Регулирующий клапан подачи пара в топливоподогреватель автоматической системы

Обеспечение стабильной заданной вязкости топлива на различных режимах работы дизеля возможно лишь при наличии в составе автоматической системы регулирующего клапана подачи пара в топливоподогреватель.

Регулирующий клапан реагирует на изменение выходного сигнала блока управления при изменении вязкости и увеличивает или уменьшает количество пара поступающего в топливоподогреватель.

Принципиальная конструктивная схема регулирующего клапана (регулятора) показана на рис. 1.

Типы конструкции регулирующих органов (клапанов)

В автоматических системах Автоматическое регулирование вязкости судового топливарегулирования вязкости топлива на транспортных судах с различными схемами силовых установок используются самые разнообразные типы регулирующих клапанов.

Ниже приводится обозначение различий конструкции регулирующих клапанов (рис. 2, табл. 1).

 
Регулирующий орган – клапан по своей конструкции разделяется на два типа: клапанный и золотниковый, конструктивные схемы которых представлены на рис. 3.

Простейшим по конструкции является односедельный клапан (см. рис. 3, В). Клапан неуравновешен, так как давление потока пара создает дополнительное на нем усилие, направленное на его открытие. При перемещении клапана изменяется только проходное сечение – сечение потока пара, идущего на топливоподогреватель, по мере открытия которого гидравлическое сопротивление уменьшается и в некоторый момент становится равным сопротивлению потока пара на проходе. Чтобы устранить недостатки односедельного клапана, применяют двухклапанные регулирующие органы, конструктивны схемы которых приведены на рис. 3, А, Б.

Конструктивная схема на рис. 3, Д иллюстрирует устройство золотникового регулирующего органа. Торцовые поверхности золотника служат запирающими поверхностями.

Читайте также: Своевременное техническое обслуживание, регулировка и ремонт топливной аппаратуры дизелей

Требования к регулирующим клапанам таковы: они должны обладать: коррозиостойкостью, эррозиостойкостью, износостойкостью и способностью сопротивления потоку жидкости. С целью выполнения требования регулирующие клапана изготовляются из высококачественных материалов (сталей) со стеллитовыми наплавками.

На рис. 3 показаны конструкции клапанов с местами стеллитовых наплавок на рабочих поверхностях: буква S – обозначает содержание стеллита на клапане, цифра с буквой S – обозначает количество используемого стеллита в процентном исчислении (табл. 2).

 
В таблице 3 для каждой детали клапана указаны материал изготовления.

 
Обозначение в таблицах:

• C – хромирование направляющей конусного клапана и его штока;
• H – тепловая обработка закалкой и отпуском;
• A – анализ сплава – металлоструктур: вольфрама (W); хрома (Cr); молибдена (Mo); и ванадия (V), напыливания на поверхность металла и придающие ему поверхностную твердость;
• материал:
• 13А применяется для жидкостей;
• 14А применяется для насыщенного пара при большом перепаде давления;
• материалы, подвергающиеся закалке и цементации как SUS-440А (AISI 440F), SUS-440С (AISI 440С) и т. д.;
• материалы с усиленной ковкой SUS 630 (ASTM 630);
• материалы с поверхностью, усиленной цементацией или азотированием и с аустенитной структурой. Такие, как SUS 304, SUS 316, SCS13, SCS 14 (см. клапанную спецификацию табл. 3).

Примечание: усиление стеллитом делается в условиях, когда используется материал SUS 304 и SUS 316.

Конструкции крышки корпуса клапанов приведены на рис. 4.

Мембранный сервомотор регулирующего органа (клапана)

В автоматическую систему подачи пара в топливоподогреватель входит мембранный сервомотор, на штоке которого закреплен регулирующий орган – клапан. На рис. 5 показана схема конструкции мембранного сервомотора.

Мембранный сервомотор изготавливается двух типов – прямого и обратного действия.

В качестве рабочей среды используется сжатый воздух давлением 2-4 бар. Давление импульсного воздуха лежит в пределах 0,2-1,0 бар. Воздух давлением p_имп поступает в приемную камеру мембранного сервомотора и под действием давления мембрана прогибается и с помощью тока перемещает регулирующий клапан. Величина перемещения клапана зависит от натяжения и жесткости пружины, сила которой уравновешивает силу давления воздуха на мембрану.

