מפרידים צנטריפוגליים ומסננים : הנושא

‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית‪1985-2009 ,‬‬
‫הנושא‪ :‬מפרידים צנטריפוגליים ומסננים‬
‫)א( תאר את המבנה של מפריד שמן )‪ (separator‬והסבר את עיקרון פעולתו‪) .‬ב( מה ההבדל בין‬
‫תפקידו באנייה של מפריד שמן מסוג ‪ purifier‬לבין תפקידו של מפריד שמן מסוג ‪?clarifier‬‬
‫]קיץ ‪[2002‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1999‬‬
‫שרטט חתך העובר דרך התוף של אחד מהמתקנים הבאים‪) :‬א( מטהר צנטריפוגלי )‪;(purifier‬‬
‫)ב( מבהיר צנטריפוגלי )‪ .(clarifier‬הסבר את אופן פעולתו ואת אופן התנעתו של המתקן‪] .‬קיץ‬
‫‪[1999‬‬
‫א‪.‬‬
‫מטהר צנטריפוגלי‬
‫מטהר משמש להפרדת מים מדלקים או משמנים‪ .‬הוא מורכב מתוף בעל ציר פנימי חלול‪ ,‬עליו‬
‫מושחלות כמה דיסקאות ההפרדה‪ .‬הדיסקאות נחות אחת על גבי השניה‪ ,‬כשהרווח ביניהן הוא‬
‫‪ .0.5-0.6 mm‬מנוע חשמלי מסובב באמצעות תמסורת גג"ש את התוף והדיסקאות במהירות‬
‫‪ 7000-9000‬סל"ד‪ .‬שתי משאבות גג"ש‪ ,‬אחת לאספקת דלק מלוכלך והשניה להוצאת הדלק‬
‫הנקי מונעות גם הן על ידי תמסורת גלגלי השיניים‪ .‬תוף המפריד מצויד בכניסה אחת ובשתי‬
‫יציאות‪ .‬הדיסקה התחתונה ודיסקאות ההפרדה מצוידות בחורים היקפיים‪ ,‬דרכם זורם הדלק‬
‫המלוכלך מעלה‪.‬‬
‫דלק מלוכלך‬
‫דיסקת סכר‬
‫דלק נקי‬
‫מים‬
‫גבול קיר המים‬
‫שרטוט סכמתי של מטהר צנטריפוגלי‬
‫לפני אספקת הדלק המלוכלך ממלאים את התוף במים‪ ,‬עד אשר הם יוצאים מפתח יציאת‬
‫המים‪ .‬כתוצאה מסיבוב התוף‪ ,‬נזרקים המים לצדדים ויוצרים קיר טבעתי‪ ,‬ששוליו הפנימיים‬
‫נמצאים בין שולי דיסקאות ההפרדה לבין שולי דיסקת הסניקה‪ .‬כעת מנתקים את אספקת‬
‫המים ופותחים את שסתום אספקת הדלק המלוכלך‪ .‬הדלק המלוכלך מוזרם אל תחתית התוף‪,‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מפרידים ומסננים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 1‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫עובר דרך החורים בדיסקאות וממלא את כל תעלות ההפרדה ביניהן‪ .‬בתעלות ההפרדה‬
‫נזרקות טיפות המים שבדלק ומצטרפות אל קיר המים האוטם‪ .‬הדלק הנקי זורם אל פתח‬
‫היציאה ונשאב החוצה על ידי משאבה אחרת אל מכל הדלק הנקי‪ .‬טיפות מים שהופרדו‬
‫והצטרפו לקיר המים גורמות לדחיקת כמות זהה של מים מן הקיר אל פתח היציאה )דיסקת‬
‫הסכר(‪ .‬קיר המים מונע תוך כדי עבודת המפריד מעבר של דלק נקי אל פתח יציאת המים‪,‬‬
‫ומעבר של מים אל הדלק הנקי‪ .‬עוביו של קיר המים נקבע על ידי הקוטר הפנימי של דיסקת‬
‫הסכר‪ ,‬המחושב מראש‪.‬‬
‫ב‪.‬‬
‫מבהיר צנטריפוגלי‬
‫מבהיר משמש להפרדת מוצקים מנוזל )דלק או שמן(‪ .‬זהו תוף מסתובב בעל ציר מרכזי פנימי‬
‫חלול‪ ,‬עליו מושחלות כמה עשרות דיסקאות קוניות‪ .‬הדיסקאות נחות זו על גבי זו כשהרווח‬
‫ביניהן הוא ‪ .0.5-0.6 mm‬מנוע חשמלי מסובב באמצעות תמסורת גג"ש את התוף והדיסקאות‬
‫במהירות ‪ 7000-9000‬סל"ד‪.‬‬
‫הדלק המלוכלך מוזרם באמצעות משאבת אספקה אל מרכז התוף וממלא את תעלות‬
‫ההפרדה בין הדיסקאות‪ .‬תוך כדי סיבוב התוף והדיסקאות פועל כוח צנטריפוגלי על הדלק‬
‫המלוכלך‪ .‬החלקיקים המוצקים‪ ,‬שמסתם גדולה משל הדלק‪ ,‬נזרקים אל דפנות התוף ונדבקים‬
‫אליהם‪ .‬הדלק הנקי זורם אל מרכז התוף‪ ,‬יוצא דרך דיסקת סניקה בעלת צוואר ארוך‪ ,‬ונשאב‬
‫על ידי משאבה אחרת אל מכל הדלק הנקי‪.‬‬
‫כניסת דלק מלוכלך‬
‫‪b‬‬
‫יציאת דלק‬
‫נקי‬
‫זרם‬
‫‪a‬‬
‫כוח‬
‫צנטריפוגלי‬
‫דיסקה‬
‫דיסקה‬
‫תנועת חלקיק לכלוך בודד בין‬
‫הדיסקאות‬
‫שרטוט סכמתי של מבהיר‬
‫הפרדת המוצקים מן הדלק נעשית ברווחים שבין הדיסקאות‪ .‬על כל חלקיק לכלוך פועלים‬
‫שלושה כוחות‪ :‬הכוח הצנטריפוגלי‪ ,‬המושך אותו מהמרכז החוצה; הכוח הנובע ממהירות‬
‫הזרימה‪ ,‬הדוחף אותו לכיוון מרכז התוף; וכוח הכובד )הזניח(‪ ,‬המושך אותו למטה‪ .‬השקול של‬
‫שני הכוחות העיקריים הוא הקובע את מסלול החלקיק המופרד‪ ,‬כך שהחלקיק נע מנקודה ‪a‬‬
‫לנקודה ‪ ,b‬עד שהוא פוגע בתקרת הדיסקה‪ .‬מאחר שמהירות הזרימה במקום זה היא‬
‫מינימלית או אפסית‪ ,‬גובר הכוח הצנטריפוגלי‪ ,‬והחלקיק נע החוצה מתחת לתקרת הדיסקה‬
‫ונצמד לשולי התוף‪ .‬זאת ועוד‪ ,‬חלקיקים קטנים הנצמדים לתקרת הדיסקה "נדבקים" אחד‬
‫לשני‪ ,‬מסתם גדלה ועקב כך גם הכוח הצנטריפוגלי הפועל עליהם גדול יותר‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מפרידים ומסננים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 2‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫ציין מה הן התקלות במקרים הבאים והסבר איך ניתן להתגבר עליהן‪) :‬א( דפיקות במשאבת‬
‫בוכנה; )ב( ספיקה מועטה במשאבה צנטריפוגלית )התקלה אינה במערכת(; )ג( במדחס דו‪-‬‬
‫דרגתי בעל בוכנה אחת נפתח שסתום הבטיחות של הדרגה הראשונה; )ד( בספרטור צנטריפוגלי‬
‫יוצא דלק יחד עם המים בפתח יציאת המים‪] .‬קיץ ‪[1998‬‬
‫ד‪.‬‬
‫כאשר דלק יוצא יחד עם המים במפריד צנטריפוגלי‪ ,‬סיבות אפשריות הן‪:‬‬
‫‪ (1‬קיר המים אינו אוטם כתוצאה ממילוי מהיר מדי בזמן התנעת המפריד או כתוצאה‬
‫מכמות מים בלתי מספקת‪ .‬המים יכולים להתמעט גם תוך כדי פעולת המפריד עקב‬
‫התאדות‪.‬‬
‫‪ (2‬דיסקת הסכר גדולה מדי ביחס לצפיפות הדלק‪ .‬ככל שהצפיפות גדולה יותר נדרשת‬
‫דיסקה קטנה יותר ולהיפך‪.‬‬
‫‪ (3‬טמפרטורת הדלק נמוכה מדי‪ ,‬וכתוצאה מכך השתנתה צפיפות הדלק‪ .‬ככל‬
‫שהטמפרטורה נמוכה יותר – הצפיפות גדלה ולכן נדרשת דיסקה קטנה יותר ולהיפך‪.‬‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת שרטוט חתך‪ ,‬את מבנהו של מסנן שמן‪ ,‬שניתן להפעילו ידנית לצורך ניקוי תוך כדי‬
‫פעולת המסנן‪] .‬קיץ ‪[1997‬‬
‫שרטוט סכמתי של מסנן דיסקאות‬
‫בעל ניקוי עצמי‬
‫ידית לסיבוב סט‬
‫הדיסקאות‬
‫דיסקה‬
‫להב ניקוי‬
‫דיסקה‬
‫להב ניקוי‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מפרידים ומסננים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 3‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫מסנן ניקוי עצמי מורכב מסט דיסקאות פלדה‪ ,‬המונחות אחת על גבי השניה‪ ,‬כשבין כל שתי דיסקאות‬
‫טבעות מרווח דקות‪ .‬גודל המרווח בין הדיסקאות מותאם לדרישות הסינון‪ .‬השמן המלוכלך זורם דרך‬
‫המרווחים בין הדיסקאות מבחוץ פנימה‪ .‬בין כל שתי דיסקאות מורכב להב ניקוי נייח‪ .‬כדי לנקות את‬
‫הלכלוך המצטבר על השטח החיצוני של הדיסקאות‪ ,‬מסובבים את כל הדיסקאות יחד‪ ,‬להבי הניקוי‬
‫מגרדים את הלכלוך ביניהן הוא שוקע לתחתית המסנן ומנוקז דרך פקק‪.‬‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת שרטוט‪ ,‬את מבנהו של אחד האבזרים הבאים‪) :‬א( מסנן לניקוי עצמי; )ב( מפריד‬
‫מי שיפוליים; )ג( מד לחץ; )ד( שסתום הצערה‪[1992] .‬‬
‫א‪.‬‬
‫ראה תשובה לשאלה מקיץ ‪.1997‬‬
‫הסבר בעזרת שרטוט את המבנה ואת הפעולה של‪) :‬א( מסנן שמן לניקוי עצמי )ב( מסנן מים בקו‬
‫יניקה של משאבת שיפוליים‪] .‬קיץ ‪[1990‬‬
‫א‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1997‬‬
‫ב‪.‬‬
‫מסנן מים בקו יניקה של משאבת שיפוליים )‪ (bilge suction strainer‬בנוי מתיבת יצקת ברזל‬
‫ומכסה מאותו חומר‪ .‬בתוך התיבה פלטה מחוררת עשויה פלדה פחמנית פשוטה‪ ,‬המשמשת‬
‫כאלמנט הסינון‪ .‬קוטר החורים בפלטה כ‪ 8 -‬מ"מ‪ .‬המכסה עשוי אף הוא יצקת פלדה‪ ,‬ומהודק‬
‫באמצעות בורג מרכזי ושני בורגי קיבוע צדדיים‪ .‬כניסת המים מהצד התחתון של המסנן‪.‬‬
‫פלטה מחוררת‬
‫שרטוט סכמתי בחתך של מסנן יניקת שיפוליים‬
‫הסבר‪ ,‬בעזרת שרטוט‪ ,‬את מבנהו של אחד האביזרים הבאים ואת פעולתו‪) :‬א( מסנן לניקוי‬
‫עצמי‪) ,‬ב( מפריד מי שיפוליים‪) ,‬ג( מד לחץ‪) ,‬ד( שסתום הצערה‪] .‬קיץ ‪[1989‬‬
‫א‪.‬‬
‫ראו תשובה לשאלה מקיץ ‪.1997‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מפרידים ומסננים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 4‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫ציין בעזרת מתווים מרב התקלות בעבודת מפרידים )‪ (separators‬של דלק ושמן‪ ,‬שיכולות‬
‫לגרום להפרדה לא טובה ו‪/‬או לגלישה )‪ .(overflow‬התייחס גם למקרים בהם משנים את סוג‬
‫הנוזל המופרד‪] .‬קיץ ‪[1986‬‬
‫דלק מלוכלך‬
‫דלק נקי‬
‫מים‬
‫בדלק‬
‫דלק‬
‫במים‬
‫מיקום שגוי של קיר המים במטהר‬
‫משמאל‪ :‬דיסקת סכר גדולה מדי‬
‫מימין‪ :‬דיסקת סכר קטנה מדי‬
‫מים‬
‫נקיים‬
‫מיקום נכון של קיר המים במטהר‬
‫בין שולי הדיסקה העליונה לשולי דיסקת‬
‫הסניקה‬
‫הדלק הנסנק מן המטהר מכיל מים‪:‬‬
‫א‪ .‬דיסקת הסכר קטנה מדי ביחס לצפיפות הדלק‪ .‬ככל שהצפיפות קטנה יותר נדרשת‬
‫דיסקה גדולה יותר ולהיפך‪.‬‬
‫ב‪ .‬טמפרטורת הדלק גבוהה מדי‪ ,‬וכתוצאה מכך השתנתה צפיפות הדלק‪ .‬ככל‬
‫שהטמפרטורה גבוהה יותר – הצפיפות קטנה ולכן נדרשת דיסקה גדולה יותר ולהפך‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫שסתום סניקת המים מן המפריד סגור‪.‬‬
‫ד‪.‬‬
‫ספיקת המפריד גדולה מדי‪.‬‬
‫המים הנסנקים מן המטהר מכילים דלק‪:‬‬
‫א‪ .‬קיר המים אינו אוטם כתוצאה ממילוי מהיר מדי בזמן התנעת המפריד או כתוצאה‬
‫מכמות מים בלתי מספקת‪ .‬מים יכולים להתמעט גם תוך כדי פעולת המפריד‪.‬‬
‫ב‪ .‬דיסקת הסכר גדולה מדי ביחס לצפיפות הדלק‪ .‬ככל שהצפיפות גדולה יותר נדרשת‬
‫דיסקה קטנה יותר ולהיפך‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫טמפרטורת הדלק נמוכה מדי‪ ,‬וכתוצאה מכך השתנתה צפיפות הדלק‪ .‬ככל‬
‫שהטמפרטורה נמוכה יותר – הצפיפות גדלה ולכן נדרשת דיסקה קטנה יותר ולהפך‪.‬‬
‫ד‪.‬‬
‫ספיקת המפריד גדולה מדי‪.‬‬
‫ה‪ .‬שסתום סניקת הדלק מן המפריד סגור‪.‬‬
‫המטהר אינו מפריד את המים מן הדלק‪:‬‬
‫א‪ .‬למפריד הורכבה בטעות דיסקה תחתונה עיוורת‪.‬‬
‫ב‪ .‬התוף מלא משקעי לכלוך‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫שסתום סניקת המים מן המפריד סגור‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מפרידים ומסננים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 5‬מתוך ‪6‬‬
‫כ"ג יורדי הסירה – ביה"ס לקציני‪-‬ים עכו ‪ /‬מגמת מכונאות ימית‬
‫ההפרדה של המשקעים במבהיר אינה טובה‪:‬‬
‫א‪ .‬טמפרטורת הדלק אינה מתאימה‪.‬‬
‫ב‪ .‬תוף המפריד מלא משקעים‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫הספיקה גבוהה מדי‪.‬‬
‫ד‪.‬‬
‫למפריד הורכבו בטעות חלקי מטהר במקום חלקי מפריד‪.‬‬
‫פתרון מבחני הבגרות במכונאות כללית ‪ /‬מפרידים ומסננים )‪(1985-2009‬‬
‫עמוד ‪ 6‬מתוך ‪6‬‬