ООО"ФилАвто"   г.Энгельс

8(8453)771368,   8(8453)711439   filavto@yandex.ru

 

 

Особенности эксплуатации и основные мероприятия по обеспечению надежности работы на тяжелых сортах топлива.

Особенности работы топливных систем высокого давления на тяжелых топливах
До настоящего времени топливная аппаратура высокого давления (ТА) судовых дизелей остается наиболее уязвимым в эксплуатационном отношении узлом дизеля: большинство вынужденных остановок судов в море происходит из-за неполадок в ТА. Для главных малооборотных: ди­зелей за 10 ООО ч эксплуатации число остановок составляет 22-26%, для среднеоборотных - достигает 35% общего числа отказов по дизелю.
Если наиболее ненадежным элементом ТА была форсунка, то в насто­ящее время снизилась надежность всех элементов ТА, включая ТНВД с его нагнетательным и подводящим топливопроводами. Одной из главных причин снижения надежности ТА явилась форсировка цилиндровой мощ­ности дизелей, приведшая к значительному увеличению цикловых подач и давления впрыскивания, а с ними гидравлических и механических на­грузок в элементах ТА. Известные трудности в обеспечении надежной ра­боты ТА объясняются также применением тяжелых низкосортных топлив.
При эксплуатации ТА судовых дизелей на тяжелых сортах топлива присущи следующие специфические особенности:

  1. интенсификация охлаждения распылителей форсунок;
  2. обеспечение равномерного прогрева деталей ТНВД в период пере­вода дизеля - с дизельного на тяжелое топливо (качественная теп­ловая изоляция ТНВД и трубопровода высокого давления);
  3. увеличение зазоров в прецизионных плунжерных парах ТНВД и игл в направляющих форсунок;
  4. обеспечение отвода утечек топлива из ТНВД и форсунок;
  5. надежный подогрев и регулирование вязкости топлива перед впрыском;
  6. оборудование трубопроводов высокого давления защитными ко­жухами (для предотвращения вероятности возникновения пожа­ра), из которых топливо при разрыве топливопровода отводится в специальную цистерну;
  7. увеличение давления в ТНВД и соответственно возрастание нагруз­ки на его привод в зависимости от длины трубопровода высокого давления на 20-40%;
  8. наличие устройства изменения угла опережения подачи топлива для достижения показателей рабочего процесса дизеля, близких к показателям работы дизеля на дизельном топливе (в первую оче­редь по экономичности)

С целью надежной работы системы со стороны наполнения ТНВД предусматривается непрерывная циркуляция топлива, которая позволяет избежать бросков давления подкачки при переменных нагрузках и оста­новках дизеля, не допускать остывания топлива в системе ТНВД и обеспе­чивать равномерный прогрев плунжерных пар в процессе перевода дизе­ля с дизельного топлива на тяжелое, избегать застоя паровоздушных пу­зырьков, возникающих в полостях наполнения ТНВД.
Эффективное использование тяжелых топлив достигается с помо­щью специальных распылителей, имеющих увеличенные диаметр отвер­стия и угол распыливания. Система охлаждения форсунок при работе на тяжелом топливе должна предусматривать переключение на подогрев. Например, фирма «Пилстик» для удовлетворительной эксплуатации сво­их дизелей РС-2 на топливе вязкостью 600 мм2/с рекомендует, с целью снижения вязкости топлива до 15-17 мм2/с, температуру 13СМ35°С на входе в ТНВД, а давление подачи топлива к ТНВД не ниже 0,4 МПа. Диа­метр отверстий распылителей должен составлять 0,77 мм для дизелей РС- 3 и 0,99 мм для дизелей РС-4 при работе на тяжелом топливе и 0,7 и 0,91 мм на дизельном при неизменном количестве распыливающих отверстий распылителя.
Обеспечение надежности работы топливной аппаратуры в эксплуатации
В общем случае эксплуатационные показатели ТА определяются тех­ническим состоянием ее элементов и конкретными рабочими условиями: нагрузкой дизеля; сортом топлива и качеством его подготовки; состояни­ем моря; загрузкой судна и настройкой параметров статического регули­рования.
Однако при прочих равных условиях эксплуатационные показатели ТА могут зависеть также от конструктивных и производственных факто­ров. Это нужно учитывать, так как элементы ТА, включая топливопроводы наполнения и нагнетания, не всегда являются конструктивно совершен­ными и технологически доведенными до высокой степени надежности.
Наконец, конструкции бывают сами по себе сложными, требующими особого внимания в процессе эксплуатации (ТНВД дизелей RND и ZH40 «Зульцер»; ТНВД дизелей KFF, KGF «Бурмейстер и Вайн»; форсунки KGF). Если сравнить, например, клапанный ТНВД дизеля «Зульцер» серии RND, у которого 5 рабочих клапанов, с золотниковым ТНВД, дизеля «Бурмей­стер и Вайн» VTBF, где клапанов вообще нет, то совершенно очевидно, что для надежной работы ТНВД у дизеля RND значительно меньше усло­вий, чем у ТНВД дизеля VTBF, поскольку клапанный узел требует допол­нительного наблюдения и ухода из-за сравнительно частых отказов.
Накопленный опыт эксплуатации судовых дизелей позволяет наме­тить ряд наиболее важных мероприятий по обеспечению работоспособ­ности топливовпрыскивающей аппаратуры дизелей, переводимых на тя­желые сорта топлива. В соответствии с указанными особенностями рабо­ты дизелей на высоковязких подогреваемых топливах намечаемые меро­приятия по повышению надежности ТА в эксплуатации касаются, главным образом, снижения теплонапряженности корпусных деталей и улучшения смазки прецизионных деталей.
При работе на тяжелом топливе температура распылителя по сравне­нию с работой его на дизельном топливе повышается из-за общего подо­грева топлива. Кроме того, на режимах полных нагрузок, когда топливо не остывает в трубопроводах, нагревание может увеличиться от дросселиро­вания его при нагнетании по каналам топливной системы и форсунки.
Однако тепловой режим работы распылителя имеет очень узкие оп­тимальные границы надежной работы на тяжелых топливах В случае слишком высокого нагрева распылителя (более 180°С) начинается разло­жение топлива и происходит интенсивное закоксовывание сопловых от­верстий.
Известно, что некоторые хромоникелемолибденовые стали для рас­пылителей, содержащие до 4,5% этих легирующих элементов, в отличие от азотируемых сталей, начинают менять свою твердость при температу­рах нагрева свыше 200°С. Поэтому для работы на тяжелом топливе рас­пылитель форсунки необходимо охлаждать. В то же время при переох­лаждении форсунки ниже 110°С происходит конденсация влаги из цилин­дра на носике распылителя, в результате чего на сернистом топливе рас­пылитель начинает интенсивно корродировать с внешней стороны, что приводит к его разрушению. Следовательно, если топливная система должна обеспечивать качественное распыливание топлива, то надеж­ность и поддержание длительной работы распылителя должна обеспечи­вать система охлаждения форсунок.
По данным экспериментальных исследований и опыта эксплуатации, оптимальная температура распылителя среднеоборотного дизеля долж­на составлять 140-180°С. Такие условия в современных среднеоборотных дизелях обычно обеспечиваются специальной системой охлаждения форсунок с циркуляцией дизельного топлива или масла, позволяющей регулировать температуру распылителя.
Необходимость поддержания определенной температуры охлажде­ния деталей форсунок объясняется тем, что для каждого типа двигателя устанавливается еще более узкий предел температур в этом диапазоне в зависимости от влажности воздуха и сорта применяемого топлива
Прокачка линии нагнетания является одним из способов улучшения предпусковых операций и пуска дизеля при работе на тяжелом топливе. Операции прокачки перед пуском предусматривают замену остывшего топлива в полостях линии нагнетания подогретым топливом с требуемой для нормальной работы вязкостью.


