船用自動反沖洗濾器工作原理與故障分析

吳珊

摘 要：文章以德國BOLL- RUECKSPUELFILTER TYPE 6.61 GR.10+15型船用壓縮空氣自動反沖洗濾器為例，對船用壓縮空氣自動反沖洗濾器的布置、類型與作用、典型結構、基本工作原理、故障分析與處理等進行介紹和分析，以此試圖為廣大船舶輪機管理人員提供思考和借鑒，并希望有助于他們提高輪機設備技術管理水平，保證船舶及設備安全運行。

關鍵詞：船用自動反沖洗濾器；工作原理；自動控制原理；故障分析與處理

現代柴油主機商船為了降低營運成本，要求船舶柴油主機使用的燃油品質越來越差，這種情況勢必使船舶柴油主機燃油和潤滑油系統中的雜質增加，造成柴油主機發生事故概率增大，同時也大大增加了輪機管理人員對柴油主機燃油和潤滑油系統的凈化維護工作量。因此，為了防止柴油主機發生事故，減少輪機管理人員日常維護工作量，目前在船舶柴油主機燃油和潤滑油系統中廣泛應用自動反沖洗濾器作為細濾器，以濾除系統中的細微雜質。

本文以應用于德國MAK-8M453C型柴油主機潤滑油系統的德國BOLL- RUECKSPUELFILTER TYPE 6.61 GR.10+15型壓縮空氣自動反沖洗濾器為例，對其相關知識進行介紹和分析，旨在幫助船舶輪機管理人員了解其布置、類型與作用、典型結構，理解其基本工作原理和自動控制原理，掌握其故障分析及處理方法，使船舶輪機管理人員能夠“管、用、養、護”好船用自動反沖洗濾器，達到保證船舶柴油主機和船舶安全運行的目的。

一、船用自動反沖洗濾器概述

（一）船用自動反沖洗濾器的布置

圖1是某船德國MAK-8M453C型柴油主機潤滑油系統布置圖。圖中，主機曲柄箱潤滑油系統正常運行時其潤滑油的循環運行路徑為：潤滑油循環柜（01）→潤滑油循環泵進口濾器（02）→潤滑油循環泵（03）→潤滑油自動反沖洗濾器（06）→潤滑油冷卻器（10）→進機濾器（12）→曲柄箱內各潤滑點（13）→潤滑油循環柜（01）。可見，主機潤滑油系統自動反沖洗濾器（06）布置在其潤滑油循環泵的出口端管路上，作為系統的洗濾器。在自動反沖洗濾器（06）的進出口之間裝有壓差繼電器（08），用于檢測其進出口潤滑油壓力差值，控制其反沖洗過程。此外，在其兩端還并聯布置一組備用紙質濾筒，用于在自動反沖洗濾器發生故障檢修期間臨時轉換投入使用。

（二）船用自動反沖洗濾器的類型與作用

1.船用自動反沖洗濾器的類型

船用自動反沖洗濾器按其利用的沖洗介質不同有壓縮空氣反沖洗和油反沖洗兩種類型，其中壓縮空氣自動反沖洗濾器是依靠反向引入壓縮空氣（即在沖洗濾筒中的管狀濾芯時壓縮空氣的流動方向與該濾筒正常濾油時潤滑油的流動方向相反）實現沖洗過程，而油自動反沖洗濾器是依靠反向引入系統油實現沖洗過程。

