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 gц 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:



                                             gц = Nецge/60(n/m)



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

       ge — 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  gц =35-:-40  г/цикл, для      высокооборотных    маломощных    двигатели      gu = 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-:-8о 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 gц 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 hа1. При уменьшении gц начало подачи последовательно смещается в точки 2 и 3, угол опережения уменьшается до  оп2,  оп3 и полезный   ход   плунжера   становится   hа2  и  hа3

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    gц  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 gц за счет одновременного изменения начала и конца подачи топлива. Точки  1—6 соответствуют началу и концу подачи топлива при наибольшей величине gц. При уменьшении gц   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 gц 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 gц 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 ha 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).

                                    

                                                  Рис.73. Крепление кулачной шайбы ТНВД



Устройство односекционного насоса (рис. 4) двигателей завода «Русский дизель»: в стальном корпусе 11 гайкой 12 крепится



                          

                                 Рис.  4.   Конструкция   ТНВД   клапанного   типа



втулка плунжера 14, плунжер 15 опирается на толкатель 2; ролик толкателя 1 катится по кулачной шайбе и прижимается к ней пружиной 13; в корпусе насоса размещаются нагнетательный 10 и перепускной 8 клапаны; канал над клапаном 8 закрывается пробкой 9, под которой ставят заглушку; клапан приводится в действие от составного толкателя (7 и 4) с регулировочным винтом 6, который фиксируется гайкой 5; отсечной рычаг 16 опирается на шейку 3 эксцентрикового валика 19, на конец которого насажен рычаг 18 для присоединения к общей тяге управления топливоподачей ,(17 — корпус   толкателя).

ТНВД золотникового типа. В ТНВД этого типа плунжер-золотник осуществляет подачу топлива и регулирует величину цикловой подачи. В верхней части плунжера отфрезерована фасонная выточка, образующая винтовую отсечную кромку, вертикальный и кольцевой пазы. В зависимости от способа регулирования цикловой подачи изменяется расположение отсечных кромок. На рис. 5 а, б и в показано расположение отсечных кромок при регулировании цикловой подачи изменением: конца подачи, начала подачи, начала и конца подачи.

Втулка имеет одно или два окна, сообщающихся с приемной полостью насоса; открытием и закрытием окон управляет плунжер. На рис. 6, а показаны положения плунжера, соответствующие: 

1 — положению плунжера в НМТ; 

2 — началу подачи топлива; 

3 — концу подачи.

Те же положения плунжера, но при повороте его на некоторый угол показаны на рис. 6, б. Подача топлива к форсунке начнется после того, как верхняя кромка плунжера перекроет окна, конец подачи — когда винтовая отсечная кромка откроет окно и сообщит фигурный паз и надплунжерное пространство с приемной полостью насоса. Цикловая подача регулируется за счет разворота плунжера на некоторый угол, при этом изменяется активный ход плунжера.

У плунжера ( рис. 6, а) верхняя кромка прямая, поэтому при его повороте начало подачи топлива остается неизменным; конец подачи регулируют за счет изменения относительного положения отсечной кромки и перепускного окна. На рис. 6, в показана развертка верхней части плунжера, перемещение плунжера заменено перемещением перепускного окна относительно развертки. Положение А соответствует полной подаче, Б —частичной, В — нулевой подаче, при которой вертикальный паз расположен против перепускного окна и надплунжерное пространство в течение всего хода сообщается с приемной полостью насоса.

                                          



Рис. 5. Расположение отсечных кромок у плунжеров ТНВД золотникового   типа



                

                                     Рис. 6. Схема работы ТНВД золотникового   типа



Одна из конструкций механизма поворота плунжера (рис. 7): на втулку 1 свободно надета поворотная втулка 5 с закрепленным на ней зубчатым венцом 4; крестовина 6, отфрезерованная заодно с плунжером 2, входит в прямоугольные пазы поворотной втулки; зубчатая рейка 3, связанная с общей для всех ТНВД тягой управления топливоподачей, входит в зацепление с зубчатым венцом поворотной втулки; передвигаясь с помощью тяги управления, рейки разворачивают все плунжеры ТНВД на одинаковый угол, изменяя величину цикловой    подачи.

