Wstęp
W tym artykule omówiono przedmuchy silnika, problemy związane z przedmuchami oraz zastosowanie systemów wentylacji skrzyni korbowej do zarządzania przedmuchami silnika. Wyjaśniamy różne typy systemów wentylacji skrzyni korbowej dostępne na rynku i zalety każdego typu. Omawiane tutaj silniki są klasyfikowane jako tłokowe silniki spalinowe (RICE) i obejmują konfiguracje z zapłonem iskrowym (silnik SI) lub zapłonem samoczynnym (silnik CI). Silniki stacjonarne wykorzystywane są do wytwarzania energii (np. tryb gotowości, szczytowanie/golenie, moc główna) i napędu mechanicznego. (np. sprężarki i pompy gazu). Silniki są również stosowane w napędach morskich, instalacjach zasilania pokładowego i instalacjach lokomotyw.
Co to jest przedmuch?
Przedmuch powstaje, gdy mieszanka paliwowo-powietrzna i gazy spalinowe przedostają się przez pierścienie tłokowe silnika. Sprężona mieszanka paliwowo-powietrzna i gazy spalinowe przedostają się do skrzyni korbowej silnika przez małe szczeliny pomiędzy pierścieniami a ściankami cylindrów. Powstała mieszanina mgły olejowej i gazów smarujących nazywana jest przedmuchem.
Jak powstaje przedmuch?
Większość silników spalinowych wykorzystuje tłoki, zawory i wały do przekształcania energii pochodzącej z kontrolowanych eksplozji w moc mechaniczną. Tłoki są sercem i duszą silnika. Przesuwają gazy przez silnik i wykorzystują energię powstałą podczas suwu spalania/mocy. W silniku tłoki są połączone z obracającym się wałem korbowym i poruszają się w kierunku liniowym w nieruchomym, pustym cylindrze. Wał korbowy przejmuje ruch liniowy tłoków i przekształca go w ruch obrotowy, który można wykorzystać do napędzania silników elektrycznych w agregatach prądotwórczych, sprężarkach i innym sprzęcie obrotowym. Obszar silnika, w którym znajduje się wał korbowy, nazywany jest skrzynią korbową.
Kiedy tłok kończy swój ruch od dołu cylindra do góry lub od góry cylindra do dołu, ruch ten nazywa się skokiem. Kiedy silnik określa się jako dwusuwowy lub czterosuwowy, oznacza to liczbę suwów niezbędnych do zakończenia cyklu spalania. W tym artykule skupimy się na typie czterosuwowym i czterech suwach występujących w tej kolejności: wlot, kompresja, moc i wydech. Przedmuch skrzyni korbowej powstaje podczas sprężania i suwów mocy.
Ogólnie rzecz biorąc, nowe silniki będą miały niższy poziom przedmuchów w porównaniu ze starszymi, zużytymi silnikami. Podczas pracy silnika wewnętrzne elementy komory spalania zaczynają się zużywać, co powoduje zwiększenie szczelin pomiędzy ściankami cylindrów a pierścieniami tłokowymi. To zużycie powoduje przedostawanie się większej ilości przedmuchów przez pierścienie tłokowe do skrzyni korbowej silnika. Dobrą zasadą jest oczekiwanie dwa razy większego przedmuchu w przypadku „zużytego” silnika niż w przypadku „nowego”.
Jak nadmierny przedmuch szkodzi silnikowi?
Aby zapobiec kilku problemom, przedmuch silnika musi być odprowadzany ze skrzyni korbowej. Typowe problemy obejmują:
● Nadmierne ciśnienie w skrzyni korbowej - Podwyższone ciśnienie w skrzyni korbowej silnika może powodować wycieki oleju przez uszczelki silnika, co przyczynia się do utraty oleju.
● Zwiększone zużycie oleju - Gdy przedmuch zawiera dużą ilość mgły olejowej, która jest odprowadzana do atmosfery i nie jest odzyskiwana, skuteczność układu smarowania silnika może spaść z powodu nadmiernego zużycia oleju.
● Zmniejszona wydajność silnika - gdy przedmuch jest kierowany z powrotem przez wlot silnika (zamknięta skrzynia korbowa). Olej i inne zanieczyszczenia mogą pokrywać wewnętrzne elementy silnika, takie jak turbosprężarki i chłodnice końcowe, co może znacznie zmniejszyć wydajność i osiągi.
Co to jest wentylacja skrzyni korbowej?
Wentylacja skrzyni korbowej to proces odpowietrzania lub usuwania przedmuchów ze skrzyni korbowej silnika, aby zapobiec nadmiernemu wzrostowi ciśnienia w silniku. Przedmuchane gazy mieszają się z mgłą olejową i innymi zanieczyszczeniami, które mogą uszkodzić wewnętrzne elementy silnika i zanieczyścić środowisko. Wysokowydajny filtr wentylacji skrzyni korbowej jest niezbędny do oczyszczenia gazów wylotowych przed powrotem do wlotu lub wylotem silnika do otoczenia.
