固定喷射系统（精选3篇）
固定喷射系统 篇1
1 泵喷射系统的组成
对现代柴油机的动力性、经济性、排放率和噪声级的要求一直在提高, 这就要求燃油喷射系统能产生足够高的喷射压力, 确保燃油雾化良好, 同时对喷油始点与喷油量进行精确控制。泵喷射系统能满足这些严格的要求。顾名思义, 泵喷射系统就是将喷油泵与喷嘴合成一体的燃油喷射系统, 它由驱动、压力产生、控制和喷嘴4大部分组成, 各部分包括许多零件, 如图1所示。
2 泵喷嘴
在机械结构上, 泵喷射系统中压力产生部分、控制部分和喷嘴部分的主要零件常常装配在一起, 被称之为泵喷嘴。泵喷嘴直接安装于柴油机气缸盖上。图2为泵喷嘴的外貌。
3 高压腔充注燃油
泵活塞在活塞弹簧的作用下向上移动 (图3) , 高压腔的容积扩大。此时喷嘴电磁阀不动作, 电磁阀针阀处于静止位置, 供油管到高压腔的通道打开, 燃油流入高压腔。
4 预喷射过程开始
如图4所示, 喷射凸轮通过滚柱式摇臂将泵活塞压下, 高压腔内的燃油排出到供油管;柴油机控制单元控制喷嘴电磁阀吸合, 此时, 电磁阀针阀被压入阀座内, 关闭高压腔与供油管间的通道, 高压腔内开始产生压力, 当压力达到18 MPa时, 针阀克服弹簧压力, 喷嘴针阀上升, 预喷射过程开始。
5 预喷射过程结束
上升的压力使收缩活塞下移, 高压腔容积扩大, 于是压力瞬间下降。这时, 施加在针阀上的弹簧力和液体压力增加, 因此喷嘴针阀关闭, 预喷射结束。
收缩活塞下移增加了喷嘴弹簧的压紧程度, 若想再次打开针阀, 油压必须比预喷射过程中的油压高。
6 主喷射过程开始
喷嘴针阀关闭后短时间内, 高压腔内压力立即重新上升。这时喷嘴电磁阀仍然关闭, 泵活塞下移。约30 MPa时, 燃油压力高于喷射弹簧作用力, 喷嘴针阀再次上升, 主喷射过程开始。喷射过程中, 进入高压腔的燃油多于经喷嘴喷出的燃油, 压力不断上升, 最高可达205 MPa。
7 主喷射过程结束
当柴油机控制单元停止激活喷嘴电磁阀后, 电磁阀针阀回位, 燃油被泵活塞排出到供油管, 高压腔泄压, 喷嘴针阀关闭, 主喷射过程结束。
8 泵喷射系统的优缺点
泵喷射系统的优点:燃烧噪声低、排放清洁、结构紧凑、油耗低, 维修费用低、功率损失小以及效率高。不足之处:气缸盖结构复杂、对凸轮轴及正时齿轮驱动部件产生不均匀的高压负荷。
蒸汽喷射抽真空系统故障排查 篇2
1 工作原理
蒸汽喷射真空泵利用流体流动时的静压能与动能相互转换的气体动力学原理来形成真空。具有一定压力的水蒸汽通过拉瓦尔喷嘴喉径时达到声速, 到喷嘴的扩散部时, 静压能全部转化为动能, 达到超声速, 同时喷嘴出口处形成真空, 被抽气体在压差的作用下, 被抽入吸入室, 和以超声速的蒸汽一边混合一边进入文丘里管, 然后以亚声速从文丘里的扩散管排出, 同时混合的气体速度逐渐降低, 压力随之升高, 而后从排出口排出。如果将几个喷射泵串联起来使用, 泵与泵中间加入冷凝器使蒸汽冷凝, 便可得到更高的真空度。整台蒸汽喷射真空泵由若干级泵体与冷凝器两大部分组成。各级泵体均由喷嘴、入室及扩压器组成, 喷嘴可以是单只, 也可以是多只, 喷嘴一般采用不锈钢材料, 吸入室和扩压器等其它部件可采用不锈钢、铸铁及碳钢等材料[2]。 (如图、图2)
2 影响真空的因素分析
2.1 蒸汽品质:
抽真空用的蒸汽是要求有一定压力和过热度的, 蒸汽压力偏低及压力波动均对真空泵的能力有较大影响, 因此蒸汽压力不应低于要求的工作压力, 但所用真空泵结构设计已定型, 过多提高蒸汽压力并不会增加抽气量及真空度。在抽真空过程中如果压力不够, 就不足以形成高速射流, 破坏抽真空过程。在抽真空过程中会出现压力温度的变化, 如果过热度不够会引发蒸汽的相变, 影响抽真空的作用。
