Топливные насосы высокого давления


Категория Судовые дизели

Классификация топливных насосов в. д. За каждый цикл насос в. д. должен подавать в форсунку строго определенную дозу топлива, называемую цикловой подачей. Эта доза очень невелика: у наиболее крупных тихоходных дизелей речного флота она составляет примерно 3 см3, у небольших быстроходных — 0,03 см3, причем при работе на малой скорости или холостом ходу цикловая подача снижается в 5—8 раз.

Как известно, топливо должно быть подано в форсунку при давлении 40—80 МПа (400—800 кгс/см2). Для подачи малой его дозы под высоким давлением наиболее удачны поршневые насосы. Поршни их делают небольшого диаметра (5—20 мм) при большой длине (пять—восемь диаметров). Такие поршни называются плунжерами. При столь высоком давлении предотвратить утечку топлива вдоль плунжера можно лишь за счет минимального зазора между плунжером и направляющей втулкой. Диаметральный зазор составляет 0,6—3 мкм (в зависимости от диаметра плунжера), некруглость рабочих цилиндрических поверхностей плунжера и втулки согласно ГОСТ 9927—71 не должна превышать 0,5 мкм.

Цикловая подача изменяется в зависимости от нагрузки на двигатель. Изменение цикловой подачи называется регулированием насо-с а. На серийном флоте встречаются насосы с регулированием момента начала подачи и насосы с регулированием момента конца подачи.

Расстояние, которое проходит плунжер за время подачи топлива в форсунку, называется активным ходом плунжера. Полный ход плунжера в 2—3 раза больше активного, в связи с чем во время части хода топливо перепускается в полость всасывания. В насосах с регулированием момента начала подачи перепуск топлива производится в начале хода плунжера, затем происходит отсечка и оно подается в форсунку. Подача топлива закончится по приходе плунжера в верхнее крайнее положение. Если отсечка произойдет раньше, подача топлива в форсунку увеличится, а если позднее — уменьшится. Следовательно, регулировать насос можно изменением момента отсечки топлива в начале его подачи. Конец подачи остается неизменным.

В насосах с регулированием момента конца подачи топливо нагнетается в форсунку с самого начала движения плунжера вверх. В какой-то момент происходит отсечка и топливо начинает перепускаться в полость-всасывания. При ранней отсечке в форсунку будет подаваться малая его доза, а при поздней—большая. В этом случае момент начала подачи остается постоянным, а конец подачи изменяется. Отсечка топлива осуществляется клапаном или золотником. В первом случае насос называется клапанным, во втором — золотниковым.

Регулирование насоса может производиться в целях изменения частоты вращения или мощности двигателя. При этом цикловая подача изменяется одновременно и одинаково у насосов всех цилиндров двигателя. Такое регулирование называется общим и осуществляется единым механизмом.

Однако может оказаться, что в один из цилиндров топлива подается больше или меньше, чем в остальные, и надо регулировать насос лишь одного цилиндра. В связи с этим должна быть предусмотрена возможность не только общего, но и индивидуального регулирования каждого насоса.

Принцип работы золотникового насоса. В современных дизелях преимущественно применяют топливные насосы в. д. золотникового типа. У них плунжер одновременно выполняет функции распределительного золотника. Золотниковые насосы делают, как правило, с регулированием момента конца подачи.

Регулирование момента начала подачи у судовых дизелей в принципе является целесообразным. При работе двигателя на винт цикловая подача регулируется в целях изменения частоты вращения. Если частота вращения, например, уменьшается, то при постоянном угле опережения будет увеличиваться опережение подачи топлива по времени. Если же цикловую подачу изменять за счет момента начала подачи, то опережение подачи топлива по времени может остаться постоянным.

Однако с уменьшением частоты вращения увеличивается период задерж ки самовоспламенения топлива и большее опережение подачи по времени оказывается, особенно у двигателей с наддувом, полезным. Этим объясняется широкое применение насосов в. д. с регулированием момента конца подачи. Кроме того, у таких насосов впрыск топлива происходит при увеличивающейся скорости плунжера, т. е. при нарастающем давлении, что, как известно, является желательным.

