Diiselmootori kütusesüsteemide, kõrgsurvepumpade (KKP) ja kütusepihustite ehituse praktiline tundmaõppimine ja reguleerimine. (0)

EESTI MEREAKADEEMIA
Mehaanikateaduskond
Laevamehaanika õppetool
Laeva diiseljõuseadmed M II
Laboratoorne töö nr 1
Teemal: Diiselmootori kütusesüsteemide, kõrgsurvepumpade (KKP) ja kütusepihustite ehituse praktiline tundmaõppimine ja reguleerimine.
Kadett: Õppejõud:
Andrei Litšman Jaan Läheb
Rühm: MM-32
TALLINN
2014

SISUKORD

1. Mootorlaeva kütusesüsteem ja selle osad 3
2. Diiselmootori kütuse kõrgsurvepumbad (KKP) 4
3. Klappreguleerimisega KKP-d ( klapp - kõrgsurvepumbad) 6
3.1 Kütuse algusega reguleeritava klapp-pumba tööpõhimõte 6
3.2 Kütuse lõpuga reguleeritavad klapp-kõrgsurvepumbad 6
3.3 Kombineeritud reguleerimisega klapp-kõrgsurvepumbad 7
4. Diiselmootori pihustid 7
5. Pihustite töö kontroll ja remont 9
Kasutatud kirjandus: 10

1. Mootorlaeva kütusesüsteem ja selle osad

Kaasaegsetel mootorlaevadel kasutatav vedelkütus võib olla kas kerge diiselkütus või raske kütus . Vastavalt kasutatavale kütusele peab laev olema varustatud kütusesüsteemide ja süsteemide juurde kuuluvate seadmetega, mis tagavad kütuse võtmise laeva mahutitesse, selle säilitamise, transportimise ühest mahutist teise ja äraandmise laevalt.
Kütuse laevale võtmiseks ja varude säilitamiseks on laev varustatud suurte kütuse põhjatankidega. Tankid on varustatud torustike ja seadmetega kütusega täitmiseks, üldvooluks, tühjendamiseks ja soojendamiseks ning mõõtmis- ja õhutorudega.
Settetankides toimub kütuse ettevalmistamine tarvimiseks ning selleks on need varustatud drenaažklappidega.
Kütuse kulutankid on varustatud täite - ja äravoolutorude ning armatuuriga, õhutoruga, mõõteklaasiga, armatuuriga sette väljalaskmises.
Mootorlaeva raskekütusesüsteemid on varustatud eelsoojendusega. Väiksemad eelsoojendid võivad olla elektrilised . Aurusoojenditena kasutatakse tankides siug - või s-kujulisi soojendustorusid. Soojendada tuleb raskekütust kõigis mahutites ja kütusetorustikes kulutankidest kuni tema silindrisse pihustamiseni.
Laevades kus võidakse kasutada vaheldumisi nii kerget kui rasket kütust, peab olema võimalus enne üleminekut ühelt kütuselt teisele kütust segada.
Diiselmootori kütusesüsteemi juurde kuuluvad seadmed silindrisse antava kütuse soojendamiseks, puhastamiseks ja silindrisse pihustamiseks.
Survet süsteemis hoiavad kütuse etteande - ja vahepumpad. Tavaliselt kasutatakse kütusesüsteemis mahutpumpasid, kruvi-, hammasratas- ja kolbpumpasid.
Mootori toitesüsteem on varustatud kütuse jäme- ja peenpuhastusfiltritega. Kaasaegsete mootoritel kasutatakse paljude elementidega isepuhastavaid automaatfiltreid.

