自力式燃油壓力調(diào)節(jié)閥
1、概述
燃油壓力調(diào)節(jié)閥是提高艦船機(jī)動性能和靈活性的一種裝置, 其主要功能就是保證船舶在高速前進(jìn)或者突然減速的過程中主燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)油口的壓力穩(wěn)定, 使燃機(jī)能夠正常工作。本文介紹的自力型燃油壓力調(diào)節(jié)閥通過接受從燃機(jī)進(jìn)油口處反饋的壓力信號自動進(jìn)行開度的調(diào)節(jié), 保證燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力穩(wěn)定, 而無需現(xiàn)場調(diào)節(jié)操作。
2、系統(tǒng)工作原理
燃油壓力調(diào)節(jié)閥(簡稱調(diào)節(jié)閥, 下同) 并聯(lián)安裝在燃機(jī)進(jìn)油管路的旁通管路上(圖1) 。在船舶高速前進(jìn)或者突然減速時, 燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力會因此而改變, 此時安裝在旁通管路的調(diào)節(jié)閥開始工作。當(dāng)燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力小于系統(tǒng)要求值時,通過調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié), 可使燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力增大。當(dāng)燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力高于系統(tǒng)要求值時, 通過調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié), 可使燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力減小。整個工作過程就是利用工作壓力和彈簧力的差別,使得調(diào)節(jié)閥閥瓣上下移動, 調(diào)節(jié)壓力, 保證燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力值在規(guī)定的范圍之內(nèi)。
圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)
3、技術(shù)要求
油泵供油壓力 0.4MPa
油泵供油流量 3.3 m3 /h
燃?xì)廨啓C(jī)額定流量 2.6 m3 /h
燃機(jī)進(jìn)口前壓力穩(wěn)定范圍 0.25 ±0.07MPa
閥門結(jié)構(gòu)長度 L = 160 mm
閥門高度 H≤180 mm
閥門內(nèi)徑 d = 25 mm
1.調(diào)節(jié)螺釘 2.閥蓋 3.彈簧 4.薄膜 5.反饋腔 6.調(diào)節(jié)閥芯 7.閥體
圖2 壓力調(diào)節(jié)閥
4、調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
安裝在燃機(jī)進(jìn)油旁通管路上的調(diào)節(jié)閥不僅需要調(diào)節(jié)主管路燃機(jī)進(jìn)口處的壓力, 還需要排掉油泵泵出的多余油量。一般的調(diào)節(jié)閥有直接作用薄膜式、直接作用波紋管式、先導(dǎo)活塞式、先導(dǎo)薄膜式和組合式等多種結(jié)構(gòu)。直接作用薄膜式調(diào)節(jié)閥的原理是由薄膜的上下運(yùn)動帶動閥門的開度變化來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力, 結(jié)構(gòu)比較簡單, 動作可靠。直接作用波紋管式調(diào)節(jié)閥的工作原理和薄膜式相同, 只是由波紋管代替薄膜。先導(dǎo)式調(diào)節(jié)閥是先由閥門內(nèi)部的導(dǎo)閥動作, 帶動主閥瓣的開度變化來調(diào)節(jié)系統(tǒng)壓力, 但是燃油介質(zhì)中的雜質(zhì)可能會堵塞閥門內(nèi)部的先導(dǎo)孔,導(dǎo)致閥門功能失效。組合式調(diào)節(jié)閥由主閥、導(dǎo)閥和截止閥等組成, 是一個調(diào)節(jié)系統(tǒng), 比較復(fù)雜, 增加了管路的復(fù)雜性。綜合比較各類型調(diào)節(jié)閥的特性,根據(jù)供油系統(tǒng)的管路結(jié)構(gòu)情況, 采用直接作用薄膜式減壓閥的結(jié)構(gòu)作為調(diào)節(jié)閥的結(jié)構(gòu)(圖2)。
該調(diào)節(jié)閥以單彈簧作為外加壓力, 通過U 形薄膜和反饋腔的壓力直接進(jìn)行比較, 調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)簡單可靠。調(diào)節(jié)閥芯帶有長導(dǎo)向軸結(jié)構(gòu), 可以防止由于壓力變化而引起的閥芯振動或者發(fā)生卡阻。調(diào)節(jié)螺釘使閥門可以根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)際需要來設(shè)定不同的壓力調(diào)節(jié)區(qū)間。閥芯和閥座設(shè)計成具有截止功能的結(jié)構(gòu), 當(dāng)反饋壓力低于要求值時, 調(diào)節(jié)閥能夠完全關(guān)閉, 確保主管路的壓力不低于系統(tǒng)要求的最小值。
5、調(diào)節(jié)閥工作特性
目前大部分調(diào)節(jié)閥是使閥后的壓力保持在某個規(guī)定值, 但是在此燃機(jī)系統(tǒng)中, 調(diào)節(jié)閥被安裝在旁通管路上, 卻需要控制主管路燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力, 因此, 需要從燃機(jī)進(jìn)油口處引出一個反饋信號, 調(diào)節(jié)閥根據(jù)反饋信號進(jìn)行調(diào)節(jié)。當(dāng)燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力低于規(guī)定壓力值時, 反饋壓力小于彈簧設(shè)定值, 彈簧將膜片往下壓, 減小閥門的開度, 使燃機(jī)進(jìn)油管路的流量增大, 壓力隨之升高。當(dāng)燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力高于規(guī)定壓力值時, 反饋壓力大于彈簧設(shè)定值, 反饋腔內(nèi)的油壓推動膜片往上運(yùn)動, 增大閥門的開度, 使燃機(jī)進(jìn)油管路的流量減小, 壓力隨之降低。
6、靜態(tài)特性分析
根據(jù)系統(tǒng)提供的參數(shù), 系統(tǒng)油泵提供燃油的流量恒定為3.3 m3 /h, 燃機(jī)的最大用油量為2.6 m3 /h。當(dāng)燃機(jī)的用油量最大時, 其進(jìn)口處的壓力不能低于0.18 MPa。燃機(jī)停機(jī)時, 進(jìn)口處的壓力不能高于0.32 MPa。由此確定了設(shè)計的理論參數(shù)。當(dāng)燃機(jī)用油量為2.6 m3 /h, 經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié), 使燃機(jī)進(jìn)口處的壓力≥0.20MPa。當(dāng)燃機(jī)在緊急情況下停機(jī)時, 燃機(jī)進(jìn)口處的壓力≤0.32MPa (圖3) 。即無論燃機(jī)進(jìn)口處的流量值是多少, 燃機(jī)進(jìn)口處的壓力維持在0.20～0.32 MPa之間, 就能滿足系統(tǒng)的要求。
7、模擬試驗(yàn)
通過模擬試驗(yàn)系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥樣機(jī)進(jìn)行了壓力調(diào)節(jié)性能試驗(yàn)。分別模擬了燃機(jī)從正常運(yùn)轉(zhuǎn)到突然加速至滿工況運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)(狀態(tài)1) , 以及燃機(jī)從滿工況運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)到緊急停機(jī)的狀態(tài)(狀態(tài)2) , 對這兩個狀態(tài)中燃機(jī)進(jìn)油口處的壓力以及流量值進(jìn)行了測試記錄(圖4) 。
8、結(jié)語
經(jīng)過理論設(shè)計計算、靜態(tài)特性分析和性能試驗(yàn)結(jié)果對比, 調(diào)節(jié)閥的壓力調(diào)節(jié)指標(biāo)達(dá)到了技術(shù)要求。調(diào)節(jié)閥在模擬試驗(yàn)系統(tǒng)上的試驗(yàn)表明, 燃?xì)廨啓C(jī)在任意的一種工況下, 調(diào)節(jié)閥均能夠使燃機(jī)進(jìn)口處的壓力穩(wěn)定在0.20～0.32 MPa之間。該閥門能夠較好地完成壓力的調(diào)節(jié)功能, 對船上燃機(jī)起到了很好的保護(hù)作用。
