Что такое центрифуга двигателя

Центрифуга

Центрифу́га — устройство, использующее центробежную силу. Представляет собой механизм, обеспечивающий вращение объекта приложения центробежной силы. Применяются для разделения газообразных, жидких или сыпучих тел разной плотности, а также в других случаях, требующих имитации повышенной силы тяжести.

Центрифуги применяются в лабораторной практике, в сельском хозяйстве для очистки зерна, выдавливания мёда из сот, выделения жира из молока (см. сепаратор), в промышленности для обогащения руд, в крахмало-паточном производстве, в текстильном производстве, в прачечных для отжима воды из белья и т. п. Высокоскоростные газовые центрифуги применяются для разделения изотопов, в первую очередь изотопов урана в газообразном соединении (гексафториде урана UF₆).

Содержание

• 1 Применение
  • 1.1 Сепарирование веществ
    • 1.1.1 Медицина и биология
    • 1.1.2 Пищевая промышленность
    • 1.1.3 Разделение изотопов
  • 1.2 Имитация силы тяжести
    • 1.2.1 Физическая нагрузка
    • 1.2.2 Литейное дело
• 2 Эффект самобалансировки
• 3 Центрифуги для лабораторных целей
• 4 См. также
• 5 Примечания
• 6 Ссылки

Применение [ править | править код ]

Сепарирование веществ [ править | править код ]

Сепарация (лат. separatio ) — это различные процессы разделения смешанных объёмов разнородных частиц, смесей, жидкостей разной плотности, эмульсий, твёрдых материалов, взвесей, твёрдых частиц или капелек в газе. При сепарации не происходит изменения химического состава разделяемых веществ. Сепарация возможна если присутствуют различия в характеристиках компонентов в смеси: в размерах твёрдых частиц, в их массах, в форме, плотности, коэффициентах трения, прочности, упругости, смачиваемости поверхности, магнитной восприимчивости, электропроводности, радиоактивности и других.

Свойства, отличающие продукты сепарации, не обязательно должны совпадать с признаками, по которым разделяют смесь компонентов в производстве. К примеру, при сепарации побочной породы и угля продукты при одинаковой плотности могут содержать разное количество золы, отличающий качественный уголь. В самом процессе сепарации принимает участие очень большое количество отдельных мелких частиц, среди которых встречаются частицы с промежуточными свойствами по отношению к необходимым признакам. Из исходной смеси после промышленных сепараций не могут получиться абсолютно чистые фракции разделяемых компонентов, а лишь продукты с преобладающим их содержанием.

Выбор способа сепарации зависит от процентного состава и свойств разделяемой смеси и составляющих её компонентов, степени соответствия желаемых свойств получаемых продуктов от последствий разделения и свойств компонентов. Сепарация, как правило, происходит не только по главному признаку, который отличает компоненты в смеси, а по целому ряду свойств. Процессы сепарации различаются от внешних условий и аппарата, в котором происходит разделение.

Медицина и биология [ править | править код ]

Пищевая промышленность [ править | править код ]

Сепараторы применяются в молочной промышленности для очистки молока от механических примесей и бактерий (см. бактофуга), разделения молока на сливки и обезжиренное молоко. [1]

Разделение изотопов [ править | править код ]

Центрифужная технология разделения изотопов получила широкое распространение в ядерных технологиях как самая эффективная. Основана на сепарации газообразных соединений обрабатываемого вещества в специальных газовых центрифугах.

Имитация силы тяжести [ править | править код ]

Физическая нагрузка [ править | править код ]

Центрифуги используются для физической подготовки людей, которым предстоит столкнуться с необходимостью испытывать значительные перегрузки в процессе выполнения работы. Например, при подготовке боевых летчиков и космонавтов. В России подготовку космонавтов на центрифуге осуществляют в Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина.

Существуют проекты компенсации негативного влияния длительного влияния невесомости на космонавтов путем создания искусственной силы тяжести на центрифугах.

Литейное дело [ править | править код ]

Центрифуги применяются при литье в формы небольших объёмов металла или других литейных материалов. Является разновидностью литья под давлением. Центрифуга позволяет увеличить давление литьевого материала в форме при заливке и вытесняет газовые пузырьки, чем снижает количество литьевых дефектов.

