Топливная система дизелей

Подача топлива в двухтактных дизелях. Топливная система дизеля может быть разделена на систему подачи топлива и систему впрыскивания топлива. Система подачи топлива включает в себя систему подготовки топлива до состояния, пригодного для впрыскивания в цилиндры дизеля. Малооборотные двухтактные дизели обычно приспособлены для длительной непрерывной работы на тяжелом топливе. Предусмотрена также подача дизельного топлива для работы на маневрах.

В системе подготовки (рис. 2.11) топливо, находящееся в танках двойного дна, подается в отстойный танк и подогревается. После сепарации в центробежных сепараторах топливо подается насосом в расходную цистерну. Из этой цистерны топливо пропускается через подогреватель и вискозиметр (регулятор вязкости топлива). Последний регулирует температуру подогрева топлива, благодаря чему поддерживается вязкость топлива в заданных пределах, необходимых для обеспечения полного сгорания топлива в цилиндрах дизеля. Затем топливо проходит через фильтр тонкой очистки, прежде чем оно будет подано в систему впрыскивания. С помощью регулировочного клапана поддерживается постоянное давление в топливном трубопроводе. Этот клапан должен быть открытым при прогреве системы циркулирующим подогретым топливом. В буферной или уравнительной цистерне собирается рециркулирующее в системе топливо.

Рис. 2.11. Схема подачи и подготовки топлива для дизелей на судне:
1 — подогреватель топлива; 2 — цистерна для отстоя тяжелого топлива; 3 — цистерна дизельного топлива, 4 — расходная цистерна тяжелого топлива; 5 — трехходовой клапан; 6 — буферная цистерна; 7 — дизель; 8 — клапан для регулирования давления топлива; 9 — фильтр тонкой очистки; 10— регулятор вязкости топлива; 11 — вспомогательные насосы; 12 — цистерна дизельного топлива в двойном дне; 13 — цистерна тяжелого топлива в двойном дне; 14 — топливоперекачивающие насосы; 15 — центробежный сепаратор топлива

Система включает в себя различные предохранительные приборы, такие как сигнальное устройство нижнего уровня топлива в цистерне и выпускные клапаны с дистанционным управлением на случай пожара.

Система подачи дизельного топлива обычно имеет перекачивающий насос для подачи дизельного топлива из танков двойного дна. Затем топливо очищают и хранят в отстойной цистерне. Дизельное топливо поступает в систему по трубопроводу с трехходовым клапаном, который позволяет подавать одновременно только один сорт топлива в систему (легкое или тяжелое). Легкое топливо нужно меньше подогревать по сравнению с тяжелым. Поэтому переход с одного сорта топлива на другой должен осуществляться постепенно, чтобы дать стабилизироваться температуре топлива в системе.

Впрыскивание топлива. Система впрыскивания топлива служит для подачи в цилиндры дизеля требуемого количества топлива в нужный момент, чтобы обеспечить наивыгоднейшие условия для процесса сгорания. Для этого прежде всего должно быть подано в цилиндр строго определенное количество топлива, должны быть использованы средства регулировки подачи и распыливания топлива. Впрыскивание топлива управляется кулачками на распределительном валу. Распределительный вал вращается с частотой вращения вала для двухтактных дизелей. Для четырехтактных дизелей частота вращения распределительного вала в 2 раза меньше частоты вращения вала дизеля.

Применяются две основные системы впрыскивания в комбинации с механическим и гидравлическим приводами. Наибольшее распространение получила система впрыскивания с помощью индивидуальных насосов, в других случаях применяется аккумуляторная система впрыскивания.

Система впрыскивания с помощью индивидуальных насосов.

В этой системе впрыскивание топлива для каждого цилиндра дизеля имеет свой топливовпрыскивающий насос, который работает 1 раз за цикл и приводится от кулачка на кулачковом (распределительном) вале. Плунжерная пара насоса отрегулирована на требуемую подачу топлива в цилиндр. Окна в цилиндре насоса и пазы в плунжере или перепускные регулировочные клапаны служат для регулирования подачи топлива (более подробно это изложено ниже). Каждый топливовпрыскивающий насос подает топливо в форсунку одного цилиндра. Игольчатый клапан форсунки поднимается, когда давление нагнетаемого топлива превышает давление закрытия иглы, при этом происходит распыливание топлива в цилиндре.

