一、引言

隨著國內船舶行業的發展，分油機被越來越廣泛地應用于船舶燃油（包括輕柴油、重柴油和燃料油）和潤滑油的分離凈化處理，用來去除燃滑油中含有的水分和固體雜質，以達到減少機械故障、提高設備工作可靠性和使用壽命的目的。分油機是船舶燃滑油凈化系統的重要設備。

船用分油機一般使用碟式分離機。碟式分離機通常用于分離較難分離的物料，例如黏性液體與細小固體顆粒組成的懸浮液，或密度相近的液體組成的混合液等。碟式分離機的核心部件是高速旋轉的轉鼓，轉鼓內依靠一組或幾組碟片組合形成液體的分離流道，通過高速旋轉產生強大的離心力場，使得兩種不同比重且互不相溶的液體（以及少量細小固體）獲得不同的離心力，從而在轉鼓內產生分層，達到將液-液或液-液-固分離的效果。

本文以德國GEA Westfalia某型全自動排渣型碟式分離機為例，探究其轉鼓分離排渣的工作原理。

二、碟式分離轉鼓的組成和結構特點

碟式分離轉鼓內部結構相對較復雜，轉鼓主要由4部分組成。分離筒高速旋轉能產生強大的離心力場，使得介質能夠進行有效的分離和凈化。布油器為進料提供通道并將其加速至轉鼓的轉速，同時轉送至碟片組進行分離。碟片組由很多錐形的碟片堆壓在布油器上，作用是分離液體混合物中的輕相和重相，如油和水。碟片有特殊的結構設計，目的是使碟片與碟片之間能夠形成一個準確的間隙，這個間隙的大小對分離效果起著至關重要的作用。所謂的分離腔就是由碟片間這些平行的間隙空間組成的，這種結構形成的環形沉降通道大大減少了固體雜質的徑向沉降距離、改善和提高了分離效果。此外，碟片平滑的表明有助于固體雜質的滑移，使得碟片具有自清潔能力。固體收集室用于收集從碟片內分離出來的固體雜質。

三、碟式分離轉鼓的工作原理

3.1 工作流程

外置獨立的供油泵向分離機提供一定壓力的燃油或滑油，待分離油品通過進油口進入高速旋轉的分離鼓內，經布油器向周邊移動，通過布油器外邊緣進入碟片組所形成的均勻分離腔，油品的重相和輕相在分離腔的運動中逐漸被分離出來，干凈的油沿碟片內壁朝中央出口流動，向心泵作為換能器，將分離后凈油的部分動能轉換成壓能，一定壓力的凈油通過出油口排出轉鼓。分離出來的廢水沿著碟片組外邊緣向上穿過頂盤的槽道，經由比重環、感液泵和節流閥排出轉鼓外。在凈油排出通道上和排水通道上均安裝有壓力傳感器，分別將排油壓力和排水壓力反饋給控制單元進行實時監測。分離出來的固體雜質匯集在轉鼓外側的錐形收集空間內，定時通過排渣口向外排出。

分離鼓在高速運轉的工作狀態下，控制單元發出指令給電磁閥組，控制工作水的通斷，工作水驅動轉鼓底部的滑動底盤等實現全自動的分離和排渣過程。當達到預設分離時間時，控制單元將執行先斷油、再置換水、后排渣的程序步驟，排渣結束后重新開始分油程序。

3.2 碟式分離原理

當懸浮液在動壓頭的作用下，經布油器中心管流入高速旋轉的碟片間隙時，便產生了慣性離心力。其中，密度較大的固體顆粒在離心力的作用下向上層碟片的下表面運動，隨后沿碟片下表面向轉子周圍下滑，液體則沿轉子中心上升，從套管中排出，從而達到分離的目的。同樣地，分離乳濁液時，輕液沿中心向上流動，重液沿周圍流下，從而實現分離。碟片的設置降低了沉降高度、增加了沉降面積、大大提高了沉降速度。

3.3 向心泵原理

向心泵的設置目的是將轉鼓內分離出來的凈油和廢水以一定的壓力排出。向心泵有兩個，均被固定在分離機蓋上，一個是用來排出凈油的凈油向心泵，另一個用來排出廢水，并提供少量液體給監控系統，故又稱感液泵。

液體隨著轉鼓高速旋轉，向心泵相對液體是固定不動的，旋轉的液體經過向心泵內的彎曲通道后，部分動能轉化為壓力能，液體按特定的路徑排出并具備一定的壓力。當流量很低或是排出管無背壓時，液體環帶的內徑正好等于向心泵的外徑；當液體必須克服背壓時，液體環帶的內徑將逐漸減小，直到與對應的背壓平衡。

3.4 分離與排渣過程

目前，碟式分離機按轉鼓排渣形式可分為人工清渣型（固體保留型）和自動排渣型。該型Wsetfalia分離機的自動排渣控制方式與傳統的分油機不同，轉鼓底座內不同位置設有不同孔徑的通孔，操作水通過一只噴嘴向注射腔供水，通過底座內的通孔通向不同的腔室，并通過控制液力活塞上下腔的離心壓力差來控制活塞的上下運動，以達到密封與排渣的目的。

