Загрузка...Топливная аппаратура судовых дизелей. Конструкция, проверка состояния и регулировка
Топливная аппаратура судовых дизелей. Конструкция, проверка состояния и регулировка
Топливная аппаратура относится к числу важнейших элементов дизелей. От четкости и эффективности ее функционирования зависит величина развиваемой двигателем мощности, его экономичность, надежность и ресурс. К сожалению последняя, обстоятельная и полезная публикация В.П.Шмелева в книге С.В.Камкина, И.В. Возницкого и В.П. Шмелева Эксплуатация судовых дизелей, посвященная устройству и эксплуатации топливной аппаратуры, относится к 1990 г.
Однако с тех пор прошло 14 лет, за это время в конструкции топливной аппаратуры и, особенно, в организации топливоподачи произошли радикальные изменения. В предлагаемой читателю книге помимо новых подходов к эксплуатационной проверке и регулировке топливной аппаратуры достаточно подробно изложены вопросы организации топливоподачи, позволяющей существенно улучшить эксплуатационных характеристики двигателей. Достигнуто это путем внедрения аккумуляторных систем, систем электронного управления и гидропривода топливных насосов.
Книга в основном ориентирована на судовых механиков, одна из основных задач которых состоит в периодической проверке и регулировке топливной аппаратуры, определяющей качество протекания процессов топливоподачи, смесеобразования и сгорания топлива в цилиндрах двигателя. В книге также приводятся методы контроля рабочего процесса и его регулировки.
Несомненно, книга может рассматриваться и как учебное пособие для учащихся высших и средних учебных заведений, готовящих кадры судовых механиков по специальности 180403.00.
Содержание книги ориентировано на эксплуатацию топливной аппаратуры ведущих дизелестроительных компаний: Вяртсиля-Зульцер, «Катерпиллар-Мак», МАН-БВ».
Оглавление
Предисловие
1. Топливные системы
2. Основы конструкции топливных насосов и форсунок
2.1. Топливные насосы (ТНВД)
2.2. Форсунки
3. Процесс топливоподачи
4. Топливные насосы клапанного типа
4.1. Принцип действия ТНВД с регулированием по началу подачи
4.2. Принцип действия ТНВД со смешанным регулированием подачи
4.3. Топливные насосы двигателей Зульцер RTA
4.4. Проверка и регулирование ТНВД RTA
5. Топливные насосы золотникового типа
5.1 Конструкция и принцип действия
5.2. Насосы двигателей Вяртсиля
5.3. ТНВД двигателей MAH S50 и S70MC
5.4. Топливный насос двигателя MAH KSZ 105/180
5.5. Топливный насос двигателей Пилстик РС2
5.6. Кавитационно-эрозионные разрушения
6. Методы регулирования угла опережения подачи топлива
6.1. Системы VIT
6.1.1. Система VIT двигателей МАН-Б.В. L-MC
6.1.2. Система VIT двигателей Зульцер RTA
7. Проверка и регулирование ТНВД золотникового типа
7.1. РегулированиеТН ВД двигателей Вяртсиля
7.2. Регулирование ТНВД SKL — NVD 48 и 36
7.3. Проверка и регулирование ТНВД двигателей Ч и ЧН 25/34-3
8. Топливные насосы распределительного типа
9. Форсунки
9.1. Конструкция
9.2. Форсунки с многодырчатыми распылителями, распыливание топлива
9.3. Распылители для работы на пониженных мощностях («SLOW» nozzles)
9.4. Тепловое состояние и охлаждение форсунок
9.5. Форсунки двигателей Зульцер RND и RND-M
9.6. Форсунки двигателей Зульцер-RTA
9.7. Форсунки двигателей МАН-БВ L-MC
9.8. Форсунки двигателей SKL-NVD 48, 36 и 24
10. Проверка и регулирование форсунок
10.1. Нарушения работоспособности топливной аппаратуры
11. Насос-форсунки
11.1. Насос-форсунки с механическим приводом
11.2. Насос-форсунки с электронным управлением
11.3. Насос — форсунки с гидроприводом
12. Аккумуляторные системы топливоподачи
12.1. Аккумуляторная система фирмы Вяртсиля
12.2. Аккумуляторная система фирмы МАН-Б.В
13. Системы электронного управления топливоподачей
13.1. Система электронного управления фирмы Катерпиллар
