НЕПРЕРЫВНАЯ ОЧИСТКА МОТОРНЫХ МАСЕЛ
CONTINUOUS CLEANING OF MOTOR OILS

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к способу непрерывной очистки загрязненного моторного смазочного масла и к системе для непрерывного отделения загрязняющих частиц от моторного смазочного масла.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Минеральные масла, полу- и полностью синтетические, животные масла и растительные масла с добавками и без них широко используются в промышленности для различных целей, таких как смазка, охлаждение и изоляция. Во время такого использования масла обычно становятся загрязненными частицами различного типа. В зависимости от состава и конкретного использования используются различные способы очистки загрязненных масел. С давних пор загрязненные масла фильтруют через фильтрующие слои, содержащие глину, отбеливающую землю или кизельгур.
Загрязняющие вещества обычно находятся в форме частиц и во многих случаях могут быть очень маленькими по размерам и трудноудаляемыми из масла; примерами таких частица являются так называемые пентеновые нерастворимые частицы, такие как сажа и т.д. Кроме того, количество частиц может быть малым. Поэтому и количество разделительного средства, которое должно быть добавлено, может быть относительно мало, поскольку нежелательно наличие разделительного средства в двигателе. Разделение между собой двух жидких фаз различной плотности в центробежном сепараторе может представить проблему, если одна из фаз представлена только в небольшом количестве.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Соответственно, настоящее изобретение обеспечивает решение для вышеупомянутой проблемы. Настоящее изобретение относится к способу непрерывной очистки загрязненного моторного смазочного масла от загрязняющих частиц, включающему в себя
- подачу загрязненного смазочного масла вместе с жидким разделительным средством из резервуара моторного смазочного масла системы в двухфазный сепаратор, при этом двухфазный сепаратор содержит "стопу" сепарирующих дисков и шнек, причем резервуар моторного смазочного масла системы соединен с двигателем для подачи смазочного масла к этому двигателю;
- подачу загрязненного смазочного масла и разделительного средства в сепарационную камеру вращательного центробежного ротора в двухфазном сепараторе;
- отделение загрязняющих частиц вместе с жидким разделительным средством от масла под действием центробежной силы в сепарационной камере;
- непрерывный выпуск фазы загрязняющих частиц и жидкого разделительного средства из сепарационной камеры с помощью упомянутого шнека двухфазного сепаратора;
- вывод очищенного масла из сепарационной камеры через центральный выпуск легкой фазы назад в резервуар моторного смазочного масла системы; и
- непрерывное добавление в масло жидкого разделительного средства.
Сегодня из моторного масла извлекается около 4% пентеновых нерастворимых частиц. Когда извлекаемая смесь в системе очистки в соответствии с настоящим изобретением является накопительной фазой, может быть извлечено до 97-99% пентеновых нерастворимых частиц. Таким образом, из-за меньшего количества абразивных частиц на поверхности цилиндра двигатель будет спасен. Уменьшится потребление фильтра, и срок службы масел радикально увеличится.
Кроме того, способ может содержать непрерывную циркуляцию смазочного масла от резервуара моторного смазочного масла системы к двигателю. Таким образом, смазочное масло в резервуаре в контуре сепарации может непрерывно циркулировать к сепаратору, и может непрерывно циркулировать в контуре двигателя от резервуара к двигателю. Циркуляция смазочного масла и в контуре сепарации, и в контуре двигателя может производиться в одновременно.
В вариантах исполнения изобретения на впуск сепаратора может подаваться дополнительное жидкое разделительное средство.
Способ может также включать в себя смешивание загрязненного смазочного масла и жидкого разделительного средства перед подачей упомянутого загрязненного смазочного масла и жидкого разделительного средства в сепарационную камеру двухфазного сепаратора. Смешивание может выполняться с помощью по меньшей мере одного статического смесителя.
Способ в соответствии с изобретением может включать в себя то обстоятельство, что резервуар моторного смазочного масла системы соединен с двигателем, а эффективность двигателя составляет по меньшей мере 1 МВт. Очистка загрязненного смазочного масла во время работы двигателя может вестись непрерывно. Двигатель может быть двухтактным двигателем или четырехтактным двигателем.
Способ может дополнительно включать в себя добавление добавки, которая нейтрализует кислотные загрязнения внутри масел. Это может быть выполнено, например, добавлением в систему свежего масла, которое содержит такую добавку, чтобы очистить масло, испущенное из сепаратора. Добавка, которая нейтрализует кислотные загрязнения внутри масел, может быть TBN-добавкой ("общего щелочного числа").
3
3
В способе по настоящему изобретению температура загрязненного смазочного масла во время непрерывной очистки может составлять по меньшей мере 70°С, предпочтительно, температура находится в диапазоне от около 80 до 98°С, более предпочтительно, - температура находится в диапазоне от около 80 до 95°С. Температура загрязненного смазочного масла может зависеть от температуры двигателя, то есть, во время работы двигателя создается тепло, и таким образом загрязненное смазочное масло нагревается до температуры, которая создается двигателем. Жидкое разделительное средство может иметь плотность, большую, чем плотность смазочного масла. Жидкое разделительное средство может содержать наделяющие его преимуществом добавки, которые придают ему свойства, необходимые для предназначенного приложения, при котором плотность масел при 40°С лежит в интервале от 0,85 до 1,05 г/см. Одним из примеров жидкого полимера, приходного для очистки этих типов масел, является полигидроксиалкоксилат с плотностью в 1,0-1,1 г/см при 40°С.
Настоящее изобретение относится также к системе для непрерывного отделения загрязняющих частиц от моторного смазочного масла. Система в соответствии с изобретением содержит двухфазный сепаратор, резервуар моторного смазочного масла системы и двигатель. Двухфазный сепаратор может содержать "стопу" сепарирующих дисков и шнек для выброса частиц тяжелой фазы и жидкого разделительного средства. Двухфазный сепаратор имеет впуск для загрязненного масла и выпуск для очищенного масла легкой фазы, при этом двухфазный сепаратор соединен с резервуаром моторного смазочного масла системы через впуск и выпуск для очищенного масла легкой фазы таким образом, чтобы масло могло циркулировать между резервуаром и сепаратором. Параллельно двухфазному сепаратору двигатель может быть соединен с резервуаром моторного смазочного масла системы таким образом, чтобы масло могло циркулировать между резервуаром и двигателем.
Таким образом, резервуар моторного смазочного масла системы может быть в сепараторном контуре соединен с сепаратором, так что смазочное масло может быть закачано во впуск сепаратора, а очищенное масло, выпущенное из выпуска для очищенного масла легкой фазы, может быть перемещено назад в резервуар в контуре сепарации. Кроме того, система моторного смазочного масла может быть соединена с двигателем таким образом, чтобы смазочное масло в контуре двигателя могло перемещаться из резервуара в двигатель, а затем назад в резервуар.
Система может быть сконфигурирована таким образом, чтобы смазочное масло могло быть извлечено из первого положения у дна резервуара смазочного масла в сепаратор и могло быть возвращено из сепаратора в другое, второе положение в резервуаре. Кроме того, система может быть сконфигурирована таким образом, чтобы масло могло быть извлечено в двигатель, близкий ко второму положению и возвращено из двигателя, близкого к первому положению. Такая конфигурация может способствовать тому, чтобы наиболее загрязненное масло в резервуаре перемещалось в сепаратор, а затем, чтобы масло, перемещаемое в двигатель, было самым чистым маслом в резервуаре.
Двухфазный сепаратор может работать при силе по меньшей мере в 5000 g, предпочтительно, при силе в диапазоне от около 5000 g до около 7000 g.
Двигатель в системе может иметь эффективность по меньшей мере 1 МВт. Двигатель может быть двухтактным двигателем или четырехтактным двигателем.
В соответствии с изобретением имеет место непрерывная добавка жидкого разделительного средства вместе с маслом. Жидкое разделительное средство и масло, если это будет сочтено приемлемым, конечно, могут быть смешаны в определенного рода смесителе, подсоединенном ко впуску двухфазного сепаратора, или же в отдельной операции смешивания до очистки. Поэтому к впуску двухфазного сепаратора может быть подсоединен один или более статических смесителей для перемешивания или смешивания жидкого разделительного средства с загрязненным маслом. К двухфазному сепаратору перед статическими смесителями может быть подсоединен дополнительный впуск для дозирования жидкого разделительного средства.
Двухфазный сепаратор работает как очиститель с извлечением во время работы содержимого поддона картера двигателя, что, таким образом, обеспечивает возможность получения вышеупомянутых преимуществ. Соответственно, этот сепаратор в масляной системе должен работать как "почка".
Разделительное средство рассеивается в загрязненном масле для того, чтобы сделать частицы более легко разделяемыми с маслом. Загрязненное масло и жидкое разделительное средство подаются в сепарационную камеру вращательного центробежного ротора. Жидкое разделительное средство и частицы под действием центробежной силы отделяются от масла. Очищенное масло выводится из сепарационной камеры через центральный выпуск легкой фазы. Отделенные частицы и жидкое разделительное средство выводятся из сепарационной камеры через выпуск тяжелой фазы и удаляются наружу шнеком.
Выбор жидкого разделительного средства зависит от масла, которое надо будет очищать. Масла могут быть чисто минеральными маслами, полу- и полностью синтетическими маслами, животные или растительными маслами с добавками, придающими маслам необходимые им свойства, или без них.
Выбор жидкого разделительного средства зависит также от типа загрязняющих частиц, которые подлежат удалению из масла. На рынке есть различные комбинации разделительных средств. Жидкое разделительное средство может содержать, а может и не содержать воду, или быть растворимой в воде. Однако использованное разделительное средство должно быть нерастворимым в воде. В зависимости от количества загрязняющих частиц добавляется большее или меньшее количество разделительного средства. Это разделительное средство может содержать вещества, вызывающие хлопьеобразование частиц, что наделяет более тяжелые частицы более легкой удаляемостью при центробежной сепарации. Разделительное средство также может привлекать к себе или связывать частицы посредством химических или поверхностных связей.
В соответствии с изобретением износостойкие элементы в винтовом транспортере могут быть разнесены друг от друга вдоль края шнека. Износостойкие элементы могут быть распределены на какое-то расстояние друг от друга, оставляя промежуточные части, то есть промежутки. Меньшее количество износостойких элементов уменьшает и вес, и, особенно, - момент инерции, а также общее время изготовления и стоимость шнекового транспортера. Расстояние между износостойкими элементами в зависимости от обстоятельств может изменяться. Однако удаление износостойкие элементы на слишком большое расстояние друг от друга может не обеспечивать должной износостойкости винта транспортера. В этом случае износостойкость может быть обеспечена просто изменением расстояния между износостойкими элементами. Расстояние между износостойкими элементами может быть определено, исходя из различных аспектов, таких как рабочие условия шнекового транспортера или стоимость в зависимости от срока службы шнекового транспортера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Далее изобретение будет пояснено посредством нижеследующего описания варианта исполнения со ссылками на сопроводительные чертежи.
Фиг.1 показывает один вариант исполнения изобретения в целом.
Фиг.2 показывает другой вариант исполнения изобретения.
Фиг.3 показывает вид в сечении центробежного сепаратора в соответствии с изобретением.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Фиг.1 показывает систему непрерывной очистки в соответствии с изобретением. Двухфазный сепаратор 1 подсоединен к резервуару 2 моторного смазочного масла системы, и этот двухфазный сепаратор непрерывно отделяет загрязняющие частицы вместе с жидким разделительным средством как тяжелую фазу. Тяжелая фаза непрерывно выпускается или выводится наружу посредством шнека 3 вниз сепаратора. Легкая фаза, то есть очищенное смазочное масло переносится назад в резервуар 2 моторного смазочного масла системы. Двигатель 4 подсоединен к резервуару 2 моторного смазочного масла системы, и смазочное масло постоянно подается от резервуара 2 моторного смазочного масла системы назад к двигателю, а двухфазный сепаратор работает в системе как почка, - постоянно отделяет частицы от масла. Использованное загрязненное масло выпускается в резервуар 2 моторного смазочного масла системы, откуда масло закачивается в двухфазный сепаратор 1 для очистки. Поскольку процесс очистки во время работы двигателя идет непрерывно, то температура циркулирующего масла составляет по меньшей мере 70°С, предпочтительно, температура находится в диапазоне от около 80 до около 98°С.
Фиг.2 показывает вариант исполнения изобретения. На этой иллюстрации двигатель 4 не показан. В соответствии с этим вариантом исполнения жидкое разделительное средство может подходящим образом иметь плотность, большую, чем плотность смазочного масла, таким образом, образуя вместе с загрязняющими частицами тяжелую фазу. Прежде чем поступить в двухфазный сепаратор, жидкое разделительное средство дозируется на впуске 5. В соответствии с одной альтернативой с впуском 5 может быть связан дозирующий насос 5а, возможны также другие подходящие варианты дозирования разделительного средства. Чтобы смешивать разделительное средство с загрязненным маслом, перед входом в двухфазный сепаратор 1 установлен один или более статических миксеров 6.
Фиг.3 показывает двухфазный сепаратор 1 в соответствии с вариантом исполнения настоящего изобретения. Двухфазный сепаратор 1 содержит ротор 7, который вращается с некоторой скоростью вокруг вертикальной оси вращения R, а также шнековый транспортер 8, который установлен на роторе 7 и вращается вокруг той же самой оси вращения R, но со скоростью, которая отличается от скорости вращения ротора 7.
Двухфазный сепаратор 1 имеет по существу цилиндрическую верхнюю часть 7а ротора и по существу коническую нижнюю часть 7b ротора, причем, части 7а и 7b ротора соединены одна с другой винтами. Конечно, могут быть использованы альтернативные соединительные элементы. Цилиндрическая часть 7а ротора включает в себя идущее вверх осевое удлинение в виде полого вала 9 ротора, который соединен с приводным устройством (не показано) для вращения ротора 7 вокруг оси вращения R.
Следующий полый вал 10 проходит в ротор 7 через внутреннюю часть полого вала 9 ротора. Этот полый вал 10 посредством винтов 11 удерживает шнековый транспортер 8, и соединен с этим винтовым транспортером с возможностью привода, а потому далее называется валом 10 транспортера. Шнековый транспортер 8 содержит верхний цилиндрический участок 8а транспортера, который продолжается в осевом направлении внутри цилиндрической части 7а ротора, нижний конический участок 8b транспортера, который продолжается в осевом направлении внутри цилиндрической части 7b ротора, и виток (винт) 8с транспортера, который продолжается спирально вдоль верхнего цилиндрического участка 8а и нижнего конического участка 8b транспортера 8. Винтовой транспортер 8, конечно, может иметь более одного витка 8с, например, два или три витка транспортера, все из которых продолжаются в виде конуса вдоль внутренней части ротора 7.
Через вал 10 транспортера проходит впускная труба 12 для жидкой смеси, которая предназначена для обработки в роторе 7, и она ведет в центральный рукав 13 во внутренней части винтового транспортера 8. Этот центральный рукав 13 ограничивает впускную камеру 14 для жидкой смеси, при этом впускная камера 14 сообщается с сепараторной камерой 15 посредством радиально продолжающихся распределительных каналов 16.
Сепараторная камера 15 представляет собой кольцевое пространство, которое окружает впускную камеру 14 и содержит стопку усеченных конических сепарирующих дисков 17. Эта стопка установлена радиально внутри цилиндрического участка 8а винтового транспортера 8 и расположена коаксиально оси вращения R. Конические сепарирующие диски 17 удерживаются вместе вдоль оси между верхней усеченной конической опорной пластиной 18 и нижней усеченной конической опорной пластиной 19. Как можно видеть, нижняя опорная пластина 19 сформирована как единое целое с центральным рукавом 13. Сепарирующие диски 17 содержат отверстия, которые образуют каналы 20 для осевого потока и распределения жидкости через стопку сепарирующих дисков 17. Нижняя опорная пластина 19 содержит соответствующее отверстие (не показано), посредством которого распределительные каналы 16 сообщаются с каналами 20, обуславливая осевой поток жидкости в стопке сепарирующих дисков 17. Верхняя опорная пластина 18 содержит ряд отверстий 21, которые соединяют внутреннее радиальное кольцевое пространство 22 внутри стопки сепарирующих дисков 17 с камерой 23 выпуска жидкости. Такой жидкостью может быть, например, масло. Внутри выпускной камеры 23 расположен так называемый чистовой диск 24 для выпуска очищенного масла. Чистовой диск 24 является неподвижным и жестко соединенным с выпускной трубкой 12, при этом чистовой диск 24 сообщается с выпускным каналом 25, продолжающимся в выпускную трубу, которая окружает выпускную трубку 12.
Цилиндрический участок 8а шнекового транспортера 8 радиально окружает стопку сепарирующих дисков 17, при этом цилиндрический участок 8а содержит ряд аксиально продолжающихся отверстий 26, которые распределены вокруг оси вращения R. Аксиально продолжающиеся отверстия 26 предназначены для того, чтобы дать возможность отделенным частицам проходить через внутреннюю стенку цилиндрической части 7а ротора 7 и осаждаться на ней. Жидкость, конечно, также имеет возможность проходить через отверстия 26 в цилиндрическом участке 8а шнекового транспортера 8.
Ротор 7 на своем нижнем конце имеет выпуск 27 для твердых элементов, предназначенный для отделенных частиц и (твердых) разделительных средств. В соединении с этим выпуском 27 для твердых элементов ротор мог бы быть окружен контейнером (не показан) для улавливания и сбора твердых элементов, которые выходят из выпуска 27 для твердых элементов. Эти твердые элементы перемещаются посредством винта 8с транспортера в направлении и из выпуска 27 для твердых элементов. Соответственно, во время работы шнековый транспортер 8 сконфигурирован для вращения с иной скоростью, чем ротор 7, тем самым твердые элементы выносятся винтом 8с транспортера шнекового транспортера 8. Эта разностная скорость между ротором 7 и шнековым транспортером 8 может быть постоянной или изменяемой известным образом - в зависимости, например, от требуемой сухости выпускаемых твердых элементов и/или величины момента вращения, необходимого для привода шнекового транспортера 8, чтобы выпустить эти твердые элементы. Если твердые элементы трудно поддаются выводу, то ротор может даже работать в цикле, содержащем этап вывода твердых элементов при меньшей скорости вращения, чем на этапе сепарации. Таким образом твердые элементы выводятся более легко, поскольку центробежные силы внутри ротора 7 при меньшей скорости уменьшены. Известный способ работы центробежного сепаратора в таком цикле описан более подробно в публикации WO 2011/053224 А1. Кроме того, после перерыва (или паузы) в работе центробежный сепаратор перед новым запуском может нуждаться в чистке. Следовательно, в стопке сепарирующих дисков 17 может находиться некоторый остаток смеси твердых элементов и жидкость, которую надо будет удалить до возобновления работы по сепарации. Это может быть достигнуто запуском шнекового транспортера 8 вместе со стопкой сепарирующих дисков 17 во вращение внутри неподвижного (и пустого) ротора 7. Таким образом, остающаяся смесь может быть выкинута из стопки к внутренней стенке неподвижного ротора, где она легко выводится из выпуска 27 для твердых элементов под действием силы тяжести и вращающегося шнекового транспортера 8.
Шнековый транспортер 8 выполнен в виде цельного элемента из полимерного материала, такого как пластик или нейлон, который может быть армирован волокном. Конический участок 8b имеет пустую внутренность или полость, которая может быть либо загерметизирована, либо открыта во внешнее окружение. При необходимости эта полость могла бы быть заполнена каким-либо материалом, имеющим относительно низкую плотность, таким как ячеистый пластик или что-либо подобное. Кроме того, нижний конический участок 7b ротора установлен на опорном устройстве 28 шнекового транспортера.
Поскольку шнековый транспортер вращается с иной скоростью, чем ротор, то невидимые на иллюстрациях износостойкие элементы могут действовать в качестве рода режущих вставок, обеспечивающих тангенциальную режущую силу на затвердевшее сплошное образование, то есть, на твердую фазу из частиц и жидкого разделительного средства. Этот режущее воздействие разбивает твердое абразивное образование, делая его более податливым для удаления и менее вредным для винта транспортера. Вообще, износостойкие элементы могли бы быть выполнены из любого материала, который более твердый, чем винт транспортера. Однако при высокоскоростной сепарации жидких смесей, оставляющих на внутренней стенке ротора затвердевшее сплошное образование, износостойкие элементы должны быть выполнены из материала, который, кроме того, является более твердым, чем это затвердевшее сплошное образование. Такие износостойкие элементы могут быть выполнены из любого подходящего износостойкого материала, такого как окисленная или неокисленная керамика, металлы, алмаз или любые композитные материалы или их комбинация.
В соответствии с другим вариантом исполнения настоящего изобретения шнековый транспортер может быть выполнен из полимера. При этом полимерный материал, такой как пластик или нейлон используется из-за его низкой плотности, высокой химической устойчивости и низкой производственной стоимости. Однако весь шнековый транспортер с винтом транспортера мог бы быть отлит в едином элементе полимерного материала, а износостойкие элементы могут отстоять от него и с целью адекватной защиты от износа прикреплены к винту транспортера.
Поверхность шнекового транспортера может также содержать износоустойчивое покрытие. Такое покрытие может быть образовано посредством нескольких способов нанесения покрытий. Например, один такой способ состоит в набрызгивании студенистого покрытия с использованием органических связующих веществ и износоустойчивых частиц. Связующие вещества включают в себя натуральные и синтетические смолы, такие как акриловые, полиэфирные и эпоксидные смолы. Износоустойчивые частицы могут быть различными окислами, карбидами, нитридами и алмазами, каждые из которых имеют различную твердость, и обеспечивают различную износоустойчивость. Студенистое набрызганное покрытие легко может быть нанесено одним из имеющихся в продаже распылительных станков.