148234 (Судовые топливные насосы высокого давления)

Министерство образования и науки Украины

Херсонский государственный морской институт

Факультет заочного обучения

Реферат

По дисциплине: Судовое ДВС

На тему: Топливные насосы высокого давления

студента __5__ курса ______

Почепинский П.С.________

^{( Фамилия Имя Отчество )}

Херсон 2008

Назначение топливных насосов высокого давления — впрыс­кивать топливо через форсунку в цилиндр двигателя. Требования, предъявляемые к ТНВД: способность создавать высокие давления [400—800 кгс/см² (40—80 МПа) при разделенных насосах и фор­сунках и до 1500—2000 кгс/см² (150—200 МПа) при неразделен­ной топливной аппаратуре]; точно дозировать цикловую подачу топлива g_ц и регулировать ее величину при изменении режима работы двигателя; производить впрыск топлива в цилиндр при определенном положении кривошипа; установленные на одном двигателе ТНВД должны иметь одинаковую цикловую подачу. Неравномерность цикловых подач по отдельным цилиндрам до­пускается не более 5% на режиме полного хода.

Величину цикловой подачи определяют по формуле:

g_ц = N_ецg_e/60(n/m)

где N_ец — эффективная цилиндровая мощность, л. с. (кВт);

g_e — удельный расход топлива, г/(э.л. с.-ч) [г/(кВт-ч)];

п — частота вращения коленчатого вала, об/мин;

т — коэффициент тактности (для четырехтактных двигателей

m = 2, для двухтактных n = 1).

Для мощного малооборотного двигателя g_ц =35-:-40 г/цикл, для высокооборотных маломощных двигатели g_u = 0,10-:-0,15 г/цикл.

При уменьшении мощности двигателя (при работе на малом ходу) цикловая подача уменьшается в 7—10 раз.

Привод ТНВД. Наибольшее применение имеет механический привод от кулачной шайбы. Топливные насосы, выполненные от­дельно для каждого цилиндра, приводятся от кулачных шайб, ук­репленных на распределительном валу двигателя. У многосек­ционных ТНВД, выполненных в виде общего блока, имеется собственный кулачковый вал для привода плунжеров насосных сек­ций. Расположение кулачных шайб на валу согласуется с распо­ложением кривошипов коленчатого вала, а их крепление должно давать возможность изменять положение кулачных шайб по от­ношению к кривошипам и таким образом изменять момент впрыс­ка топлива по углу п. к. в.

Кулачковый вал ТНВД должен делать один оборот за цикл, поэтому в двухтактных двигателях коленчатый и кулачковый ва­лы имеют одинаковую частоту вращения, в четырехтактных дви­гателях частота вращения коленчатого вала в 2 раза больше, чем у вала ТНВД.

Чтобы сохранить взаимное расположение кулачных шайб и кривошипов при изменении направления вращения коленчатого вала, у реверсивных двигателей устанавливают:

одну кулачную шайбу симметричного профиля и при реверсе разворачивают распределительный вал на угол, обеспечивающий сохранение момента впрыска топлива по углу п. к. в. при изме­нении стороны вращения;

две кулачные шайбы для каждого ТНВД: одну — для работы на передний ход, другую — работы на задний ход. При реверсе под ТНВД подводят соответствующую шайбу за счет осевого пе­редвижения вала.

Диаграмма топливораспределения изображает момент и про­должительность подачи топлива, выраженные в углах п. к. в. кривошипа (отсчет углов производится от ВМТ). Для осуществле­ния цикла смешанного сгорания необходимо обеспечить самовос­пламенение топлива до прихода поршня в ВМТ (за 1—2° п. к. в.). Период задержки самовоспламенения топлива

_i = 0,001 -:- 0,010 с, поэтому впрыск топлива в цилиндр всегда производят до ВМТ. Угол поворота кривошипа (отсчитанный от ВМТ), при котором происходит впрыск топлива, называется углом опережения подачи топлива _0п. Его выбирают в зависимости от час­тоты вращения двигателя. В двигателях высокооборотных  _оп= 20-:-30° п. к. в., в малооборотных

 _оп=4-:-8^о п. к. в.; общая про­должительность подачи топлива, выраженная в углах п. к. в., со­ставляет 15—25° п. к. в.