В идеальном варианте система прокачки должна обеспечивать уда ление топлива из всей линии нагнетания, включая топливный насос высо­кого давления, трубопровод высокого давления и форсунку. На практике таких вариантов системы прокачки пока не существует из-за чрезмерного усложнения топливовпрыскивающей аппаратуры. В известных конструк­циях чаще всего прокачивают один трубопровод высокого давления, имеющий наибольшие объемы внутренних полостей по сравнению с дру­гими элементами линии нагнетания.
Другой причиной, вызывающей перегрев и закоксовывание распы лителей, является проникновение газов из цилиндра двигателя непо­средственно под иглу распылителя Такое явление происходит, когда дав ление газов превышает давление топлива под иглой распылителя. Несмо тря на то, что давление открытия иглы обычно в 1,5-2 раза превышает давление р2, это возможно при колебательных явлениях топлива в трубо­проводе высокого давления и при подскоках иглы под действием сил уп­ругости, вызывающих подвпрыски топлива (рис 4.1).
В таких случаях на игле форсунки появляется нагар, который в про­цессе работы увеличивается в объеме, продвигается вдоль направляю­щей по зазору, отвердевает и приводит к зависанию иглы со всеми по­следствиями для двигателя. О попадании газа в форсунку можно судить по изменению цвета запорного конуса иглы распылителя или по наличию пузырьков в сливаемом из форсунки топливе.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиОтскакивание иглы от посадочного пояска распылителя будет проис­ходить под действием силы удара. Инерция движущихся масс форсунки не позволяет игле следовать немедленно за падением давления топлива, несмотря на высокое давление закрытия форсунки (23,0-28,0 МПа), фак тическое давление в момент посадки иглы находится на уровне остаточно­го давления в трубопроводе р0, а при подвпрысках снижается еще более. Для своевременной посадки иглы необходимо увязать интенсив­ность падения давле­ния под иглой с мас­сой подвижных дета­лей, уменьшить инер­цию движущихся масс, уменьшить ход иглы и увеличить гидроплот­ность распылителя.
Падение давления топлива в конце впры­ска зависит от условий обеспечения отсечки В. М. Т.                                                                 золотниковой плун-

садки нагнетательного клапана. Для высоковязких топлив удовлетвори­тельные условия отсечки топлива обеспечат прямолинейные отсечные кромки плунжерной втулки вместо круглых, которые создадут условия для более четкой и ускоренной посадки нагнетательного клапана.
Нагнетательный клапан определяет величину остаточного давления в трубопроводе, динамику его снижения и наличие колебательных явле­ний в замкнутой системе. В обычных клапанах типа «Бош» (Bosch) изме­нить условия посадки клапана можно увеличением жесткости винтовой пружины, а эффективно регулировать остаточное давление можно за счет величины разгрузочного объема и перепускных каналов за конусом.
В зависимости от условий работы топливной системы для обеспече­ния своевременной посадки иглы регулирование всех элементов может вестись в сторону замедления падения давления под иглой распылителя. В таком случае перед распылителем может быть установлено дросселиру­ющее отверстие, препятствующее интенсивному увеличению и падению давления топлива во время впрыска.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиНагнетательный клапан должен увеличи­вать производительность насоса, препятство­вать проникновению газов в топливную систе­му и регулировать уровень остаточного дав­ления в трубопроводе р0. Снижение р0 спо­собствует повышению запирающей возмож­ности форсунки и уменьшению закоксовыва- емости распылителя.
Конструкции нагнетательных клапанов очень разнообразны, на рис. 4.2 показан кла­пан двойного действия фирмы «Растон». Дав­ление открытия и остаточное давление регу­лируются в нем затяжкой пакета пластинчатых пружин, а разгрузка и устранение волновых явлений в трубопроводе высокого давления зависят, кроме того, от дифференциальных площадок клапана. Однако, с увеличением подачи топлива остаточное давление в трубо­проводе снижается из-за увеличенного пери­ода его открытия, влияния инерции клапана и большого числа отраженных волн топлива.
С целью уменьшения массы движущихся деталей форсунки обычно ее пружину макси­мально приближают к игле распылителя, но в результате пружина оказывается в зоне высо­ких температур и работает неудовлетворитель­но, а корпус форсунки получается с длинными топливного насоса высокого каналами, очистка которых в производстве и в давления     эксплуатации вызывает много трудностей.

Наиболее эффективным способом снижения влияния данного фак­тора является применение гидравлического или гидромеханического за­пирания иглы распылителя, при котором дополнительно к этому: обеспе­чивается постоянное давление открытия форсунки независимо от вели­чины подъема иглы; уплотняется распылитель, чем предотвращается по­падание газов в зазор между иглой и направляющей; обеспечивается ус­тойчивое положение иглы в направляющей без перекосов (в отличие от пружины), улучшаются условия подъема и посадки иглы даже при более высоких давлениях открытия форсунки, чем при пружинном запирании; наконец, с использованием щелочных масел в качестве запирающей жидкости предотвращается коррозионное разрушение распылителей, работающих на высокосернистых тяжелых топливах.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиИз-за повышения ускорений сил инерции нецелесообразно значи­тельно увеличивать ход иглы: он не должен превышать 0,6 мм, а в неко­торых случаях может быть не более 0,3 мм. Но в процессе эксплуатации игла обычно разбивает посадочное место на упоре и этот параметр посто­янно увеличивается.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиС целью устранения разрушающего действия торца иглы при ее подъеме, фирма «Растон» на хвостовик иглы насаживает гидравлический дем­пфер 1 в виде небольшого диска из твердой стали (рис. 4.3). Легкая пружина 2 поддерживает его в верхнем положении. Движущаяся вверх игла вы­тесняет топливо по зазорам между диском и хвос­товиком и встречает сопротивление, смягчающее ее упор. При посадке иглы, демпфер, находясь на­верху, перепускает по зазорам топливо, отсасыва­емое иглой, и обеспечивает спокойную посадку иг­лы, надежное запирание, предотвращая возмож­ность проникновения горячих газов из цилиндра двигателя в распылитель.
Регулированием величины зазора между дем­пфером и хвостовиком в зависимости от состояния диаметрального зазора в распылителе и величины утечек топлива по зазору можно обеспечить даже своеобразное гидравлическое запирание иглы рас­пылителя, так как эффективная поверхность упор­ной части иглы значительно больше поверхности дифференциальных площадок. В конце концов, ре­гулируя величину зазора в демпфере, можно полу­чить любые условия посадки иглы на упор и до­биться снижения износа этого узла в эксплуатации.
С целью выноса уплотнительной части распы­лителя из зоны высоких температур на многих среднеоборотных дизелях появились удлиненные


распылители. Такие распылители из-за размещения уплотняющей части в холодной зоне обеспечивают более стабильное поддержание гидроплот­ности, которая должна быть достаточно высокой. В последнее время по явилась тенденция расширения пределов диаметральных зазоров в рас­пылителях среднеоборотных дизелей до 4-5 мкм, однако при этом не учитываются проблемы закоксовывания форсунок. Очевидно, большие зазоры можно сохранить при гидравлическом запирании, а при механи­ческом запирании иглы распылителя, зазоры не должны быть более 2-3 мкм, с условием обеспечения гидроплотности, не допускающей прорыва газов вдоль направляющей.
Кроме указанных особенностей, при работе на высоковязком топли­ве, основное влияние на надежную работу дизеля оказывают организа­ция характеристики впрыска топлива и качество смесеобразования, обеспечиваемые топливной системой.
Для устранения закоксовывания форсунок, требования к характери­стике впрыска сводятся к обеспечению плавного нарастания количества подаваемого топлива, по углу поворота кулачка с достаточно высоким давлением, при сравнительно резком окончании подачи без подвпрыс- ков, и минимально возможной продолжительностью подачи топлива в цилиндр двигателя.
В этом отношении могут оказать положительное влияние такие пара­метры, как регулировка скорости плунжера с обеспечением максималь­ной величины не более 2 м/с в момент отсечки, повышение жесткости пружины нагнетательного клапана, выбор оптимальной пропускной спо­собности форсунки и диаметра сопловых отверстий для равномерного распределения топливных факелов по объему камеры сгорания с учетом распределения в ней воздуха. При этом на проверочном стенде форсунка должна обеспечивать четкий «звенящий» впрыск без подтекания топлива при оптимальном давлении открытия форсунки рф до пределов, не сни­жающих долговечность работы распылителя.
Оптимальная величина давления открытия форсунки р* зависит от скоростного и нагрузочного режима работы двигателя. Добиться такой оптимизации работы форсунок можно применением гидравлической си­стемы запирания форсунок, увязав автоматическую работу перепускного клапана с перемещением топливной рукоятки.
Смазку поверхности прецизионных направляющих обычно улучшают созданием отдельного подвода смазочного масла или выполнением специ­альных смазочных распределительных канавок на трущихся поверхностях.
Применительно к плунжерным парам, подвод смазки в большинстве существующих конструкций выполняется примерно по однотипной схе­ме. Смазочное масло из масляной системы дизеля подводится к корпусу топливного насоса, затем по сверленым отверстиям поступает к наруж­ной поверхности втулки и далее по распределительным канавкам во втулке подводится к прецизионной поверхности плунжера.

