

d r v C ρρωρ-=

（7）

杂质颗粒在分油机中的运动区域主要为层流区，雷诺数2p Re ≤，阻力系数与雷诺数之间的关系为：

24

D p

C Re =

（8） 带入上式，可得：

22

()18p p

tc r d v ρρωμ

-=

（9）

离心沉降的特点：

（1）在杂质颗粒密度大于流体密度时，沉降方向是向外，即背离旋转中心；

（2）由于离心力随旋转半径而变化，致使离心沉降速度也随颗粒所处的位置而变，所以颗粒的离心沉降速度本身不是一个恒定的数值；

（3）与重力沉降相比，离心沉降比重力沉降有效得多，离心沉降速度可以提高的倍数取决于离心加速度与重力加速度的比值c k ，即

2

c r k g

ω=。

1.2 水高速旋转产生动压头的流体力学原理

分油机的分离筒是由顶盖和FOPX 型的滑动底盘或S 型的活动排渣底盘构成的，滑动底盘和活动排渣底盘可动作来实现排渣，ALFA-LAVAL 分油机巧妙地利用了水高速旋转产生的动压头来控制滑动底盘和活动排渣底盘，实现了分油机的连续工作和自动控制。

图 2 静态水与高速旋转水的动压头

比较图2中静态水和高速旋转水，动压头要

在分油机高速旋转时水形成水环才体现出来，分油机工作水高速旋转产生的对滑动底盘的动压头以及开启水高速旋转产生的对滑动圈的动压头可由下式得到[2]

：

dr r F r r 322

1

ωρπ⎰= （10）

式中：1r 为高速旋转水环的内半径，在分油机