Способы регулирования цикловой подачи. Подача топлива осуществляется только на части хода плунжера, который назы­вается активным ходом, на остальной части топливо пере­пускается в приемную полость насоса.

Величину цикловой подачи можно регулировать тремя спосо­бами: изменяя начало подачи топлива; изменяя конец подачи топлива; применяя смешанное регулирование, при котором одновре­менно изменяется начало и конец подачи топлива.

На рис. 1 показаны диаграммы топливоподачи и графики пу­ти и скорости плунжера при различных способах регулирования цикловой подачи. Диаграмма и графики ( рис. 1, а) соответ­ствуют регулированию g_ц за счет изменения начала подачи топлива. На всех режимах конец подачи насоса (КПН) про­исходит в точке 4.

Угол п. к. в., в течение которого происходит впрыск топлива, изменяется за счет изменения угла опережения подачи топлива  _оп1 Наибольшей подаче соответствуют точки 1на диаграмме топливораспределения и на графике пути плунже­ра, угол опережения  _оп1 и полезный ход плунжера h_а1. При уменьшении g_ц начало подачи последовательно смещается в точ­ки 2 и 3, угол опережения уменьшается до  _оп2,  _оп3 и полез­ный ход плунжера становится h_а2 и h_а3

Следовательно, регулирование величины цикловой подачи всегда приводит к изменению угла опережения подачи. Недостат­ком этого способа регулирования является малая скорость плун­жера в конце подачи, что приводит к «вялому» распыливанию в конце впрыска.

Рис. 1. Диаграммы топливоподачи

Диаграмма и графики (рис. 1, б) соответствуют регули­рованию за счет изменения конца подачи топлива. На­чалу подачи всегда соответствует точка 1, при уменьшении g_ц конец подачи перемещается из точки 4 в точки 3 и 2 и соответ ственно изменяется полезный ход плунжера. Угол опережения по дачи топлива  _оп на всех режимах остается неизменным. Ско рость плунжера во время впрыска высокая, вся порция топлива хорошо распыливается.

Диаграмма и графики ( рис. 1, в) соответствуют регули­рованию g_ц за счет одновременного изменения начала и конца подачи топлива. Точки 1—6 соответствуют началу и концу пода­чи топлива при наибольшей величине g_ц. При уменьшении g_ц начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, конец подачи — в точки 5 и 4. Так же, как при первом способе регу­лирования, изменение цикловой подачи приводит к изменению уг­ла опережения подачи.

Для двигателей, работающих с постоянной частотой вращения (дизель-генераторы), второй способ регулирования наиболее удо­бен, так как при неизменном скоростном режиме постоянный угол опережения подачи топлива обеспечит воспламенение топлива при одном и том же угле поворота кривошипа, что будет создавать одинаковые условия протекания процесса сгорания на всех режи­мах работы двигателя.

В двигателях средне- и высокооборотных, работающих на греб­ной винт с переменной частотой вращения, применение ТНВД с регулированием g_ц за счет изменения начала подачи топлива обеспечит «мягкую» работу двигателя на всех режимах из-за ав­томатического изменения угла опережения подачи топлива при изменении скоростного режима.

У малооборотных дизелей, работающих с небольшим углом опережения подачи топлива (6—8° п. к. в.), регулирование g_ц за счет изменения начала подачи топлива неоправданно, так как такие ТНВД на режимах среднего и малого ходов начинают по­давать топливо за ВМТ, что снижает экономичность двигателя.

Устройства, регулирующие величину цикловой подачи в насо­сах клапанного типа, могут выполняться в виде перепускных и отсечных клапанов, через которые на части хода плунжера топ­ливо перепускается в приемную полость насоса; в насосах зо­лотникового типа плунжер-золотник перепускает топливо в при­емное окно в начале или в конце своего хода.