2.船用自動反沖洗濾器的作用

現代船舶柴油主機使用的燃油（特別是劣質燃料油）和潤滑油，主要來自石油，屬于石油產品，其組成的基本元素是碳和氫，此外，還含有少量的氧、硫、氮元素和微量的氯、碘、磷、鉀、鈉、鎂、鈣、銅、鐵、鎳、砷、鉛、釩等元素，它們一般以化合物的形態存在于石油中，其成分因產地和提煉加工方法而異。可見，柴油主機燃油和潤滑油中會存在油品本身含有的機械雜質、瀝青分（膠狀雜質），燃油燃燒后產生的碳化物、硫化物、氧化物等雜質，主機運動零部件摩擦產生的金屬屑，以及從外界進入的塵土等固體顆粒（尺寸大小不同），并且它們會隨同主機燃油和潤滑油進入其管道，造成機器零部件磨損加快、腐蝕嚴重，重則出現咬死以及系統油路堵塞等危害，使主機發生事故概率增大。因此，在船舶柴油主機燃油和潤滑油系統中一般布置粗、細兩種過濾器，分別用來濾除上述不同尺寸大小的有害固體顆粒雜質。然而，由于主機燃油和潤滑油洗濾器在工作中容易臟堵引起系統油路中斷和主機發生事故，必須頻繁清洗才能保證主機燃油、潤滑油系統和主機正常運行。因此，為了防止柴油主機發生事故，同時避免采用人工方法頻繁清洗濾，減少輪機管理人員日常維護工作量和潤滑油的消耗，目前在船舶柴油主機燃油和潤滑油系統中廣泛應用自動反沖洗濾器作為洗濾器，用于濾除系統中的細微雜質。

（三）船用壓縮空氣自動反沖洗濾器的工作原理

1.船用壓縮空氣自動反沖洗濾器的典型結構

圖2、圖3為TYPE 6.61 GR.10+15型船用自動反沖洗潤滑油濾器主要結構原理圖。由圖可見，該濾器主要由伺服電機（01）、減速器（02）、浮子式放氣閥（03）、濾筒（04）（共有四只沿圓周方向分布的濾筒，每只濾筒內裝有多支管狀濾芯（12））、轉軸閥（05，旋轉本體）、排污閥（06）、儲氣瓶（07，由氣源通過減壓閥供氣、保持0.4～1.0MPa氣壓）、壓差繼電器（08，△P1、△P2）、儲氣瓶出口閥（09）、控制氣源（10）、濾器殼體（11）、紙質排污濾筒（與排污閥出口連接，圖中未標明）、排污/反沖洗控制電磁閥（S1）、備用濾筒注油孔（K）以及相關控制電線路、壓縮空氣管路、儀表等組成。

圖2所示為該自動反沖洗濾器中相鄰的三只濾筒（例如No.2、No.3、No.4濾筒）之一（例如No.2濾筒）處于正常濾油工作狀態位置（濾油工作），而圖3所示為某只濾筒（例如No.2濾筒）處于排污/反沖洗狀態。從結構上講，這種濾器的轉軸閥（05）處于任一規定位置時，都與相鄰的三只濾筒、殼體、潤滑油進出管口等構成一個濾油工作腔室（見圖2、圖4），同時也與其余一只濾筒（備用濾筒）、殼體、反沖洗壓縮空氣管口、排污閥管口等構成一個排污/反沖洗腔室（見圖3、圖4）。伺服電機（01）按照壓差繼電器△P1發出的“清洗”指令帶動轉軸閥（05）作間斷性的轉動。轉軸閥（05）的作用是根據其位置來確定當時濾器的四只濾筒中哪三只濾筒處于濾油狀態位置，哪一只濾筒處于排污/反沖洗或備用狀態位置。壓差繼電器（08，△P1、△P2）分別由濾器進出口潤滑油壓力差、反沖洗空氣壓力控制。

2.船用壓縮空氣自動反沖洗濾器的基本工作原理

圖4、圖5為TYPE 6.61 GR.10+15型船用自動反沖洗潤滑油濾器進口處水平截面圖，關于該型自動反沖洗濾器的基本工作原理，可以從其四只濾筒之中的某一只濾筒（例如No.2濾筒，因每只濾筒工作情況均同）的工作狀態變化過程：“排污/反沖洗（含開機一次）→備用→濾油→再排污/反沖洗”的循環過程進行分析和說明。

