Сайт нуждается в вашей поддержке!
Категории сайта

Судовые топливные системы дизелей

Присоединяйтесь к нашему ТГ каналу!

В статье рассматриваются характеристики топливной системы современных судовых дизелей, причем главное внимание уделено установлению путей совершенствования эксплуатационных показателей топливной аппаратуры.

Общая характеристика топливных систем судовых дизелей

Топливная система судовой дизельной установки предназначена для приема, хранения, очистки топлива и подачи его в цилиндр дизеля. Обычно топливная система включает:

Из всех перечисленных узлов и агрегатов наиболее сложной является топливовпрыскивающая аппаратура (название принято здесь условно), включающая топливный насос высокого давления (ТНВД), трубопровод высокого давления (линия нагнетания) и форсунку. Этим узлам будут посвящены специальные разделы текущей рубрики. Здесь кратко рассмотрим основные характеристики остальных узлов и агрегатов топливных систем.

Обычно на судах устанавливают цистерны основного запаса, расходного, сепарированного, сточного и грязного топлива.

Цистерны основного запаса оборудованы приемными палубными втулками с крышкой и сеткой. При открытом способе приема топлива шланг с бункеровочной базы опущен в палубную втулку, а при закрытом он закреплен в палубной втулке замком. На речных судах устанавливают палубные втулки с нормализованным диаметром 80 и 150 мм. Число и диаметр отверстий для приема топлива на судно зависят от мощности установки. Цистерны основного запаса размещают в отсеках по бортам и в междудонных пространствах судна; располагать их над энергетической установкой и жилыми помещениями запрещается.

Расходные цистерны обычно размещают в машинном отделении на высоте, обеспечивающей поступление топлива самотеком. Вместимость расходных цистерн определяют из условий хранения 6-8-часового запаса расхода топлива. На морских и мощных речных судах обычно устанавливают отдельную расходную цистерну для каждого главного дизеля.

Вместимость цистерн сепарированного топлива примерно соответствует суточному расходу; на речных судах цистерны сепарированного топлива чаще всего совмещают с расходными.

Сточные цистерны предназначены для сбора отсечного топлива из форсунок и насосов. Они имеют трубопровод для перекачивания топлива в расходную или запасную цистерну.

Для обеспечения приема, хранения и подачи топлива к установке в топливной системе используются топливоперекачивающие и топливоподкачивающие насосы, как правило, шестеренные или винтовые. Характеристики насосов приведены в табл. 1. Наличие насосов в системе обеспечивает бесперебойную подачу топлива при различных температурных условиях, а также позволяет применять высокоэффективные фильтры.

Таблица 1. Характеристики шестеренных и винтовых насосов
ПараметрыМарка насоса
Р3-3аР3-4,5аР3-7,5Р3-60ЭМН-3ЭМН-3/1ЭМН-11/1ЭМН-5/1ЭМН-10/1
Производительность:
м31,13,35385050459012
л/с0,310,921,410,5141412,5253,3
Давление нагнетания, МПа1,450,330,330,280,40,40,80,41
Частота вращения, мин-11 4501 4501 4509901 5601 4551 4601 4602 900
Номинальная мощность на валу насоса, кВт1,10,81,39,5
КПД насоса, %4538424567-7560-7570-7550-7575
Высота всасывания, м533766565
Масса насоса, кг111315,592,515415415419360
Габариты, мм:
длина235250275345400400400470260
ширина213213213320550535615520342
высота1361361361 4901 3201 3801 3901 005

На рис. 1 даны различные схемы подключения топливоподкачивающих насосов в системе подачи топлива к ТНВД. Из расходной цистерны 1 топливо по трубопроводу 2 поступает через фильтр предварительной очистки 3 в топливоподкачивающий насос 4. Насос 4 подает топливо через фильтр тонкой очистки 5 к ТНВД 6. В схеме на рис. 1, а и 1, б предусмотрен возврат излишнего топлива из фильтра 5 через перепускной клапан 7 по трубке 8 в расходную цистерну. В схеме рис. 1 все топливо, подаваемое топливоподкачивающим насосом, подается к ТНВД и далее по трубопроводу высокого давления 9 к форсунке 10.