                                                 

Рис. 7. Механизм поворота плунжера ТНВД золотникового   типа



ТНВД двигателей Бурмейстер и Вайн типа ДКЗРН (рис. 8). В корпусе 1 насоса устанавливается съемная втулка 5 с запрессованной стальной тонкостенной втулкой 6, которая центрируется сверху корпусом 4 всасывающего клапана. Верхняя часть корпуса входит в крышку 2. Внизу втулка имеет посадочный пояс для центровки в корпусе насоса. Два резиновых кольца 9, поставленных в канавки посадочного пояса, предотвращают попадание топлива в смазочное масло толкателя. Выше посадочного пояса между втулкой и корпусом находится приемная полость насоса. Через отверстие V топливо поступает в приемную полость, поднимается вверх к корпусу всасывающего клапана.

Отрицательный профиль кулачных шайб значительно сокращает время, отводимое на процесс наполнения, по сравнению с шайбами положительного профиля. Для улучшения наполнения при большей цикловой подаче топлива ТНВД имеет всасывающий пластинчатый клапан и окно во втулке.





                      Рис. 8. Конструкции ТНВД двигателя типа ДК3РН



Принцип действия насоса. При ходе плунжера вниз топливо поступает в корпус всасывающего клапана, отжимает вниз кольцевой пластинчатый клапан и заполняет надплунжерное пространство насоса.  Процесс наполнения продолжается в течение всего нисходящего хода плунжера, в то время как в ТНВД золотникового типа, не имеющих всасывающего клапана на участке хода плунжера, обратного полезному ходу, наполнение прекращается, давление в надплунжерном пространстве снижается, что приводит к парообразованию и ухудшению наполнения насоса.

В начале хода плунжера вверх происходит перепуск топлива через окно В, но как только торец плунжера перекроет окна и давлением топлива закроется всасывающий клапан, оно будет нагнетаться по центральному каналу в корпусе 4 в трубопровод высокого давления, откуда по форсуночным трубкам поступит к двум форсункам, установленным в каждой крышке цилиндра. После того как спиральные регулировочные кромки плунжера откроют окна В (надплунжерное пространство сообщится с приемной полостью А насоса), произойдет отсечка впрыска. При дальнейшем ходе плунжера топливо через отверстие R будет сливаться в специальный бачок. Непрерывным потоком топлива удаляются из корпуса выделяющиеся пары топлива, что также обеспечивает хорошее наполнение насоса.

Регулирование цикловой подачи производится поворотом плунжера, при этом изменяется конец подачи топлива.

Начало подачи топлива регулируют передвижением втулки 8 по отношению к плунжеру 7 насоса, положение которого определяется кулачной шайбой. При перемещении втулки вверх увеличивается продолжительность перепуска топлива через окно В в начале восходящего хода, уменьшается угол опережения подачи. Втулку передвигают с помощью стяжных шпилек 3, ввернутых в торец втулки и проходящих через отверстия в крышке корпуса. Положение втулки в корпусе насоса по высоте фиксируется гайкой 5 за счет ее перемещения по резьбе крышки 2. На наружной поверхности гайки отфрезерован зубчатый венец, в зацепление с которым входит шестерня 10, выполненная заодно со шпинделем. Верхний конец шпинделя имеет квадрат и риску; на крышке 2 нанесена шкала, позволяющая производить точную регулировку начала подачи. Один поворот шпинделя изменяет высоту открытия окна на 2 мм. После перемещения гайки 5 затягивают гайки шпилек 3, прижимая втулку к торцу гайки 5.

При необходимости отрегулировать опережение подачи топлива на большую величину, чем позволяет смещение втулки насоса, разворачивают кулачную шайбу ТНВД.

Насосы золотникового типа могут выполняться одно- и многосекционными. ТНВД золотникового типа по сравнению с клапанными насосами отличаются простотой конструкции и регулирования и большей надежностью в эксплуатации.