У плунжера золотникового насоса в верхней части есть вырез, верхняя граница которого образована винтовой, а нижняя — кольцевой кромками. Осевой паз сообщает полость выреза с надплунжерным пространством. Втулка плунжера имеет одно или два окна, сообщенные с пространством всасывания, окружающим втулку снаружи. Над втулкой расположено седло 8 нагнетательного клапана, пружина которого находится внутри расточки штуцера.

Рис. 1. Принцип работы стандартного золотникового насоса

Несмотря на прецизионность1 обработки плунжера и втулки, необходимая плотность между ними достигается индивидуальным подбором. Поэтому в любом топливном насосе плунжер и втулка составляют единую плунжерную пару При износе или поломке какой-либо одной детали заменяют всю пару

Принцип работы насоса показан на рис. 138, б. При движении плунжера вниз через окна внутрь втулки поступае- топливо. В начале движения плунжера вверх часть его через окна вытесняется обратно в пространство всасывания. Затем плунжер перекроет окна втулки (положение ///) и начнется подача топлива в форсунку. Закончится она при открытии винтовой кромкой выреза окна втулки. С этого момента и до прихода плунжера в крайнее верхнее положение топливо будет перепускаться через осевой паз, полость выреза и окна втулки в полость всасывания.

Объем топлива, поданный насосом в форсунку, зависит от величины той части хода, которую сделал плунжер от момента перекрытия окна втулки до момента открытия его винтовой кромкой выреза. Эта доля хода зависит от высоты уплотняющего пояска плунжера в плоскости, проходящей через ось окна. Регулировать подачу топлива можно изменением высоты пояска посредством поворота плунжера.

Для поворота плунжера предусмотрены поводки, которые входят в вырезы поворотной втулки, свободно надетой на рабочую втулку снаружи. Поворотная втулк имеет зубчатый венец, сцепленный с рейкой. Передвижение рейки вызывает поворот втулки, а следовательно, и плунжера.

Влияние поворота плунжера на цикловую подачу можно проследить по рис. 138, в. Во всех случаях подача топлива начинается при перекрытии плунжером окна. При нормальной цикловой подаче (положение Б) активный ход плунжера равен hy. Если повернуть плунжер, смотря снизу, по часовой стрелке (положение В), то активный его ход уменьшится до h2, соответственно уменьшится и цикловая подача. Если же повернуть плунжер в положение, когда против окна втулки находится осевой паз, то топливо подаваться совсем не будет: оно все будет перепускаться (положение нулевой подачи).

Золотниковый насос может быть выполнен не только с регулированием момента конца подачи, как это изображено на рис. 1, но и с регулированием начала подачи, с регулированием обеих фаз. Это зависит от формы выреза плунжера.

Индивидуальный стандартный насос. Форму плунжерной пары, приведенную на рис. 1, принято называть стандартной, а насосы с такими парами — стандартными. Они бывают как индивидуального, так и блочного исполнения. Существенным достоинством индивидуальных насосов является относительно малая длина трубки, по которой они нагнетают топливо в форсунку. Хотя эту трубку делают стальной толстостенной, под действием высокого давления трубка в начале подачи Топлива расширяется, а находящееся в ней топливо сжимается В результате этого начинаются упругие колебания трубки и столба топлива, искажающие закон подачи, т. е. закон изменения его давления, заданный профилем кулачковой шайбы. Такое искажение может привести даже к дроблению подачи топлива, при котором его вспрыск происходит с перерывами.

Корпус индивидуального стандартного насоса обычно крепится к корпусу толкателя, устанавливаемого на полке блок-картера. Втулка плунжера вставляется сверху и крепится штуцером через седло нагнетательного клапана. Винтом предотвращается поворот втулки. У втулки одно рабочее окно, выходящее в полость корпуса, в которую черёз ниппель подводится топливо.

На плунжере насажена и закреплена посредством отбуртовки муфта с двумя вертикальными поводками. На головку плунжера надета тарелка пружины. Верхняя тарелка 8 пружины застопорена винтом. Пружина прижимает плунжер к дну направляющего стакана. Ниже стакана в канавку корпуса вставлено пружинящее кольцо, не позволяющее ему выпасть из корпуса при снятии насоса.