Чертеж работы насоса
Рис. 1 Схемы подачи насосом топлива топливоподкачивающим насосом

Шестеренные насосы просты по конструкции и надежны в эксплуатации, благодаря чему они получили наибольшее распространение в Технология обработки судового топливасистемах топливоподготовки.

На рис. 2 дана принципиальная схема топливоподкачивающего насоса шестеренноrо типа.

Чертеж насоса шестеренного типа
Рис. 2 Схема топливоподкачивающего насоса шестеренного типа

В корпусе насоса имеются две шестерни: ведущая 3 и ведомая 4. Топливо движется, как указано стрелками. Клапаны 6 и 1 перекрывают каналы, сообщающиеся с полостями насоса. При нормальном расходе насос будет подавать топливо из приемной полости 2 в нагнетательную 5. Если давление в нагнетательной магистрали повысится сверх установленного предела, избыток топлива через клапан 6 перетечет в приемную полость 2. Для пропуска топлива в приемную полость при неработающем топливоподкачивающем насосе служит канал с клапаном 1, через который топливо перетекает, минуя шестерни.

Шестеренные насосы выпускаются производительностью от 0,2 до 200 м3 при давлении до 3,5 МПа, с частотой вращения примерно 1 500-3 000 об/мин. КПД шестеренных насосов составляет 0,5-0,7. Недостатком их являются пульсирующая подача и относительно высокий уровень шума, доходящий до 100 дБ.

Винтовые насосы выпускаются производительностью 1 000 м3, с давлением до 25 МПа. Их преимущества – относительно высокий КПД, доходящий до 0,85, небольшие габариты и масса, незначительные шум и вибрация. Основным недостатком винтовых насосов является сложность и более высокая стоимость изготовления по сравнению с шестеренными.

Потребную спецификационную производительность топливоподкачивающих насосов в судовой установке определяют по формуле:

Qv = Viτ K1,

где:

Мощность двигателя для привода насоса N, кВт, определяют по формуле:

N = QvH · 1033 600η K2,

где:

В выполненных системах топливоподготовки транспортных судов удельная производительность топливоподкачивающих насосов составляет 5-11 л/(кВт·ч); меньшее значение относится к установкам большой мощности. Более точно подбор топливоподкачивающих насосов к энергетической установке должен производиться с учетом обеспечения перекачки не менее суточного расхода топлива главных двигателей за 1-2 ч, т. е.:

Qv = Vц. о. зiτ  24Gг. дτ2ρ = 24ge Neτ2ρ,

где:

Фильтрующие устройства системы топливоподготовки судовых дизелей обычно состоят из сепараторов, фильтров или специальных фильтрационных установок.

К агрегатам очистки топлива предъявляется ряд требований:

Основные характеристики российских сепараторов даны в табл. 2.

Таблица 2. Характеристики российских топливных сепараторов
ПараметрыМарка сепаратора
НСМ-2НСМ-2/1НСМ-3НСМ-3М/1НСМ-4/1
Производительность, л/ч5005005002 0003 000
Температура жидкости при
входе в сепаратор, °C
3535353535
Высота всасывания, м44444,5
Давление нагнетания, МПа0,350,350,350,350,35
Частота вращения сепаратора, мин-17 1257 1254 5204 5204 520
Габариты, мм:
ширина5005006001 1501 120
длина1 0501 0201 2301 2701 500
высота1 1091 1001 3501 4101 530
Масса, кг265265515410638
Род потребляемого токаПостоянныйПеременныйПеременный

Кроме указанных российских, на судах находят применение зарубежные сепараторы, в частности:

Сепарирование относится к числу эффективных способов Сепарация топлива на судахочистки топлива. В сепараторах более тяжелые механические частицы и вода отделяются от топлива под действием центробежных сил, возникающих при его вращательном движении.

