Анализ неисправностей и технического обслуживания форсунок судовых дизельных двигателей

Анализ неисправностей и технического обслуживания форсунок судовых дизельных двигателей

Аннотация:Дизельный двигатель — это сердце судна, а топливная форсунка — основной компонент дизельного двигателя. Ее рабочее состояние напрямую влияет на производительность дизеля. Поэтому понимание и освоение причин, характеристик и методов устранения неисправностей форсунки очень важно.

Ключевые слова: Форсунка; Конструктивные особенности; Проверка; Регулировка
Код CLC: TK42 Код документа: A ID статьи: 1672-3791(2012)04(c)-0107-01

1. Назначение и требования к форсунке

Назначение форсунки состоит в том, чтобы распылять топливо под высоким давлением, подаваемое топливным насосом в определенный момент, в мелкие частицы топлива, впрыскивать их в цилиндр и распределять по всей камере сгорания для хорошего смешивания с воздухом и образования горючей смеси. Когда топливная форсунка работает плохо, это вызывает трудности при запуске дизельного двигателя, черный дым во время работы, снижение мощности и экономичности, а также нестабильную работу. Могут возникать такие явления, как посторонний шум, «стук в цилиндре» и даже остановка двигателя.

Судовые дизельные двигатели предъявляют очень строгие требования к форсункам. Должно быть определенное давление впрыска, дальность впрыска (то есть дальнобойность) и определенный угол конуса распыления. Качество распыления должно быть хорошим, впрыскиваемые частицы масла должны быть мелкими и однородными, и они должны распределяться по всей камере сгорания. Работа форсунки также должна быть согласована с топливным насосом высокого давления, чтобы гарантировать четкое начало и конец впрыска.

2. Типы и конструктивные особенности форсунок

Существует много типов форсунок. В настоящее время в большинстве судовых дизельных двигателей используются гидравлические игольчатые форсунки (также известные как форсунки закрытого типа). Конструкция этой форсунки влияет на работу дизельного двигателя, главным образом, в ее передней части: игле распылителя и корпусе распылителя. Гидравлические игольчатые форсунки можно разделить на однодырочные и многодырочные в зависимости от количества распылительных отверстий.

Однодырочные форсунки имеют только одно распылительное отверстие, расположенное в центре сопла. Диаметр отверстия относительно велик, давление открытия низкое, давление впрыска относительно низкое, а качество распыления плохое. Они в основном используются на небольших высокоскоростных дизельных двигателях. Многодырочные форсунки имеют несколько распылительных отверстий, которые могут быть распределены равномерно на кончике сопла или с одной стороны. Диаметр их отверстий относительно мал, давление при открытии и закрытии иглы и в процессе впрыска высокое, а качество распыления хорошее. Форма факела распыла должна соответствовать форме камеры сгорания. Они в основном используются на средних и низкооборотных судовых дизельных двигателях.

3. Анализ неисправностей форсунки и методы их устранения

Форсунка расположена в верхней части камеры сгорания и подвергается прямому воздействию высокотемпературного газа под высоким давлением. Рабочая температура высока, а условия работы тяжелые. Тепловая и механическая нагрузки часто вызывают потерю герметичности пары иглы, прорыв газов и даже прекращение работы. Кроме того, от того, хорошо ли работает форсунка, напрямую зависят экономичность, мощность, выбросы и надежность дизельного двигателя. Поэтому необходимо проводить анализ и устранение распространенных неисправностей форсунки.

Основной формой повреждения топливной форсунки является износ. Во-первых, он происходит главным образом на уплотнительном конусе иглы и седле корпуса распылителя, а также на цилиндрической сопрягаемой поверхности пары иглы; во-вторых, это коррозия торца корпуса распылителя и увеличение и овальность распылительного отверстия. Для этих проблем в прецизионных парах деталями, где форсунка часто изнашивается, являются уплотнительный конус, распылительное отверстие и направляющая поверхность иглы и отверстия распылителя.

(1) Износ конуса иглы и седла корпуса распылителя: 

Износ вызван ударами пружины форсунки и воздействием примесей в дизельном топливе. Износ уплотнительного конуса приведет к расширению контактной поверхности уплотнительного пояска, деформации и снижению чистоты поверхности. Результатом является подтекание форсунки, образование нагара возле соплового отверстия и даже блокировка отверстия. Сильно подтекающие форсунки также будут издавать прерывистые стучащие звуки во время работы, что приведет к неравномерной работе дизельного двигателя и черному дыму из выхлопной трубы. Метод устранения: разберите форсунку, нанесите немного тонкой притирочной пасты из оксида хрома на головку иглы для притирки поверхности конуса, затем промойте ее дизельным топливом и, наконец, соберите форсунку для проверки производительности. Если проверка не пройдена, пару иглы необходимо заменить. В реальном процессе ремонта обратите особое внимание на то, чтобы притирочная паста не попала в направляющее отверстие иглы. Зубную пасту или моторное масло также можно использовать для обслуживания, если нет притирочной пасты.

(2) Износ цилиндрической сопрягаемой поверхности пары иглы: 

Это вызвано примесями, содержащимися в дизельном топливе. Большая часть износа происходит на нижнем конце направляющей части, в результате чего на поверхности направляющей части иглы появляются мелкие осевые царапины. Результатом является увеличение объема возврата масла из форсунки, уменьшение объема впрыска топлива, снижение давления впрыска топлива, задержка времени впрыска, плохое распыление и подтекание, а также образование нагара. В этом состоянии дизельный двигатель не может работать с полной нагрузкой, что приводит к трудностям при запуске. Чтобы предотвратить износ направляющей поверхности иглы и отверстия, фильтр дизельного топлива следует содержать в чистоте, а шлам в фильтре и топливном баке следует часто сливать, чтобы предотвратить попадание песка и примесей и ускорение износа пары иглы. Для сильно изношенных игл следует своевременно заменять новые пары игл.