Эффект самобалансировки [ править | править код ]

Эффект самобалансировки можно наблюдать у центрифуг, предназначенных для отжимания белья. При наборе оборотов центрифугу сначала начинает трясти, потом проходит пик тряски, тряска уменьшается, и центрифуга выходит на рабочие обороты.

В случае, если бельё расположено слишком неравномерно, эффект самобалансировки может не наступить. В этом случае выход на рабочие обороты становится невозможным — центрифуга идёт в «разнос» (начинает задевать барабаном за корпус, издавая стуки).

Эффект самобалансировки основан на том, что тело, не имеющее жёстко заданной оси вращения, вращается относительно своего центра масс (это наглядно видно, если раскрутить лежащую на столе шариковую ручку, или мобильный телефон).

Технически это реализуется эластичным подвесом барабана центрифуги (часто вместе с приводным электродвигателем) к основному корпусу устройства. Эластичный подвес (как правило, резиновые демпферы) даёт возможность барабану центрифуги смещаться в радиальном направлении (в любую сторону) до нескольких сантиметров. Наклон и осевые смещения при этом фиксируются относительно жёстко.

При вращении барабан стремится вращаться относительно своего центра масс, смещая ось привода на некоторый радиус (равный расстоянию от оси до центра масс). Если это расстояние укладывается в ход эластичного подвеса, барабан центрифуги вращается относительно своего центра масс, а ось привода (и подвес) движется по окружности, которую при этом описывает центр барабана. (Ввиду малого диаметра окружности и большой частоты вращения зрительно это движение воспринимается как вибрация). При изменении положения центра масс (неравномерный отжим воды) барабан начинает вращаться относительно этого нового центра, а ось привода и подвес — «сопровождать» изменённые круговые движения центра барабана.

Самобалансировку, как правило, применяют в центрифугах с вертикальным барабаном (проще устройство подвеса и возможно предварительное равномерное расположение материала), однако этот же эффект (в некоторой степени) применяется и в стиральных машинах-автоматах с горизонтальным барабаном — в них эластично подвешивается барабан со всем окружающим его герметичным баком для воды, что возможно благодаря относительно небольшой частоте вращения барабана. При отжиме ось барабана (вместе с баком и приводом) совершает круговые движения относительно текущего центра масс барабана (видимые как вибрирование), а эластичная подвеска отделяет (и допускает) эти перемещения от основного корпуса, в котором для увеличения инерционности закрепляют утяжелители в виде сплошных металлических или бетонных блоков, которые составляют значительную часть общего веса машины-автомата.

Также в центрифугах (в частности, на некоторых стиральных машинах-автоматах) иногда применяется автоматическая балансировка (в процессе работы) — смещение предварительно закреплённых противовесов (под управлением электроники), для приведения центра масс барабана на геометрическую ось вращения.

Автобалансировочные устройства предназначены для уравновешивания на ходу быстровращающихся тел, чей дисбаланс меняется в процессе эксплуатации. Автобалансировочные устройства состоят из компенсационных грузов, присоединяемых к вращающемуся телу, или (и) компенсационных материалов, заполняющих полость тела.

Центрифуги для лабораторных целей [ править | править код ]

Центрифуги для лабораторных целей классифицируются по скорости вращения ротора или по суммарному объёму загруженных образцов.

• Микроцентрифуги (обработка пробирок типа Eppendorf (ит.), 1,5-2,0 мл каждая)
• Общелабораторные центрифуги (суммарный объём образца около 0,5 л)
• Специализированные центрифуги повышенного объёма (обычно до 6 л). Примером специализированных центрифуг служат центрифуги для обработки крови. Устройство такой центрифуги узко специализировано под одну задачу — вращение полиэтиленовых контейнеров с кровью. У такой центрифуги мотор повышенной мощности, однако скорость вращения ротора значительно ниже чем у аналогичной по энергопотреблению центрифуги.

Следует иметь в виду, что объём образца для центрифуги рассчитывается при допущении что его плотность равна 1 г/см³, если плотность образца выше 1,2 г/см³ требуется уменьшить объём обрабатываемого материала, иначе центрифуга может сломаться.