Поворотная втулка насаживается на втулку снизу и поддерживается тарелкой. Поворотная втулка имеет два выреза для поводков 6 и зубчатый венец, выполненный с ней заодно. Зубчатая рейка, сцепленная с поворотной втулкой, снабжена направляющим винтом.

Нагнетательный клапан нагружен пружиной. Ограничителя подъема клапана нет, так как он увеличивает сопротивление движению топлива, хотя и способствует надежной работе пружины и уменьшению износа седла клапана.

Выше нагнетательного клапана устанойлена предохранительная латунная мембрана. При чрезмерно высоких давлениях она прорывается, и топливо через каналы конуса и пробки выбрасывается наружу.

Насос имеет пробку для выпуска воздуха и окно для регулировки насоса: на стакан и на стенки окна нанесены риски, которые совпадают в момент начала подачи топлива.

Блочный насос. У малогабаритных дизелей топливные насосы в. д. всех цилиндров выполняются в одном блоке При таком исполнении термин «насос» относят ко всему блоку, а составляющие блок насосы называют секциями.

На речном флоте широко распространены блочные насосы в. д. со стандартной формой плунжерных пар. Однако в последние годы на дизелях, флота появились насосы с плунжерными парами, имеющими отличия or стандартных. Объясняется это следующим.

Осевой паз стандартной плунжерной пары затрудняет достижение цилиндричности головки плунжера при обработке его на доводочных станках. В связи с этим снижается плотность плунжера, ускоряется его износ. Высота уплотняющего пояска над винтовой кромкой у стандартного насоса невелика, особенно у паза, что также уменьшает гидравлическую плотность головки плунжера, особенно при малой цикловой подаче.

Недостатком стандартной пары яляется и то, что выпуск после отсечки-и впуск топлива в надплунжерное пространство происходят через одно и то же окно. При открытии винтовой кромкой плунжера окна втулки топливо выходит в полость всасывания с большой скоростью. Такой выброс может вызвать вспенивание топлива и колебание его столба во всасывающей магистрали, что отрицательно скажется на последующем наполнении топливом надплунжерного пространства из той же полости всасывания. В связи с этим ролик. Секция будет выключена из работы, подача топлива в цилиндр прекратится.

Рис. 2. Индивидуальный стандартный отечественный насос

Рис. 3. Блочный насоО УН1

Для предотвращения попадания топлива в масло рабочая втулка снабжена дренажным каналом, по которому просачивающееся из надплунжерного пространства топливо проходит во всасывающий канал.

Топливный насос двигателей НФД48. При нисходящем движении плунжера стандартного насоса над ним создается разрежение. Это способствует испарению топлива, в результате которого внутри втулки может образоваться паровая подушка. При наличии ее подача топлива начнется не сразу после перекрытия плунжером окна втулки: часть нагнетательного хода будет затрачена на сжатие паровой подушки, и закон подачи топлива, заданный формой кулачковой шайбы, исказится. Эффективной мерой борьбы, с этим является установка топливоподкачивающего насоса, создающего некоторое избыточное давление топлива перед наполнительными окнами рабочих втулок насосов в. д. Уменьшению разрежения над плунжером и снижению износа плунжерной пары способствует также применение насосов в. д. с всасывающим клапаном, в которых плунжер управляет лишь отсечкой конца подачи топлива. Такие насосы, в частности, имеют двигатели комбината СКЛ.

В насосах в. д. двигателей НФД48 рабочая втулка вставляется в корпус снизу и крепится нажимной втулкой. У втулки одно отсечное окно, расположенное значительно ниже торца плунжера даже при крайнем нижнем его (плунжера) положении. Вырез плунжера выполнен в виде параллелограмма. Чтобы избежать одностороннего давления на плунжер, таких вырезов сделано два, диаметрально противоположных. Вырезы соединены с надплунжерным пространством осевым и радиальным каналами.

Для впуска топлива предусмотрен всасывающий клапан, к которому по каналу подводится топливо от фильтра. При ходе всасывания оно проходит через этот клапан в рабочее пространство насоса. С началом движения плунжера вверх клапан закрывается и топливо через нагнетательный клапан подается в форсунку. Конец подачи обусловливается моментом открытия винтовой кромкой выреза отсечного окна. Отсечное топливо отводится от насоса через канал по особой трубке в топливный бак или в подводящую трубу.