Jakie są rodzaje systemów wentylacji skrzyni korbowej?
W zależności od wymagań instalacji i emisji, przedmuch będzie odprowadzany za pomocą dwóch typów systemów: otwartej wentylacji skrzyni korbowej (OCV) i zamkniętej wentylacji skrzyni korbowej (CCV).
Układy OCV stosuje się, gdy przedmuchy skrzyni korbowej wydostają się do atmosfery. System OCV może być prostym systemem odpowietrzającym z siatki drucianej o niskiej wydajności i niskim ciśnieniu wstecznym lub może zawierać element koalescencyjny o wysokiej wydajności, przeznaczony do wychwytywania dużych ilości mgły olejowej. Najbardziej efektywne systemy OCV integrują wysokowydajny filtr koalescencyjny ze źródłem podciśnienia i mechanizmem regulacji ciśnienia w skrzyni korbowej. Zaletą stosowania otwartych systemów wentylacji skrzyni korbowej jest zminimalizowanie możliwości gromadzenia się zanieczyszczeń i oleju w turbosprężarce i chłodnicach końcowych. Jest to szczególnie ważne w przypadku gazu składowiskowego, biogazu, gazu syntezowego i innych instalacji, w których jakość gazu może stanowić problem (Solberg SME i ACVB).
Układy CCV są stosowane, gdy przedmuch ze skrzyni korbowej jest kierowany z powrotem do wlotu silnika. W większości scenariuszy będzie on poprowadzony przed turbosprężarką (kołem sprężarki) i za filtrem powietrza silnika. Część zostanie skierowana do układu wydechowego silnika. W miarę jak przepisy dotyczące ochrony środowiska stają się coraz bardziej rygorystyczne, coraz częściej stosuje się systemy wentylacji zamkniętej skrzyni korbowej (CCV). Odprowadzanie przedmuchów z powrotem przez ścieżkę dolotową silnika umożliwia operatorom monitorowanie całkowitej emisji przez układ wydechowy silnika i eliminowanie źródła emisji. Zamknięte systemy wentylacji skrzyni korbowej nadają się do wielu typów instalacji, szczególnie gdy CCV ma zintegrowaną technologię regulacji ciśnienia (Solberg ACV).
Obydwa typy systemów mogą skutecznie zarządzać ciśnieniem w skrzyni korbowej i spełniać wymogi ochrony środowiska. Dodatkowe szczegóły można znaleźć w tabeli 1.1 poniżej.
Jakie są zalety systemu wentylacji skrzyni korbowej?
Dobrze zaprojektowany i odpowiednio dobrany układ wentylacji skrzyni korbowej znacząco pomaga w utrzymaniu niezawodności silnika i obniża koszty konserwacji w miarę upływu czasu. Zmniejszy zużycie oleju silnikowego oraz poprawi wydajność i osiągi silnika. Dokonuje tego poprzez regulację ciśnienia w skrzyni korbowej w określonym zakresie i wychwytywanie oleju zawartego w przedmuchanych gazach.
Regulacja ciśnienia w skrzyni korbowej
Ciśnienie w skrzyni korbowej można regulować, wykorzystując wlot silnika jako źródło podciśnienia (CCV) lub zewnętrzne źródło podciśnienia, takie jak dmuchawa bocznokanałowa (OCV). W obu przypadkach poziom podciśnienia należy regulować, aby zapewnić utrzymanie ciśnienia w skrzyni korbowej w określonym zakresie. Zwykle osiąga się to za pomocą zaworów ręcznych, zaworów automatycznych lub napędów o zmiennej prędkości. W przypadku systemów CCV postęp polega na zastosowaniu automatycznych zaworów regulacji podciśnienia, takich jak te, które można znaleźć w liniach produktów ACV i seria ACVB firmy Solberg. W przypadku układów OCV najczęściej stosowane jest ręczne sterowanie zaworami, jednak inne technologie, takie jak systemy recyrkulacji (SME-R) i automatyczne sterowanie mechaniczne (Solberg ACVB) zyskują na popularności w szerokim zakresie zastosowań silników. Specyfikacje dotyczące ssania lub ciśnienia w skrzyni korbowej silnika zazwyczaj mieszczą się w zakresie (-3) do (+2)” WC, (-7,5) do (+5) mbar lub (-0,75) do (0,5) kpa. Specyfikacje OEM silnika różnią się w zależności od marki i modelu silnika, dlatego najlepiej zapoznać się z Instrukcją obsługi OEM, aby uzyskać idealny zakres ciśnienia roboczego w skrzyni korbowej dla konkretnego silnika.