• Микроцентрифуги (обработка пробирок eppendorf, обычно не требует высоких скоростей) — скорость до 13 400 об/мин,
• Общелабораторные центрифуги — обладают значительной универсальностью могут работать и с пробирками типа eppendorf и другими емкостями скорость вращения ротора от 200 об/мин до 15 000 об/мин,
• Центрифуги с высокой производительностью, они же скоростные — решают все возможные лабораторные задачи (кроме ультрацентрифугирования); скорость вращения ротора от 1000 об/мин до 30 000 об/мин.
• Ультрацентрифуги — скорость вращения ротора от 2000 об/мин до 150 000 об/мин.

Центрифуги бывают настольными и напольными (с ножками).

Смазочная система

Масляный фильтр предназначен для очистки от механических примесей масла, циркулирующего в системе двигателя. На большинстве современных автотракторных двигателей в качестве фильтра применяют центробежный очиститель (реактивную центрифугу).

В центрифугах масло очищается под действием центробежных сил, возникающих при вращении ротора.

Основные части реактивной центрифуги — ротор и ось, которая нижней частью ввернута в корпус фильтра. Масло в центрифуге очищается следующим образом. Из масляного насоса оно под давлением поступает через продольное и радиальное отверстия оси внутрь ротора. Из ротора часть масла подходит через трубки к калиброванным отверстиям — жиклерам (форсункам) и вытекает из них с большой скоростью. Отталкивающее действие (реакция) вытекающих струй масла вызывает вращение ротора в обратную сторону. Масло, вытекающее из ротора в корпус фильтра, сливается в картер двигателя.

При быстром вращении ротора тяжелые примеси, содержащиеся в масле, под действием центробежной силы отбрасываются к стенкам ротора и оседают на них в виде смолистого слоя.

При нормальном давлении масла ротор вращается с частотой вращения около 100 с»1 (6000 об/мин).

На современных двигателях применяют полнопоточную масляную центрифугу. Особенность ее состоит в том, что все масло, нагнетаемое насосом, очищается в роторе реактивной центрифуги.

В отличие от рассмотренной центрифуги в пустотелую ось ротора вставлена маслоотводящая трубка с выходом к масляной магистрали.

Во время работы двигателя масло от насоса поступает через каналы корпуса фильтра в кольцевую полость В между осью и трубкой, попадая затем через радиальные отверстия оси и корпуса внутрь ротора. В нем поток очищенного масла разделяется. Часть масла (около 20%) идет на привод ротора и стекает через жиклеры / в картер. Основной же поток масла по верхнему ряду радиальных отверстий в корпусе ротора и его оси поступает в маслоотводящую трубку 10 и далее — в масляную магистраль. В роторе полнопоточной центрифуги маслозаборные трубки отсутствуют.

В некоторых двигателях применена новая активно-реактивная центрифуга. В отличие от реактивной в ней нет жиклеров (форсунок). Струи масла, под действием которых вращается ротор, не сливаются в поддон, а поступают для смазывания трущихся деталей двигателя. К оси 9 неподвижно прикреплен насадок 8, имеющий каналы А, касательные к его окружности. В верхней части корпуса 7 ротора выполнены касательно расположенные каналы Б. Неочищенное масло под давлением 0,6. 0,7 МПа от масляного насоса поступает через кольцевую полость В (между осью и трубкой) в каналы А. Вытекая из этих каналов под давлением, струи масла, направленные касательно к стенкам ротора, образуют активный момент, который заставляет ротор вращаться в направлении движения струи. Очищенное масло с большой скоростью выбрасывается через тангенциально расположенные каналы Б в верхней части ротора и через радиальные отверстия поступает в канал неподвижной оси и далее — в масляную магистраль. При этом возникает реактивная сила, которая тоже вращает ротор. Таким образом, ротор центрифуги вращается за счет суммарной энергии двух потоков масла: активного действия струй при поступлении в ротор по каналам А и реактивного действия — при выходе из ротора по каналам Б.

В центробежных масляных фильтрах ротор состоит из корпуса и стакана. Площадь верхнего днища ротора больше площади нижнего, поскольку диаметр верхней шейки оси меньше диаметра нижней. Общая сила давления масла, направленная вверх, больше силы, действующей на нижнее днище ротора. Вследствие этого при работе двигателя ротор всплывает и разгружает опорный торец. При увеличении давления в роторе больше нормального он перемещается еще выше. От перемещения вверх ротор удерживается упорной шайбой, а от перемещения вниз — буртом оси. Осевой разбег — 0,3..Л,5 мм.