ТНВД клапанного типа с регулированием цикловой подачи за счет изменения начала подачи. Основные элементы на­соса (рис. 2): плунжерная прецизионная пара, состоящая из плунжера 13 и втулки; толкатель 11 плунжера; возвратная пру­жина 12; нагнетательный 2, перепускной 4, предохранительный 1 клапаны.

Механизм регулирования (отсечное устройство) цикловой по­дачи состоит из перепускного клапана 4 с составным толкателем 5, 6, 7, двухплечего рычага 8, шарнирно связанного с толкате­лем, и эксцентрикового валика 9, на который опирается рычаг 5. Привод насоса — от симметричной кулачной шайбы 10, располо­женной на распределительном валу.

Принцип действия ТНВД. Плунжер посредством толкателя приводится в действие от кулачной шайбы. Непрерыв­ный контакт между роликом толкателя и кулачком обеспечивает­ся пружиной. При ходе плунжера вниз топливо через перепуск­ной (он же всасывающий) клапан 4 поступает в надплунжерное пространство. В начале хода клапан от­крывается давлением топлива, поступаю­щего к насосу по магистрали 3, дальней­шее его открытие происходит под действи­ем рычага 8 и толкателей. В начале нагне­тательного хода перепускной клапан от­крыт и топливо выталкивается в магист­раль 3- Начало подачи произойдет в мо­мент посадки клапана 4 на гнездо, конец подачи наступит, когда ролик толкателя 11 выйдет на выступ кулачной шайбы, а плун­жер насоса придет в ВМТ. Следовательно, активный ход плунжера h_a начинается с момента посадки клапана 4 на гнездо и за­канчивается, когда плунжер приходит в ВМТ.

Регулирование цикловой подачи произ­водят, изменяя момент закрытия клапана 4, т. е., изменяя начало подачи топлива. Для всех насосов, установленных на дви­гателе, регулирование осуществляют с по­мощью тяги управления топливоподачей, которая перемещается вручную или регу­лятором частоты вращения. При переме­щении тяги эксцентриковые валики 9 всех

насосов поворачиваются на одинаковый угол, изменяя положе­ние точки опоры рычага 8. При перемещении точки опоры вверх клапан 4 позже садится на гнездо, активный ход плунжера и ве­личина цикловой подачи уменьшаются, одновременно уменьшается угол опережения подачи топлива.

Положение эксцентричной оси, при котором перепускной кла­пан остается открытым в течение всего нагнетательного хода, со­ответствует нулевой подаче насоса, при этом рукоятка управле­ния топливоподачей стоит в положении «стоп».

Регулирование угла опережения подачи топлива _оп происхо­дит автоматически при изменении величины цикловой подачи. Ес­ли необходимо изменить только угол опережения, разворачивают кулачную шайбу на валу; поворот кулака в сторону вращения вала увеличивает угол опережения подачи топлива за счет более раннего набегания кулака на ролик толкателя.

Рис. 2. Схема ТНВД клапанного типа с регу­лированием цикловой по­дачи за счет измене­ния начала подачи

Особенности конструкции ТНВД клапанного типа. По приве­денной схеме работают ТНВД двигателей фирмы «Зульцер» и за­вода «Русский дизель». Насосы выполняют одно-, двух- и трех-секционными. Привод осуществляется от симметричной кулачном шайбы (рис. 3). Шайба 2 разъемная (из двух половин), свобол но посажена на втулку 1; обе половины своими внутренними по верхностями плотно прилегают ко втулке и имеют в плоскости разъема небольшой установочный зазор; втулка 1 зафиксирована на распределительном валу 5 шпонкой 4 и штифтом в и имеет на конце резьбу, на которую навер­тывается гайка 3; торцовые по­верхности гайки, фланца втулки и шайбы — конусные, после ус­тановки кулачной шайбы под за­данным углом по отношению к кривошипу ее зажимают между конусными поверхностями флан­ца и гайки. Такое соединение по­зволяет легко изменять и точно устанавливать угол опережения подачи топлива. При реверсе разворачивают распределительный вал 5 по отношению к коленчатому на угол реверса (угол, на который поворачивают распределительный вал по отношению к коленчатому валу, для того чтобы фазы топливоподачи соответст­вовали стороне вращения).