13.2. Система электронного управления фирмы МАН — Б.В
13.2.1. Электронное управление и гидропривод топливных насосов
13.2.2. Электронное управление и гидропривод выхлопных клапанов
13.2.3. Электронное управление лубрикаторами
13.3. Система электронного управления фирмы Зульцер
14. Контроль и регулирование рабочих процессов, измерительные приборы
14.1. Измеряемые параметры
14.2. Индицирование двигателя
14.2.1. Индикаторы «Майгак»
14.2.2. Электронные индикаторы
14.3. Анализ результатов измерений, регулирование рабочего процесса
Регулировка подачи топлива
Регулировка момента начала подачи топлива является одной из ответственных операций технологического процесса ремонта топливных насосов. От точности установки угла начала подачи топлива в значительной степени зависит экономичность и надежность работы дизеля. Для того чтобы обеспечить полное сгорание рабочей смеси в цилиндре, впрыск топлива через форсунку должен производиться в строго определенный промежуток времени в конце хода сжатия. Так, например, для быстроходного 12-цилиндрового дизеля типа B2-300 и Д12А подача топлива насосом начинается за 28° до в. м. т. поршня. Фактически топливо впрыскивается форсункой в цилиндр за 20—22° до в. м. т. Продолжительность впрыска составляет около 20°.
При большом опережении подачи топлива относительно в. м. т. поршня топливо впрыскивается преждевременно, дизель работает жестко. Это происходит потому, что давление в цилиндре нарастает резко; повышается наибольшее давление сгорания, поэтому увеличивается нагрузка на детали кривошипно-шатунного механизма. Иногда наблюдается вибрация дизеля. Кроме того, несколько увеличивается удельный расход топлива.
При поздней подаче топлива задерживается процесс образования рабочей смеси в цилиндре. Значительная часть топлива догорает при такте расширения. Вследствие того, что топливо догорает в большом объеме, уменьшаются скорость нарастания давления и наибольшее давление цикла; падает температура в цилиндре. Такой дизель обычно работает с дымным выпуском и перегревается. Уменьшается мощность дизеля и увеличивается удельный расход топлива.
Четкая работа многоцилиндрового дизеля в значительной степени зависит от одинакового протекания рабочего процесса во всех цилиндрах. Это возможно в том случае, если моменты начала впрыска и продолжительность впрыска топлива одинаковы во всех цилиндрах. Разница в чередовании моментов начала подачи топлива секциями не должна превышать 0,5—1,0°. Момент начала подачи топлива при регулировке топливного насоса определяют по углу поворота кулачкового вала насоса в момент перекрытия кромкой плунжера всасывающего окна гильзы и по впрыску топлива форсункой.
Момент перекрытия кромкой плунжера впускного отверстия гильзы определяют по движению мениска топлива в стеклянной трубочке при медленном поворачивании кулачкового вала насоса.
Для новых плунжерных нар, диаметральный зазор которых не более 3 мк, погрешность в определении момента начала подачи топлива не превышает 0,5° по углу поворота кулачкового вала топливного насоса.
При увеличении (более 5 мк) диаметральных зазоров плунжерных пар неравномерность углов чередования моментов начала подачи топлива значительно повышается. Это объясняется тем, что увеличиваются утечки топлива через активную щель между плунжером и гильзой; поэтому давления в системе нарастают медленно и впрыск топлива в цилиндр начинается позднее.
Другим существенным недостатком этого способа является то, что точность определения момента начала движения мениска топлива зависит от лица, производящего регулировку.
Более совершенным является определение момента впрыска топлива форсункой. Для этого стенд для регулирования топливных насосов оборудуют специальным прибором — стробоскопом.