2. Diiselmootori kütuse kõrgsurvepumbad (KKP)

Kütuse kõrgsurvepump on diiselmootori kütusesüsteemi osa, mis doseerib vedelkütuse hulka vastavalt mootori töörežiimile ning tekitab kütuse pihustamiseks vajaliku rõhu.
Kõrgsurvepumba funktsiooniks on:

• Doseerida täpselt mootori töörežiimile vajalik kütusekogus
  
• Tekitada surve, mis kindlustab kütuse kvaliteetse pihustamise (50 kuni 250 mPa)
  
• Anda kütus pihustile ettenähtud väntvõlli pöördenurga all ÜSS -i suhtes
  
• Doseerida antud töörežiimil kõigele silindritele võrdne tsükliline kogus kütust (nimirežiimil on lubatud erinevus kuni 6%), mis kindlustab mootori ühtlase töö. Nimirežiimi pööretelt üleminekul kõige madalama pööretega režiimile väheneb kütuse tsükliline kogus 5…10 korda. Samapalju võib suureneda silindritesse antava kütuse tsüklilise koguse erinevus, mis võib esile kutsuda mootori ebastabiilse töö madalatel pööretel.
  

Kütuse tsüklilise koguse reguleerimise järgi liigitatakse KKP-d :

• Klappreguleerimisega pumpadeks ehk klapp-pumpadeks
  

• Plunžerreguleerimisega pumpadeks ehk plunžerpumpadeks.
  

Olenemata pumba konstruktsioonist on kõigi KKP-de põhiosaks plunžerpaar, kus plunžer ehk pumba varbkolb ja hülss moodustavad omavahel mittevahetatava väga täpselt töödeldud (pretsiisse) paari.
Lõtk plunžeri ja hülssi vahel on 0,00…0,003 mm.
Plunžeri ASS-s ja ÜSS-s asub plunžeri tõukur nukkseibi silindrilisel profiilil ja plunžeri käigukiirus on null.
Plunžeri tõukuri liikumisega nukkseibi tõusuprofiilile plunžeri kiirus kasvab. Maksimaalne kiiruse muutuse saavutab plunžeri liikumine enne plunžeri ÜSS-i ,pärast seda hakkab plunžeri kiirus langema .
Plunžeri käigukiirusest, pihustamise algusmomendist ja pihustamise kestusest oleneb suurel määral kütuse pihustamise ja töötsükli kvaliteet. Pumba plunžeri käigukiiruse ja nukkseibi omavahelist seost iseloomustab kütuse kõrgsurvepumba diagramm, kus peale nukk- ketta profiili, plunžeri tõusukiiruse ja kõrgsurvetorusse kütuse surumise aja on toodud kütuse surumise alguse momendid vastavalt väntvõlli pöördenurgale (VVP) kolvi ülemise surnud seisu suhtes (ÜSS).
Olenemata pumba tüübist võib plunžeri aktiivkäigu pikkust ja seega ka kütuse surumist pihustile reguleerida kolmel viisil:

Plunžeri aktiivkäigu alguse momendi muutmisega. Sel juhul on surumise algus varieeruv, surumise lõpp toimub mingil kindlal väntvõlli pöördenurgal ÜSS-i suhtes momendil, kui plunžer jõuab oma ülemisse surnud seisu. Plunžeri aktiivkäigu alguse momendiga muudetakse plunžeri aktiivkäiku lähemaks või pikemaks, millele vastavalt muutub silindrisse antava kütuse hulk. Kütuse pihustile surumise algusmomendiks on plunžer saavutanud üles liikumisel mingi kiiruse, surumine lõpeb, kui plunžer hakkab liikuma oma ÜSS-ist ASS-i suunas, kusjuures plunžeri ÜSS-is tema kiirus null. Seda tüüpi kütusepumba eeliseks on töötamine väikese koormuse korral, kus plunžeri aktiivkäigu algus muudetakse hilisemaks, millega muutub hilisemaks ka kütuse sissepritse nurk.

Sel juhul kütuse surumine pihustile algab kohe ,kui nukkseibi nuki profiil hakkab tõstma plunžerit. Kütuse surumine lõpetatakse plunžeri ÜSS-i piirkonnas ,kus plunžeri liikumise kiirus on piisavalt suur. Seega jääb kütuse surumise algus ja ka sissepritse eelnurk mootori kõigil koormustel konstantseks. Kütuse surumise lõpp-punkt varieerub kolvi ÜSS-i suhtes.