Применяемые сепараторы можно разделить на трубчатые и дисковые. Трубчатые сепараторы выполнены в виде стального цилиндра, установленного в чугунном или стальном корпусе. На рис. 3 дана схема трубчатого сепаратора.

Конструкция роторного сепаратора
Рис. 3 Схема сепаратора роторного типа

Ротор 4, установленный на шариковых подшипниках, приводится электродвигателем 3 с частотой вращения до 12-17 тыс. мин-1. Топливо, входящее в сепаратор, проходит через трубку 6 и сопло 5 в пространство ротора 4. Приобретая вращательное движение, топливо поднимается. При этом более тяжелые частицы (примеси и вода) отбрасываются к периферии и уходят по трубе 1, а чистое топливо, как более легкое, располагается около оси вращения и уходит по трубе 2.

Принципиальная схема очистительного барабана дискового сепаратора приведена на рис. 4.

Схема очистительного барабана
Рис. 4 Очистительный барабан сепаратора

Коническая крышка 7 корпуса 2 установлена на прокладке 5 и зажата гайкой 4. Вверху шайба 10 укреплена кольцом 9. По окружности конусной части распределителя 12 имеется ряд отверстий 13. Между конической крышкой 7 и распределителем 12 расположено 50-100 тонких жестяных дисков 3 на расстоянии 1-2 мм один от другого. Диски, кроме крайнего верхнего 6, имеют два ряда отверстий 8. При включении электродвигателя вертикальная ось сепаратора вращается с частотой около 6-8 тыс. мин-1. Под действием возникающей центробежной силы твердые частицы и вода прижимаются к нижним поверхностям дисков 3 и попадают в грязевую камеру 1.

Читайте также: Процессы топливоподачи в СДВС

Очищенное топливо движется вдоль поверхности дисков, проходит сквозь отверстия 8 и через горловину 11 поступает в полость очищенного топлива. Чтобы во время работы граница между очищенным топливом и водой совпадала с наружными кромками дисков, а следовательно, чтобы не терялось чистое топливо и в него не попадала грязь, сепаратор снабжен набором регулирующих шайб 10, соответствующих различному удельному весу топлива и разному содержанию воды в нем. В период пуска для предупреждения выхода неочищенного топлива через шланг грязной воды сепаратор предварительно заполняют водой до появления ее в отливном шланге грязной воды.

Производительность сепаратора

Qv

, м3, определяют по формуле:

Qv = ΣVτi,

где:

В соответствии с Правилами Регистра РФ в топливной системе необходимо предусматривать не менее двух саморазгружающихся сепараторов для тяжелого и легкого топлива. Сепараторы включаются параллельно; они взаимозаменяемы.

Применяемые в системах топливоподготовки фильтры по степени очистки разделяются на следующие группы:

Фильтры предварительной очистки предназначены для удержания крупных механических примесей и установлены в емкостях для хранения и транспортировки топлива. Они представляют собой металлические сетки различной формы квадратного или саржевого плетения. Материалом для сеток служат нержавеющая сталь, никель, бронза. Сетки квадратного плетения выполняют с размерами ячеек в свету от 0,25 × 0,25 до 0,5 × 0,5 мм.

Фильтры грубой очистки в зависимости от фильтрующего элемента могут иметь различную форму, но примерно одинаковый принцип работы. Топливо поступает в корпус фильтра, затем через фильтрующий элемент направляется в центральную полость и на выход из фильтра. Для изготовления фильтрующих элементов могут применяться различные материалы:

Сетчатые фильтрующие элементы изготавливают из того же материала, что и фильтры предварительной очистки.

Пластинчато-щелевые фильтрующие элементы выполняют из набора чередующихся фильтрующих и промежуточных пластин. Фильтрующие пластины имеют щели, через которые топливо поступает на выход из фильтра. Размер фильтрующей щели определяется толщиной промежуточной пластины. Материалом для изготовления пластин служат латунь, сталь и пластмассы.

Проволочно-щелевые фильтрующие элементы представляют собой гофрированные стаканы, обвитые лентой или проволокой, с выступами, образующими между соседними витками щели определенной высоты. При проходе топлива через эти щели механические частицы задерживаются. Примерные характеристики фильтров грубой очистки в зависимости от фильтрующего элемента даны в табл. 3.

Таблица 3. Характеристики фильтров грубой очистки
Типы фильтровРазмер задерживаемых
частиц, мм
Скорость жидкости, м/сПерепад давления, МПа
на чистом фильтрена засоренном фильтре
Сетчатые0,125-0,250,02-0,050,02-0,040,08-0,10
Пластинчатые0,05-0,120,06-0,120,02-0,040,08-0,10
Проволочно-щелевые0,07-0,1250,025-0,050,02-0,040,08-0,10

Фильтры тонкой очистки выполняются с фильтрующими элементами емкостного и поверхностного типов. В свое время наибольшее применение получали фильтры тонкой очистки с бумажными фильтрующими элементами, выпускаемые по ГОСТ 10357-75. Стандарт предусматривал выпуск фильтров нескольких типоразмеров в одинарном (ТФ-1, ТФ-2, ТФ-3, ТФ-4, ТФ-5) и сдвоенном (2ТФ-2, 2ТФ-3, 2ТФ-4, 2ТФ-5, 2ТФ-6, 2ТФ-7) исполнении. Полнота отсева фильтров не менее 0,85-0,90, тонкость отсева 3-5 мкм. Качество очистки топлива фильтрами регламентировано ГОСТ 14146-79. На рис. 5, 6 и в табл. 4 даны основные характеристики и стандартизованные размеры одинарных и сдвоенных фильтров.

Чертеж размеров фильтров
Рис. 5 Основные размеры унифицированных фильтров тонкой очистки топлива (ГОСТ 10357-75):
а – одинарных; б – сдвоенных

Предохранительные фильтры устанавливают в основном на линии нагнетания топлива от насоса к форсунке или в самих форсунках. В качестве фильтрующих элементов применяют набор сеток, металлокерамические материалы, металлические стержни с канавками. В первом из указанных вариантов сетка нарезается в виде отдельных кружков, которые складывают в стопку и окантовывают по контуру фольговым материалом. Металлокерамические фильтры изготовляют из порошков бронзы, нержавеющей стали, никеля, латуни и др. путем прессования под давлением до 400 МПа с последующим спеканием в электрической печи. Выполняют эти фильтры в виде проставочных деталей, устанавливаемых в разъемах у форсунки.

Схема унифицированных фильтров
Рис. 6 Основные размеры унифицированных двухсекционных фильтров тонкой очистки топлива (ГОСТ 10357-75)

Фильтрующий элемент металлического стержневого фильтра представляет собой цилиндр с продольными канавками глубиной 0,4-0,5 мм, имеющими выходы попеременно с одного и другого торца. Цилиндр устанавливают обычно в подсоединительных штуцерах форсунки или в корпусе форсунки с радиальным зазором 0,01-0,02 мм.

таблица
Таблица 4. Основные характеристики и размеры унифицированных топливных фильтров (ГОСТ 14146-79)

Размеры частиц, которые могут быть задержаны указанными фильтрами, не менее 40-60 мкм. Их основное назначение – обеспечить задержание случайно попавшей в линию нагнетания стружки, окалины и других крупных механических частиц, оставшихся в системе топливоподачи при изготовлении или появившихся в результате изнашивания.

Сноски
Sea-Man

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Апрель, 10, 2023 415 0
Добавить комментарий

Текст скопирован
Пометки
СОЦСЕТИ