The Purpose of Crankcase Ventilation for Reciprocating Engines
1. Chroń środowisko i popraw wydajność silnika
Układy wentylacji skrzyni korbowej wychwytują niebezpieczne emisje przedmuchów (mgłę olejową i cząstki stałe) uchodzące ze skrzyni korbowej silników tłokowych i agregatów prądotwórczych zarówno morskich, jak i stacjonarnych. Systemy wentylacji skrzyni korbowej przyczyniają się do ochrony środowiska i dbałości o nie, chroniąc nie tylko otaczające powietrze, drogi wodne i ląd, ale także samych operatorów. Wysokowydajna filtracja w układach wentylacji skrzyni korbowej chroni turbosprężarkę silnika, inter-cooler i katalizator spalin przed zanieczyszczeniami. W rezultacie zoptymalizowano pracę silnika i ograniczono liczbę kosztownych napraw dla operatorów. Zarówno otwarte, jak i zamknięte układy wentylacyjne regulują podciśnienie i ciśnienie w skrzyni korbowej za pomocą sterowania ręcznego lub automatycznego, aby zapobiegać wyciekom i utracie oleju przez uszczelnienia silnika.
W wielu zastosowaniach i na wielu rynkach wdrażanie systemów wentylacji skrzyni korbowej przynosi ogromne korzyści środowiskowe, finansowe i operacyjne. Obejmują one stacjonarne wytwarzanie energii (ciągłe i w trybie czuwania) zarówno w przypadku silników gazowych, jak i wysokoprężnych, napęd mechaniczny, napęd morski, CHP (skojarzone wytwarzanie ciepła i energii) oraz produkcję energii z biogazu.
W przypadku każdego silnika najważniejsze kryteria projektowe są następujące:
- Przepływ powietrza z zużytego silnika odpowietrzanego
- Wymagane podciśnienie lub ciśnienie w skrzyni korbowej
- Dostępna siła ssania z turbosprężarki i różnica ciśnień w filtrze powietrza silnika.
Jednak każda aplikacja niesie ze sobą własne, wyjątkowe wyzwania. W tym artykule omówiono rozwiązania dotyczące wentylacji skrzyni korbowej, które mają związek z konkretnymi wyzwaniami występującymi w różnych zastosowaniach i branżach.
2. Silniki stacjonarne (generatory energii elektrycznej)
Jak przepisy dotyczące ochrony środowiska wpływają na wytwarzanie energii?
Na całym świecie normy środowiskowe dotyczące silników tłokowych i agregatów prądotwórczych stają się coraz bardziej rygorystyczne. W USA system oceny TIER i norma emisji RICE NESHAP (Reciprocating Internal Combustion Engine National Emissions Standards for Hazardous Air Pollutants) to dwa główne przykłady przepisów mających na celu zmniejszenie wpływu na środowisko zarówno silników zasilanych gazem ziemnym, jak i silników wysokoprężnych. W Europie podstawową normą dotyczącą emisji z silników stacjonarnych i silników napędowych mechanicznych jest STAGE V. Całkowita emisja spalin silnika nie może przekraczać określonych poziomów, aby uzyskać certyfikację, przy czym emisje przedmuchów ze skrzyni korbowej mogą stanowić znaczący procent całkowitej emisji (~25%). Bez skutecznego układu wentylacji skrzyni korbowej, który wychwytuje zanieczyszczenia, silniki nie spełnią najnowszych standardów, co z kolei ma wpływ na opłacalność komercyjną.
Zamknięty układ wentylacji skrzyni korbowej zamontowany w agregacie prądotwórczym Diesla w centrum danych, zapobiegający zanieczyszczeniu otaczającego środowiska zaawansowanej technologii emisją oleju.