Obniżenie zużycia oleju
Filtr skrzyni korbowej oczyszcza odprowadzane gazy przedmuchowe, aby upewnić się, że są wolne od zanieczyszczeń, zanim zostaną uwolnione do środowiska lub powrócą do wlotu silnika. Mgła olejowa stanowi główny problem podczas odprowadzania gazów przedmuchowych. Zadaniem filtra jest wychwytywanie i łączenie mgły olejowej zawartej w przedmuchach i zawracanie jej do silnika lub miski olejowej. Powracając olej do skrzyni korbowej silnika, można znacznie zmniejszyć zużycie oleju w wyniku odpowietrzania skrzyni korbowej.
Poprawa wydajności silnika
Zarówno układy zamkniętej wentylacji skrzyni korbowej (CCV), jak i otwartej wentylacji skrzyni korbowej (OCV) usuwają zanieczyszczenia i zanieczyszczenia pochodzące ze skrzyni korbowej. Skuteczność filtra jest szczególnie istotna w przypadku każdego zastosowania w systemie CCV. Wysokowydajne filtry koalescencyjne bardzo skutecznie ograniczają osadzanie się osadów na turbosprężarkach, chłodnicach końcowych i innych elementach wewnętrznych. Część cząstek stałych i mgły olejowej przedostaje się przez filtry. Ostatecznie będą gromadzić się zanieczyszczenia, które mogą potencjalnie wpłynąć na powierzchnie turbosprężarki i zmniejszyć wydajność roboczą. Dlatego najlepiej jest wybrać filtry o najwyższej możliwej wydajności, gdy kierujesz przedmuch z powrotem przez wlot silnika.
(Filtracja o wysokiej wydajności zazwyczaj mieści się w zakresie od 99% do 99,97% wydajności przy 0,3um)
Ochrona otaczającego środowiska
Systemy wentylacji skrzyni korbowej z filtrami o wysokiej wydajności zapobiegają przedostawaniu się mgły olejowej, dymu, zapachów i innych cząstek stałych do otaczającego środowiska. Kiedy otwarte systemy wentylacji skrzyni korbowej (OCV) odprowadzają nieoczyszczone przedmuchy do atmosfery, mgła olejowa będzie gromadzić się w budynkach i na otaczającym sprzęcie, w tym na silniku. W miarę gromadzenia się oleju na powierzchniach istnieje ryzyko poślizgu, a także potencjalne ryzyko pożaru. Nagromadzenie mgły olejowej w słabo wentylowanych pomieszczeniach może powodować problemy z oddychaniem i podrażnienie oczu u personelu zakładu. Ponadto nieszczelności uszczelek silnika spowodowane nadmiernym ciśnieniem w skrzyni korbowej mogą powodować ryzyko poślizgu dla operatorów instalacji.
Spełnianie przepisów środowiskowych
Agencje krajowe lub regionalne (EPA, IMO itp.) mogą wymagać ograniczenia lub wyeliminowania emisji przedmuchów ze skrzyni korbowej. Szczegółowe wymagania zależą zazwyczaj od rodzaju paliwa, instalacji stacjonarnej lub morskiej oraz obciążenia (ciągłe lub w trybie gotowości). Nawet jeśli Twój silnik nie podlega szczególnym przepisom, najlepiej promować odpowiedzialność za środowisko i bezpieczeństwo poprzez wychwytywanie przedmuchów oleju.
Kompletny system. Coś więcej niż tylko „filtr skrzyni korbowej”
Wymagania dotyczące wentylacji skrzyni korbowej są specyficzne dla każdego modelu silnika i miejsca instalacji. Silniki z roku na rok stają się coraz wydajniejsze i bardziej złożone. W rezultacie produkty „uniwersalne” mogą nie być najlepszym rozwiązaniem w zakresie kontroli emisji i promowania optymalnej wydajności silnika. W przypadku nowoczesnych, wysoce wydajnych i niskoemisyjnych silników większość będzie wymagać wysokowydajnej filtracji, zapewniając jednocześnie minimalne ciśnienie wsteczne w skrzyni korbowej silnika. Aby osiągnąć docelowe poziomy emisji i wymagania specyficzne dla danego miejsca, niezbędny jest odpowiednio dostosowany, otwarty lub zamknięty system wentylacji skrzyni korbowej. Kompletny układ skrzyni korbowej może obejmować określoną konfigurację rurociągów, miejsce montażu, typ i lokalizację przewodu spustowego, konsole oleju zużytego, lokalizację układu wydechowego, a także płaszcze izolacyjne filtrów i rurociągów.
Wniosek
Zainstalowanie idealnego systemu dla konkretnego silnika, zakładu lub statku morskiego pomoże poprawić wydajność silnika, bezpieczeństwo i zgodność z wymogami ochrony środowiska, jednocześnie poprawiając niezawodność i obniżając całkowity koszt posiadania. Jeśli masz jakiekolwiek pytania dotyczące systemów wentylacji skrzyni korbowej, skontaktuj się z Solberg Manufacturing.
Wykres 1.1