Регулировку подачи топлива насосом НК-10 по движению мениска в стеклянной трубочке на стенде с ручным приводом производят следующим образом. Рейку насоса выдвигают на 14 мм от положения «Стоп» и, вращая кулачковый вал, прокачивают топливо до полного удаления пузырьков воздуха. Затем второй плунжер устанавливают в верхнее положение и регулируют зазор величиной 0,6 мм между торцом плунжера и седлом клапана. Для этого измеряют щупом зазор между болтом толкателя и пятой плунжера. Когда зазор отрегулирован, на нажимной штуцер секции навертывают гайку моментоскопа. Повертывая вал насоса вручную против часовой стрелки, замечают начало движения мениска топлива и определяют момент подачи по градуированному диску приводного шкива по стрелке, которая прикреплена к стенду. Для повторного контроля вал насоса поворачивают назад на ¼ оборота и вторично, повертывая вал против часовой стрелки, определяют момент начала движения топлива в стеклянной трубке.
Результаты проверки считаются верными, если оба измерения совпадают или отличаются одно от другого не более чем на 30°.
Момент подачи всех остальных секций насоса НК-10 проверяют в порядке последовательности их работы ( табл. 42 ).
Таблица 42 . Последовательность работы секций насоса НК-10
Начало подачи в градусах
Если начало подачи какой-либо секции отклонится от заданного угла по отношению ко второй секции более чем на 30°, то такую секцию регулируют снова. При поздней подаче топлива регулировочный винт толкателя вывертывают, при ранней подаче ввертывают.
Последовательность подачи топлива секциями насоса дизеля типа Д6 следующая ( табл. 43 ).
Таблица 43 . Последовательность подачи насоса секций шестиплунжерного насоса
Начало подачи в градусах
В процессе регулировки момента подачи вторично проверяют зазор между торцом плунжера и седлом клапана, который после регулировки момента подачи должен быть 0,4—1,0 мм. Закончив эту регулировку, повертывают вал насоса в положение, соответствующее началу подачи второго плунжера, и наносят риску на буксе против метки на кулачковой муфте.
Для четкой и экономичной работы дизеля необходимо, чтобы во все цилиндры впрыскивалось одинаковое количество топлива. При неравномерном впрыске топлива по цилиндрам ухудшается работа дизеля. Например, на режиме полной нагрузки отдельные цилиндры, получающие увеличенное количество топлива, могут оказаться перегруженными за счет недогрузки остальных. Кроме того, перегруженные цилиндры вследствие неполного сгорания топлива работают с дымным выпуском. Поэтому повышается удельный расход топлива.
При регулировке насоса на равномерность подачи добиваются подачи каждой секцией установленного количества топлива. На регулировочном режиме разница в подаче между любыми плунжерными парами должна быть но более 3%. На режиме малых подач и низких оборотов допускается значительное повышение этой неравномерности.
Неравномерность Н подачи топлив секциями топливного насоса определяют по формуле
где q max — наибольшее количество топлива, поданное одной из секций, в см3 (г); q min — наименьшее количество топлива, поданное одной из секций, в см3 (г).
Необходимо соблюдать технические условия на регулировку насосов по количеству и равномерности подачи топлива. При ходе рейки 13,5 мм от положения «Стоп» на регулировочном режиме работы насоса (n — 850 об/мин) за 400 ходов плунжера секция насоса типа НК-10 должна подавать 64±1,0 см3 топлива. На малых (n = 300 об/мин) оборотах кулачкового вала насоса количество подаваемого топлива секцией равно 12 +2,5 -2,0 см3.
Количество топлива, подаваемого секциями топливного насоса, изменяют следующим образом. В случае заниженной подачи топлива одной из пар насоса освобождают стопор и перемещают поворотную втулку влево. При повышенной подаче топлива втулку поворачивают вправо, после чего вновь стопорят.
При большой неравномерности подачи топлива секциями насоса (при уменьшении хода рейки) допускается регулирование насоса на режиме малой подачи. После этого повторно проверяется точность регулировки на рабочем (регулировочном) режиме. Если точность регулировки на рабочем режиме будет нарушена, подбирают другую плунжерную пару.
Если неравномерность подачи топлива секциями топливного насоса будет в пределах нормы, а общее количество подаваемого топлива больше или меньше нормы, разрешается изменять величину хода рейки на 0,5—1,0мм. Не разрешается регулировать топливный насос на равномерность подачи топлива при малом числе оборотов кулачкового вала, потому что такой насос при работе дизеля будет подавать топлива больше нормы. Кроме того, изменится равномерность подачи топлива отдельными секциями.