Смазка может подводиться так­же с торца опорного бурта втулки 2, как это предусмотрено конструкцией плунжерной втулки (рис. 4.4). В ней дополнительная смазка подводится к компрессионной части втулки по на­клонному каналу 1 и распределяется по прецизионной поверхности винто­вой канавкой, что способствует более равномерному распределению масла по направляющей поверхности.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиУлучшения смазки направляю­щей прецизионной поверхности можно добиться принудительной прокачкой впрыскиваемого топлива через компрессионную часть плун­жерной втулки (рис. 4 5).
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиДля этого в плунжерной втулке выполнен наклонный канал 1, соединяющий всасывающее окно с преци­зионной направляющей поверхностью компрессионной части втулки. В свою очередь на прецизионной направляющей поверхности предусмот­рены кольцевая проточка 2 и винтовая канавка 3. При рабочем ходе плун­жера после наступления отсечки кольцевая проточка 2 соединяется с по­лостью всасывания топливного насоса, и топливо под давлением попадет


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели
Рис. 4.6. Форсунка дизеля ДМ 760/1500 VCS ~ 7U фирмы «Г°таверкен»


 

в проточку 2 и далее в винтовую канавку 3. Этим обеспечивается постоян­ное обновление топлива, поступающего на смазку направляющей по­верхности, и улучшается работоспособность плунжерной пары, особенно при работе на высоковязких сортах топлива и при высокой температуре его подогрева.
Прокачку линии нагнетания, включая полости форсунки, можно про­иллюстрировать на примере форсунки дизеля фирмы «Гетаверкен» (рис. 4.6). Особенность форсунки состоит в том, что в распылителе 1 и корпусе форсунки 3 предусмотрены два топливных канала 4 и 6. Вспомогатель­ный канал 4 соединяет карман распылителя-с запорным винтом 5, распо­ложенным в верхней части форсунки. Для прокачки линии нагнетания указанный винт открывается, и топливо под давлением поступает из тру­бопровода высокого давления в карман распылителя 2 и далее в дренаж­ную полость форсунки и на слив.
Прокачка полостей высокого давления в топливном насосе может быть осуществлена способом, показанным на рис. 4.7.
Устройство выполняется в топливном насосе высокого давления, включающем корпус 1, плунжерную втулку 2, нагнетательный клапан

  1. штуцера 5 и 6. В корпусе 1 выполняются запорный винт 10 и спускной винт 3. Надклапанная полость 7 соединяется системой каналов 8, 9 и 11 через запорный винт 10 с полостью всасывания 12, расположенной вокруг втулки 2. Предложенное устройство предназначено для прокачки полос­ти всасывания и надклапанной полости топливного насоса, для удаления воздуха перед запуском двигателя, а также для организации прокачки всей линии нагнетания топливовпрыскивающей аппаратуры дизелей при работе на тяжелых сортах топлива.

В целом, рассмотренные примеры отдельных узлов систем прокачки топливовпрыскивающей аппаратуры показывают, что внедрение этих уз­лов на насосах и форсунках не представляет больших трудностей, но мо­жет существенно улучшить эксплуатационные показатели дизелей, пере­водимых на тяжелое топливо.
Конструктивные мероприятия по повышению надежности распылителей форсунок
Расширение диапазона применяемого топлива, а также обеспечение постоянно возрастающих форсировок рабочего процесса современных дизелей связаны с необходимостью овладения средствами регулирова­ния температурного уровня рабочих элементов топливовпрыскивающей аппаратуры и, в частности, наиболее теплонапряженного узла - распыли­теля форсунки. Как показывает практика, для дизелей, с диаметром ци­линдра более 250 мм, при использовании тяжелых сортов топлив, изве­стные способы снижения максимальной температуры распылителя - ин­тенсификация охлаждения корпуса форсунки в головке цилиндра, экра­нирование корпусных деталей распылителя в камере сгорания, примене­ние длиннокорпусных распылителей - оказываются неэффективными.
Для этих дизелей единственным средством обеспечения должной рабо­тоспособности и регулирования температурного уровня форсунки остает­ся организация специального охлаждения распылителя.
Несмотря на кажущуюся простоту, создание охлаждаемого распыли­теля на высокофорсированных дизелях, сопряжено с трудностями. Это связано прежде всего с тем, что с ростом форсировки дизелей резко воз­растают требования к сокращению габаритных размеров форсунки и осо­бенно нижней ее части, в районе расположения соплового аппарата рас­пылителя, из-за необходимости обеспечения максимально возможных проходных сечений газораспределительных каналов и размещения впу­скных и выпускных клапанов в головке цилиндра с максимальными раз­мерами, а также развития проходных сечений охлаждаемых каналов в головке цилиндров и др.
С введением охлаждения распылителя резко возрастает вероятность коррозирования уплотнительных притертых плоскостей и охлаждающих каналов, а также сокращаются сроки между профилактическими работа­ми. Как естественное следствие указанных особенностей, внедрение ох­лаждаемых распылителей требует решения проблем подбора коррозион­ностойких материалов, нанесения антикоррозионных покрытий и подбо­ра специальных присадок к охлаждающей жидкости.
С точки зрения безопасности эксплуатации и эффективности охлаж­дения распылителей, наиболее приемлемой охлаждающей жидкостью считается вода. Однако, при охлаждении водой резко возрастает опас­ность коррозии полостей и каналов форсунки, поэтому система охлажде­ния форсунки должна быть отделена от системы охлаждения двигателя, применяемая вода должна быть дистиллированной или специально очи­щенной. Даже при принятии специальных мер к очистке охлаждающей жидкости, в эксплуатации нередки случаи выхода из строя распылителей из-за сильных отложений накипи и закупорки проходных сечений полос­тей охлаждения, а также коррозирование торцовых уплотнительных по­верхностей в районе охлаждающих каналов.
При использовании в качестве охлаждающей жидкости дизельного топлива, коррозия поверхностей форсунки уменьшается, но одновре­менно снижается эффективность охлаждения распылителя из-за мень­шей теплопроводности дизельного топлива по сравнению с водой. Это требует более развитых каналов и полостей охлаждающей жидкости, бо­лее высоких скоростей и давления прокачки охлаждающей жидкости. Не­обходимо отметить, что для существующих конструкций форсунок рас­ход охлаждающей жидкости для пресной воды составляет в среднем 0,6 л/(кВт ¦ ч), а для дизельного топлива - примерно 1,1 л/(кВт ¦ ч).
Материал для изготовления охлаждаемых распылителей должен вы­бираться с учетом его коррозионной стойкости. Обычно рубашки охлаж­даемых распылителей выполняют из нержавеющей стали 1Х18Н9 или XI7H13M2T, а гайку-колпак, образующую полость охлаждения, из стали типа 3X12 или 4X13. Кроме того, все поверхности, омываемые охлаждаю­


