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 топливной системы судового дизельного двигателя

Главное меню

Судовые двигатели

Топливная система предназначена для приема, хранения, очи­стки и своевременной подачи топлива в цилиндры двигателя. В состав топливной системы входят: топливные цистерны, топливоперекачивающий и топливоподкачивающий насос низкого давле­ния, фильтры грубой и тонкой очистки, подогреватели топлива, топливные сепараторы, подогреватели сепараторов, топливный на­сос высокого давления, топливные форсунки и топливные трубо­проводы.

На рис. 172 показана принципиальная схема топливной сис­темы. Топливо из запасной цистерны 3 основным топливоперекачивающим насосом 2 подается в расходную цистерну 7 . Расходная цистерна располагается выше двигателя для обеспечения подпора, она оборудована переливной трубой 6, указателем уровня 8 и сливным краном 9 . Топливо из расходной цистерны, пройдя спа­ренный фильтр грубой очистки 10, топливоподкачивающим насо­сом 11 подается через спаренный фильтр тонкой очистки 12 к топ­ливным насосам высокого давления 13, а последние нагнетают че­рез трубопроводы высокого давления 15 и щелевые фильтры 16 топливо к форсункам 17. Рециркуляционный трубопровод 14 обес­печивает отвод излишнего топлива (отсечное топливо насосов вы­сокого давления), а трубопровод 18 отвод топлива, просочивше­гося через неплотности форсунок и насосов, в сточную цистерну 19. Предохранительный клапан 20 осуществляет перепуск излишнего топлива в расходную цистерну. При сильном загрязнении водой и механическими примесями через сепаратор 21 пропускается топ­ливо, предварительно нагретое в подогревателе 22. Прием топлива осуществляется через палубные втулки 5 правого и левого бортов и трубопровод 4. Резервный ручной насос — 1 . При работе двига­теля на тяжелом топливе устанавливается еще цистерна пуско­вого (легкого) топлива для запуска и маневров главного двига­теля. Для удаления отстоя из запасной цистерны используется ручной зачистной насос 23.

Цистерны основного запаса топлива обычно располагают в междудонном пространстве, их емкость должна обеспечивать запас топлива для заданной автономности плавания. Расходные цистерны устанавливают попарно, причем одна из них может быть отстойной. Все топливные цистерны оборудуют вентиляционными трубами, дистанционными указателями уровня, необходимой арматурой, горловинами для осмотра и ремонта. При работе дви­гателя на тяжелом топливе все цистерны имеют паровой обогрев.

Топливоперекачивающие насосы служат для приема топлива из-за борта; в случае необходимости выдачи топлива на другое судно осуществляют перекачку топлива из одних цистерн в дру­гие и подачу его в расходные цистерны. Топливоперекачивающие насосы выполняют шестеренного, винтового и центробежного ти­пов.

Топливоподкачивающие насосы служат для обеспечения избы­точного давления топлива, подаваемого к всасывающей полости насосов высокого давления. По конструкции эти насосы бывают: плунжерные, шестеренные и коловратные. Топливоподкачивающие насосы приводятся в действие от коленчатого и распределитель­ного вала. Схема плунжерного топливоподкачивающего насоса показана на рис. 173.

В процессе транспортировки и хранения происходит загрязне­ние и обводнение топлива, поэтому его фильтрация является необ­ходимым условием для обеспечения на­дежной работы топливной аппаратуры и уменьшения износа ее трущихся частей. Топливные фильтры подразделяются на фильтры грубой очистки, которые уста­навливают перед топливоподкачивающими насосами, фильтры тонкой очистки, устанавливаемые перед насосом высоко­го давления, и щелевые фильтры, уста­навливаемые непосредственно перед фор­сункой или вмонтированные в форсунку. С помощью фильтров достигается высо­кая эффективность очистки топлива, про­стое обслуживание и легкость замены фильтрующих элементов. Обычно фильт­ры выполняют спаренными, что обеспечи­вает чистку или замену одного из эле­ментов фильтров при работе другого. Фильтрующая поверхность грубых филь­тров состоит из металлических сеток или набора металлических пластин со щеля­ми. Для фильтров тонкой очистки филь­трующим элементом являются металли­ческие пластины с уменьшенными зазо­рами, а также бумажные, войлочные, фетровые и капроновые смен­ные вставки.

На рис. 174 показаны топливные фильтры грубой очистки: а — щелевой и б — сетчатый. В корпусе 5 расположен фильтрующий элемент 4 в виде набора пластин или сеток, стянутых специальным пустотелым болтом 3 . Топливо поступает с наружной стороны фильтрующего элемента и, пройдя его, попадает в центральный канал смежного болта и затем выходит из фильтра. Спускная пробка 6 обеспечивает удаление осевшей на дно фильтра грязи. Корпус фильтра закрывается крышкой 2, вентиляционный винт 1 обеспечивает удаление воздуха из системы при заполнении ее топ­ливом.

Тонкая очистка топлива достигается с помощью специальных фильтров и сепараторов. Применяя сепараторы, из топлива можно удалить воду и механические частицы размером до 3—10 мкм. Работают сепараторы на принципе центробежной силы. В процессе сепарирования топливо распыляется на мельчайшие частицы при этом происходит удаление воды и примесей. Для лучшего се­парирования вязкие топлива предварительно подогревают.