Для регулировки топливных насосов применяют дизельное топливо вязкостью 5,1±0,05 ccт при температуре 20° С. Температура топлива при испытании насоса поддерживается в пределах 18-20° С.
При регулировке топливных насосов применяют два способа измерения расхода топлива: 1) объемный в см3 и 2) весовой в г. Более точным является весовой способ, но он требует дополнительного оборудования (весы и разновес). В ремонтных предприятиях для регулировки многоплунжерных насосов применяют объемный способ измерения топлива. Пробу топлива отбирают в цилиндры (мензурки) с внутренним диаметром 20 мм и емкостью до 100 см3, градуированные через 0,2 см3.
Большое значение имеют точность отсчета числа ходов плунжера и своевременное переключение слива топлива в мерные мензурки или в топливный бак. Высокая точность отсчета числа ходов плунжера и своевременность переключения топливных лотков достигаются применением специальных автоматов. Требуется высокая точность в регулировке числа оборотов вала насоса. Заданные обороты должны быть установлены с точностью ±5 об/мин.
Регулировку насосов на равномерность подачи производят с эталонными форсунками или специальными дозаторами (форсунки с регулируемой пропускной способностью).
Для регулировки насосов применяют эталонные форсунки с однодырчатыми распылителями диаметром 0,8 +0,02 мм. Эти форсунки регулируют на давление подъема иглы 200 кг/см2. Разница в подаче эталонных форсунок от одного плунжера на регулировочном режиме насоса должна быть не более 1%. Производительность их должна быть 64 см3 за 400 ходов плунжера при 850 об/мин кулачкового вала насоса. Контроль этих форсунок производят через каждые 100 отрегулированных насосов.
Внутренний диаметр трубок высокого давления стенда должен быть 2±0,3 мм, все трубки должны иметь одинаковую длину. Гидравлическая характеристика трубок должна быть одинаковая.
Точность настройки стенда для испытания насосов следует проверять по эталонному насосу через каждые 50—60 отрегулированных насосов. Отклонение подачи топлива секциями насоса не должно превышать 2 см3.
Регулировка всережимного регулятора заключается в установке наибольших и наименьших чисел оборотов. В процессе регулировки механизма добиваются устойчивости работы и постоянства числа оборотов на всех рабочих режимах. Такая проверка работы регуляторов производится на стенде с электрическим приводом, обеспечивающим плавное изменение числа оборотов насоса от минимальных до максимальных.
Желательно, чтобы стенды были оборудованы специальным контрольным устройством, фиксирующим начало выключения рейки. Для топливных насосов дизелей B2-300 и Д6 число оборотов начала выключения рейки принято равным 910 +10 в минуту. Число оборотов полного выключения рейки равно 1050 +25 в минуту. Если при проверке работы регулятора выключение рейки начинается при числах оборотов, меньше указанных, то следует нижний винт отвернуть нa 0,5—1 оборот. При выключении рейки на числах оборотов, больше указанных, винт соответственно завинчивают.
Динамическое регулирование судовых дизелей
Динамическая (окончательная) регулировка. Динамическая регулировка двигателя сводится к проверке и доведению основных эксплуатационных параметров индикаторного процесса до значений, рекомендованных заводом-строителем дизеля. К основным параметрам относятся: среднее индикаторное давление, среднее давление по времени, давление в конце сжатия, максимальное давление сгорания, температура отработавших газов по цилиндрам и средняя температура газов перед турбиной.
Змчение среднего индикаторного давления характеризует нагрузку цилиндра и является функцией многих эксплуатационных параметров, однако при прочих равных условиях зависит только от цикловой подачи топлива.