5) Переход с центрифуги на обычный фильтр.

Уж очень часто мне задают вопрос о том как я перешёл на обычный фильтр.
И вот я решил в отдельной теме рассказать, как я это сделал.

Для чего собственно (лично я) решили избавиться от центрифуги?

1) При её обслуживании мотор частенько обливается маслом (не комильфо).

2) Она громоздкая, и в зависимости от модификации, порой мешает установке мотора тем что упирается в капот.

3) Хоть её и хвалят, как очень эффективный способ очистки масла, я всё же доверяю более современным фильтрам. тем более что современные масла имеют другие характеристики нежели те, которые применялись во времена разработки таких моторов.

4) Лично для меня это был самый удобный способ для коммутации нештатного масляного радиатора.

5) Т.к. я в следующей сборке планирую установку компрессора, мне центрифуга будет мешать, ведь она находится на пути у хвостовика нагнетателя.

Исходя из всех этих пунктов я не стал делать переходник под фильтр который бы крепился на штатное место, а приобрёл комплект из США для переноса фильтра. Таки образом я убил трёх зайцев, и от центрифуги избавился и на фильтр перешёл и масляный радиатор подключил. к тому же есть два технологических отверстия позволяющие установить доп датчики (температура масла и включение вентиляторов охлаждения масла).

Переходим к основной части.

Существует две схемы смазки для двигателей 511-513.

Первая. Я так предполагаю более ранняя версия. На моём блоке (89 года) схема уже другая.

В этой схеме применяется двухсекционный насос( поэтому признаку можно не вскрывая мотор понять какая у вас схема).

Масляный насос 7 приводится в действие от распределительного вала. Верхней секцией 6 насоса масло засасывается из картера двигателя через маслоприемник 10, снабженный сетчатым фильтром, и нагнетается в главную масляную магистраль 5, представляющую собой канал в картере двигателя. В торце магистрали установлен редукционный клапан 12. Из главной масляной магистрали масло под давлением подается к коренным вкладышам коленчатого вала, втулкам распределительного вала и к осям коромысел. К шатунным вкладышам масло поступает через каналы в щеках коленчатого вала и полости грязеуловителей, выполненных внутри шатунных шеек. В этих полостях масло очищается от механических примесей, которые под действием центробежных сил отбрасываются к стенкам полостей и оседают на них. Другие детали кривошипно-шатунного механизма и механизма газораспределения смазываются разбрызгиванием. Нижняя секция 8 насоса нагнетает масло через канал в блоке и наружную трубку к центробежному фильтру 4. Очищенное масло сливается в картер двигателя, смазывая шестерни газораспределения. Для охлаждения масла в тяжелых дорожных условиях или при температуре окружающего воздуха выше +20° С служит масляный радиатор /, который включают и выключают краном 2. Масло подводится к радиатору через предохранительный клапан 3 из главной масляной магистрали, пропускающий масло в радиатор при давлении в магистрали свыше 100 кН/м2. Охлажденное масло сливается в масляный поддон картера. Давление масла, создаваемое нижней секцией насоса, ограничивается редукционным клапаном 9.

И если коротко: верхняя часть насоса работает на смазку деталей двигателя, нижняя подаёт масло на центрифугу, откуда оно попадает на шестерни распредвала.

на мой взгляд эта система несовершенна, т.к. масло идушее на смазку детатей лишь частично очищено. в дополнение ковсему на низких оборотах, когда давление масла падает, оно не поступает в маслорадиатор. что приводит к его нагреву.

При такой схеме центрифугу можно убрать со штатного места при одном «но». если мы возьмём подачу на наш новый фильтр с магистрали подающей масло на центрифугу (красная точка 1), то обратку мы должны вернуть на «место» (красная точка 2), потому что если мы её подключим к поддону, то шестерни распредвала у нас останутся сухими.

На следующей фотографии я отметил места подключения шлангов. Т.е. выбрасываете медную трубку, точите штуцера-переходники ( если вы применяете американские шланги), делаете заглушку на место центрифуги и глушите родной выход на маслорадиатор.

ФОТО НЕ МОЕГО ДВИГАТЕЛЯ. НЕ НАДО ПИСАТЬ В КОММЕНТАРИЯХ, ЧТО ЭТО ФИЛЬТР, А НЕ ЦЕНТРИФУГА.