Wymagania dotyczące ochrony personelu i miejsca pracy
Oprócz przepisów prawnych, polityka elektrowni/producentów energii dotycząca zdrowia, bezpieczeństwa i ochrony środowiska napędza popyt na modernizację i modernizację układów wentylacji skrzyni korbowej. Pomimo dużej liczby zainstalowanych agregatów prądotwórczych zasilanych olejem napędowym i gazem ziemnym, wiele zakładów zmaga się z problemem emisji oleju ze skrzyni korbowej. Operatorzy dążą do ograniczania emisji, aby chronić personel zakładu, otaczające środowisko i sprzęt.
3. Rozwiązania dla układu odpowietrzania skrzyni korbowej
Silniki do agregatów prądotwórczych i napędów mechanicznych
Wysokowydajny układ wentylacji skrzyni korbowej to najlepszy sposób na ochronę układu dolotowego silnika, turbosprężarki i katalizatora wydechowego, zapobiegając jednocześnie niebezpiecznym emisjom do atmosfery. Duże globalne marki, takie jak Caterpillar, Cummins, Hyundai, Jenbacher, Kawasaki, Mitsubishi, Wartsila, Waukesha itp., są wykorzystywane zarówno w pracach ciągłych, jak i w trybie gotowości. W przypadku agregatów prądotwórczych o pracy ciągłej i silników napędowych mechanicznych, w celu wychwytywania spalin oleju i odprowadzania czystego powietrza do atmosfery, zazwyczaj stosuje się wspomagane podciśnieniem otwarte układy wentylacji skrzyni korbowej. Ponieważ zanieczyszczenia spalin nie są zazwyczaj odprowadzane z powrotem przez dolot silnika, efektem jest zoptymalizowana praca silnika i zmniejszenie kosztownych napraw dzięki czystszemu spalaniu. Jednak w przypadku otwartego odpowietrznika do atmosfery ważne jest, aby operatorzy wychwytywali mgłę olejową i emisję cząstek, chroniąc w ten sposób otaczające środowisko i personel zakładu.
System wentylacji skrzyni korbowej wspomagany próżnią zainstalowany w agregacie prądotwórczym zasilanym gazem ziemnym o pracy ciągłej w elektrowni uniwersyteckiej.
Aby układy wentylacji wspomaganej podciśnieniem były skuteczne, muszą być dobrane pod kątem wydajności przedmuchu silnika. Kompletny system obejmuje filtr o wysokiej wydajności, zintegrowane źródło podciśnienia z silnikiem elektrycznym oraz towarzyszące mu przewody rurowe i zawory służące do regulacji podciśnienia lub ciśnienia w skrzyni korbowej. Poziom podciśnienia/ciśnienia w skrzyni korbowej zależy od marki i modelu silnika. Przykłady można znaleźć w modelach SME lub BAE firmy Solberg, które zostały zaprojektowane tak, aby spełniać określone wymagania.
Zastosowania silników Diesla
W zastosowaniach wymagających zasilania z silników wysokoprężnych, takich jak centra danych, szpitale i uniwersytety, najczęściej stosuje się zamknięte układy wentylacji skrzyni korbowej. Silniki te wykorzystują ssanie/podciśnienie z turbosprężarki/wlotu silnika, aby odciągnąć emisje ze skrzyni korbowej i przepuścić je przez filtr o wysokiej wydajności. Mimo że czas pracy tych agregatów jest ograniczony, kluczowe znaczenie ma wydajność emisji, pozwalająca uniknąć zanieczyszczenia turbosprężarki i układu dolotowego silnika. Wszelkie nieoczyszczone emisje ze skrzyni korbowej będą przedostawać się przez silnik i negatywnie wpływać na całkowitą emisję spalin przez silnik. Ponadto, biorąc pod uwagę wrażliwe i czyste środowisko instalacji, kontrola emisji ma kluczowe znaczenie.
Układ wentylacji skrzyni korbowej, taki jak seria ACVfirmy Solberg, to zamknięta konstrukcja układu wentylacji skrzyni korbowej, której rozmiar dobiera się na podstawie wielkości przepływu gazów w efekcie zjawiska blow-by silnika. W tym stylu podciśnienie/ssanie powstaje w wyniku przepływu powietrza z wlotu silnika i turbosprężarki, co umożliwia zasysanie mgły olejowej przez wysokowydajny filtr koalescencyjny oleju. Zintegrowany zawór membranowy kontroluje poziom podciśnienia w filtrze w celu spełnienia wymagań producenta silnika.
Niezależnie od tego, czy układ wentylacji skrzyni korbowej jest otwarty czy zamknięty, wewnętrzne filtry koalescencyjne oleju Solberg osiągają skuteczność do 99,97% przy wielkości cząstek 0,3 mikrona. Oba urządzenia zatrzymują mgłę olejową i zawieszone cząstki stałe, zapewniając wysoki poziom ochrony silnika i środowiska.
4. Silniki stacjonarne (napęd mechaniczny)
Silniki stacjonarne zasilane gazem ziemnym lub olejem napędowym są również wykorzystywane do napędzania urządzeń mechanicznych, takich jak sprężarki gazu i pompy do transferu cieczy. Tego typu aplikacje są zazwyczaj przeznaczone do pracy ciągłej, gdyż obsługują gazociągi, zakłady uzdatniania wody i inne ważne procesy. Silniki te podlegają często tym samym przepisom, co te wykorzystywane do wytwarzania energii elektrycznej. Ponadto operatorzy silników często zwracają uwagę na ochronę zdrowia i bezpieczeństwa swoich pracowników, a także otaczającego środowiska. Biorąc pod uwagę ciągły charakter i krytyczne znaczenie tych zastosowań, wydajność i niezawodność silnika mają pierwszorzędne znaczenie.
W celu wyeliminowania emisji mgły olejowej z silnika gazowego napędzanego mechanicznie zainstalowano wspomagany próżniowo układ wentylacji skrzyni korbowej.
Z tych powodów niezwykle ważne jest, aby wydajne układy wentylacji skrzyni korbowej chroniły operatorów, środowisko i sam silnik. Zarówno wspomagane próżniowo (seria BAE i SME), jak i zamknięte układy skrzyni korbowej (seria ACV) firmy Solberg służą do wychwytywania odprowadzanych spalin z oleistej skrzyni korbowej, utrzymując jednocześnie wymagane podciśnienie lub ciśnienie w skrzyni korbowej.
Napęd morski i energia elektryczna
Ciągłe działanie i kontrola emisji
Bezpieczeństwo, długi czas pracy i minimalizacja konserwacji to najważniejsze cele operatorów silników morskich. Kluczowe zastosowania morskie obejmują napęd i zasilanie elektryczne okrętów wojennych, holowników, tankowców, pogłębiarek, statków wycieczkowych i innych. Biorąc pod uwagę ograniczoną przestrzeń załogi i pasażerów, kontrola emisji ma kluczowe znaczenie. Ponieważ emisje ze skrzyni korbowej składają się głównie z mgły olejowej, stanowią one zagrożenie dla oddychania i poślizgnięcia się na pokładach statków. Gdy olej dostanie się na pokład lub konstrukcję statku, może wyrządzić szkody środowisku, przedostając się do okolicznych dróg wodnych.
Rozwiązania dla zastosowań morskich
Realnym rozwiązaniem, które może sprostać wyzwaniom związanym z zastosowaniami morskimi, jest udoskonalony system wentylacji skrzyni korbowej wspomagany podciśnieniem , np. seria Solberg BAE. Z punktu widzenia emisji, systemy te obejmują filtry koalesyjne o skuteczności 99,97%, wychwytujące mgłę olejową i cząstki o wielkości 0,3 mikrona. Element filtra koalescencyjnego przyczynia się do zapewnienia czystego powietrza do oddychania na statku i zapobiega przedostawaniu się mgły olejowej na pokład i do okolicznych dróg wodnych.
Systemy wentylacji skrzyni korbowej wspomagane podciśnieniem są montowane w silnikach wysokoprężnych (statki badawcze) w celu wychwytywania niebezpiecznych, oleistych emisji.
Regulacja i utrzymanie naturalnego ciśnienia w skrzyni korbowej
Silniki morskie takich marek jak Caterpillar, Daihatsu, Hyundai, MaK, Man Diesel, Niigata i Wartsila są powszechnie stosowane w najbardziej wymagających zastosowaniach. Cechą charakterystyczną większości morskich silników wysokoprężnych jest to, że w idealnym przypadku pracują one przy ciśnieniu atmosferycznym lub lekko dodatnim ciśnieniu w skrzyni korbowej. Otwarty układ wentylacji skrzyni korbowej z recyrkulacją obejmuje zintegrowane przewody, które automatycznie utrzymują naturalne ciśnienie w skrzyni korbowej silnika i eliminują potrzebę ręcznych regulacji lub drogich elektronicznych elementów sterujących. Zobacz przykłady tego stylu z seriami Solberg BAE i SME . Unikalna konfiguracja przewodów „recyrkulacyjnych” nie tylko utrzymuje naturalne ciśnienie w skrzyni korbowej, ale także zapewnia naturalną redukcję ciśnienia w przypadku całkowitego zatkania wewnętrznego elementu filtrującego lub awarii źródła podciśnienia. Dzięki tym samoregulującym funkcjom załoga statku może skupić swoją uwagę na najważniejszych obowiązkach.
5. Instalacja systemu i uwagi
W przypadku modernizacji i nowych instalacji należy wziąć pod uwagę kilka czynników, aby zapewnić optymalną wydajność:
- Przewody odpowietrzające: Zalecamy zachowanie średnicy przewodu odpowietrzającego do i z układu wentylacji skrzyni korbowej, jednocześnie unikając punktów zapadniętych - pułapek, aby zapobiec gromadzeniu się oleju.
- Przewody/rurki spustowe: Podczas pracy silnika olej gromadzi się w filtrze odpowietrzającym skrzynię korbową, dlatego należy go stale opróżniać. Zalecamy, aby podłączony przewód spustowy był zanurzony poniżej niskiego poziomu oleju w misce olejowej skrzyni korbowej lub zbiorniku na zużyty olej. Miejsce przeznaczenia oleju zależy od zaleceń producenta silnika. Nieprawidłowe spuszczanie oleju spowoduje obejście filtra i przedostanie się mgiełki olejowej do atmosfery (konfiguracja otwartej skrzyni korbowej) lub do układu dolotowego silnika (konfiguracja zamkniętej skrzyni korbowej).
- Wysokość montażu: Ponieważ układ wentylacji skrzyni korbowej zwykle działa podciśnieniowo i podłączony jest przewód spustowy, wysokość montażu ma kluczowe znaczenie dla zapewnienia prawidłowego spustu oleju i zapobieżenia przedostawaniu się oleju do środka. Zespół inżynierów Solberga zaleci idealną minimalną wysokość montażu podczas rozmów technicznych z naszymi klientami.
6. Wniosek
Niezależnie od tego, czy chodzi o zastosowanie stacjonarnego zasilania, napędu mechanicznego czy zasilania morskiego, wyzwania dla operatorów są podobne: kontrola emisji i wydajność silnika. System wentylacji skrzyni korbowej dostosowany do potrzeb pozwala operatorom sprostać tym wyzwaniom. Bogate doświadczenie Solberga w pracy z klientami i potencjalnymi klientami zaowocowało ogromną bazą wiedzy, którą stale dzielimy się z rynkiem. Naszą misją jest stać się wiodącym dostawcą rozwiązań dla rynku wytwarzania energii elektrycznej, oferując jednocześnie wydajne systemy wentylacji skrzyni korbowej silników. Projekty systemów Solberga, jego wiedza techniczna i doświadczenie terenowe zaowocują najlepszym rozwiązaniem dla Twojego zastosowania.
Skontaktuj się z firmą Solberg i dowiedz się więcej o tym, w jaki sposób nasze systemy wentylacji skrzyni korbowej mogą stanowić rozwiązanie problemów, z jakimi borykają się Twoje aplikacje.