В результате этого равновесия мембраны возможно при различной ее прогиба и определяется равенством силы, создаваемой давлением p_имп и силы натяжения пружины 19.

Каждому давлению p_имп соответствует определенное положение клапана и его положение показывает указатель 28.

Таким образом, устанавливается зависимость положения регулирующего клапана от давления p_имп.

Будет интересно: Обслуживающие системы главного дизеля

Обратное движение клапана вызывается усилием, развиваемым пружиной 19 сервомотора при понижении давления p_имп.

С понижением вязкости топлива понижается давление импульсного воздуха, поступающего в полость сервомотора, нарушается равновесие в сервомоторе, регулирующий клапан уменьшает количество пара, поступающего в топливоподогреватель.

При повышении вязкости топлива действие мембранного сервомотора протекает в противоположном направлении: увеличивается p_имп регулирующий клапан приоткрывается и количество пара, поступающего в топливоподогреватель, увеличивается.

При нарушении герметичности линии питания и управления, разрыва мембраны сервомотора, блока управления, позиционера или при засорении дросселя – под действием пружины регулирующий орган – клапан садится на гнездо и перекрывает проход пара к топливоподогревателю.

В конструкции регулирующего клапана в передаче движения от мембранного сервомотора к клапанам предусмотрен механизм аварийного ручного управления положением клапана, механизм настройки зоны пропорциональности (неравномерности) и указатель положения регулирующего клапана.

На рис. 6 приведены схемы диафрагменных сервомоторов прямого действия (рис. 6, А, В) и обратного действия (рис. 6, С, D).

В мембранном сервомоторе прямого действия импульсный сигнал поступает в верхнюю полость мембранного корпуса и настройка пружины производится в зависимости от необходимости закрытия или открытия регулирующего клапана при прекращении подачи импульсного воздуха.

Положение -А- – под действием пружины клапан открыт.

Положение -В- – под действием пружины клапан закрыт.

В мембранном сервомоторе обратного действия импульсный сигнал поступает в нижнюю полость мембранного корпуса.

Положение -С- – при отсутствии импульсного сигнала пружина действует на закрытие регулирующего клапана.

Положение -0- – при отсутствии импульсного сигнала пружина действует на открытие регулирующего клапана.

Регулировка мембранного сервомотора по перемещению регулирующего клапана

А – Регулировка мембранного сервомотора прямого действия (см. рис. 6, А):

• соединить шток клапана 10 и шток мембраны 11 (если они были разъединены) (см. рис. 5);
• установить проставку З4В (если она была снята во время разборки);
• создать давление импульсного воздуха 1,1 бар (давление немного выше, чем максимальное давление нормальной эксплуатации) на входе мембранной камеры сервомотора;
• проверить совпадение указателя 27 с «0» на шкале указателя 28;
• если указатель клапана 27 ниже «0» шкалы указателя, это значит, что шток клапан ввинчен вверх и клапан не садится на седло;
• затем снизить давление импульсного воздуха до 0,9 бар (давление импульсного воздуха меньше, чем в нормальной эксплуатации);
• шток клапана 10, выворачивая из проставки – удлинить;
• повторять эти операции до тех пор, пока стрелка указателя 27 не совпала с «0» на шкале указателя 28.

В – Регулировка мембранного сервомотора прямого действия с обратной пружиной (см. рис. 6, В):

• указатель клапана 27 должен быть немного выше «0» шкалы указателя 28;
• при таком положении шток клапана 10 вворачивают в соединительное звено в проставку З4В (рис. 5);
• если вворачивание становится затруднительным, значит, конус клапана касается седла, т. е. клапан уперся в седло;
• затем создать давление импульсного воздуха в мембранной камере 0,3 бар (давление немного больше минимального эксплуатационного давления);
• проверить положение штока клапана 10 – новое положение указателя по сравнению с предыдущим составит разницу между указателем 27 и «0» шкалы 28;
• прекратить подачу давления импульсного воздуха на сервомотор;
• проверить совпадения указателя 27 с «0» шкалы 28 – в случае несовпадения указателя 28 с «0» данную операцию повторить.