Kütuse tsüklilise koguse reguleerimine toimub plunžeri aktiivkäigu alguse ja lõpu reguleerimisega. Selline reguleerimisviis annab kõige parema võimaluse põlemisprotsessi juhtimiseks silindris . Kütuse surumise optimaalse algusmomendi valimine muudab mootori töö stabiilsemaks ja ökonoomsemaks madalatel pööretel, järsk surve langus enne plunžeri jõudmist ÜSS-i tõstab pihustamise kvaliteeti kõrgetel pööretel.

3. Klappreguleerimisega KKP-d (klapp- kõrgsurvepumbad)

Klapp-pumpades toimub kütuse tsüklilise koguse doseerimine pumba imi- , surve- või ülelaskeklappide avamis- sulgemismehhanismiga. Plunžeri aktiivkäik oleneb klappide kinni- ja lahtioleku ajast.
Eelisteks on pumba plunžeri kogu käigu ühtlane kasutamine ja plunžerpaari suur motoressurss , puuduseks suhteliselt keeruline reguleerimismehhanism. Klapp-pumpasid kasutatakse sagedamini aeglasekäigulistel mootoritel, kus pumba liikuvate detailide inerts on väiksem ega saa mõjutada pumba töö kvaliteedi.

3.1 Kütuse algusega reguleeritava klapp-pumba tööpõhimõte

Plunžer liigub ülevalt alla ASS-i suunas. Imiklapi avamismehhanismi hoob, mille üks ots liigub koos plunžeriga ASS-i suunas avab teise otsaga imiklapi. Plunžeripealne ruum täitub kütusega.
Plunžer liigub ÜSS-i suunas. Kuni imiklapp on avatud, plunžeri peal survet ei teki. Kütus läheb tagasivoolu, kuni reguleerimismehhanism laseb imiklapil kütuse surve mõjul sulguda. Algab plunžeri aktiivkäik. Surve tõusuga avaneb pumba surveklapp ja kütus surutakse läbi selle klapi pihusti survetorusse. Plunžeri aktiivkäik toimub kuni plunžeri jõudmiseni oma ÜSS-i.

3.2 Kütuse lõpuga reguleeritavad klapp-kõrgsurvepumbad

Lõpuga reguleerivatel klapp-pumpadel on lisaks imiklapile plunžeri tõukurilt juhitav ülelaskeklapp.
1. takt
Plunžeri allaliikumisel avaneb imiklapp ja plunžeripealne ruum täitub kütusega.
2.takt
Plunžer liigub ASS-st ÜSS-i poole. Imiklapp sulgub plunžeri tekitatud surve mõjul ja algab kütuse surumine kõrgsurvetorusse. Samal ajal liigub ülelaskeklapi hoova vasak ots koos tõukuriga üles, vähendades lõtku tõukuri ja ülelaskeklapi sääre vahel. Kui lõtk muutub nulliks, avab ülelaskeklapp ülevoolu ja lõpeb kütuse surumise pihustile. Seega on ülelaskeklapi ülesandeks silindrisse antava kütuse tsüklilise koguse reguleerimine enne plunžeri jõudmist oma ÜSS-i.
Lõpuga reguleerivatel KKP-del on kütuse silindrilise andmise eelnurk konstantne ega sõltu mootori koormuset, seega pumpasid kasutatakse erineva kiirusega mootoritel.