щей жидкостью, должны быть надежно защищены антикоррозионными покрытиями. В настоящее время наиболее распространенными покрыти­ями являются хромирование, кадмирование, омеднение или нанесение антикоррозионной краски. Толщина антикоррозионного гальванического покрытия составляет 0,2-0,5 мм.
Многочисленными экспериментальными исследованиями и статис­тическими данными установлено, что главное влияние на работоспособ­ность распылителя оказывает уровень температур в зонах распыливаю­щих отверстий, запорного конуса и в нижней части прецизионной на­правляющей поверхности иглы распылителя.
Диапазон допустимой температуры для большинства конструкций распылителей 120-180°С. Ограничения по максимальной температуре вытекают из недопустимости перегрева металлй и коксования распылите­ля. Нижняя граница определяется из соображений недопустимости ох­лаждения носика распылителя ниже точки росы, конденсации влаги и его коррозирования, особенно при применении тяжелых высоковязких сер­нистых сортов топлива.
Известные в настоящее время конструкции по охлаждаемым распы­лителям могут быть представлены следующими группами: распылители с циркуляционным охлаждением и отличающиеся полостью охлаждения; распылители с охлаждением впрыскиваемым топливом.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиПредложения по организации охлаждения распылителя впрыскивае­мым топливом базируются на использовании охлаждающего действия топлива при прохождении его по каналам и полостям распылителя. В обычных конструкциях распылителей, поверхность теплообмена по пу­ти прохождения впрыскиваемого топлива невелика и не позволяет эф­фективно регулировать тепловой уровень распы­лителя, особенно при повышенных форсировках и относительно высоких тепловоспринимающих по­верхностях форсунки.
Усилить охлаждающее действие впрыскивае­мого топлива возможно увеличением количества топлива, проходящего через распылитель, или развитием поверхностей, омываемых топливом (рис. 4.8). Корпус распылителя выполняется из двух технологически сочлененных частей, рубаш­ки 1 и направляющей иглы 2. Топливо подводится к игле по кольцевой полости между рубашкой и направляющей иглы, поверхность которой значи­тельно больше, чем поверхность обычных сверле­ных топливоподводящих каналов, благодаря чему обеспечиваются интенсивный теплообмен и воз­можность регулирования в определенных преде­лах температуры распылителя. Распылитель отли­чается также компактностью и может быть и взаи­
мозаменяемым по установочным размерам с неохлаждаемыми моделя­ми. Таким образом, приведенная конструкция распылителя открывает большие возможности интенсификации теплоотвода и охлаждения рас­пылителей впрыскиваемым топливом. Однако, широкого распростране­ния на современных дизелях подобных конструкций распылителей ожи­дать не приходится. Распылители не приспособлены для работы на тяже лых высоковязких сортах топлива с высокой температурой подогрева.
Распылители с автономной системой охлаждения различаются спо­собом выполнения подсетей охлаждения в корпусных деталях форсунок и распылителей. Одним из первых конструктивных приемов организации циркуляционного охлаждения являются форсунки с внешней охлаждаю­щей полостью. Охлаждающая жидкость подводится по каналам головки двигателя или специального стакана форсунки. Конструкции форсунок подобного типа характеризуются полостью охлаждения, образованной наружной поверхностью распылителя и внутренней расточкой стакана форсунки. В этих форсунках обеспечивается высокая эффективность сис­темы охлаждения с отводом тепла непосредственно от зоны запорного конуса распылителя, возможностью применения различных охлаждаю щих жидкостей, доступностью для очистки от накипи полостей охлажде ния и отсутствием коррозионного действия охлаждающей жидкости уп­лотнительных разъемов форсунки.
Вместе с тем, рассматриваемая конструкция охлаждения распылителя отличается большими габаритными размерами, нагруженностью корпуса распылителя монтажными усилиями, снижающими работоспособность распылителя, и отсутствием надежного контроля герметичности полости охлаждения при монтаже форсунки в условиях эксплуатации с возможны ми последствиями попадания охлаждающей жидкости в цилиндр двигате ля. Первые два недостатка могут быть отнесены к органическому свойству форсунок с внешней охлаждающей полостью, они ограничивают перспек­тиву их распространения на современных высокофорсированных дизелях Применение распылителей форсунок данной группы возможно лишь на больших дизелях, для которых в отдельных случаях габаритные размеры форсунки не лимитируют конструкцию головки цилиндра.
Выполнение полости охлаждения с помощью накидной гайки-колпа ка до настоящего времени является наиболее распространенным конст руктивным способом организации циркуляционного охлаждения распы­лителя. Это объясняется относительной простотой конструкции охлажда­емого распылителя с гайкой-колпаком, доступностью нанесения анти­коррозионных покрытий и простотой очистки охлаждающих полостей и каналов в условиях эксплуатации. К недостаткам конструкции охлажде­ния распылителя по указанной схеме можно отнести в основном большие габаритные размеры форсунки по установочному диаметру в головке двигателя и нагруженность корпуса распылителя монтажными усилиями, приводящие к повышенной деформации распылителя и возможным за­висаниям игл. В качестве недостатка можно отметить также некоторую


удаленность полости охлаждения от сопловых отверстий на толщину опорного силового донышка гайки-колпака. Относительно большой объ­ем каналов за запорным конусом является органическим недостатком та­ких конструкций. При выполнении распылителя без отъемного сопла можно значительно сократить количество топлива в указанном объеме.
В конструкции распылителя дизелей типа РС фирмы «СЕМТ-Пиль- стик» нижняя гайка-колпак, образующая полость охлаждения, является одновременно сопловым наконечником, благодаря чему обеспечивается подвод охлаждающей жидкости к наиболее нагретой части распылителя ближе к сопловым отверстиям и более эффективное охлаждение носика распылителя.
Развитие и широкое распространение получили охлаждаемые рас пылители с напрессованной или приваренной рубашкой
Главные достоинства распылителей с охлаждающей рубашкой связа ны с их компактностью и относительно малыми габаритными размерами, отсутствием действующих осевых усилий при монтаже по корпусу распы­лителя, возможностью подвода охлаждающей жидкости в наиболее на­гретую часть распылителя - район сопловых отверстий.
Применение распылителей с охлаждающей рубашкой до последнего времени сдерживалось в основном относительной сложностью освоения технологических процессов напрессовки и приварки охлаждающей ру­башки. Некоторые трудности связаны также с обеспечением коррозион­ной стойкости и уменьшением отложения накипи в полостях и каналах охлаждения.
Особое внимание при разработке конструкции распылителя с охлаж­дающей рубашкой уделяется выбору проходных сечений охлаждающих полостей.
Фирмой «Зульцер» разработан новый вариант распылителя, в кото ром предусмотрена круговая проточка по корпусу распылителя, увеличи­вающая полость охлаждения и способствующая более эффективному ох­лаждению носика распылителя. В общем случае фирма считает целесооб­разным в конструкциях распылителей с охлаждающей рубашкой полость охлаждения выполнять по возможности большого поперечного сечения, чтобы обеспечить возможность регулирования температурного режима распылителя и более интенсивный проток охлаждающей жидкости, спо­собствующей удалению отложений накипи.
Для дизелей типов RD и RND фирмы «Зульцер» в конструкции распы­лителя ввели утолщенную верхнюю часть напрессованной рубашки (рис. 4.9, а). Это повышает механическую прочность рубашки и надежность уп лотнения полости охлаждения. В этом случае рубашка может дополнитель­но не стягиваться с корпусом распылителя накидной гайкой (рис. 4.9, б).
Для упрощения технологии изготовления распылителей с охлаждаю­щей рубашкой, уплотнение соединения между рубашкой и корпусом мож­но выполнить с помощью силиконовых термостойких колец (рис. 4.9, в).


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели
Рис. 4.9. Распылители с полостями охлаждения, образованными с помощью рубашек