С – Регулировка мембранного сервомотора обратного действия регулирующего клапана с пружиной (см. рис. 6, С):

• указатель положения клапана 28 должен быть несколько выше «0» шкалы 28 (рис. 5);
• в этой ситуации перемещение штока клапана 10 не эффективно – произвести следующие операции:
• создать давление импульсного воздуха в камеру мембранного сервомотора 0,З бар для того, чтобы переместить шток клапана 10 вверх;
• затем ввернуть шток клапана 10 вверх;
• прекратить подачу импульсного давления воздуха;
• проверить совпадения указателя штока клапана 27 с «0» шкалы 28;
• в случае несовпадения указателя с «0» положением операцию повторить.

Д – Регулировка мембранного сервомотора обратного действия.

Эта конструкция мембранного сервомотора применяется редко, но если он есть, то необходимо произвести операции согласно выше описанного.

Примечание: когда длина штока клапана отрегулирована – ослабить гайку З4А и болт 34С на 1/4 оборота, прекратить подачу рабочего воздуха, затянуть болты З4С.

Техническое обслуживание мембранного сервомотора

Мембранный сервомотор регулирующего клапана, как и любой судовой механизм, в процессе эксплуатации подвержен изнашиванию и разрегулировке. В результате этого изменяются статические характеристики сервомотора, устойчивость системы, ухудшается качество переходных процессов, снижается точность Ремонт регуляторов давления, температуры и расхода массы дизелярегулирования температуры топлива.

Профилактические осмотры, своевременно проводимые ревизии и наладки сервомотора обеспечивают его длительную и безотказную работу.

Основные характерные неисправности мембранного сервомотора

Некоторые неисправности сервомотора требуют его разборки и замены деталей, такие как: замена мембраны, замена пружины, притирка клапана и т. д. (табл. 4)

 
1 – Замена мембраны сервомотора прямого действия (см. рис. 7).

Порядок операций при разборке сервомотора:

• отсоединить трубопроводы рабочего воздуха;
• отдать болты 31 и гайку 33;
• снять верхнюю крышку корпуса мембраны 6;
• снять мембрану 25 и заменить;
• после замены мембраны совместить монтажные отверстия. Болты 31 должны вставляться без усилий;
• сборку производят в обратной последовательности;
• после сборки произвести проверку и регулировку согласно п.

Номера позиций деталей соответствует фирменным чертежам.

2 – Замена мембраны сервомотора обратного действия (см. рис. 7):

• освободить регулировочный винт 18;
• отдать болт 31 и гайку 33;
• снять верхнюю крышку камеры мембраны 5;
• слегка отдать (ослабить) болты 34С;
• поверните узел 12, 11 и 25 против часовой стрелки и поднимите их вверх;
• зажать диск мембраны 12 в тисках, ключом отдать квадратный вал мембраны 11 (см. рис. 8);
• заменить мембрану 25;
• сборку узла произвести в обратной последовательности;
• после сборки произвести проверку и регулирование.

3 – Замена пружины 19 сервомотора прямого действия (см. рис. 9).

Разборку произвести в последовательности согласно п. 1.

• снять мембрану 25;
• слегка ослабить болт 34С и повернуть диск мембраны 12 вручную против часовой стрелки и поднять мембрану вместе со штоком;
• заменить пружину 19;
• сборку произвести в обратной последовательности.

Примечание: шток мембраны 11 должен быть завернут полностью до упора З4В (см. рис. 9).

С усилием зажать болты 34С в любом случае после сборки.

Если клапан зажат позиционером, освободить пружину позиционера перед разборкой.

Замена пружины сервомотора обратного действия и последовательность операции разборки описана выше.

Ревизия двухседельных клапанов должна производиться раз в два года с притиркой их с помощью специального инструмента.

Рекомендуется к прочтению: Основные элементы топливной аппаратуры судовых дизелей

Разборка, сборка и другие работы по ревизии сервомотора описаны выше.

При добавлении набивки или ее полной замене не обжимайте гайки 45 сальника, сразу производите такую операцию постепенно по мере уменьшения протечки.

Рекомендации при разборке сервомотора:

• при разборке наносить метки на все сопряженные детали и согласно им производить сборку;
• разобранные детали должны быть предохранены от попадания мусора и других посторонних предметов.