Подача топлива регулируется поворотом плунжера за поводок, укрепленный на его головке. В районе поводка направляющий стакан 6 имеет вырез. Поводок охватывается вилкой, соединенной с тягой механизма регулирования.

Индивидуальное регулирование цикловой подачи осуществляется винтом толкателя. В данном случае положение болта толкателя не влияет на момент начала подачи: в любом случае подача начнется тогда, когда кулачковая шайба набежит на ролик толкателя и плунжер начнет двигаться вверх. Если винт ввернуть, то плунжер опустится, путь, который он пройдет вверх до момента открытия косой кромкой окна, увеличится, следовательно, увеличится и подача топлива насосом. При вывертывании винта она уменьшится.

Над всасывающим клапаном имеется клапан для выпуска воздуха, открывающийся путем нажатия пальцем на головку. Для выключения насоса служит валик с эксцентричным пальцем, расположенным под тарелкой толкателя. Если валик повернуть на 180°, то палец займет верхнее положение и толкатель окажется подвешенным в верхнем положении. Кулачковая шайба перестанет доставать до ролика толкателя, и насос не будет подавать топливо. Валик может быть использован для прокачки насоса перед пуском двигателя, если в систему попал воздух.

Применение всасывающего клапана усложняет золотниковый насос. Кроме того, в данном случае подача топлива начинается при малой скорости движения плунжера, вследствие чего золотниковые насосы лишаются одного из важных преимуществ—четкого начала подачи. Этим может быть объяснено, то, что в насосах в. д. двигателей второй модификации (НФД48.2У, НФД48.2АУ) всасывающий клапан исключен и окно втулки используется не только для выпуска отсечного топлива, но и для заполнения надплунжер-ного пространства подобно тому, как, например, в насосах в. д. стандартного типа.

Рис. 4. Топливный насос двигателя НФД48

Топливный насос двигателя НФД24. Для достижения большей компактности в топливном насосе двигателя НФД24 всасывающий клапан помещен внутри плунжера.

Всасывающий клапан вставлен внутрь плунжера и соединен с ним штифтом. Благодаря зазору всасывающий клапан может подниматься. Внутренняя полость плунжера двумя отверстиями соединена с полостью всасывания. образованной расточкой рабочей втулки. В полость всасывания топливо поступает по каналам втулки из кольцевого пространства корпуса насоса, куда подводится от фильтра.

Особенностью этого насоса также является своеобразная организация отсечки, обеспечивающая быстрое увеличение проходного сечения отсечной щели. Рабочая втулка имеет вырез с винтовой отсечной кромкой, а плунжер — винтовую канавку, всегда сообщенную с полостью для отсечного топлива, образованной расточкой втулки. Полость каналами соединена с кольцевым пространством корпуса насоса, из которого предусмотрен отвод отсечного топлива.

При движении плунжера вниз клапан открывается и топливо из полости всасывания проходит в надплунжерное пространство. С началом нагнетательного хода клапан закрывается и начинается подача топлива в форсунку. Конец подачи наступит тогда, когда верхняя кромка винтовой канавки плунжера достигнет отсечной кромки рабочей втулки. С этого момента начнется перепуск топлива через вырез и винтовую канавку в полость.

Как видно, у рассматриваемого насоса полость всасывания полностью отделена ототсечной. Это увеличивает эффективность разделения впуска и выпуска, о которой говорилось выше.

Поворотная втулка, имеющая зубчатый венец, сцеплена с зубчатым сектором, закрепленным на валике, на верхний конец которого насажен рычаг к нему болтом крепится планка, соединенная с механизмом регулирования. Для индивидуального регулирования достаточно ослабить гайку болта, после чего валик вместе с рычагом может быть повернут при неподвижной планке. Кроме того, индивидуальное регулирование подачи можно производить винтом толкателя, как в насосе, рассмотренном выше.

Рис. 5. Топливный насос двигателя НФД24

Рабочая втулка насоса крепится вместе с седлом нагнетательного клапана штуцером и фиксируется от поворота винтом. Нягнетательный клапан имеет ограничитель подъема. Винт предотвращает выпадение направляющего стакана при демонтаже насоса.


Читать далее:

Категория Судовые дизели