Меню раздела

Особенности топливных систем при использовании тяжелых и сернистых топлив


Попытки использования тяжелых топлив в дизелях со специально неподготовленной топливной аппаратурой приводят к уменьшению цикловой подачи, росту нагрузок в приводе ТНВД, плохому распыливанию, повышению Ар/йф, де, быстрому выходу из строя элементов топливной системы вследствие изнашивания коррозии и закоксовывания.
Существующая топливная аппаратура не приспособлена для работы на топливах с содержанием механических примесей (до 1%), асфальтосмолистых веществ, воды (до 2%), какими являются тяжелые топлива. Поэтому в подготовку топлива обязательно включают его очистку от механических примесей (кларификацию) и воды (пурификацию) в отстойниках, центробежных сепараторах и контактных фильтрах. На рис. 187 представлен центробежный сепаратор для очистки топлива. В корпусе 1 вращается ротор с рядом конических перфорированных дисков 2, число которых доходит до 100, а расстояние между ними равно 1-2 мм. Если сепаратор работает в режиме клари-фикатора, то грязь скапливается у боковой стенки. При достижении слоем грязи высоты а сепаратор запирается и требуется его очистка. В режиме пурификатора он может работать непрерывно. Все шире внедряют заменяющие сепараторы и даже фильтры самоочищающиеся фильтрационные установки, обеспечивающие тонкость отсева примесей до 5 мкм. Улучшить фильтрацию и уменьшить потери горючих составляющих позволяет гомогенизация топлива.
Для топлив судовых дизелей широко распространены присадки. Стабилизирующие присадки противодействуют образованию в длительно используемом топливе нерастворимого осадка, засоряющего фильтры и форсунки. Даже если будет обеспечено хорошее распыливание тяжелого топлива, вследствие его относительно низкой испаряемости наблюдается большая задержка воспламенения и жесткость сгорания. В качестве присадок (интенсификаторов горения) используют переносчики кислорода - быстровоспламеняющиеся органические соединения или окислители. Применяют также антинагарные и антиизносные присадки, а в сернистых топливах-антикоррозионные присадки - ингибиторы. Доля специализированных и многофункциональных присадок может составлять до 1%. Вследствие их недостаточной диффузионной способности введение их в линии низкого давления осуществляют в смесителях с подачей из специального бака с использованием электропривода или сжатого воздуха.
Существенное изменение в процессы топливной системы вносит высокая вязкость тяжелых топлив. Она затрудняет прокачку всей системы, очистку топлива, наполнение над-плунжерной полости, истечение через распылитель, дробление струи. Нагрев топлива для ее уменьшения начинают с расходного бака, в который помещают змеевик - теплообменник. Используют также специальный регулируемый подогреватель, устройства для подогрева трубопроводов низкого и высокого давления.
Для обогрева применяют насыщенный пар, реже используют электрические нагреватели. Степень подогрева определяется исходной вязкостью и вязкостью, необходимой для работы того или иного элемента системы. Для сепарирования вязкость должна быть не выше 12-25 мПа* с. для нагнетания и распыливания-не более 8-15 мПа. Однако в некоторых случаях используют топливо с вязкостью до 40 мПа/с. Верхний предел подогрева, достигающий 80-100°С, уточняют для данной силовой установки экспериментально. Он ограничен сложностью организации подогрева, пожарной безопасностью, плохой термостабильностью топлива и тепловой напряженностью узлов топливной аппаратуры. Постоянство подогрева обеспечивают автоматические вискозиметры. Степень автоматизации системы подготовки топлива должна соответствовать классу автоматизации дизеля.
Наилучшие технико-экономические показатели судовой топливной системы обеспечиваются при работе как на дизельном, так и на тяжелом топливе. На дизельное топливо двигатель переводят при пуске и перед остановкой, а также при работе на режимах холостого хода и малых нагрузок. При остановке двигателя, работающего на тяжелом топливе (в результате отсутствия дизельного топлива, аварии), топливная аппаратура подвергается коррозии. С учетом этого для обеспечения пуска двигателя после остывания системы аппаратуру снабжают устройствами для прокачки всех ее полостей маловязким топливом.