3.3 Kombineeritud reguleerimisega klapp-kõrgsurvepumbad

Kombineeritud reguleerimisega klapp- KKP sarnaneb ehituselt lõpuga reguleeritava pumbaga , millel peale imiklapi on ülejooksuklapp.
Kombineeritud reguleerimisega klapp-kõrgsurvepumpi kasutatakse fikseeritud sammuga sõukruviga laevade aeglasekäigulistel peamasinatel, mis töötavad väga muutuva koormusega.
Nende eeliseks on võimalus vastavalt vajadusele ka fikseeritud summaga sõukruviga laevade aeglasekäigulistel peamasinatel, mis töötavad väga muutuva koormusega

4. Diiselmootori pihustid

Igal silindril võib olla üks või mitu pihustid. Pihusti arv ja paigatus silindri kaanes oleneb silindri diameetrist ning põlemiskambri kujust . Mitme pihustiga süsteemi kasutatakse suure võimsusega diiselmootoritel, kus suure kütusekoguse üheaegsel sissepritsel tõstab mitme pihusti kasutamine mootori töökindlust.
Pihusti ülesanne on kõrgsurvepumba KKP poolt kõrgsurve-kütusetorusse surutud kütus võimalikult väikeste osakestena ( 0,015-0,025 mm) pritsida silindri põlemiskambrisse ja seal ühtlaselt jaotada.
Sõltuvalt pihusti klapi avamise moodusest jagunevad klapp-pihustid mehaaniliselt ja hüdrauliliselt avatavateks pihustiteks.
Kaasaegsetel laeva diiselmootoritel kasutatakse kinniseid hüdrauliliselt avatavaid klapp-pihusteid.
Diisli hüdrauliselt avatava pihusti ehitus ja tööpõhimõte on esitatud joonisel (Joonis 1). Pihusti teraskere koosneb kahest osas- pihusti ja nõelklapi kerest (1 ja 2), mis liidetakse omavahel mutriga 3. Nõelklapi säär ja klapi kere moodustavad väga täpselt töödeldud (lõtk 2... 5 μm) preetsiisse paari, mille osad nõelklapi ja klapi kere ei ole eraldi vahetatavad. Nõelklapp 4 surutakse oma pessa rõhu reguleerimiskruvi , vedru 5 ja tõukuri 6 kaudu. Vedru eelpinge on reguleeritav reguleerimiskruviga 7, mis fikseeritakse kontramutriga 8.
Kütus surutakse KPP-ga mööda kanalit 9 pihusti nõelklapi 4 diferentsiaalpinna ja pihusti kere vahelisse ringkanalisse 10 ja sealt kolme kanali 11 kaudu nõelklapi rõhukambrisse 12. Kui kütuse rõhu poolt tekitatud jõud nõelklapi diferentsiaalpinna koonusele ületab nõelklapi vedru pinge poolt tekitatud vastujõu, tõuseb nõelklapp oma pesalt ja kütus pääseb suure kiirusega pihusti düüsi ning sealt väga peenikeste jugadena põlemiskambrisse.

5. Pihustite töö kontroll ja remont

Pihusteid kontrollitakse ja reguleeritakse spetsiaalsel katsestendil, mille põhiosadeks on käsikangiga kõrgsurvepump , manomeeter , kõrgsurvetoru, kütusepakk ja läbipaistva kattega anum.
Pihustite ülevaatusel kontrollitakse:

• Pihusti nõela liikumist pihusti otsikus
  
• Pihusti nõelklapi tihedust oma pesas
  
• Pihusti nõelklapi silindrilise oma tihedust
  
• Pihusti nõelklapi avanemise rõhku
  
• Pihusti düüsiavade ummistatust
  
• Kütusejoa laialipaiskumiskoonuse suurust
  
• Nõelklapi tõusu kõrgust
  
• Pihusti kere ja otsaku vahelist tihedust.
  

Hästi töötaval pihustil toimub katsestendi pumba ühe käigu ajal terve rida järske pihustamasi. Kontrollimisel jälgitakse ka pihusti avade ühtlast tööd. Pihusti alla paigutatud valgele paberile peab jääma ühtlane lilleõitaoline kütusejälg.
Pihusti ehk nõelklapi avanemise rõhk antakse tehasejuhendis, mille juures peab toimuma hea pihustamine mootori igal töörežiimil.

Kasutatud kirjandus:

1. «Laeva diiselmootorite ehitus», Jaan Läheb, Tallinn, 2008.