Следуетотметить, что вероятность ошибки при качественной оценке рав номерности распределения нагрузки (мощности) по цилиндрам, определяемому с помощью пиметра меньше чем при определении рь по индикаторнои диаграмме, так как в первом случае исключается влияние на точность определения состояния индикатора и его привода и ошибок планиметрирования при обработке индикаторной диаграммы. Однако, по давлению нельзя определить мощность цилиндра
Регулировка достигается: в клапанных ТНВД с регулированием по началу подачи — изменением длины толкателя регулирующего клапан;в клапанных ТНВД с регулированием по концу подачи — изменением величины зазора между толкателем и шпинделем регулирующего (отсечного) клапана (величину зазора следует увеличить) в золотниковых ТНВД с регулированием по концу подачи — изменени его длины талрепной тяги, соединяющейотсечной механизм с поводкомновостной втулки насоса (для увеличения, следует увеличить длину тяги), или изменением положения зубчатойрейки, связанной с поворотнойвтулкой плунжера насоса.В клапанно-золотниковых насосах с регулированием по концу подачи установленных на дизелях типа NVD36 и NVD48 тонкая подрегулировка цикловой подачи топлива может производиться за счет изменения длины толкателя плунжера (для увеличения Pi длину толкателя необходимо уменьшить и наоборот).
Следует иметь в виду, что критерием равномерного Распределения нагрузки (мощности) по цилиндрам является только цикловая подача топлива, а р< (р, ) и другие параметры тляются производными от Поэтому при снижении р, в эксплуатации вследствие увеличения протечек топлива в плунжерных парах необходимо заменять изношенные пары, а не уменьшать длину толкателя регулирующего клапана (в клапанных ТНВД т. е. активный ход плунжера, так как его изменение вызывает автоматическое изменение угла опережения подачи топлива и максимального давления сгорания.
Давление конце сжатия при прочих равных условиях зависит только от степени сжатия е. Регулировка ре производится изменением толщины прокладки под крышкой цилиндра или под корпусами крейцкопфных подшипников или «компрессионной» прокладки под пяткой шатуна.
Максимальное давление сгорания зависит от давления, цикловой подачи топлива и угла опережения подачи топлива.
При установившейся частоте вращения коленчатого вала значение в незначительной степени можно регулировать за счет изменения. Чаще всего рг регулируют за счет изменения угла опережения впрыска что достигается: в клапанных ТНВД с регулированием по началу подачи — перестановкой кулачной шайбы на распределительном валу (для увеличения рг кулачную шайбу необходимо повернуть по направлению вращения распределительного вала); в золотниковых ТНВД с регулированием по концу подачи — перестановкой кулачной шайбы, изменением длины толкателя насоса или толщины прокладки под его станиной, изменением положения втулки насоса относительно плунжера (для увеличения рг необходимо кулачную шайбу повернуть по направлению вращения распределительного вала или увеличить длину толкателя, или уменьшить толщину прокладки под станиной насоса, или опустить втулку насоса относительно плунжера).
Для регулирования угла фоп и, следовательно, рг на всех цилиндрах одновременно предусматривается разворот всего распределительного вала или по частям относительно коленчатого вала. При наличии у реверсивных дизелей симметричных кулачных шайб уменьшение угла на передний ход вызывает увеличение его при работе дизеля на задний ход. Обратные соотношения получаются при увеличении угла. Принимая во внимание кратковременность работы дизеля на задний ход, оптимальный угол опережения устанавливают для работы на передний ход.
Следует отметить, что в процессе динамического регулирования системы топливоподачи изменять установку кулачных шайб на распределительном валу нежелательно, так как их положение является исходным базисом регулировки двигателя. Положение шайбы целесообразно изменять только в случае несоответствия углов фнпни <ркпн паспортным значениям или при переходе на другой сорт топлива, а для регулировки рг следует использовать другие способы, предусмотренные в большинстве конструкций топливных насосов. Тонкая регулировка рг за счет изменения длины толкателя позволяет одновременно изменять угол опережения как на передний, так и на задний ход, однако такая регулировка допускается только в пределах, обеспечивающих сохранение нормальной величины открытия плунжером приемного окна во втулке насоса. В связи с этим после увеличения длины толкателя рекомендуется проверить величину открытия приемного окна во втулке, а также наличие зазора над плунжером при его крайнем верхнем положении.
Проверка и регулировка ТНВД
Проверка и регулировка ТНВД во время осмотров заключается в проверках плотности, определении момента начала или окончания подачи топлива, равномерности подачи топлива по цилиндрам и установке нулевого положения. Проведение этих операций, как правило, описывается заводской инструкцией с учетом типа ТНВД, установленных на двигателе. Если таких рекомендаций завода-изготовителя нет, то можно проводить эти проверки так, как будет изложено ниже.