Характерной особенностью ТНВД, приспособленных для работы на тяжелых топливах, является возможность обеспечения впрыскивания при давлении до 120-150 мПа. Это связано как с общей тенденцией к повышению, так и с ограничениями снижения вязкости топлив путем подогрева. Высокие давления нагнетания обеспечиваются повышенной жесткостью корпуса 1 и втулки 4 плунжера (рис. 189). Втулку закрепляют так, чтобы была разгружена от монтажных деформаций золотниковая часть при обеспечении жесткости всей конструкции. Это возможно при закреплении ее вне корпуса фланцем 6. При этом золотниковая часть не является торцовой, т.е. меньше подвержена радиальным деформациям, а наличие клапана 5 создает деформации, обратные вызываемым давлением топлива.
Другим направлением является конструирование втулок не подвесного типа с направленным созданием таких деформаций путём стягивания к оси втулки кольцевого пояска уплотнения с корпусом клапана.
При увеличении зазора плунжерная пара может выдерживать большие тепловые и механические нагрузки, поэтому для повышения ее надежности, несмотря на очевидное уменьшение допуска на износ, ТНВД для работы на тяжелых топливах комплектуют плунжерными парами с повышенным (на 30-80%) зазором. Увеличение объема впускной полости и циркуляции топлива способствует не только удалению образующихся при нагревании топлива газов без снижения наполнения, но и выравниванию температур прецизионных деталей и уменьшению их тепловых деформаций. Особенно это важно при переходе от питания дизельным топливом к питанию тяжелым топливом. В этом случае используют подогрев дизельного топлива до 60°С. Допускаемый темп нагрева деталей ТНВД-не более 4° в минуту.
Для обеспечения смазывания плунжера, предотвращения его коррозии и старения картерного масла от сернистого топлива, как и в многотопливных системах, применяют сбор топлива и принудительное смазывание с помощью канавок и каналов 2 и 3 во втулке.
Температура форсунки и распылителя при работе на тяжелых топливах увеличивается вследствие ухудшения сгорания и применяемого подогрева топлива. Для исключения лакообразования на игле и закоксовывания распыливающих отверстий температуру отверстия в этом случае ограничивают 180°С.
С другой стороны, сгорающие серосодержащие соединения образуют ангидриды, а соединяясь с парами воды-серную и сернистую кислоты. Если распылитель охлаждается ниже точки росы (малые нагрузки двигателя, интенсивное охлаждение), то на его носике осаждается концентрированная кислота, вызывая интенсивную коррозию. Поэтому нижним пределом температуры распылителя считают 120-130°С.
Для поддержания температуры распылителей в узком диапазоне применяют их охлаждение. Использование для этого нагнетаемого топлива нельзя считать перспективным. Обеспечение минимальной поверхности тепло-подвода и максимальных поверхности и коэффициента теплоотдачи со стороны охлаждения позволяет более точно регулировать температуру распылителя. Из многочисленных конструкций охлаждаемых распылителей наиболее перспективным считают распылители с напрессованной или приваренной рубашкой: они имеют небольшие размеры, конструктивно несложны, эффективны. Распространению этих конструкций способствуют новые разработанные технологические процессы сварки высоколегированных сталей. На рис. 190, 191 представлены форсунки для работы на тяжелом топливе. Рубашку распылителя приваривают электронной сваркой в вакууме. Форсунки имеют штанги уменьшенной массы, устройства для прокачки трубопровода. Для тепловой защиты распылителя имеются полости 3 водяного охлаждения, а носик может быть покрыт, например, пленкой карбида вольфрама толщиной 0,1 мм.
Вследствие увеличения коэффициента подачи системы и плотности топлива при переходе с дизельного на тяжелое повышается цикловая подача. Сжимаемость горячего тяжелого топлива равна или несколько меньше, чем сжимаемость дизельного, и фазы впрыскивания почти не меняются. Однако угол опережения впрыскивания для экономичной работы двигателя устанавливают на 1,5-4° большим оптимального угла при работе на дизельном топливе. При этом вследствие меньшей испаряемости тяжелого топлива может наблюдаться увеличение жесткости сгорания, поэтому, как и при использовании легких топлив, положительный эффект может обеспечивать двухразовое впрыскивание.