Аккумуляторная система впрыскивания. Эта система имеет один многоплунжерный насос высокого давления (рис. 2.12). Топливо нагнетается в коллектор, в котором поддерживается высокое давление. Из этого обще, о коллектора топливо подается к форсункам всех цилиндров. Между коллектором и форсункой (форсунками) каждого цилиндра имеется клапан, который регулирует момент и продолжительность подачи топлива. Перепускные клапаны связаны с коллектором для сброса (понижения) чрезмерного давления и с аккумулятором. Последний сглаживает импульсы давления топлива, образующиеся в коллекторе при подаче из него топлива в цилиндры. Форсунки в этой системе часто называют топливными клапанами.

Рис. 2.12. Система впрыскивания топлива с общим аккумулятором:
1— перепускной клапан; 2— патрубок подвода топлива; 3 — коллектор; 4 — топливный насос; 5 — блок высокого давления; 6 — топливопровод высокого давления; 7 — форсунка; 8 — цилиндр; 9— клапанная коробка; 10— распределительный (кулачковый) вал; 11 — клапан управляющий подачей; 12 — аккумулятор (накопитель топлива)

Топливный насос высокого давления. Насос работает от кулачка, который перемещает плунжер (вверх-вниз). Время впрыскивания может быть изменено посредством повышения или понижения положения плунжера насоса относительно кулачка. Насос имеет постоянный ход плунжера, и подаваемое количество топлива регулируется путем поворота плунжера насоса, который имеет специальный винтовой паз.

Топливо поступает в насос через окна (отверстия) (рис. 2.13). Как только плунжер начнет двигаться вниз, топливо поступает в цилиндр насоса; при движении плунжера вверх окна закрываются, топливо сжимается и подается в форсунку под высоким давлением. Когда кромка винтового выреза открывает переливное окно, давление топлива падает и его подача к форсунке прекращается. Невозвратный клапан на нагнетательной линии насоса закрывается и тем самым не позволяет топливу возвратиться из форсунки. Топливо снова подводится к насосу при нисходящем ходе плунжера, и процесс повторяется.

Рис. 2.13. Продольный разрез топливного насоса высокого давления:
1 — зубчатая втулка; 2 — винтообразная крышка; 3 — окно; 4 — невозвратный клапан; 5 — патрубок подвода топлива; 6 — перепускное окно; 7 —рейка; 8 — плунжер; 9 — кулачковый ролик; 10 — кулачок

Плунжер можно вращать во втулке посредством зубчатой рейки и сектора, связанного с ним. Тем самым будет сдвигаться винтообразная кромка вверх или вниз, соответственно уменьшая или увеличивая количество топлива, нагнетаемого в цилиндр. Рейка соединена с регулятором частоты вращения или с системой управления двигателем.

Такие насосы с незначительными конструктивными отклонениями используются для многих дизелей.

Регулирующий клапан. В аккумуляторной системе впрыскивания клапан, регулирующий подачу топлива, работает под воздействием кулачка и двуплечего рычага (балансира) (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Клапан, управляющий подачей топлива в аккумуляторных системах:
1 — невозвратный клапан; 2 — регулирующий клапан; 3 — скользящий шток; 4 — рычаг (балансир); 5 — кулачок; I — подвод топлива; II — к топливному клапану

Когда клапан поднимается, топливо поступает под высоким давлением в форсунку. Регулирующий клапан работает от балансира, который жестко скреплен со скользящим штоком и передвигается в соответствии с настройкой балансира, обеспечивающей подачу в цилиндр требуемого количества топлива.

Форсунка. Типичная форсунка показана на рис. 2.15. Она состоит из двух основных частей: распылителя (сопла) и соплодержателя или корпуса. Топливо с высоким давлением входит в форсунку и движется вниз по каналу в корпусе форсунки, затем по каналу в распылителе и наконец поступает в камеру, расположенную вокруг игольчатого клапана. Он удерживается в закрытом состоянии на седле, имеющем уклон 45°, посредством промежуточного стержня и пружины в корпусе форсунки. Усилие пружины, а следовательно, усилие открытия иглы форсунки можно устанавливать (регулировать) посредством нажимной муфты (гайки), которая воздействуем на пружину. Игла и направляющая, входящие в комплект распылителя форсунки, представляют собой прецизионные детали, тщательно попарно подогнанные для обеспечения требуемой плотности и минимального пропуска топлива. Корпус форсунки и распылитель взаимно притираются и соединяются посредством специальной накидной гайки.