轉鼓底盤內置兩個液力活塞，均隨轉鼓一同旋轉，工作水注入注射腔后，在高速旋轉的狀態下產生很大的離心壓力，兩個活塞在液力驅動下可以進行軸向運動。環形活塞的主要作用是在工作水液壓的作用下，通過改變密封腔的密封狀態來調節滑動活塞的位置。滑動活塞在壓緊密封腔的位置時，轉鼓排渣口密封，處于正常分離工作狀態，而滑動活塞位置下移打開排渣口后，轉鼓進入排渣狀態。

轉鼓密封分離：分離機啟動完成達到穩定轉速后，控制單元發出指令控制工作水電磁閥打開一段時間，將一定量的工作水注入到分離鼓底盤的注射腔中，在離心慣性的作用下，工作水盡可能向轉鼓邊緣聚集，并通過轉鼓底座離軸心較遠的通孔進入密封腔，進入密封腔內的水隨轉鼓高速旋轉產生強大的壓力，一方面壓迫環形活塞下移至密封位置，使密封腔不泄漏，另一方面推動滑動活塞上移壓住密封圈，關閉轉鼓的排渣口，分離機進入正常分離工作狀態。

轉鼓排渣過程：在轉鼓正常分離工作狀態下，控制單元根據設定排渣時間控制工作水電磁閥再次打開，注入一定量的工作水到注射腔內，由于密封腔已經注滿水，注入的工作水只能通過另一靠近軸心的通孔進入敞開室，敞開室內建立起一定的水壓，由于環形活塞上部環帶面積小于下部環帶面積，環形活塞上下壓差的改變使其上移，破壞了密封腔的密封性，密封腔中的水經轉鼓側邊的泄水孔排出，滑動活塞下移，從而打開分離鼓上的排渣口，完成排渣動作。在轉鼓的側邊有節流孔與敞開室連通，排渣的同時，敞開室內的水也在經節流孔排出，隨著注射腔內的工作水逐漸減少以及受離心慣性力的作用，剩余的工作水再次聚集在轉鼓外緣，密封腔再次建立起壓力，環形活塞下移，滑動活塞上移，重新進入分離工作狀態。整個排渣過程在極短時間內完成。

3.5 比重環的選擇

分離機轉鼓要清晰地區分不同密度的重相和輕相，才能使液體混合物有更好的分離效果。比重環作為轉鼓內控制出水量的重要部件，對油水分離效果起著至關重要的作用。為此，需根據分離介質的密度來為轉鼓選擇合適的比重環。

比重環的內徑選擇的原則一般是：內徑小的比重環適用于重油；內徑大的比重環適用于輕質油。

比重環內徑的大小直接決定出水口的直徑。在一定油品處理量的情況下，排水量的大小會影響轉鼓內油水分界面的位置。

選擇合適的比重環，油水分離面在碟片的外緣邊界處。此時，分離排出的凈油中不含有水，分離排出的水中不含有油。

選擇內徑太大的比重環后，出水口排水量過多，造成油水分界面外移，遠離了碟片外緣邊。此時，分離排出的凈油中不含有水，分離的水中卻含有油，造成出水口跑油。此外，油水分界面外擴可能會破壞水密封。

選擇內徑太小的比重環后，出水口出水不順暢，排水量減小，油水分界面內移至碟片里側。此時，分離的水中不含有油，而分離排出的油中含有水，分離效果變差。

四、注意的問題

船上工作環境惡劣，分油機會經常出現各種問題。針對該型分離機的工作特點，介紹一些在使用過程中需注意的問題以及對常見故障的判斷和分析。

（1）轉鼓是高速旋轉部件，轉鼓可達12000r/min，分離機首次運行前，需嚴格按照規范檢查轉鼓的安裝和內部碟片的安裝是否到位，避免安裝不合格帶來的機組振動噪聲加劇或其他危險情況。

（2）在沒有介質注入的情況下，轉鼓一般不允許空轉超過15min，空轉時間過長將引起轉鼓材料過熱損壞。

（3）為保證分離效果，應根據分離介質的實際情況，調整或選取合適的比重環，避免排水口跑油或分離效率降低。

（4）應定期清潔分離碟片和向心泵。若碟片間隙和凈油向心泵堵塞，會造成排油困難，油水分界面外移，排水口跑油。若感液泵堵塞，則會造成排水困難，使得排油帶水，分離效果降低。

（5）工作水泄漏、壓力過低會使得轉鼓底部液力活塞失效，導致轉鼓排渣口關閉不嚴、排渣口跑油，甚至會使排渣動作不能正常進行。

（6）應定期檢查或更換密封件。轉鼓內有許多密封圈，工作時間過長易導致密封圈失效，密封腔壓力降低使得滑動活塞不能完全密封排渣口，造成排渣口跑油。

五、結束語

分油機是非常重要的船舶輔助設備，文章對某型Wsetfalia全自動排渣型碟式分離機轉鼓的基本結構和工作原理進行了詳細介紹，并結合其特點，有針對性地提出了一些使用中需要注意的問題，為分油機的設計、使用和維修保養提供了借鑒和參考。