Ревизия узлов и деталей сервомотора

Разборка и сборка сервомотора должна производиться в последовательности согласно деталировке сервомотора и подетальной компоновки сервомотора, которая приведена на рис. 10

Позиции деталей сервомотора на рис. 10:

• А – сервомотор прямого действия;
• Б – сервомотор обратного действия.

Позиции на рис. 10, А сервомотора прямого действия означают следующие детали:

• 4 – смотровое окно;
• 5 – корпус камеры мембраны;
• 6 – верхняя крышка камеры мембраны;
• 10 – шток клапан;
• 11 – шток мембраны;
• 12 – диск мембраны;
• 15 – штуцер входа импульсного воздуха;
• 16 – тарелка пружины;
• 17 – упорный подшипник;
• 18 – регулирующий винт положения клапана;
• 19 – пружина;
• 25 – мембрана;
• 27 – указатель положения клапана;
• 28 – шкала указателя;
• 30 – крепежный болт корпуса камеры мембраны;
• 31 – крепежный болт крышки камеры мембраны;
• 33 – гайка;
• 34A – стопорная гайка;
• 34В – проставка;
• 34С – установочный винт.

Позиции на рис. 10, Б сервомотора обратного действия означают следующие детали:

• 4 – смотровое окно;
• 5 – верхняя крышка камеры мембраны;
• 6 – корпус камеры мембраны;
• 10 – шток клапана;
• 11 – шток мембраны;
• 12 – диск мембраны;
• 14 – ограничитель;
• 16 – тарелка пружины;
• 17 – упорный подшипник;
• 18 – регулировочный винт;
• 19 – пружины;
• 25 – мембрана;
• 27 – указатель положения клапана;
• 28 – шкала указателя;
• 30 – крепежный болт камеры мембраны;
• 31 – крепежный болт крышки камеры мембраны;
• 33 – гайка;
• 34А – стопорная гайка;
• 34В – проставка;
• 34С – установочный винт;
• 36 – винт;
• 42 – штуцер подвода воздуха;
• 44 – болт с гайкой;
• 51 – прокладка;
• 53 – шайба;
• 54 – корпус сальника;
• 55 – «0» кольцо уплотнения.

На рис. 11 приведена схема подетальной компоновки односедельного регулирующего клапана. Позиции деталей на рис. 11 соответствуют позициям деталей фирменных чертежей завода-изготовителя.

На рис. 12 подетальная компоновка двухседельного регулирующего клапана.

Позиции деталей соответствуют позициям фирменных стандартных чертежей.

Конструкции регулирующих клапанов

Конструкции регулирующих клапанов, управляемые мембранными сервомоторами, применяемых на транспортных судах Требования и процесс регулирования судовой автоматикив системах автоматического регулирования, приведены в таблице 5.

