Voznitskiy_-_Sudovye_dizeli_i_ikh_expluatatsia

6А Процесс впрыскивания топлива

Этапы процесса (рис. 6.18). Процесс впрыскивания можно разде­ лить на несколько характерных этапов: наполнение, сжатие до на­ чала подачи, продолжение сжатия и подача топлива в цилиндр, от­

таточным. При наличии у нагнетательного клапана отсасываю­ щего пояска или при отсутствии клапана давление рост снижается до давления р под или ниже. После открытия клапана сжатие топ­ лива продолжается уже не только в насосе, но и в топливопрово­

Рфо (f& — /и) = ^пр

или

Для этого момента типичным является появление на кривой давления у форсунки небольшого провала, спада давления, вы­ званного началом истечения топлива под иглу через сопловые от­

относительно другой, благодаря чему давление р ф0 у форсунки до­ стигается с запаздыванием по отношению к моменту достижения давления р ф0 у насоса.

Отмеченное запаздывание начала впрыскивания топлива объяс­ няется его упругостью» обусловленной сжимаемостью. Поэтому местное сжатие и повышение давления у торца плунжера насоса, вызванное его движением, распространяется не мгновенно, а с определенной скоростью, для топлив равной 1450 м/с. С этой ско­ ростью волна давления от насоса к форсунке проходит путь, рав­ ный длине топливопровода /тр (см, рис. 6.18), и чем больше эта длина, тем больше будет запаздывание начала впрыскивания.

130

Рис. 6.18, Система впрыскивания

Рис. 6.19, Кривые движения иглы

форсунки и давлений впрыскивания

Если сопоставить действительный момент начала подачи топ­ лива с геометрическим началом (началом активного хода плунжера), то задержка в НПФ будет еще больше. Объясняется это тем, что часть активного хода плунжера затрачивается на сжатие топлива

лива в цилиндр и одновременно ■— сжатие топлива и рост давле­ ния в системе, которые продолжаются до окончания активного хо­ да плунжера, т. е. до начала отсечки (на рис. 6Л9 этот момент зафиксирован точкой КПФ ■— конец подачи). Впрыскивание топ­ лива происходит не при постоянном давлении, равном /?фо, а при непрерывно увеличивающемся. В рассматриваемом примере дав­ ление впрыскивания увеличивается примерно в 2,5 раза по от­ ношению к р ф0. К сожалению, с переходом на малый ход уменьша­ ются скорость движения плунжера и цикловая подача топлива* что приводит к 2—4-кратному снижению максимального давления

и заканчивается в момент закрытия иглы форсунки в точке КПФ. Отмеченный характер изменений давления топлива определяется тем, что насос прекратил подавать топливо, так как в нем произо-

шла отсечка. Нагнетательный клапан в момент отсечки садится на седло, отключая нагнетательную полость насоса от топливопро­ вода и форсунки, в которых давление еще достаточно высокое, по­ этому истечение через форсунку происходит вследствие расшире­ ния сжатого в ней топлива. Давление падает до давления р фз, при котором сила пружины Р пр сажает иглу на седло, Давление, при котором игла садится на седло, меньше давления /?фо, так как при поднятой игле топливо давит на всю площадь иглы /и, а не на пло­ щадь (/и — /и), как при открытии иглы. Поэтому /?фз/и = Р пр;

Рфз ~~ ^пр//и* При посадке иглы на седло, как и при посадке нагнетательно­

го клапана, в среде топлива возникает ударная волна (местное повышение давления), которая, распространяясь со скоростью зву­ ка, может вызвать появление в топливопроводе и форсунке волн давления (на рис. 6.19 они показаны на кривой /?ф после по­ садки иглы). Эти волны давления могут достигнуть такого зна­ чения, при котором игла форсунки откроется на короткое время и произойдет дополнительный впрыск топлива. Наличие таких подвпрысков крайне нежелательно, так как, во-первых, они про­ исходят по окончании основного впрыска на участке расширения газов в цилиндре, во-вторых, качество распыливания из-за низко­ го давления неудовлетворительное. Итогом являются неполное сго­ рание топлива и дымный выпуск. Поэтому конструкторы стремят­

ся либо установкой нагнетательных клапанов со специальными от­ сасывающими поясками, либо их удалением (ТНВД двигателей МАН — Бурмейстер и Вайн).