Я бы вообще переделал такой блок на схему более современную, как у меня. Перейдём к ней.

Вторая. Схема с односекционным насосом.

Из названия понятно что маслонасос с одной секцией. Причём когда я снимал его для ревизии, с удивлением обнаружил что в блоке есть технологические отверстия для установки двухсекционного насоса. Т.е. блоки везде одинаковые.

В этой схеме масло подаётся в масляную магистраль, которая как и в первой схеме служит для подачи на фильтр. Далее через медную трубку масло попадает в фильтр.
В основании центрифуги находится редукционный клапан.

После фильтра очищенное масло возвращается в блок . Так же по медной трубке.(штуцер под бензонасосом).

От туда оно идёт на коленвал и распредвал. Плюс дополнительно установлена » трубка смазки шестерней распредвала».

Такая же трубка установлена на 402 движках.

Теперь переходим к тому, как сделано у меня.

Та трубка которая шла на центрифугу-убрана. В блок, в главную магистраль вкручен переходник под «американскую» резьбу, а на него шланг.

Далее этот шланг соединяется с фильтром. Выход с фильтра идёт на радиатор:

А шланг с радиатора соединятся также через переходник с блоком с другой стороны (под бензонасосом):

Место где стоял штатный фильтр-заглушено:

Или схематично вот так:

Что получается. То что у меня всё масло проходит через фильтр и через радиатор. Т.е всегда очищается и всегда охлаждается.

Всем спасибо за внимание. Задавайте вопросы. Постараюсь в записи на них ответить.

Система смазки двигателя Д 240 — центрифуга, масляный насос и обслуживание

На двигателе Д-240 реализована комбинированная система смазки. Исходя из условий работы деталей, масло поступает к трущимся поверхностям (шатунные и коренные шейки коленвала, опорные шейки распредвала, втулки шестерни топливного насоса и промежуточной шестерни) под давлением, но пульсирующим потоком (механизм клапанов) или путем разбрызгивания. В систему смазки двигателя входят: полнопоточный центробежный масляный фильтр (центрифуга), масляный насос с маслоприемником и масляный радиатор. Также к системе смазки относятся соединительная арматура, маслопроводы, предохранительные клапаны, контрольные приборы и другие. Часть компонентов дизеля (пускач, помпа, топливный насос) имеют собственную автономную схему смазки. Для смазки двигателя трактора МТЗ-82 применяется моторное масло: зимой — марки М8Г2, летом — М10Г2. Масло необходимо менять каждые 480 часов работы двигателя.

Схема системы смазки: 1 — масляный радиатор; 2 — главная масляная магистраль; 3 — указатель давления масла; 4 — сетка; 5 — центрифуга; 6 — масляный насос; 7 — редукционный клапан; 8 — сливной клапан; 9 — предохранительный клапан; 10 — упорные кольца; 11 — патрубок; 12 — маслоприемник; 13 — масляный радиатор.

Масляный насос Д-240

Одноступенчатый, шестеренчатого типа, устанавливается на крышке первого коренного подшипника коленвала и вращается от коленчатого вала двигателя. Насос состоит из крышки, корпуса, ведущей и приводной шестерен, установленные на валу, а также из ведомой шестерни, находящейся на пальце.

Во время вращения шестерен в области всасывания образуется разряжение, способствующее поступлению масла в маслозаборник насоса. Попадая в зубья шестерен, масло подается в магистраль, а оттуда поступает к трущимся узлам.

Глубина расточек для шестерен в корпусе, их ширина и размещение выполняются с высокой точностью. Для создания герметичности во внутренней полости масляного насоса — привалочные плоскости крышки и корпуса тщательно шлифуются. Не допускается перестановка крышки с одного насоса на другой. Подача масла насосом составляет 36 литров в минуту на оборотах 2320 об/мин и образуемом давлении 0,70-0,75 МПа (7,0-7,5 кгс/см²).

Масляный насос: 1 — маслозаборник; 2 — корпус насоса; 3 — палец ведомой шестерни; 4 — ведомая шестерня; 5 — крышка корпуса; 6 — шестерня привода насоса; 7 — штифт; 8 — вал насоса; 9 — ведущая шестерня; 10 — патрубок.