Таблица 5. Конструкции регулирующих клапанов
№ п/п	Описание	Схема конструкций
1	Односедельный клапан типа ДУ-S. Это простейший по конструкции клапан, клапан неуравновешен, так как давление потока создает дополнительное усилие, направленное на его открытие. Обозначение позиции на рис. 13: 1 – корпус клапана; 2 – нижняя крышка клапана; 3 – верхняя крышка клапана; 7 – клапан; 8 – седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – направляющая втулка; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка набивки; 24 – фланец нажимной втулки; 29 – шпилька; 32 – гайка; 36 – прокладка; 39 – набивка; 45 – шпилька с гайкой
2	Двухседельный двойной клапан типа ДУ-Д. Двухклапанные регулирующие органы применяют для обеспечения возможности увеличения потока. Обозначение позиции на рис. 14: 1 – корпус клапана; 2 – нижняя крышка клапана; 3 – верхняя крышка клапана; 7 – двухседельный клапан; 8 – седло клапана; 9 – нижнее седло клапана; 10 – шток клапан; 13 – нижняя направляющая втулка штока клапана; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка сальника; 24 – фланец нажимной втулки; 29 – болт крепления нижней крышки; 32 – гайка; 37 – направляющий штифт; 38 – прокладка; 39 – набивка; 45 – шпилька с гайкой
3	Односедельный клапан типа ДУ-GOZ. Обозначение позиций деталей на рис. 15: 1 – корпус клапана; 3 – крышка корпуса клапана; 7 – клапан; 8 – седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – втулка штока клапана; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка; 24 – фланец нажимной втулки; 29 – шпилька; 32 – гайка; 37 – направляющий штифт; 38 – прокладка; 39 – набивка сальника; 45 – шпилька с гайкой
4	Односедельный трехходовой клапан типа ДУ-Т. Обозначение позиций деталей клапана на рис. 16: 1 – корпус клапана; 2 – патрубок отвода на перепуск; 3 – крышка корпуса клапана; 7 – двухсторонний седельный клапан; 8 – нижнее седло клапана; 9 – верхнее седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – нижняя втулка направляющая штока клапана; 21 – корпус сальника для набивки; 23 – нажимная втулка; 24 – нажимная втулка; 26 – болт; 29 – шпилька; 32 – гайка; 37 – направляющий штифт; 38 – прокладка; 39 – набивка; 40 – прокладка
Примечание: обозначение позиций деталей на рисунках конструкций клапанов соответствует позициям деталей фирменных чертежей завода-изготовителя.
5	Односедельный клапан, сбалансированный, с нижним запорным седлом поршневого типа. Обозначение позиций деталей на рис. 17: 1 – корпус клапана; 2 – нижняя крышка клапана; 3 – верхняя крышка клапана; 7 – клапан; 8 – седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – направляющая втулка нижнего штока: 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка; 24 – фланец нажимной втулки; 29 – шпилька; 32 – гайка; 38 – набивка; 39 – набивка; 45 – болт и гайка; 61 – седло клапана; 62 – пружина; 63 – цилиндр; 64 – поршень; 65 – поршневые кольца; 66 – крышка цилиндра; 67 – подшипник; 68 – ниппель; 69 – гайка; 70 – трубка подвода воздуха
6	Конструктивные схемы, приведенные ниже, иллюстрируют устройство золотникового регулирующего органа. Двухседельный золотниковый клапан типа ДУ-CODO. Обозначения позиций деталей на рис. 18: 1 – корпус клапана; 3 – верхняя крышка корпуса клапана; 7 – клапан; 10 – шток клапана; 13 – направляющая втулка золотника; 20 – круглая гайка; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка; 24 – фланец нажимной втулки; 29 – шпилька; 32 – гайка; 38 – прокладка; 39 – набивка; 40 – прокладка; 45 – шпилька с гайкой
7	Односедельный золотниковый клапан типа ДУ-GC. Обозначение позиций деталей на рис. 19: 1 – корпус клапана; 3 – верхняя крышка клапана; 7 – клапан; 8 – седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – втулка золотника; 20 – круглая гайка; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка; 24 – нажимной фланец; 29 – шпилька; 32 – гайка; 37 – направляющий штифт; 38 – прокладка; 39 – набивка; 40 – прокладка; 45 – шпилька с гайкой
8	Сбалансированный односедельный золотниковый клапан типа ДУ-СОВ. Обозначения позиции деталей клапана на рис. 20: 1 – корпус клапана; 3 – верхняя крышка; 7 – клапан; 8 – седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – втулка золотника; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка; 24 – фланец нажимной втулки; 26 – 0 уплотнительное кольцо; 29 – шпилька; 32 – гайка; 37 – направляющий штифт; 38 – прокладка; 39 – набивка; 40 – 0 уплотнительное кольцо; 44а – болт; 44в – гайка; 45 – шпилька с гайкой
9	Односедельный золотниковый клапан. Обозначение позиции деталей клапана на рис. 21: 1 – корпус клапана; 3 – верхняя крышка клапана; 7 – клапан; 8 – седло клапана; 10 – шток клапана; 13 – втулка золотника; 21 – корпус сальника для набивки; 22 – промежуточное кольцо; 23 – нажимная втулка; 24 – фланец нажимной втулки; 29 – шпилька; 32 – гайка; 37 – направляющий штифт; 38 – прокладка; 39 – набивка; 40 – прокладка; 44а – болт; 44в – гайка; 45 – болт с гайкой

 
Обозначение позиции деталей клапанов на схемах конструкции соответствуют позициям деталей фирменных чертежах завода-изготовителя.

Примечание: Существенным недостатком регулирующего органа золотникового типа является то, что в зазор между золотником и втулкой в процессе эксплуатации попадают частицы накипи и других твердых включений. Возникают заедания, заклинивание, что приводит к скачкообразному движению золотника и нарушению процесса автоматического регулирования.