Волновые явления возникают также при отсечке топлива» когда находящееся под давлением топливо с большой скоростью устремляется из надплунжерного пространства через отсечные от­ верстия b во втулке (см. рис. 6.10) в камеру насоса и в отсечный топливопровод, в котором под действием волновых явлений неред­ ко появляются трещины. Большая скорость движения топлива в от­

иэрозионного разрушения боковых поверхностей плунжерных пар

иучастков корпуса насоса, расположенных напротив отсечных от­ верстий. Уменьшить кавитационное разрушение в известной сте­ пени удается установкой отбойных болтов 16.

Влияние эксплуатационных факторов на процесс впрыскивания топлива. В процессе работы топливной аппаратуры в результате изнашивания нарушается плотность прецизионных пар плунжер— втулка ТНВД и игла—направляющая форсунки. Это приводит к увеличению протечки топлива, его сжатию и, соответственно, дав­ ление на первом и втором этапах растет медленнее. В итоге увеличи­ вается запаздывание достижения давления /?фо, подача топлива на»

132

чинается позднее, снижается максимальное давление впрыскива­ ния, что отрицательно сказывается на качестве распыливания топ­ лива. Неодинаковость изнашивания прецизионных пар приводит к росту неравномерности подачи топлива по отдельным цилиндрам, что, в свою очередь, отражается на увеличении неравномерности распределения мощности между ними.

Неплотности в посадке иглы, в ее запирающем конусе приводят к подтеканию топлива, снижению давления рост и более позднему впрыску, нагарообразованию на соплах и искажению геометрии вытекающих из отверстий струй. Нагарообразование приводит к уменьшению проходного сечения сопловых отверстий, что вызыва­ ет рост давления впрыскивания и механических напряжений в са­ мом сопловом наконечнике, в топливопроводе и ТНВД. В резуль­ тате не исключено появление в них трещин и даже обрыв сопл.

Увеличение диаметра сопловых отверстий, обусловленное их эрозионным изнашиванием, приводит к падению давления впрыс­ кивания и резкому ухудшению качества распыливания. Допуска­ ется увеличение диаметра не более чем на 100 %. Следствием об­ воднения топлива морской водой и его плохой очистки в сепарато­ рах (наличия сернистых соединений, особенно меркаптанов) явля­ ется коррозия прецизионных элементов, главным образом, игл форсунок. На их поверхности появляются темно-коричневые и черные пятна окислов металла, зазор между иглой и направляющей уменьшается, и она зависает. К зависанию игл приводит также де­ формация распылителя, вызванная чрезмерным затягом крепя­ щей его гайки или шпилек крепления форсунки в крышке цилин­ дра. Часты случаи ослабления затяга пружины иглы или ее полом­ ки, что приводит к более раннему впрыску, снижению давления и качества распыливания. Двигатель начинает дымить.

6,5. Топлива

Виды топлив. Применяемые в двигателях топлива получают путем переработки нефти. Сырая нефть является сложной смесью углеводородов, молекулы которых содержат 1—100 атомов углеро­

также входят в небольших количествах соединения серы, азота, кислорода и других элементов. Химический групповой состав и

она разделяется на фракции, составляющие основу вырабатывае­ мых нефтепродуктов. В процессе прямой перегонки выход дистиллятных фракций (бензина, керосина) не превышает 50 %; оста­

133

точные нефтепродукты, имеющие более высокую температуру кипе­ ния и большие размеры молекул, составляют 45 %.

Растущий дефицит легких нефтепродуктов (бензина, керосина, дизельного топлива) при одновременном увеличении их стоимости

.заставляет нефтеперерабатывающую промышленность все шире применять вторичную, более глубокую обработку нефтяных ос­ татков. Сюда относятся процессы термического и каталитического крекинга, применение которых позволяет выход бензинов ориен­ тировочно увеличить на 30 %, дизельного топлива — на 8 %, но одновременно количество остаточных нефтепродуктов, используе­ мых в тяжелых топливах» сокращается с 45 до 6 %.

Топлива, применяемые в судовых дизелях (табл. 6.1), подраз­ деляют на дистиллятные и тяжелые.