Рис. 2.15. Форсунка:
1 — уплотняющая прокладка пружины; 2 — регулятор натяга пружины; 3 —пружина; 4 — стержень; 5 — ограничитель хода иглы; 6 — сопло; 7 — топливный трубопровод высокого давления; 8 — защитный трубопровод; 9 — соединительное устройство (штуцер)

Игольчатый клапан открывается, когда усилие, возникающее от воздействия давления топлива на коническую поверхность, превысит силу сжатия пружины. Тогда топливо будет поступать в нижнюю камеру и проходить через ряд мелких отверстий сопла. Эти небольшие отверстия калиброваны (имеют определенный диаметр) и предназначены для распыливания или превращения в мельчайшие капельки всего поступившего за цикл топлива, которое в результате этого затем будет легко сгорать в цилиндре дизеля. Как только топливный насос или регулирующий клапан отсекают подачу топлива, давление падает, и игольчатый клапан быстро закроется под действием сжимающего действия пружины.

Топливные клапаны в форсунках должны иметь сообщение со специальным устройством для удаления скапливающегося воздуха. Воздух должен быть удален из всех форсунок перед запуском дизели после длительной стоянки или ремонта.

Форсунки крупных малооборотных и среднеоборотных дизелей, работающих на тяжелом топливе, имеют внутренние каналы, по которым циркулирует охлаждающая вода.

Схема судовой топливной системы дизельного двигателя

Топливные системы жидкого топлива малооборотных судовых дизелей

Принципиальная схема системы (рис. 2.71) включает танки запаса 1, клапанную коробку 2, приемный фильтр грубой очистки 3, топливоперекачивающие насосы 4 для перекачки топлива из одних танков в другие, а также подачи его в отстойные цистерны 5.

Для того, чтобы можно было использовать дешевые тяжелые топлива, обладающие повышенной вязкостью и высокой температурой застывания, танки запаса оборудуют паровыми змеевиками общего или местного подогрева, а топливопроводы изолируют и снабжают паровыми спутниками.

Из отстойных цистерн или непосредственно из танков насосами сепараторов топливо подается в подогреватели 22 и далее в сепараторы 20.

Рис. 2.71. Схема топливной системы

Дизельное топливо подогрева не требует, и поэтому сепаратор дизельного топлива 21 подогревателем не оборудуется. Отсепарированное тяжелое топливо вторым насосом сепаратора подается в расходные цистерны тяжелого топлива б, где оно вторично отстаивается.

Из расходных цистерн топливо самотеком через смесительную цистерну 12 и фильтр грубой очистки 13 поступает к топливоподкачивающим насосам 14, которые подают топливо через подогреватели 11 и фильтр тонкой очистки 18 к топливным насосам 16 дизеля 17. Избыточное количество топлива из насосов высокого давления 16 перепускается в смесительную цистерну 12, воздушная трубка которой снабжена газовой ловушкой 7.

Высокое давление (0,25—0,4 МПа) в магистрали за топливоподкачивающими насосами, поддерживаемое с помощью клапана постоянного давления 15, и наличие рециркуляции препятствуют образованию на всасывании у насосов высокого давления газовоздушных пузырьков. Постоянная циркуляция топлива и наличие смесительной цистерны 12 предотвращает также возможность застывания топлива в трубах в случае внезапной остановки дизеля.

Для измерения подачи топлива на дизель в топливопровод за расходными цистернами врезан расходомер 10. Автоматический регулятор вязкости 19 служит для поддержания заданной вязкости топлива перед дизелем. Его исполнительный механизм управляет подачей пара в подогреватели 11.

Параллельно с цистернами б в систему включены расходные цистерны дизельного топлива 8, из которых топливо расходуется на вспомогательные дизели, а при переключении пробкового крана сможет подаваться в смесительную цистерну 12 и далее — к топливным насосам главного дизеля.

Дизельное топливо используют при пуске дизеля и в период маневров. Перевод дизеля с дизельного топлива на средне-или высоковязкое следует осуществлять медленно, обеспечивая постепенное прогревание топливных насосов во избежание заклинивания плунжеров. Постепенному переходу с одного сорта топлива на другой, плавному изменению температуры поступающего к дизелю топлива в значительной мере способствует наличие в системе смесительной цистерны и рециркуляции.

Для промывки системы и заполнения ее более легким топливом на период предстоящей длительной стоянки необходимо заблаговременно, за 20

30 мин до прихода судна в порт перейти на дизельное топливо.

Обычно топливная система судовых МОД общая для главного и вспомогательных двигателей (ВД). ГД может работать как на дизельном, так и на тяжелом топливе, а ВД — или на тяжелом, или на дизельном независимо от главного.