При опытной проверке фирмой «Моторпал» (ЧССР) получены поло­жительные результаты по уплотнительным качествам этой конструкции при изменении температуры охлаждающей жидкости от 20 до 200°С и давлении до 1,5 МПа. Однако отсутствие опыта эксплуатации не позволя­ет оценить действительные потенциальные возможности предложенной конструкции распылителя.
Многочисленные предложения по упрощению изготовления распы­лителей с охлаждающей рубашкой основываются на использовании про­цессов сварки или пайки. Широкому распространению этих процессов препятствует технологическая сложность сваривания высоколегирован­ных материалов рубашки и корпуса распылителя, возможный значитель­ный местный перегрев и коробление свариваемых элементов. Освоенные в последнее время промышленностью более совершенные технологичес­кие процессы сварки металлов, в определенной мере устраняют эти недо­статки. Фирмой «Брайс» запатентован распылитель с рубашкой, прива­риваемой с помощью параллельного пучка электронов (рис. 4.9, г).
Фирмой «Бурмейстер и Вайн» для группы среднеоборотных дизелей и серии малооборотных дизелей KFF разработан охлаждаемый распылитель с привариваемой рубашкой по типу конструкции, приведенной на рис. 4.9, д.
Фирмой «Р. Бош» успешно освоен новый ряд охлаждаемых длинно­корпусных распылителей размерности Т и V, в котором рубашка с корпу­сом распылителя соединяется с помощью сварки или пайки.
Применительно к длиннокорпусным распылителям, помимо реше­ния проблем технологического порядка, использование охлаждающей рубашки требует организацию специальной прокачки охлаждающей жидкости в направлении удлиненного носка распылителя, в район запор­ного конуса иглы распылителя. В противном случае могут остаться застой­ные зоны в нижней части корпуса распылителя и недостаточное охлажде ние носка распылителя. В новом ряде распылителей фирмы «Р. Бош» про­ток жидкости к носку распылителя обеспечивается предусмотренными канавками различного профиля, в том числе и в виде двухзаходных вин­товых ребер. Более компактное по габаритам исполнение длиннокорпус­ного распылителя, в котором поток жидкости направляется двумя диаме­трально расположенными выштампованными в рубашке ребрами.
Фирма «СЕМТ-Пильстик» упростила конструкцию охлаждаемого распылителя выполнением охлаждаемых полостей с помощью каналов, просверленных во встречных направлениях вокруг запорного конуса в корпусе распылителя. Распылитель с такой схемой охлаждения использу­ется на модернизированных дизелях типа РС2-Б. В настоящее время, по­мимо сверления, реально выполнимы и другие способы обработки ох лаждающих каналов, например с использованием электрохимических процессов, при которых полость охлаждения при обработке каналов мо­жет формироваться в заданных геометрических формах и размерах.
Повышение давления впрыска в современных дизелях обеспечива­ется в конструкциях топливных насосов в результате увеличения прочно­сти корпусов насосов, перехода на фланцевое крепление прецизионных деталей в корпусе топливного насоса, использования утолщенных кор­пусных деталей, в том числе, и утолщенных втулок прецизионных пар.
В современных конструкциях топливных насосов высокого давления повышение работоспособности плунжерных пар в определенной степени реализуется в результате применения утолщенных плунжерных втулок; при этом относительная толщина втулки DH /с1пл = 3. В прежних конструк­циях топливных насосов дизелей с малой форсировкой это отношение составляло 1,8 - 2,2.
Однако, несмотря на относительную простоту повышения механиче­ской прочности плунжерных пар путем утолщения втулок, это направле­ние имеет незначительные возможности и прежде всего из-за ограниче­ния габаритных размеров втулок и слабой зависимости жесткости и по­датливости от толщины их стенок.
Радиальная деформация втулки находится в прямой зависимости от ра­бочего давления и в меньшей степени зависитоттолщины втулки. Малая за- висимостъ радиальных деформаций от размеров плунжерных пар проявля ется и при осевом нагружении втулки, например, монтажными усилиями.
Повышение работоспособности плунжерной пары в результате опти мизации радиального прецизионного зазора в современных конструкциях топливных насосов высокого давления осуществляется, в основном, вслед ствие увеличения этого зазора при работе на тяжелых сортах топлива.
Для судовых дизелей характерна общая тенденция увеличения ради ального зазора плунжерных пар. При увеличении прецизионных зазоров плунжерная пара способна воспринимать большие механические и теп ловые нагрузки при работе на тяжелых сортах топлива без нарушения по­движности плунжера При этом конечно снижается общий ресурс плун жерной пары, так как допустимый прецизионный зазор в них имеет отно сительно узкий диапазон изменения
4.2. Анализ дефектов и предотвращение повреждений топливных насосов высокого давления Износы прецизионных поверхностей
Во время эксплуатации двигателя прецизионные элементы ТНВД подвержены многообразию дефектов, непосредственно лимитирующих их ресурс и надежность работы. Причины появления их также многооб­разны и определяются конструктивными особенностями, условиями про­изводства и эксплуатации
Для плунжерных пар судовых дизелей основными дефектами, лими тирующими их ресурс, являются износы прецизионных поверхностей зо­лотниковой части плунжера и втулки. Изнашивание связано с динамиче­ским действием абразивных частиц, движущихся с относительно высо кой скоростью вместе с просочившимся по зазору топливом, и механиче ским действием абразивных частиц, защемляемых в зазоре при упруго­циклической деформации прецизионных поверхностей. В среднем около 80% плунжерных пар бракуются по причине износа указанных поверхно стей и потери гидравлической плотности ниже допустимых пределов Средний износ золотниковой части плунжера втулки за 1 тыс. ч работы дизелей составляет 0,35-0,5 мкм, а фактический ресурс находится, в среднем, в пределах 6-13 тыс. ч. Ресурс плунжерных пар лимитируется, в большинстве случаев, заклиниванием и задирами плунжеров, потерями плотности плунжерных пар из-за износов золотниковых и направляющих поверхностей. Среди вышедших из строя, небольшую долю составляют плунжерные пары с кавитационными и эрозионными разрушениями ра бочих прецизионных поверхностей плунжера и втулки. Есть случаи и кор­розионного разрушения направляющих поверхностей. Ресурс плунжер­ных пар дизелей типа ДКРН по причине потери гидравлической плотнос­ти ограничивается пределами 15—25 тыс. ч работы.
В целом, основные дефекты по плунжерным парам сводятся к износу золотниковой части плунжера и втулки, заклиниванию и задирам преци­зионных поверхностей, кавитационным и эрозионным разрушениям рас­пределительных кромок плунжера и втулки, коррозионным разрушениям направляющих поверхностей и дефектам, связанным с трещинами втулок плунжерных пар. Ресурс непрерывной работы плунжерных пар ограничи­вается износом торцовых уплотнительных поверхностей втулок, требую­щим периодических притирок и доводочных работ. Срок между этими операциями находится в пределах 2“бтыс. ч работы.
Износ насосных элементов и усиленная утечка топлива через неплот­ности, снижают полезную производительность ТНВД. Для оценки послед­ней можно использовать часовую подачу или среднюю цикловую подачу топлива.
Часовую подачу G, кг/ч, при объемном методе измерения рассчиты­вают по формуле
G = 6 . 10'2 . £V ' Р ' п ,
/
где V - суммарный объем жидкости, поступающей в мерные емкости за i циклов, см3;
р - плотность жидкости, г/см3;
п ~ частота вращения вала топливного насоса, мин1;
/- число циклов.
Среднюю цикловую подачу qu, мм3/цикл, рассчитывают по формуле
где Z - число линии высокого давления.
Поскольку износы отдельных насосных элементов у многоцилиндро­вого двигателя неодинаковы, нарушается равномерность подачи топли­ва, что сопровождается неравномерным распределением мощности по цилиндрам двигателя. Это в свою очередь вызывает вибрацию или неус­тойчивую работу двигателя.
Неравномерность подачи топлива по линиям высокого давления 8,% рассчитывают по формуле
8 = 2 V»m) . юо.
^max ^rriin
где Vmax - подача топлива по линии высокого давления с максималь­ной производительностью, см3;
Vmin “ подача топлива по линии высокого давления с минимальной производительностью, см3.
Для распределительных насосов неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания в соответствии с ГОСТ 10578-96 (Насосы топливные дизелей. Общие технические условия) не должна быть по величине более указанной в табл. 4.1.


Таблица 4.1
Неравномерность подачи топлива

Число секций в топливном насосе

Неравномерность подачи топлива по линиям нагнетания, % на номинальном режиме на режиме холостого хода

1
2

6 30 6 , 40

У изношенного топливного насоса при малых числах оборотов кулач кового вала, близких к оборотам холостого хода двигателя, подача топ­лива при малых величинах активного хода плунжера почти прекращает­ся, а топливный насос на этих режимах начинает работать с пропусками, вызывая сильную вибрацию двигателя.
Существует прямая зависимость между качеством очистки топлива и степенью износа прецизионных деталей топливной аппаратуры. Доста­точно присутствия в топливе микроскопических твердых примесей, неза­метных для невооруженного глаза, чтобы вызвать износ прецизионных деталей. Наибольший вред приносят именно эти мельчайшие частицы, попадающие с топливом в зазор между плунжером и втулкой насоса, между иглой и корпусом распылителя форсунки и т.д.
Учитывая, что большинство неполадок топливной аппаратуры в экс­плуатации вызывается применением загрязненного топлива, ниже мы бо­лее подробно остановимся на роли, которую играют примеси в топливе.
Химический анализ остатков, задерживаемых топливными Фильтры­ми, показывает преимущественное содержание кремнезема - одного из самых твердых минералов, - производящего абразивное действие (из­носы, задиры поверхности прецизионных деталей). Содержание кремне­зема (Si02) в примесях, попадающих в топливо, достигает 50%. Около 10% приходится на различные органические вещества. Кроме того, обна­руживают такие соединения, как Fe203, AL203, СаС03 и пр.
Размер частичек пыли колеблется от 1 мкм (0,001 мм) до 10 мкм (0,01 мм) и более. Средний состав пыли по размеру частиц характеризу­ется данными, приведенными в табл. 4.2.