（1）排污/反沖洗過程。一般情況下，船舶柴油主機潤滑油系統一開始運行的同時就合上自動反沖洗濾器控制箱電源開關使其投入工作，開機（開始投入工作）時要求先原地對處于排污/反沖洗或備用狀態位置的備用濾筒（上次清洗的No.2濾筒）進行反沖洗一次（約持續1分鐘，見圖3、圖4），以確保No.2濾筒保持潔凈并注滿潔凈潤滑油后進入其備用過程；而與此同時，其余處于濾油狀態位置相鄰的三只濾筒（No.3、No.4和No.1濾筒組合）同時對主機潤滑油系統進行正常濾油工作（見圖2、圖4）。No.2濾筒經開機排污/反沖洗一次后的每次再排污/反沖洗過程，在后文中詳述。

（2）備用過程No.2濾筒經開機一次或再次排污/反沖洗并注滿潔凈（濾后）潤滑油后隨即進入備用狀態，成為備用濾筒（見圖3、圖4，但此時圖3中的排污閥已關閉）。其備用過程就是它開始進入備用狀態至No.3、No.4、No.1三只濾筒組合濾油過程中濾器進出口潤滑油壓力差△P1值達到設定允許值（0.09MPa）發出“清洗”指令，使壓差繼電器（08）動作并控制伺服電機（01）開始帶動轉軸閥（05）按規定方向（設順時針）轉動的等待過程。

（3）濾油過程。轉軸閥（05）轉動后，備用濾筒（No.2濾筒）即開始濾油，而“下一只待清洗濾筒”（依序為No.3濾筒）即開始退出濾油。當轉軸閥（05）轉動并停止在其排污口（腔）、反沖洗壓縮空氣口（腔）分別完全對準No.3濾筒的潤滑油進、出口位置時，No.3濾筒的潤滑油進口通過轉軸閥排污口（腔）與排污閥（06）相通，其潤滑油出口通過轉軸閥的壓縮空氣口（腔）與儲氣瓶出口閥（09）相通，即，此時No.3濾筒完全退出濾油工作狀態位置。與此同時，No.2濾筒的潤滑油進、出口也分別通過轉軸閥的潤滑油進、出口（腔）與濾器的潤滑油進、出口完全對準相通，No.2濾筒就完全進入濾油工作狀態位置，完全換下No.3濾筒投入濾油工作（見圖2、圖4、圖5）。

No.2濾筒完全投入，No.3濾筒完全退出濾油工作后（見圖5），使主機潤滑油系統仍然繼續保持有相鄰的三只濾筒（No.4、No.1和No.2濾筒組合）同時處于濾油狀態，而其余一只濾筒（No.3濾筒）處于排污/反沖洗或備用狀態。在此過程中，系統待濾潤滑油繼續保持連續送入濾器進口（見圖2上部進口箭頭），通過轉軸閥（05）同時進入No.4、No.1和No.2三只濾筒（見圖5），并從其內部多支管狀濾芯元件濾網的外部進入濾芯元件內部得到過濾后往下流經濾器出口（見圖2下部出口箭頭）流回系統，保持連續循環過濾狀態，而潤滑油中的細微雜質不斷地被濾除在管狀濾芯濾網外表面及其外部腔室，并等待在下次排污/反沖洗過程中從排污口排出。

（4）再排污/反沖洗過程。No.2濾筒的再排污/反沖洗過程（對所有濾筒都相同）可以分為以下三個階段進行具體分析和說明。

第一階段：轉軸閥（05）轉動階段。在上述No.2濾筒參與組合濾油期間，依序經過“No.4、No.1、No.2三只濾筒組合（No.3濾筒備用）→No.1、No.2、No.3三只濾筒組合（No.4濾筒備用）→No.2、No.3、No.4三只濾筒組合（No.1濾筒備用）”三輪濾油工作。在其第三輪的組合濾油工作中，當濾器進出口潤滑油壓力差△P1值再次達到允許值又發出“清洗”指令，使壓差繼電器（08）動作并控制伺服電機（01）帶動轉軸閥（05）按規定方向（設順時針）轉動并停止在使“下一只待清洗濾筒”（依序為No.2濾筒）再次處于完全退出濾油狀態位置（同時No.1備用濾筒處于完全進入濾油工作狀態位置）時，No.2濾筒即進入再次排污/反沖洗過程（被No.1濾筒換下）（見圖4）。

第二階段：反沖洗階段。上述轉軸閥（05）轉動到位停止（由凸輪開關限位）后，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）通電動作換位（見圖3），接通排污閥（06）控制氣路（開啟控制氣路通氣，關閉控制氣路放氣）使排污閥（06）開啟，為排污做好準備。同時，控制空氣經排污閥（06）的開啟控制氣路進入儲氣瓶出口閥（09）的控制機構后克服彈簧力開啟儲氣瓶出口閥（09），使儲氣瓶（07）向濾器提供反沖洗壓縮空氣對No.2濾筒中的管狀濾芯進行反沖洗。反沖洗時壓縮空氣的路徑為：儲氣瓶（07）→儲氣瓶出口閥（09）→濾器壓縮空氣進口→轉軸閥（05）的空氣腔→“下一只待清洗濾筒”（No.2濾筒）出油口→管狀濾芯的內部→管狀濾芯的外部→No.2濾筒進油口→轉軸閥（05）空心部分空間的排污腔→排污閥（06）→排污紙質濾筒（圖中未標出）→主機潤滑油循環柜/油渣柜。可見，在No.2濾筒反沖洗階段壓縮空氣在其中的流向與其在濾油時潤滑油在其中的流向相反，故稱為反沖洗。一般反沖洗持續時間設定為約1分鐘，之后，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）斷電自動復位（見圖2），切斷排污閥（06）和儲氣瓶出口閥（09）的開啟控制氣路，接通排污閥（06）的關閉控制空氣氣路并使其關閉，排污閥（06）關閉后使儲氣瓶出口閥（09）的開啟控制空氣泄壓，儲氣瓶出口閥（09）在其彈簧力作用下自行關閉，停止壓縮空氣反沖洗供氣。

第三階段：注入潤滑油（注油）階段。儲氣瓶出口閥（09）關閉后，由于濾器的反沖洗空氣腔和No.2濾筒中的氣壓消失，經過濾的潔凈潤滑油從濾器出口經轉軸閥上的注油孔K（見圖3）注入潔凈的No.2濾筒中，使No.2濾筒中的存余空氣經其頂部的浮子式放氣閥（03）排出，直至濾筒中注滿潔凈潤滑油為止浮子式放氣閥（03）才自動關閉。此后，No.2濾筒又作為備用濾筒，再次進入上述的備用過程繼續循環下去。

（四）船用壓縮空氣自動反沖洗濾器的自動控制原理

船用壓縮空氣自動反沖洗濾器工作要求其必須具備開始投入工作時對備用濾筒反沖洗一次（開機反沖洗一次）、保持備用/正常濾油狀態，必要時（△P1值達到允許值或按下手動按鈕PB時）進行排污/反沖洗、故障時發出報警以及相關狀態指示等自動控制功能。然而實現這些規定功能，保證其正常可靠的自動運行是依靠其自動控制電路來完成的。下面就以TYPE 6.61 GR.10+15型船用自動反沖洗潤滑油濾器的控制電路圖（見圖6）為例，分析、說明其自動控制原理。

1.濾器開始投入工作時對備用濾筒反沖洗一次（開機反沖洗一次）

在圖6中，合上自動反沖洗濾器控制箱電源開關S后，L1電源指示燈發亮表示電路電源正常，因延時繼電器-RT延時1分鐘動作，故其觸頭1、3暫時保持接通/通路6接通，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）通電換位（見圖3），使排污閥（06）和儲氣瓶出口閥（09）受控開啟，壓縮空氣反向進入No.2濾筒對其進行反沖洗約1分鐘后延時繼電器（RT）動作，其觸頭1、3斷開/通路6斷開，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）斷電復位（見圖2），排污閥（06）和儲氣瓶出口閥（09）受控關閉，停止對No.2濾筒反沖洗，No.2濾筒重新注滿潔凈潤滑油后作為備用濾筒，等待投入濾油工作。