В топливной системе, рекомендованной фирмой MAN-B&W для дизелей и четырехтактных вспомогательных дизель-генераторных устано-вок (рис. 2.72), топливо из бункерных цистерн перекачивается насосами в отстойные цистерны, откуда через сепараторы 1 оно подается в расходные цистерны дизельного 2 или тяжелого топлива 3. Для обеспечения эффективной предварительной очистки, топливо перед сепарированием подогревается до 95

Рис. 2. 72. Схема топливной системы

Из одного из расходных баков топливо подкачивающими насосами 4 подается под давлением около 0,4 МПа в топливную систему низкого давления. Перепускной клапан 5 при этом должен быть отрегулирован на давление немного выше 0,4 МПа.

После этого топливо поступает к одному из двух циркуляционных насосов б с электроприводом, а от него через подогреватель 7 и полнопоточный ФТО 8 к ТНВД. После подогревателя устанавливаются датчик с установкой измерителя на 10-15 сСти регулятор вязкости, который вырабатывает импульс на паро-перепускной клапан подогревателя, или может быть использован регулятор температуры. ФТО и датчик регулятора вязкости устанавливаются как можно ближе к двигателю, а сетка ФТО должна иметь размер ячейки 50 микрон.

Возвратное топливо от форсунок и ТНВД отводится через трубопровод 9, деаэрационный бак 10 с автоматическим клапаном 11 к всасывающей стороне циркуляционных насосов. С целью поддержания постоянного давления на входе в ТНВД производительность циркуляционного насоса должна превышать максимальный расход топлива двигателем. Кроме того, предусматривается пружинный перепускной клапан 12, действующий как байпас между входом топлива в ТНВД и возвратом, что также обеспечивает постоянное давление топлива на входе в двигатель 0,7

0,8 МПа. Для обеспечения такого давления пружинные байпасные клапаны 13 циркуляционных насосов регулируются на давление открытия 1,0 МПа.

При работе двигателя на тяжелом топливе подводящие трубопроводы снабжаются оболочками, через которые пропускается пар (паровые спутники), а трубки, отводящие топливо и дренажи, обогреваются горячей водой из системы охлаждения двигателя.

При всех нагрузках двигателя, включая и остановку, через ТНВД и форсунки обеспечивается поток подогретого топлива. Благодаря такой циркуляции, детали топливной аппаратуры поддерживаются при рабочей температуре. Поэтому нет необходимости переходить на дизельное топливо при заходе в порт, если циркуляционный насос и прокачка топлива продолжаются все время.

Если во время длительной стоянки необходимо остановить циркуляционный насос или подогрев, то прежде всего следует осушить систему от тяжелого топлива.

В процессе работы дизеля может потребоваться переход с тяжелого топлива на дизельное. В целях защиты топливной аппаратуры от резких изменений температуры, которое может вызвать заклинивание ТНВД,

форсунок и всасывающих клапанов, переход необходимо выполнять следующим образом:

♦ подогреть, если возможно дизельное топливо в расходном баке прибли зительно до 50°С;

♦ перекрыть подвод пара к подогревателю и паровым спутникам;

♦ снизить нагрузку двигателя до 75% от максимально длительной мощности (МДМ);

♦ перейти на дизельное топливо, изменив положение крана вида топлива 14 (см. рис. 2.72), чтобы дизельное топливо поступало к подкачивающим насосам.

Переход следует осуществлять, когда температура тяжелого топлива в подогревателе снизится приблизительно на 25°С, но не ниже 75°С и будет выше температуры дизельного топлива в расходной цистерне.

Обратный переход во время работы дизеля, по выше приведенным причинам, осуществляется также на сниженной мощности до 75% МДМ. Прежде всего необходимо убедиться, что температура тяжелого топлива в расходной цистерне соответствует требуемой. Затем, при помощи парорегулирующего клапана вискозиметром обеспечить нагрев дизельного топлива до максимума (60-80)°С со скоростью 2°С в минуту. Вязкость дизельного топлива не должна снижаться ниже 2 сСт, так как возможно заедание и даже схватывание деталей из-за потери смазывающих свойств топлива. Во время перехода температура тяжелого топлива в расходной цистерне не должна быть выше температуры подогретого дизельного топлива более чем на 25СС. Когда требования к температурам выполнены, переход на тяжелое топливо производится поворотом крана переключения вида топлива. Затем температуру тяжелого топлива следует повышать со скоростью приблизительно 2°С в минуту до получения требуемой вязкости.

Вспомогательные дизели (ВД) могут работать как на дизельном, так и на тяжелом топливе (см. рис. 2.72). При работе на дизельном топливе оно подается бустерным насосом 15, а поступление тяжелого топлива отключается краном 16. Если ВД могут работать на тяжелом топливе, то оно поступает от магистрали питания ГД после подогревателя.