Таблица 4.2
Размер загрязняющих частиц

Размер частиц в мкм (микронах)

До1

1-5

5-10

Выше 10

Содержание частиц в %

71.9

16,2

3.8

8.1

Как видно из этой таблицы, наиболее мелкие частицы, т.е. наиболее вредные для прецизионных деталей топливной аппаратуры, оказываются в наибольшем количестве. Самые мелкие - до 0,002 мм (2 мкм) вызывают износ направляющих поверхностей прецизионных деталей. Попадая в за­зор между плунжером и втулкой, иглой и ее направляющей, они наносят
на их поверхности риски. Примеси в топливе размером около 0,01 мм (10 мкм) вызывают износ уплотняющих поверхностей, например, седла иглы форсунки клапанов и пр. Более крупные частицы (около 0,15-0,25 мм в поперечнике) засоряют распыливающие сопловые отверстия форсунки. Однако частицы такого размера редко могут попасть в форсунку, разве только при неисправностях фильтрующих устройств.
Для увеличения срока службы топливной аппаратуры необходимо внимательно относиться к вопросам транспортировки, хранения и за­правки двигателя топливом, принимая меры к тому, чтобы не только по лучить топливо соответствующей марки, но и не загрязнить его. Соблю­дение соответствующих мер предосторожности следует считать не менее важным вопросом, чем выбор сорта топлива для двигателя.
Основная причина быстрого выхода из строя топливного насоса - применение загрязненного топлива, из-за чего рабочие поверхности пре цизионных деталей насосных элементов (плунжеры со втулками, клапа­ны с седлами) быстро изнашиваются. В качестве примера на рис. 4.10 изображены изношенные плунжер и нагнетательный клапан золотнико­вых топливных насосов. Места износов указаны стрелками на схемах справа и слева. Над отсечной кромкой плунжера хорошо видны продоль­ные риски, расположенные в области, находящейся против отверстий во втулке плунжера. Глубина продольных рисок достигает 4-6 мкм, а шири на - 15-30 мкм. На втулке плунжера риски располагаются в зоне отвер­стий. Диаметральный зазор между втулкой и плунжером (в верхней его части) увеличивается и достигает 8-12 мкм. С появлением продольных рисок и износа в верхней части плунжера увеличивается утечка топлива через неплотности и, следовательно, снижается подача топлива.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиКроме износа цилиндрической поверхности плунжера и втулки, на­блюдается еще износ отсечных наклонных кромок у золотнико- А
вых насосов. Такой износ влия­ет на резкость отсечки топлива и искажает процесс впрыска. Износ кромки (завал острой
Подпись:    Рис. 4.10. Износы плунжера и нагнетательного клапана топливного насосакромки) также вызывается мельчайшими твердыми части­цами, попадающими в насос с топливом. На рис. 4.10 (разрез по А—Б) показан схематически характер износа отсечной кромки. Завал острой кромки
отмечен стрелкой.
При переводе судовых ди­зелей на тяжелые сорта топлив, повышенная зольность этих топлив отрицательно сказыва­


ется на скорости изнашивания основных деталей. Между зольностью топ­лива и скоростью изнашивания деталей дизелей существует примерно линейная зависимость.
Одной из определяющих особенностей тяжелых сортов топлив, явля­ется высокое содержание в них серы. В составе нефти, сера находится как в свободном состоянии, так и в виде различных сернистых соединений. К числу последних относятся сероводород и группа с невысоким молеку­лярным весом: меркаптаны, сульфиды и дисульфиды. Однако, большая часть серы существует в виде органических соединений, имеющих высо кую молекулярную массу и температуру кипения. Именно поэтому, со­держание серы в различных погонах нефти одного месторождения, как правило, возрастает от легких фракций к тяжелым, и в товарных сортах тяжелых топлив содержание ее выше, чем в дистиллятных дизельных
Из сернистых соединений нефти наиболее реакционноспособными и активными, в смысле воздействия на металл, являются сероводород и меркаптаны, которые содержат водород, способный замещаться метал­лом с образованием соответствующих сульфидов или меркаптидов.
Следует отметить, что в мазутах содержится значительно меньше на­иболее агрессивных соединений серы (сероводорода, меркаптанов, эле ментарной серы), а также сульфидов и дисульфидов, чем в сырой нефти и в легких погонах (при более высоком, общем содержании серы). Это связано с низкими температурами кипения большинства указанных со­единений: например, температура кипения меркаптанов ЗБ~140°С. Ди­сульфиды при высоких температурах расщепляются с образованием мер­каптанов. Интересно, что в сернистых и малосернистых мазутах, содер­жание некоторых коррозионно-агрессивных соединений серы практиче­ски одинаково.
Таким образом, сернистые мазуты менее коррозионно-агрессивны и токсичны, чем другие сернистые нефтепродукты или сырая нефть.
Разделение сернистых соединений на агрессивные и неагрессивные имеет значение только для жидкой фазы топлива, в которой агрессивные соединения серы вызывают коррозию деталей топливной аппаратуры, трубопроводов и емкостей. Здесь, как было показано, основное влияние оказывает не столько общее содержание серы в топливе, сколько нали чие агрессивных сернистых соединений.
Таким образом, износ плунжерных пар при работе на тяжелых сортах топлива зависит не только от содержания серы, но и меркаптанов.
Загрязненное топливо может также привести к образованию рисок на трущихся поверхностях плунжерных пар. Такие плунжерные пары восста навливают зачисткой мелких рисок и притиркой. После ремонта обяза­тельно проверяется плавность перемещения плунжера во втулке. Эту проверку следует проводить при тщательно промытых и смоченных в профильтрованном дизельном топливе или технологической жидкости, деталях.
Плунжер, выдвинутый из втулки на одну треть длины рабочей цилин­дрической поверхности, должен плавно и безостановочно опускаться под воздействием силы тяжести, при любом угле поворота вокруг своей оси и вертикальном положении оси втулки.
При появлении рисок, препятствующих свободному перемещению плунжера, пару следует заменить. Плунжерные пары заменяют ком­плектно.

Схватывание, задиры и заклинивание плунжерных пар
Одним из часто встречающихся видов повреждений ТНВД как кла­панного, так и золотникового типа является кавитационно-эрозионное разрушение деталей плунжерных пар, которое может привести к зади­рам, схватыванию (прихватыванию) и заклиниванию плунжерных пар.
Натир характеризуется скоплением мелких рисок, наблюдаемых ви­зуально и ощущаемых на поверхности трения, ориентированных в на­правлении скольжения. Натир, как отмечалось выше, может быть устра­нен притиркой прецизионных пар.
Задир является более сложным понятием, он проявляется как следст­вие молекулярно-механического взаимодействия поверхностей. Харак­терными признаками его явления являются схватывания (задиры), а так­же перенос частичек металла с одной из сопряженных поверхностей на другую. Задир характеризуется повреждением поверхности трения в ви­де широких и глубоких борозд в направлении скольжения. Повышение температуры интенсифицируют явления схватывания и изнашивания. При этих условиях износ называют тепловым. Задир является одной из причин заклинивания плунжерных пар.
Когда плунжер «прихватывает», то он лишь периодически зависает во втулке; при заклинивании - силы пружины не хватает для возвраще­ния плунжера в нижнее положение. При такой неполадке нормальный ритм топливоподачи нарушается, стрелка тахометра начинает колебать­ся. Трогая поочередно форсуночные топливопроводы, можно опреде­лить, в каком из них ощущается нерегулярность пульсации. Далее следу­ет проверить температуру выпускных газов по цилиндрам и, наконец, при возможности посмотреть на пружины привода: во время прихватов пружина будет «дрожать»; при заклинивании плунжера она окажется сжатой.
Технологической причиной такой неполадки, как показывают иссле­дования, является нестабильность структуры металла, возникающая в процессе термообработки. В результате, со временем происходит изме­нение геометрических размеров (рост) или коробление пары, и насосный элемент, даже новый, может стать непригодным к работе, так как плун­жер в нем оказывается в заклиненном состоянии. Это может произойти при достижении температуры около 230°С, так как происходит превраще­ние аустенита в мартенсит, имеющий больший объем, и диаметр плунже­ра может увеличиваться на 0,006-0,010 мм.
Конструктивная причина заключается в большой длине уплотняющей поверхности плунжера и отсутствии на его теле проточек, аккумулирую­щих смазку (топливо). В этом смысле у клапанных ТНВД, имеющих глад­кие плунжеры, вероятность зависания больше, чем у золотниковых, у ко­торых головка плунжера всегда имеет выточки. Правда, у радиально не­уравновешенных золотниковых пар (одна кромка на плунжере и одно ра­бочее окно во втулке) вероятность заклинивания возрастает, так как в пе­риод активной подачи возникает сильный удар плунжера о втулку, при котором более твердые частицы механических примесей, попавших в ТНВД с топливом, врезаются в тело пары.
Обобщенный опыт эксплуатации ТА позволяет заключить, что главной причиной зависания плунжеров является тот комплекс физических усло­вий, который определяет чистоту и смазывающие качества топлива. Здесь, в первую очередь имеет значение качество подготовки топлива: подогрев, отстой, сепарирование, Фильтрыция в грубых и тонких Фильтрых. Очень важна монтажная чистота и чистота емкостей, особенно расходных цис­терн, так как при качке продукты отстоя всплывают. Чем меньше топлива в расходной цистерне, тем больше продуктов отстоя попадает в фильтры, а при их неполадках - в ТНВД и форсунки. Такое положение особенно не­приятно перед маневрами с последующей остановкой судна: зависание плунжеров или рабочих клапанов ТНВД может быть массовым.
В ТНВД современных форсированных судовых дизелей имеется еще одна весьма существенная причина прихватов и заклинивания плунже­ров - эрозионный износ поверхностей, обтекаемых потоком перепуска до


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели
Рис. 4.11. Схематическое изображение первичных зон кавитации при перепуске топлива: а ~ в клапанном ТНВД с регулированием днц началом подачи; б ~ в золотниковом ТНВД с регулированием д” концом подачи;
9пер - масса потока перепуска

или после активного хода плунжера. Эрозия является следствием кавитаци онных явлений и гидроудара, возникающих во время перепуска топлива.
На рис. 4.11 показано возникновение указанных условий в клапанном ТНВД, регулируемом началом подачи (НП), и в золотниковом ТНВД, ре­гулируемом концом подачи (КП).
При перепуске через опускающийся клапан 1 топливо вначале течет сплошным потоком (рис. 4.11, а, слева). Непосредственно перед посадкой клапана (там же, справа) происходит разрыв потока, так как клапан 1 от­секает массу топлива, движущуюся по инерции. Под седлом клапана по­является кольцевое пространство К, давление в котором резко падает, вызывая появление пузырьков пара и воздуха, растворенного в топливе. Такие паровоздушные каверны в дальнейшем разрушаются волнами дав­ления, возникающими при ударах потока в каналах направляющей 2 кла­пана и корпуса ТНВД. Смыкание каверн сопровождается точечными уда­рами огромной силы (-1000 МПа), что и вызывает разрушения поверхно­сти металла - эрозию. Более всего в этом случае разрушается тарелка и седло клапана.
В золотниковом ТНВД при перетекании топлива через открывающее­ся окно (рис. 4.11,6) поток в начале перепуска имеет очень большой запас энергии, так как ркпи = р™х= рвпр. Поэтому возникновение условий кави­тации вызвано здесь эжектируюшим действием массы потока, ось кото­рого после открытия плунжером 3 окна 4, поворачиваясь, занимает поло­жения Si, S2, S3.
В итоге, в глухом углу К, образуются каверны, последующее замыка­ние которых, приводит к разрушению плунжера на участке К, его рабо­чей поверхности. В свою очередь, удар потока о корпус Б ТНВД и его по­ворот по стрелке N, приводят к сильной эрозии корпуса, а в некоторых случаях и поверхности 4 окна втулки 6.
Продукты эрозионного износа элементов ТНВД в виде металлических частиц разносятся потоками топлива по всей системе - от рабочей поло­сти ТНВД до форсунки, вызывая заклинивание плунжеров и игл, неплот­ную посадку клапанов и закупорку сопловых отверстий форсунки.
Задиры трущихся поверхностей плунжерных пар и заклинивание плунжеров ТНВД могут являться следствием недостаточного прогрева тя­желого топлива или водотопливной эмульсии, а также несоответствия выбранных или выполненных зазоров между плунжером и втулкой, не­достаточной чистоты топлива и попадания в него воды. Вода и загрязни­тели топлива в большинстве случаев не приводят к зависанию плунже­ров, если в зазор плунжерной пары они попадают в период работы. Заклинивание плунжерной пары обычно происходит после стоянки, во время которой в зазор попадают загрязнители и вода, вызывающая кор­розию.
Диаметр втулки плунжера в момент подачи тяжелого топлива, из-за его повышенного давления, увеличивается от 4 до 30 мкм, в зависимос­ти от давления впрыска и диаметра D плунжера, а при отсечке топлива -
происходит уменьшение диаметра втулки и за­щемление попавших частиц. Ориентировочные зазоры At между плунжером и втулкой можно выбирать в соответствии с рис. 4.12.
Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиМонтажные деформации, особенно при неравномерном обжатии, приводят также к увеличению зазора в прецизионной паре, и суммарный зазор становится в 3~4 раза боль­ше исходного технологического. Определенно­го снижения прироста рабочего зазора в плун­жерной паре и, следовательно, повышения ее ресурса можно добиться максимально возможным утолщением втулки, применением более жест­кого в радиальном направлении корпуса нагнетательного клапана и на правленного изменения протека­ния и значения монтажных дефор маций.
На рис. 4.13 приведены совме­щенные графики монтажных де­формаций различных конструкций плунжерных втулок дизелей ЧН1Б/18, ЧН21/21, ЧН26/26 и топ­ливных насосов ТН 26 и ТН-36.
Совмещение произведено в отно­сительных координатах - по оси абсцисс, как отношение диамет­ральной деформации Ad к внут­реннему диаметру d, по оси орди­нат, как отношение длины втулки / к высоте опорного бурта Н6. Из гра­фиков видно, что прецизионная направляющая поверхность в ре­альных условиях работы, после монтажа приобретает ломаную форму, что непосредственно отра­жается на прецизионном зазоре. В золотниковой части зазор увеличи­вается на 2~4 мкм (в зависимости от конструкции плунжерной пары).
На участке в зоне окон втулки мо­жет наблюдатьсядаже уменьшение зазора. Ниже опорного бурта в им- прессионной части втулки зазор снова увеличивается на 1,5-3 мкм.
При впрыске топлива под дей­ствием давления прецизионная по­


верхность получает дополнительную деформацию, увеличивающую за­зор между втулкой и плунжером.
Таким образом, приведенный пример непосредственно подтвержда­ет наличие в прецизионных парах переменного зазора по длине направ­ляющей поверхности и времени в период впрыска топлива. Поэтому, аб­разивные частицы с размером, меньшим или равным указанному зазору, свободно (особенно в период впрыска) проникают в прецизионный за­зор и при последующем уменьшении зазора, после окончания впрыска обязательно защемляются и абразивно изнашивают трущиеся поверхно­сти. Наиболее интенсивному абразивному износу подвергаются участки с отрицательными монтажными деформациями, на которых могут защем­ляться частицы даже самых малых размеров.
Неполадки рабочих клапанов, их пружин и корпусов насосов
С повышением степени форсировки дизелей и стремлением к повы­шению максимального давления впрыска топлива, ухудшились условия работы и увеличились скорости приложения нагрузки. В конечном итоге, указанные факторы обусловили более высокие статические и динамиче­ские нагрузки на элементы ТНВД.
Основными дефектами в работе рабочих клапанов являются износы, потеря плотности по разгрузочному пояску и герметичности запорного конуса. Так, в судовых дизелях типа NVD/36 и NVD/48 ресурс работы на­гнетательного клапана по разгрузочному пояску этих дизелей, оценивает­ся примерно в 12-16 тыс. ч. Для восстановления герметичности запорного конуса нагнетательного клапана требуется взаимная притирка клапана к корпусу примерно через каждые 5-6 тыс. ч работы.
В судовых МОД типа KZ фирмы MAN выход из строя нагнетательных клапанов обусловлен износами поверхностей запорных конусов на кор­пусе и клапане, направляющих поверхностей хвостовика клапана, а так­же трещинами корпусов клапана. Кроме этого, эпизодически появляются случаи отрыва хвостовика нагнетательного клапана, его зависание и за­клинивание. Запирающие поверхности клапанов насосов, подвергшихся коррозии и износу, можно притереть, но лучше заменить. После притир­ки, клапан проверяют на плотность, создавая давление около 0,2 МПа, при этом топливо на его поверхности появляться не должно.
Если топливо плохо фильтруется, то это не только вызывает быстрый износ насосных элементов, но и может привести к заеданию плунжера, а иногда и .к его поломке. На рис. 4.10 был показан нагнетательный клапан, имеющий значительный износ. На его уплотняющем конусе появилась кольцевая выработка, а на образующей разгрузочного поршенька - про­дольные, местами очень глубокие риски. Все это - результат действия твердых частиц, содержащихся в плохо отфильтрованном топливе. Силь­ный износ разгрузочного поршенька нагнетательного клапана снижает разгрузочный эффект в нагнетательном трубопроводе. Это сопровожда­ется увеличением подачи топлива и появлением повторных впрысков.
Увеличение подачи влечет за собой дымный выхлоп и перегрузку отдель­ных цилиндров, а повторные впрыски вызывают повышение расхода топ­лива, закоксование форсунки, перегрев двигателя и в конечном итоге - нарушение рабочего цикла.
При «заедании» нагнетательного клапана, может произойти поломка плунжера или поломка корпуса топливного насоса (обрыв верхней его части, ослабленной расточкой под гнездо нагнетательного клапана).
Фирма «Зульцер» применила на малооборотных двигателях RND топливный насос высокого давления с регулированием по концу подачи. При этом предусмотрен не только отсечной клапан, момент открытия ко­торого определяется положением топливной рукоятки или указателя на­грузки при работе на всережимном регуляторе, но и клапан на всасыва­нии, не связанный с органами регулирования цикловой подачи.
Переходу к новому способу регулирования ТНВД предшествовали ис­следования процесса топливоподачи. Они показали, что при сохранении регулирования по началу впрыска, для обеспечения нормальной работы двигателя на малых нагрузках, требуется увеличивать угол опережения подачи топлива, но при этом чрезмерно повышается максимальное давле­ние впрыска на режиме полной мощности. Использование двух клапанов для регулирования топливного насоса дало возможность получить прак­тически постоянное давление топлива у форсунки в период впрыскивания. Это позволяет повысить среднее давление впрыскивания, а значит, при том же максимальном давлении увеличить цикловую подачу без ущерба для надежности топливовпрыскивающей аппаратуры. Испытания показа­ли, что, несмотря на снижение максимального давления топлива во время впрыскивания с 82 до 72 МПа, процесс сгорания топлива улучшился, со­кратился удельный расход топлива на 1-3 г/(кВт ¦ ч). При этом удалось по­низить уровень контактных напряжений в приводе ТНВД на 30-40% по сравнению с двигателями типа RD. Фирма уделила внимание не только организации процесса топливоподачи со стороны нагнетания ТНВД, но и борьбе с волновыми явлениями со стороны всасывания, которые приво­дили к кавитационным разрушениям клапанов, ставшими особенно за­метными при увеличении цикловой подачи, в связи с увеличением цилин­дровых мощностей. Как видно из рис. 4.14, процесс всасывания характе­ризовался колебаниями давления, сопровождавшимися неоднократными разрывами сплошности потока топлива. Известно, что кавитационные яв­ления во всасывающих полостях ТНВД возникают в результате высоких скоростей перетекания топлива в момент открытия отсечного или закры­тия всасывающего клапана. Для предотвращения возникновения кавита­ции со стороны всасывания ТНВД в дизелях серии RD последних выпусков, устанавливались демпферы, которые снижали колебания давления топ­лива. Однако в насосах серии RND для борьбы с кавитацией фирма ис­пользовала принцип дросселирования потока топлива, проходящего че­рез всасывающий клапан. С этой целью на всасывающем клапане несколь­ко ниже его тарелки сделан специальный воротничок 1 (см. рис. 4.146).


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели
Рис. 4.14. Торможение потока топлива при перепуске до начала начала ha изменением конструкции регулирующего клапана: а - клапан ранней конструкции (осциллограмма рк); б ~ клапан с дросселирующим пояском (осциллограмма р, ,)

Дросселирование происходит в кольцевом зазоре 2 между воротничком и корпусом клапана 3. Применение клапанов нового типа позволило сни­зить в 2-3 раза амплитуду колебаний давления топлива со стороны всасы­вания рк и ликвидировать разрывы сплошности потока А, с образованием ваккумных каверн. Перед посадкой клапана на седло, поясок 1 входит в кольцевой выступ 2 направляющей. Энергия потока перепуска резко пада­ет, благодаря торможению в щели (/щ <) и росту противодавления под клапаном (рнап >). Условия для отрыва потока при посадке клапана, в та­ком случае, устраняются: осциллограмма рК| =.f(ip) на рис. 4.14, б показы­вает, что зона кавитации А исчезает.
Практика эксплуатация подтвердила рациональность такого решения при перепуске топлива через опускающийся клапан. Для эффективного гашения энергии отсечной струи топлива, возникающей при открытии отсечного клапана, фирма применила каскадный фильтр, представляю­щий собой набор из трех диафрагм с дросселирующими отверстиями 1-3 (рис. 4.15).
Поломка пружин рабочих клапанов ТНВД - очень распространенная неполадка. Она нарушает нормальную работу клапанов, способствует их заклиниванию, а при попадании частиц обломков пружин под клапаны, особенно регулирующие, вызывает нарушение фаз впрыскивания и цик­ловых подач топлива в данный цилиндр.
Определяющим фактором в оценке надежности работы клапанных пружин является технология их производства, но большое значение име­ет также конструктивная доводка самого клапанного узла и системы топ­ливоподачи в целом. Дело в том, что волновые явления, сопутствующие процессам нагнетания и перепуска топлива, создают дополнительные ди­намические нагрузки клапанным пружинам.


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели

Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиФильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигателиРис. 4.15. Торможение отсечного топлива в ТНВД дизеля «Зульцер» типа RND с помощью каскадного дросселирования: а ~ установка трехступенчатого дросселя; б, в - осциллограммы давления соответственно с дросселем и при свободной отсечке топлива


Фильтры,фильтроэлементы,судовые дизеля,двигатели

Рис. 4.16. Осциллограммы давления топлива в рабочей полости ГНВД(рн) и подъема впускного (hB ial), перепускного (Ьп кл) и нагнетательного (hH Kn) клапанов для случаев регулирования с?ц а ~ началом; б - концом активного хода плунжера; ВПП - верхнее положение плунжера, НПНги КПНг - геометрические начала и конец подачи насосом

Специальные исследования показывают, что в периоды своего дей­ствия клапаны совершают подскоки и колебания. На рис. 4.16 показаны участки осциллограмм движения клапанов и давления топлива в насосе (Рн), полученные в экспериментальной установке с клапанным ТНВД, до­пускавшим возможность регулирования цикловой подачи по началу и по концу активного хода плунжера.
Как видно, нагнетательный клапан (Ьпкл) в процессе подачи топлива лишь периодически касается упора, впускной (Ьвкл) ~ дважды поднима­ется (2-3-4 и 4-5, рис 4.16, а), пока не начнет работать как механически управляемый, а перепускной (hnKJ1) после действия на него привода (1-2-3-4) и посадки на седло (4-5) - делает несколько подскоков, по­добных (5~6) (рис. 4.16, б).


При таких условиях работы клапанов усталостные нагрузки пружин, естественно, растут, и если не принять мер по снижению этих нагрузок, то реально трудно обеспечить повышение надежности работы пружин.
Из прочих неполадок клапанов ТНВД следует отметить их зависание. Причин в этом случае две - конструкционная и эксплуатационная. Первая объясняется неудачной конструкцией штока клапана (большая длина, от­сутствие канавок для смазки), вторая - связана с излишним затягом кор­пуса клапана при монтаже, загрязнением топлива, образованием пояска коррозии на выступающей части штока (при длительных стоянках дизелей в тропических условиях и при плохом сепарировании сернистых топлив).
Прочие неполадки ТНВД касаются, главным образом, корпуса насо­са, в котором в ряде случаев появляются трещины. Это явление стало на­блюдаться в связи с переводом судовых дизелей на тяжелое топливо. Когда опыт применения тяжелого топлива был еще недостаточным, дизе­ли на малых ходах судов и во время маневров работали на дизельном топливе, не требующем подогрева. В таком случае, переключение дизеля с горячего тяжелого топлива (подогрев до 95 - 120°С и выше) на холод­ное дизельное (температура машинного отделения) объективно всегда создавало условия для возникновения тепловых деформаций и напряже­ний в корпусе ТНВД и плунжерных парах.
Из практики известны случаи, когда быстрый переход с тяжелого топ­лива на дизельное, приводил к заклиниванию плунжеров и трещинам в корпусах ТНВД, особенно при их блочном исполнении (большая масса металла, много сверленых каналов и переходов).
Эксплуатационниками принимался ряд мер к обеспечению постепен­ного изменения теплового состояния топливопроводов и корпуса ТНВД путем смешивания тяжелого топлива с дизельным, однако, на практике это оказалось сложным, поэтому пошли по пути «приспособления» дизе­ля к работе на тяжелом топливе на всех рабочих режимах, включая малые хода, маневры и пуск после стоянки.
Однако, трещины в корпусе ТНВД встречаются и при работе дизеля только на тяжелых сортах топлива В этом случае, причиной является рост давления впрыскивания (рвпр), обусловленный недостаточным подогре­вом топлива перед пуском дизеля, остыванием его в системе нагнетания при остановках судна в море. Рост рвпр неизбежен и при сильных засоре­ниях сопловых отверстий форсунки.
В отдельных случаях трещины в блоке ТНВД появлялись от неравно­мерного обжатия болтов крепления блока, перетяжки, перекосов при сборке и неправильной центровке и регулировке.

 


 

 
 
         
 

 

 

Наши контакты

адрес:

Саратовская обл., г.Энгельс, Промзона

телефоны:

8(8453)77-13-68

89020483620

e-mail:

filavto@yandex.ru

 
Яндекс.Метрика