(3) Увеличение диаметра соплового отверстия, вызванное коррозией торца корпуса распылителя: 

Обычно 0,12 мм ~ 0,8 мм. Увеличение диаметра распылительного отверстия происходит из-за длительного воздействия примесей, содержащихся в дизельном топливе под высоким давлением. После износа распылительного отверстия на стенке отверстия появляются мелкие следы осевых канавок, распылительное отверстие становится больше и теряет свою округлость, что приводит к падению давления впрыска, сокращению дальности впрыска и ухудшению распыления. Внутри отверстия скапливается нагар. Нагар вокруг распылительного отверстия корпуса распылителя вызовет накопление тепла, что не только влияет на распыление топлива, но и вызывает перегрев и повреждение корпуса распылителя. При накоплении нагара на корпусе распылителя можно использовать медную проволочную щетку для его удаления. Когда распылительное отверстие заблокировано, можно использовать специальный инструмент для прочистки. При прочистке отверстия не вращайте инструмент резко и не применяйте чрезмерную силу, чтобы не сломать иглу в распылительном отверстии.

Усилив анализ неисправностей и устранение проблем с форсунками судовых дизельных двигателей, можно эффективно снизить частоту отказов дизельных двигателей. Неисправности форсунки напрямую приведут к ненормальной работе дизельного двигателя, но не все неисправности двигателя вызваны форсункой. Поэтому суждение о неисправностях форсунки должно быть осторожным, и форсунку не следует разбирать для проверки необдуманно, тем самым нарушая точность ее обработки и сборки и вызывая ненужные потери. Кроме того, чтобы уменьшить количество неисправностей и продлить срок службы форсунки, необходимо качественно выполнять работы по техническому обслуживанию и консервации в обычное время.

4. Проверка и регулировка форсунок судовых дизельных двигателей

В соответствии с эксплуатацией дизельного двигателя необходимо проводить периодические профилактические осмотры и нерегулярные диагностические осмотры форсунки. Если во время осмотра обнаружены какие-либо несоответствия, необходимо немедленно провести техническое обслуживание и регулировку, чтобы гарантировать, что форсунка всегда имеет хорошее качество распыления. Содержание проверки включает давление открытия, качество распыления и герметичность пары иглы.

(1) Проверка и регулировка давления открытия форсунки: 

Давление открытия относится к минимальному давлению впрыска, необходимому для того, чтобы игла преодолела силу предварительного натяжения пружины регулирования давления под действием давления топлива. Оно оказывает большое влияние на качество распыления. Поэтому для всех дизельных двигателей указано давление открытия форсунки, обычно 20 МПа ~ 35 МПа. Проверка давления открытия заключается в закреплении форсунки на соединителе насоса высокого давления и открытии запорного клапана. Откройте выпускной клапан форсунки, накачайте масло ручным рычагом, и когда масло начнет вытекать из выпускного клапана, закройте его и быстро качните несколько раз, чтобы дизельное топливо промыло распылительное отверстие. Затем медленно нажимайте на ручной рычаг, и давление, при котором топливо начнет распыляться, будет давлением открытия форсунки. Если это значение не соответствует указанному, его можно отрегулировать с помощью регулировочного винта до удовлетворительного уровня.

(2) Проверка герметичности форсунки:

Проверка герметичности форсунки включает герметичность цилиндрической поверхности иглы и корпуса распылителя, а также герметичность конусной поверхности иглы и седла клапана.
Проверка герметичности между иглой распылителя и втулкой заключается в наблюдении за скоростью падения давления масла, когда давление масла поднимается чуть ниже давления открытия. Если оно превышает указанный диапазон, это указывает на то, что зазор между иглой и втулкой слишком велик, герметичность плохая и происходит утечка масла.
Проверка герметичности конусной поверхности иглы и седла также проводится на вышеуказанном испытательном устройстве. В это время, когда давление масла поднимается близко к давлению открытия форсунки, медленно поднимайте давление масла со скоростью 10 раз в минуту, пока сопло не начнет распылять масло. Затем посмотрите, нет ли подтекания возле сопла. Если сопло слегка влажное вокруг отверстия, герметичность хорошая.

(3) Тест распыления форсунки:

Тест распыления форсунки заключается в оценке качества распыления путем наблюдения за формой и количеством впрыскиваемых струй масла, тонкостью и однородностью распыления, длиной дистанции распыления и углом конуса, чувствительностью начала и конца впрыска и влажностью вокруг распылительного отверстия после прекращения впрыска. Хорошее качество распыления означает, что впрыск соответствует требованиям, струи масла распределяются равномерно без локального скопления или капания масла. Каждый впрыск происходит быстро, четко и резко от начала до конца и издает четкий «скрипящий» звук без капания масла после непрерывного впрыска. Для форсунок с плохим качеством распыления, например, при плохой герметичности конусной поверхности иглы, можно использовать немного притирочной пасты или смешанного моторного масла для тонкой притирки конусной поверхности. Если обнаружено, что распылительное отверстие заблокировано, его можно сначала замочить в дизельном топливе, а затем прочистить стальной иглой чуть меньшего диаметра, чем отверстие. Если диаметр отверстия увеличивается из-за износа, как правило, при увеличении на 10%, следует заменить новую форсунку.

Литература
[1] Лу Фэнмин. Разборка и эксплуатация энергетического оборудования [M]. Издательство Даляньского морского университета.
[2] Ду Жунмин. Судовой дизельный двигатель [M]. Издательство Даляньского морского университета.