Масляный фильтр

Центрифуга двигателя Д-240 предназначена для очистки циркулирующего масла в системе смазки. На двигателе устанавливается центробежный фильтр оснащенный бессопловым гидравлическим приводом.

В корпусе фильтра имеется ось на которой вращается ротор. Крышка крепится к остову гайкой и уплотняется резиновым кольцом. Ротор удерживается от осевых перемещений шайбой и гайкой, размещающиеся на верхнем конце оси с резьбой. Сверху ротор закрывается колпаком фиксируемый гайкой с шайбой. Во внутренней полости оси размещена маслоотводящая трубка. Под влиянием центробежных сил мелкие частицы, продукты износа деталей и разложения масла остаются на внутренних стенках ротора. Прошедшее очистку масло с высокой скоростью вбрасывается через тангенциальное отверстие во внутреннюю проточку корпуса ротора в области входных отверстий роторной оси. В следствии чего образуется реактивная сила вращающая ротор. Далее масло сквозь отверстия в оси ротора и трубку подается в главную масляную магистраль.

Предохранительный клапан контролирует перед ротором давление 0,65-0,70 МПа (6,5-7,0 кгс/см²). В том случае, если давление масла на входе в ротор превышает данное значение, то оно сливается через клапан в поддон.

Давление сливного клапана отрегулировано на значение 0,20-0,30 МПа (2-3 кгс/см²) и поддерживает требуемое давление в главной масляной магистрали.

Центрифуга (масляный фильтр): 1 — корпус фильтра; 2 — трубки; 3 — ось ротора; 4 — крышка ротора; 5 — стакан; 6 — насадок; 7 — корпус ротора; 8 — стакан ротора; 9 — упорное кольцо; 10 — специальная гайка; 11 — шайба; 12 — гайка; 13 — колпак фильтра; 14 — гайка; 15 — прокладка колпака; 16 — уплотнительное кольцо; 17 — предохранительный клапан; 18 — штуцер для подсоединения манометра; 19 — маслопровод к радиатору; 20 — редукционный клапан; 21 — сливной клапан; 22 — пробка; 23 — регулировочная пробка.

Редукционный клапан (нерегулируемый) необходим для перегона холодного масла в магистраль в обход масляного радиатора.

Масляный радиатор служит для охлаждения моторного масла, температура которого может увеличиться при продолжительной эксплуатации двигателя с максимальной нагрузкой, особенно при высокой температуре окружающей среды. Проходя сквозь большое количество медных трубок радиатора, масло охлаждается потоком воздуха от вентилятора на 10-15º C и подается в двигатель.

Техническое обслуживание системы смазки двигателя Д-240

Перед каждым запуском двигателя необходимо проверять уровень масла в картере. В двигатель следует заливать только рекомендованное производителем моторное масло. Для заливки масло применяйте специальную емкость оснащенную фильтрующим элементом. Масло рекомендуется заливать не выше верхней метки. Запрещается пуск дизеля при уровне масла ниже контрольной метки на щупе. Повышенный уровень масла в двигателе приведет к значительному забросу масла на зеркала цилиндров, ухудшению работы поршневой группы и интенсивному дымлению дизеля. При малом содержании масла ухудшается смазка деталей.

Масло рекомендуется менять после каждых 480 часов работы двигателя, так как со временем оно теряет смазочные свойства. Масло сливается из картера на прогретом двигателе. Перед заливкой масла необходимо очистить ротор центрифуги.

Обслуживание системы смазки двигателя Д-240 также заключается в регулярном наблюдении за давлением масла. Давление масла при номинальной частоте вращения коленчатого вала должно составлять 0,2-0,3 МПа (2,0-3,0 кгс/см²), на минимальных оборотах — не меньше 0,8 МПа (0,8 кгс/см²). Повышенное или пониженное давление сигнализирует о неисправности в системе смазки. Резкое падение давления может случится из-за утечки масла из маслопроводов, некорректной работы манометра, предохранительного или сливного клапана и повреждении масляного насоса.

Ротор центрифуги необходимо очищать каждые 480 часов эксплуатации. Для этого необходимо разобрать масляный фильтр и при помощи скребка очистить ротор от образовавшегося отложения. Перед монтажом ротора следует смазать маслом уплотняющее резиновое кольцо.