Дистиллятные топлива/ К дистиллятным топливам (продуктам дистилляции нефти и ее остатков) относятся дизельные топлива (ГОСТ 305—82), обладающие хорошей воспламеняемостью, высокой скоростью сгорания, низкой нагарообразующей способностью, по­ этому их рекомендуют для высокообортных дизелей аварийных дизель-генераторов и спасательных шлюпок. В зависимости от тем­ пературных условий работы дизеля можно применять летнее топ­ ливо марки Л с температурой застывания —10 °С или зимнее мар­ ки 3 с температурой застывания не выше —35 °С. Дизельное топли­ во марки Л применяют также в среднеоборотных дизелях судов без -соответствующих систем подогрева и обработки топлива. Внедре­ ние в практику переработки нефти вторичных процессов крекинга

икоксования привело к появлению на отечественном рынке неф­ тяного газотурбинного топлива марок ТГ и ТГВК (ГОСТ 10433— 75)* вырабатываемого из крекинг-остатков сернистых нефтей и со­ держащего в себе значительные количества смолистых соединений

исеры. Это топливо благодаря малой вязкости (v50 < 21 мм2/с) ус­

зования дистиллятов процессов термического и каталитического крекинга, а также тяжелых дистиллятов прямогонных и вакуум­ ных процессов, обладающих более высокой температурой кипения. Получаемое из них топливо, получившее наименование судового маловязкого, обладает по сравнению с дизельным топливом не­

ливо близко к зарубежному Марине Дизель Ойл (МДО) и предназ­ начено. для использования в судовых средне™ и высокооборотных

134

135

136

Тяжелые топлива. Топливо получают путем смешивания прямо­ гонных, а чаще крекинг-остатков с дистиллятами, Достигаемая при смешивании гомогенность структуры смеси обеспечивает воз­ можность ее длительного хранения без выпадения в осадок тяжелых составляющих» В зависимости от соотношения между тяжелыми и легкими компонентами вязкость смеси и физико-химические показа­ тели приобретают различные значения. Тяжелые топлива в за­ висимости от вязкости подразделяют на средне™ и высоковязкие сорта.

Средневязкие топлива:

моторное топливо ДТ (ГОСТ 1667—68), получаемое смешива­ нием мазута с дистиллятами вторичных процессов (каталитическим газойлем, крекинг-керосином и др.);

флотские мазуты Ф-5 и Ф-12 (60-—70 % маловязкого мазута прямой перегонки, 15—20 % черного солярового масла и 20—30 % крекинг-мазута), зарубежные мазуты вязкостью' 24—48 мм2/с.

Высоковязкие топлива:

топочный мазут марки 40 или 40 В (ГОСТ 10585—75) представ­ ляет собой компаундированное прямогонное топливо вязкостью до 170 мм2/с при 50 °С, температурой застывания до 25 °С и зольно­ стью 0,12 %. Мазут 40 является основным видом топлива для судо­ вых малооборотных дизелей при условии, что их система топливоподготовки оснащена эффективными средствами очистки и подогре­ ва. Заменителем топочного мазута служит моторное топливо ДМ (ГОСТ 1667—68). Вязкость его не превышает 150 мм2/с, содержа­ ние серы не более 1,5 %, но зольность может достигать 0,15 %.

Технологическое экспортное топливо марок Э-4,0 и 3-5,0 явля­ ется смесью прямогонных остатков с дистиллятами, вязкость его

Предусматривается поставка новых судовых средневязких топ­ лив трех видов: легкого (вязкость v50 < 36 мм2/с, плотность р = 950 кг/м3), тяжелого (v50 < 260 мм2/с, р = 995 кг/м3) и супертяжелого (v50 < 700 мм2/с, р = 1015 кг/м3).

К числу показателей, характеризующих эксплуатационные свойства топлив, помимо вязкости, относятся плотность; воспла­ меняемость; содержание кокса, асфальтенов, смол, серы» ванадия, алюминия, содержание золы, механических примесей и воды; ста­ бильность и совместимость.

Тяжелые средне- и высоковязкие топлива имеют худшие ка­ чественные показатели, однако, учитывая 1,5—-2-кратную разность в стоимости дистиллятных и тяжелых топлив, применение послед­ них в судовых дизелях является экономически оправданным. Но необходимо учитывать, -что затраты на топл ивоподготовку, техни-

137

138

ческое обслуживание, запасные части и ремонт двигателя увеличи­ ваются. Показатели качества тяжелых топлив и их влияние на техническое состояние двигателей показаны в табл, 6.2.

Контрольные вопросы

1.Каковы основные элементы системы подачи топлива к дизелю» их на­ значение?

2.Назовите и объясните способы регулирования цикловой подачи топ­

139