Проверка угла опережения подачи топлива в тнвд с регулировкой конца подачи
Для проверки угла опережения подачи топлива необходимо выполнить следующие операции:
а) Отсоединить форсуночную трубку от штуцера ТНВД.
б) Прокачать ТНВД до полного вытеснения воздуха.
в) Навернуть на штуцер ТНВД гайку со стеклянной капиллярной трубкой, внутренний диаметр которой не более 1—1,5 мм.
г) Заполнить частично капиллярную трубку топливом, прокачивая ТНВД.
д) Медленно проворачивая двигатель по ходу, наблюдать за поверхностью топлива в капиллярной трубке; момент, когда уровень топлива стронется с места, соответствует началу подачи топлива.
е) Замерить угол, на который мотыль проверяемого цилиндра не дошел до В.М.Т. Величина угла опережения подачи топлива, измеренная относительно В.М.Т. по маховику, должна соответствовать данной в заводской инструкции.
Измерение угла опережения подачи топлива необходимо произвести 2—3 раза. При несовпадении полученных углов опережения с данными заводской инструкции, регулирование угла опережения подачи топлива в ТНВД с регулировкой конца подачи производится следующим образом:
- Поворотом на распределительном валу кулачной шайбы ТНВД.
- Изменением положения соединительной муфты распределительного вала для дизелей с кулачными шайбами, не допускающими поворота.
- Окончательная регулировка производится изменением длины регулируемого толкателя ТНВД, чем изменяется положение плунжера в его втулке (для ТНВД золотникового типа) или величина холостого хода толкателя (для насосов других типов). При этом надо иметь в виду, что регулировка угла опережения подачи топлива изменением длины регулируемого толкателя связана с изменением величины открытия всасывающего окна, поэтому изменять длину толкателя можно только в пределах нормального открытия окна.
Регулирование момента начала подачи топлива должно производиться при положении рейки ТНВД, соответствующем режиму полного хода.
Проверка угла опережения подачи топлива в тнвд с регулировкой начала подачи
Для проверки угла опережения подачи топлива необходимо выполнить следующие операции:
- Сначала необходимо определить момент начала подачи топлива, как описано в предыдущем разделе.
- Затем, продолжая медленно проворачивать двигатель, наблюдать за повышением уровня топлива в капиллярной трубке. Момент, когда уровень топлива в капиллярной трубке остановится, соответствует концу подачи топлива.
Далее все делается также, как описано в предыдущем разделе.
Простые способы проверки угла опережения подачи топлива
1. У ТНВД с регулировкой конца подачи топлива проверяется начало подачи топлива, для чего необходимо установить зазор между роликом толкателя и цилиндрической частью кулачной шайбы в соответствии с инструкцией завода-изготовителя. При проворачивании двигателя на передний ход улавливается момент соприкосновения ролика с выступающей частью кулачной шайбы. Угол отклонения мотыля относительно ВМТ поршня должен соответствовать углу, указанному в заводской инструкции.
2. У ТНВД с регулировкой начала подачи топлива проверяется конец его подачи, т.е. момент, когда ролик толкателя находится на вершине кулака. Угол окончания подачи топлива относительно ВМТ поршня должен соответствовать углу, указанному в заводской инструкции.
3. У ТНВД золотникового типа отсоединяется форсуночная трубка и вынимается нагнетательный клапан насоса. Насос прокачивается до полного удаления воздуха, и его штуцер просто закрывается пальцем. Затем проворачивается коленчатый вал двигателя. Проворачивание останавливается в момент резкого повышения давления, ощущаемого пальцем на штуцере. Это и есть момент начала подачи топлива. При этом на маховике фиксируется угол отклонения мотыля относительно ВМТ.
Проверка установки «нулевого положения» тнвд всех типов
Для обеспечения одновременного и надежного выключения ТНВД при остановке дизеля необходимо, чтобы все ТНВД были установлены на «нулевое положение». Перед проверкой «нулевого положения» ТНВД необходимо проверить положение тяг управления насосами, убедиться в отсутствии в них ненормальных зазоров, люфтов, заеданий.
Установку «нулевого положения» ТНВД всех типов можно производить следующим образом:
