自清濾器在船舶設計中的應用

李海昭，朱 杰

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

0 引言

濾器廣泛應用于汽車工業、船舶工業和機械工業等領域。自清濾器作為比較特殊的一種濾器，常應用于船舶燃油系統和滑油系統。自清濾器可對液體介質進行過濾，并自動排渣，不同的生產廠家采用不同的排渣方式。本文對燃油系統和滑油系統自清濾器的選型、布置、運行原理、優點和缺點等方面進行了系統的分析和總結，以期為自清濾器的選型和維護保養提供一定參考。

1 自清濾器在滑油系統中的應用

1.1 自清濾器的形式和特點

自清濾器的排渣方式可分為定時反沖洗排渣和連續反沖洗排渣2種。定時反沖洗排渣方式可定時進行排渣，操作較為容易、壓力損失小，反沖洗量小，需借助外部動力（壓縮空氣和驅動電機等）進行反沖洗。連續反沖洗排渣方式可連續進行排渣，需額外增加部分用于反沖洗的滑油，利用自身產生的壓差進行反沖洗，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進行反沖洗，將過濾的雜質排出。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的4%左右。此外，反沖洗過程還需要借助外部壓縮空氣和驅動電機等提供的動力。

在過濾較臟的滑油時，若進口和出口處的壓差提前達到閾值，則不需達到預定時間點就可自動進行反沖洗。如果在反沖洗后仍無法使壓差下降，則會觸發報警，此時，需人工將自清濾器轉換為旁通濾器進行滑油過濾操作，同時人工拆卸并進行清洗自清濾器。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行原理進行介紹，正常運行和反沖洗工況下的原理圖分別見圖 1和圖 2。當殘留在濾芯的雜質量達到閾值時，反沖洗系統自動啟動，位于濾芯上方的頂部沖洗臂開始轉動，蓋住濾芯的上開端；與此同時，底部沖洗臂開始轉動，并打開濾芯下開端位置的排渣閥。通過上述流程，濾芯內就形成了一套高速運轉的軸向流動體系。

圖1 波爾牌自清濾器正常運行工況原理示意

圖2 波爾牌自清濾器反沖洗工況原理示意

圖2 Alfa Laval牌自清濾器正常運行工況原理示意

濾芯內產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節流閥可使反沖洗能量平均分布在濾芯的整個橫向長度區間內。縱向和橫向反沖洗同時作用，實現對濾芯的均衡清洗，從而達到最佳的反沖洗效果。

1.2.2 連續反沖洗排渣方式

采用連續反沖洗排渣方式的自清濾器在過濾過程中始終進行反沖洗排渣，在滑油流經自清濾器的過程中，部分滑油會進入其他艙室用作反沖洗液壓馬達的動力，此部分滑油通常占總流量介質的 3%左右，但需保證濾器的進口和出口間存在恒定壓差才能進行反沖洗。在過濾較臟的滑油時，一旦進口和出口處的壓差達到閾值，就會自動觸發報警。此時，需人工將自清濾器轉換為旁通濾器進行滑油過濾操作，同時人工拆卸并進行清洗自清濾器。采用連續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牌自清濾器的運行原理進行介紹，正常運行工況下的原理圖見圖 3。首先將滑油泵入自清濾器，進口內殼處的濾網可將滑油中的大顆粒雜質去除。之后滑油分為2部分，一部分滑油經全流通艙室內的濾網過濾后進入主機，另一部分滑油會進入其他艙室用作反沖洗液壓馬達的動力。反沖洗后的滑油進入分離艙室，經再次過濾后被泄放到滑油循環艙，分離艙室內的濾渣會被定期排放到油渣艙。

1.2.3 安裝位置

滑油系統的自清濾器通常安裝在主機和滑油冷卻器之間，確保進入主機的滑油不混有其他雜質，品質滿足使用要求。

2 自清濾器在燃油系統中的應用

2.1 自清濾器的工作原理

在燃油系統中，自清濾器主要是作為燃油供油單元的一部分。通常來講，需要根據主機和發電機等設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中的工作原理與滑油系統一致，只是由于燃油和滑油的介質不同導致部分內部元件有所更改。

根據安裝位置的不同，燃油系統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，介質溫度較低，對濾器本身的材質要求不高；熱端濾器安裝在加熱器之后，介質溫度較高，對濾器的材質要求較高，成本較貴。

2.2 自清濾器的安裝位置和特點

通常情況下，船舶采用供油單元為主機和發電機提供燃油。為節省建造和維護成本，主機和發電機常采用公共燃油供油單元來進行供油。當采用公共供油單元時，需根據使用該供油單元的各主機和發電機的最高過濾精度要求對自清濾器進行選型。

根據船舶排放控制的要求，船員需根據不同的航行區域對燃油種類進行轉換。船用輕柴油（Marine Gas Oil，MGO）在進機前需先進行冷卻，而船用重燃油（Heavry Fuel Oil，HFO）需先進行加熱，2種燃油的使用要求是相反的。此外，發電機使用的燃油量較少，而主機使用量往往是發電機的十幾倍甚至幾十倍。由于為滿足發電機需求而選擇的自清濾器精度過高，在轉換燃油的過程中自清濾器經常堵塞，嚴重時甚至無法進行清洗從而導致濾芯損壞。

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，在進行燃油混合時不易堵塞自清濾器。為保證進入主機和發電機的燃油中沒有雜質的混入，在進入主機和發電機前的管路上增加1個安全濾器，這樣既能緩解混油堵塞的問題，又能保證設備用油的安全。

2）熱端濾器

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

3 自清濾器的優缺點

自清濾器具備如下優點：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物質；4）對反沖洗裝置控制精確；5）模塊系統可多重組合變化；6）方便清洗和維護。

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

在船舶系統設計中應根據船舶的營運需求及配置情況綜合考慮是否安裝自清濾器。

4 結論

本文針對船舶燃油系統和滑油系統，結合目前市場上應用廣泛的品牌濾器，對自清濾器的選型、布置、運行原理、優點和缺點等方面進行了系統的分析和總結，為自清濾器的選型和維護保養提供了技術參考。