2.保持備用/濾油正常狀態

假設濾器處于No.2濾筒備用、其余的三只濾筒（No.3、No.4、No.1濾筒）組合同時濾油狀態（見圖4），濾器進出口潤滑油壓力差△P1未達到設定的允許值（0.09MPa），且無其他故障，電源指示燈亮。這時，由于凸輪開關（CS）（因凸輪位置對準No.2濾筒）保持斷開（見圖6），延時繼電器（RT）保持通電1分鐘后，其觸頭1、2接通/通路7接通，1、3斷開/通路6斷開，一方面為△P1再次達到設定的允許值發出“清洗”指令時，使伺服電機帶動轉軸閥凸輪轉到對準“下一只待清洗濾筒”（依序為No.3濾筒），即，使No.3濾筒處于排污/反沖洗狀態位置、No.2濾筒處于濾油狀態位置做好準備；另一方面禁止在△P1值未達到允許值時排污/反沖洗控制電磁閥（S1）通電啟動反沖洗，使濾器保持No.3、No.4、No.1三只濾筒組合處于正常濾油工作狀態。

3.反沖洗

當濾器進出口潤滑油壓力差△P1值升高達到設定的允許值（0.09MPa）時，△P1常開觸頭閉合，使接觸器（C1）通電（因還未處于反沖洗狀態，△P2觸頭保持常閉）/通路3接通，接觸器（C1）常閉觸頭斷開/通路6斷開禁止排污/反沖洗控制電磁閥（S1）通電啟動反沖洗，同時C1常開觸頭閉合使伺服電機通電并帶動轉軸閥按規定方向（設順時針）轉動，轉動后凸輪（CS）釋放限位開關使其觸頭閉合，繼電器（R1）通電使其常開觸頭閉合保持接觸器（C1）通電和伺服電機轉動，同時常閉觸頭斷開使延時繼電器-RT斷電，RT觸頭1、2斷開/通路7斷開，1、3閉合（但因此時接觸器（C1）常閉觸頭斷開/通路6保持斷開，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）還不能通電啟動反沖洗）。當轉軸閥轉到其凸輪對準“下一只待清洗濾筒”（No.3濾筒）使其完全退出濾油工作狀態位置，同時使備用濾筒（No.2濾筒）完全進入濾油工作狀態位置時（見圖5），凸輪頂到限位開關，使限位開關觸頭重新斷開/通路5斷開（見圖6），繼電器（R1）斷電使R1常閉觸頭閉合/通路9接通，延時繼電器（RT）通電，同時R1常開觸頭斷開使接觸器（C1）斷電后C1常開觸頭斷開使伺服電機斷電停止轉動，同時C1常閉觸頭閉合/通路6接通，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）通電換位（見圖3），使排污閥（06）和儲氣瓶出口閥（09）受控開啟，對No.3濾筒進行反沖洗。反沖洗期間由于濾器壓縮空氣腔壓力升高使△P2動作，△P2常閉觸頭斷開防止伺服電機轉動，同時△P2常開觸頭閉合/通路8接通，反沖洗指示燈L3發亮（表示濾器處于反沖洗狀態）。壓縮空氣反沖洗持續時間約1分鐘（由延時繼電器（RT）的延遲動作時間決定，濾器反沖洗累計時間由計時器h記錄）后，延時繼電器（RT）觸頭1、3斷開/通路6斷開，排污/反沖洗控制電磁閥（S1）斷電復位（見圖2），排污閥（06）和儲氣瓶出口閥（09）關閉，停止對No.3濾筒反沖洗；同時，RT觸頭1、2接通/通路7接通，再為“下一只待清洗濾筒”（No.4濾筒）反沖洗做好準備。

4.故障指示

如果上述反沖洗無效，使濾器潤滑油進出口壓差大于0.12MPa時，報警觸頭△P3閉合，發出報警信號。如果濾器運行過載，熱保護繼電器e1觸頭1斷電、觸頭2通電，使L2指示燈發亮，指示線路故障報警。

二、船用壓縮空氣自動反沖洗濾器的故障分析與處理

壓縮空氣反沖洗濾器由于所過濾介質（潤滑油、燃油）品質的惡化，運行環境的變化，操作、管理的不當以及設備本身可靠性等因素，使其在運行工作中會出現某些故障，影響主機潤滑油系統、主機正常運行和船舶航行安全，以及增加輪機管理人員的勞動強度，所以，輪機管理人員應該認真分析其故障原因，掌握迅速處理故障的方法，確保主機正常運行和船舶安全航行。下面就對壓縮空氣自動反沖洗濾器常見故障進行分析，以供參考。