2.2 冷却器换热效果的影响:
如果冷却器换热效果不够好, 就会导致部分蒸汽无法冷凝, 致使该冷凝器中的气体总量增加, 变相增加下一级抽子的负荷, 当超出设计能力时, 抽真空就会出现问题, 冷却水温度、流量以及冷却器结垢都直接影响冷却器换热效果。
2.3 系统密封性:
抽真空系统法兰, 导淋阀, 放空阀的气密性都会影响到抽真空系统的整体性能, 另外被抽真空系统的气密性对抽真空系统的影响也是比较明显的。
2.4 喷嘴的问题:
喷嘴的安装质量以及堵塞情况都将直接影响到抽真空效果, 存在的问题有:喷嘴装错、装歪、堵塞、损坏、腐蚀和泄漏, 不管采取何种预防措施, 喷嘴的堵塞在所难免。一方面由于安装蒸汽管道时, 管道中残存的铁屑及焊渣会堵塞喷嘴;另一方面, 真空泵系统停用时, 蒸汽管道易生锈, 锈斑在使用时掉落堵塞喷嘴[3]。
2.5 大气腿的重要性:
大气腿如果出现漏气或水封不好将直接影响到抽真空效果。
3 实际使用中的问题:
蒸汽喷射抽真空在乙二醇装置中主要用于真空塔抽真空;透平抽真空, 在实际应用中蒸汽喷射抽真空系统出现过多次波动或抽不下来真空的现象, 每次出现的问题都不尽相同, 对此做如下分析总结:
3.1 开车过程中真空抽不下来:
3.1.1 被抽真空系统泄露:
在一次大修后的开车过程中, 真空总抽不下来, 最小化系统后, 发现抽真空系统能力没有问题, 分析是由于被抽真空系统泄漏引起的抽真空抽不下来, 随对被抽真空系统进行气密试验, 发现产品泵机封、部分管线法兰泄漏及塔顶压力表膜片导淋泄漏, 在解决这些问题后, 真空系统很快恢复正常;
3.1.2 蒸汽喷嘴堵塞:
2015年大修结束的开车过程中, 最终浓缩塔出现真空抽不下来的情况, 最小化系统后发现抽真空系统抽真空能力有问题, 随即对该抽真空系统进行气密试验未发现问题, 最后通过对抽真空系统解体发现二级抽子处有胶块阻挡, 后来分析认为是大修拆除卡子时遗漏在系统中的胶块;
3.2 正常生产中真空波动:
3.2.1 凝液罐压力、液位:
现场后部三个抽真空系统的一、二级换热器凝液均排到C-6861罐, 二级换热器和C-6861废气均排至废气总管, 由于C-6861没有连续的废气排入, 在系统遭遇波动时, 该罐内部压力P1就会出现变化, 当罐内压力P1与二级冷却器压力P3差值达到一定值时, L3就会接近H, 当L3等于H时, 就会导致一二级换热器串气, 破坏一级换热器内的压力, 最终使得一级换热器内压力与废气总管压力一致, 二级抽真空失去其作用, 一级抽子也不能达到其设计值;而C-6861罐的液位L1控制过低将会直接导致L3等于H, 使得一二级换热器串气, 影响真空。
3.2.2 蒸汽质量:
2016年的临时停车检修过程中, 后部真空出现波动, 因处在停车过程中, 中压蒸汽用户用量较小, 后部抽真空系统又处于接近中压蒸汽官网末端, 分析认为中压蒸汽流动性较差, 经现场检查及分析认为是中压蒸汽过热度问题, 之后通过提高中压蒸汽温度, 真空恢复稳定。 (图3)
3.2.3 废气排气不畅:
这种现象多发生在入冬季节, 因末级换热器排气排入废气总管, 而排废气管线在设计中没有伴热线, 在入冬温度零下后, 排气管线易形成冻堵现象, 直接造成末级换热器排气不畅, 导致末级换热器压力偏高, 破坏真空;
3.2.4 内部构件损坏:
2014年透平抽真空系统出现问题, 在经过反复检查后未查出其它问题, 最终在解体过程中发现喷嘴处金属出现磨损, 导致结构数据发生变化, 直接影响到抽真空效果, 后经更换备件投用恢复正常。
4 结语
通过以上的总结分析, 在真空系统出现问题时应采取的排查步骤为:
(1) 出现问题前做过什么:特别是对蒸汽管道、冷却水、抽真空系统以及被抽真空系统的构件做过什么, 往往一个使用正常的设备, 在经过一些操作后出现问题, 那么就有很大的可能是这些操作导致的;
(2) 确认压力表没有问题:通过对现场和DCS压力的核对, 排除掉DCS压力错误显示的问题;
(3) 确认末级排废气是否通畅:尤其是冬季注意下游关系是否有温度, 如有异常及时将末级换热器直排大气;
(4) 检查流程是否有误:所有阀门是否在其该在的位置上, 包括导淋、放空阀;
(5) 检查水封大气腿情况:主要检查凝液罐真实液位以及凝液罐和排气管压力差值之间的关系, 粗略计算是否能够形成水封, 如不能形成水封及时提高凝液罐液位或将凝液罐压力提高;
(6) 检查蒸汽质量情况:确认蒸汽总管末端疏水器工作情况, 如有问题及时提高该管网蒸汽温度, 保证工作蒸汽为5 (9) ~10 (9) 的过热蒸汽;
(7) 检查冷却水系统:对冷却水出入口温度进行检查, 温差过高时应确认冷却水流量
(8) 最小化系统检查:关闭联塔阀, 观察抽真空系统是否能工作正常, 如能工作正常, 那么就是由于被抽真空系统出现泄漏导致的真空问题, 对被抽真空系统做正压气密试验查找问题根源, 如果抽真空系统工作不正常, 那么做进一步处理;
(9) 检查真空系统气密情况:将抽真空系统隔离, 充压做正压气密试验, 查找漏点;
(10) 检查内部构件情况:对抽真空系统进行解体, 查看内部构件是否有堵塞或损坏。
参考文献
[1]孙胜先, 朱小四.蒸汽喷射泵失效分析及修复, 化工设备与防腐蚀, 2002.2:30-31.
[2]王培红, 李开胜.蒸汽喷射泵穿孔事故分析, 化工设计通讯, 2005.6:15-17.
双压共轨系统喷射特性研究 篇3
高压共轨电控喷射技术一直以追求更高的喷射压力和更快的系统响应速度为目标[1,2,3]。目前,德国BOSCH公司正在开发第四代共轨系统[4],其喷油压力已经达到了200 MPa以上的超高压喷射。为此,BOSCH采用了二次增压技术,即在喷油器内集成了油压增压器(增压活塞),共轨腔内燃油进入喷油器后经过增压活塞二次加压然后再喷射到燃烧室。BOSCH的喷油器结构复杂,加工困难,且喷射的燃油一定是经过二次加压的。本文在研发超高压共轨系统过程中,为了克服国内在高压源设计制造方面存在的困难,实现更加理想的喷油规律,改善系统工作的可靠性和发动机在各种工况下运行的经济性和排放性,提出了双压共轨的概念。
1 双压共轨系统构成及工作原理
双压共轨系统结构如图1所示。它是一种适用于非道路用(尤其是中低速船用)大功率柴油机的可控的两级增压系统,根据发动机工况的变化,通过设在高压油路中的增压装置,分为基压油路和高压油路向喷油器供油。在部分负荷时燃油经基压油管向喷油器供油,在高负荷时则经增压向喷油器供给高压油。增压器的供油油路为单进-单出的串并联双压(基压和高压)油路,通过电控转换开关来控制其转换。高压油是在基压油路中串联一个增压装置经过二次加压而获得的,增压装置由两级阶梯形增压活塞和油缸组成,其增压比通过增压活塞的面积比来决定,基压油压必须能够满足部分负荷工况运行时对喷油压力的要求。通过对增压及喷油时间的控制,可以实现灵活多样的喷油规律,以满足发动机不同工况的需要。