Настройка топливных насосов производится после установки насоса на двигатель, проверку настройки — после регулирования цикловой подачи отдельных ТНВД. Настройка ТНВД должна обеспечить:   правильную   установку  кулачной   шайбы;   установку

Механизма  регулирования цикловой  подачи;  установку  «нулевой одачи».

Установка кулачных шайб должна обеспечить указанный заводом-строителем угол опережения подачи топлива. Для ТНВД с регулированием начала подачи топлива на всех режимах остается неизменным угол п. к. в., при котором происходит конец подачи топлива. Завод-строитель для этих насосов указывает угол п. к. в. (отсчитанный от ВМТ), при котором ролик толкателя насоса     выходит     на   выступ     кулака,   а   плунжер    приходит

в ВМТ.

Установку кулачной шайбы производят в следующей последовательности: валоповоротным устройством поворачивают коленчатый вал и по маховику устанавливают кривошип на заданный угол; поднимают рычагом ролик толкателя насоса, поворачивают на валу кулачную шайбу так, чтобы ролик стал на выступ кулака, и в этом положении закрепляют шайбу; вынимают нагнетательный клапан (рис. 9) и над плунжером 1 ТНВД устанавливают специальный линейный индикатор 2. Несколько раз проворачивая коленчатый вал вперед и назад, определяют наибольшее показание индикатора, соответствующее верхнему положению плунжера, по маховику определяют угол п. к. в., соответствующий этому положению, и, если необходимо, корректируют положение кулачной шайбы.

Проверка угла опережения подачи топлива проводится после закрепления кулачных шайб. Для насосов с регулированием начала подачи проверка производится для 100%-ной нагрузки.

Для клапанных насосов геометрическое начало подачи соответствует посадке перепускного клапана ( рис. 2 и 4) на гнездо. В формуляре двигателя указывают величину хода плунжера ТНВД в момент начала подачи топлива и угол опережения подачи. Для проверки над перепускным клапаном 4 ставят второй индикатор 3 ( рис. 9).

Последовательность работ при проверке угла опережения подачи топлива: рукоятку поста управления ставят на 100%-ную нагрузку; поворачивают коленчатый вал так, чтобы индикатор, установленный над плунжером, показал величину хода плунжера (указанную в формуляре) для начала подачи топлива; регулировочным винтом 6 ( рис- 4) устанавливают величину открытия клапана 0,02 мм, для этого вначале кывертывают винт 6, удлиняя толкатель, затем ввертывают винт до остановки стрелки индикатора, установленного над клапаном, и от этого положения поднимают клапан па 0,02 мм; по маховику снимают отсчет угла опережения подачи топлива оп.

У ТНВД золотникового  типа с регулированием за счет конца подачи неизменным остается угол опережения, по величине которого производят установку кулачной шайбы. Началу подачи со ответствует момент закрытия верхней кромкой плунжера приемного окна. При сборке насоса на заводе это положение отмечается по совпадению рисок на корпусе насоса и на плунжере.

                                        

Рис.  9.  Схема  установки индикатора   ТНВД   клапанного   типа


Последовательность работ: кривошип устанавливают под углом, равным оп специальным рычагом поднимают толкатель так, чтобы совпали риски, отмечающие начало подачи. Свободно сидящую на валу кулачную шайбу поворачивают до соприкосновения с роликом толкателя и в этом положении закрепляют. Некоторые заводы рекомендуют устанавливать кулачную шайбу, принимая за исходную величину высоту подъема плунжера при положении кривошипа в ВМТ. Плунжер вместе с толкателем поднимают тягой, при этом высоту подъема определяют по индикатору. После чего под ролик толкателя подводят кулачную шайбу и закрепляют.




Литература



		А.Г. Миклос, Н.Г. Чернявская, С.П. Червяков «Судовые двигатели внутреннего сгорания», Л., «Судостроение», 1986

		И.В. Возницкий, Н.Г. Чернявская, Е.Г. Михеев «Судовые двигатели внутреннего сгорания», М., «Транспорт», 1979