故障一

合上電源主開關S后，控制電路沒電/L1不亮（非指示燈損壞），這種故障現象的可能原因為電源主開關（S）、熔斷器、電壓互感器等故障，需拆下、抽出測量檢查，發現損壞予以修復或更換。

故障二

合上電源主開關S后控制電路輸入電壓正常，但L2發亮，這種故障現象的可能原因為熱保護繼電器e1、控制線路等故障，須檢查整定熱保護繼電器e1及線路有否短路、絕緣情況等，發現損壞予以修復或更換。

故障三

合上電源主開關S后控制電路輸入電壓正常，但濾器不能對備用濾筒進行一次反沖洗（開機反沖洗一次），這種故障現象的可能原因為延時繼電器（RT）提前動作使其觸頭1—3斷開（而1—2閉合）、排污/反沖洗控制電磁閥S1故障等，檢查發現調整錯誤需重新整定、損壞予以修復或更換。

故障四

控制電路輸入電壓正常，濾器反沖洗期間L3不亮（非指示燈損壞），這種故障現象的可能原因為△P2繼電器故障使常開觸頭不能閉合，或反沖洗壓縮空氣壓力太低，須對其檢查，發現損壞予以修復或更換。

故障五

濾器的非反沖洗期間，L3保持常亮，這種故障現象的可能原因為△P2繼電器故障使常開觸頭不能復位斷開，或反沖洗壓縮空氣管路和繼電器波紋管是否因堵塞未泄壓等，需對其檢查，發現損壞予以修復或更換、堵塞予以疏通泄壓。

故障六

△P1值升高達到設定的允許值（0.09MPa）時濾器不能反沖洗，這種故障現象的原因為：如果伺服電機（M）不轉，則可能是接觸器（C）線圈故障；如果伺服電機（M）轉動到轉軸閥凸輪對準“下一只待清洗濾筒”停止后，沒有進行反沖洗，則可能是排污/反沖洗控制電磁閥（S1）或排污閥卡住或儲氣瓶出口閥（09）故障，需對其檢查，發現損壞予以修復或更換。

故障七

△P1值升高達到設定的允許值（0.09MPa）時，伺服電機（M）轉動但停止位置不確定，濾器也不能反沖洗，這種故障現象的可能原因為繼電器（R1）線圈短路，需對其檢查，發現損壞予以修復或更換。

故障八

濾器工作中出現原的不動地只對同一濾筒連續進行反沖洗，這種故障現象的可能原因為延時繼電器（RT）線圈短路，需對其檢查，發現損壞予以修復或更換。

三、結論

船用自動反沖洗濾器廣泛應用于船舶主機燃油和潤滑油系統作為洗濾器，其基本工作原理與其結構特點有關，就常見的設有四只濾筒的TYPE 6.61 GR.10+15型船用自動反沖洗潤滑油濾器來說，濾器在運行時，始終保持相鄰的三只濾筒組合同時投入濾油工作，而其余一只濾筒處于排污/反沖洗或備用狀態。簡單來說，每一只濾筒均不斷依序輪換組合參與濾油和清洗，其具體工作狀態的變化過程是不斷經過“排污/反沖洗（含開機一次）→備用→濾油→再排污/反沖洗”的循環變化過程。其反沖洗自動控制原理是以壓差繼電器在濾器進出口潤滑油壓力差△P1值達到設定的允許值時發出的“清洗”指令為控制信號，由控制電路按照規定程序自動控制濾筒輪換完成排污/反沖洗過程。濾器使用中經常出現的故障主要是自動控制方面的功能故障，所以，分析和處理其故障時要首先根據故障現象判斷該故障屬于哪一種功能故障或喪失所致，然后認真分析其故障的原因，采取針對有效措施處理。

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（作者單位：海南科技職業學院）