双压共轨系统中的增压装置结构如图2所示。具体工作过程为:基压工作时,轨腔燃油通过单向阀向喷油器供油;高压工作时,电磁阀打开,控制室压力迅速降低,增压活塞受力失衡向增压室一侧运动,单向阀关闭,增压室内燃油受到压缩而压力升高,增压后的燃油供给喷油器;电磁阀关闭后,控制室内燃油得到轨腔的补充压力回升,同复位弹簧一起使增压活塞复位。
2 双压共轨系统仿真
利用液压系统仿真软件建立了双压共轨系统的仿真计算模型,如图3所示。模型由高压泵模块、喷油器模块、增压模块和共轨腔组成。仿真工况为四冲程柴油机的两个循环:第一个循环增压装置不工作;第二个循环增压装置工作,轨腔压力(基压)设定为100 MPa。系统结构参数对系统性能的影响见参考文献[5]。
增压室压力及相应喷嘴压力变化的计算结果如图4所示。增压后喷嘴压力达到180 MPa,增压效果明显。喷嘴压力与增压室压力基本保持一致。增压脉冲结束后,增压室内仍然有很明显的压力波动,这是由于增压活塞的震荡导致的,到第二个工作循环开始时,增压室的压力波动基本结束。
双压共轨系统能够向喷油器提供两种压力:稳定的轨腔压力;增压装置提供的瞬态高压。增压装置与电控喷油器具有各自独立的控制系统,因此双压共轨系统能够非常灵活地调节喷油器的喷射压力,产生不同形状的喷油规律。例如,矩形、斜坡形和靴形喷射就可以通过调整增压装置和喷油器的相对开启时间来获得:如果增压器先于喷油器开启,当喷油器开启时,压力已经达到增压值,此时为矩形喷射;如果增压装置与喷油器同时开启,由于增压压力的建立需要一段时间,此时为斜坡喷射;如果喷油器先于增压装置开启,则先以轨压喷射,等增压压力波到达喷油器时再以增压值喷射,此时为靴形喷射。由于从增压装置开启到增压压力峰值到达喷油器需要一段时间,因此在两者之间配合控制时需考虑此因素。通过仿真程序计算了3种情况下的DPCRS喷油率形状。
3 DPCRS喷油率对喷射特性的影响
在直喷式柴油机中,油气混合质量很大程度上依赖于喷入气缸中燃油的雾化效果,而喷雾的发展又取决于喷油率。衡量雾化效果的主要指标有贯穿度、喷雾锥角和SMD(索特平均直径)。针对由矩形、斜坡及靴形喷油率对雾化指标的影响进行了仿真分析,并与文献[6]的试验结果进行对照。仿真计算方案见表1。
方案1的仿真计算结果如图5所示。
此方案中只改变喷油率,喷射压力及喷油持续期相同。总的循环喷油量为喷油率对时间的积分。由图5可见:矩形喷油率喷射燃油最多,斜坡形次之,靴形最少;喷油量的计算结果分别为78.3、68.1、60.4 mg;喷油率的不同,增压时间的差异也导致了贯穿度和喷雾锥角的不同。图6为Benajes[6]的试验结果(轨压为35.5 MPa,高压为100 MPa,喷油持续期为2.6 ms)。结果表明:在相同的试验方案下(具体参数不同),仿真与试验结果具有相同的变化趋势。
方案2的仿真结果如图7所示。此方案是在方案1的基础上,调整喷油持续期使得3种喷油率所喷油量相同。由图7可见:此时矩形喷射持续期最短,斜坡形次之,靴形喷射最长;矩形喷射的贯穿速度在启喷阶段最快,这是因为矩形喷射在喷射初期就具有更高的喷射压力;在喷射后期3种喷射方式的喷射压力趋于相同,贯穿度也趋于相同。图8为Benajes[6]的试验结果。结果表明:在相同的试验方案下(具体参数不同),仿真与试验结果具有相同的变化趋势。
方案3的仿真结果如图9所示。为了研究喷射压力对雾化特性的影响,在3种情况下均采用靴形喷射,采用不同的轨压,通过调节喷油持续期获得相同的喷油量。由图9可见:喷射压力越高,喷射相同油量所需喷油持续期越短;喷射压力对贯穿度和喷雾锥角均有影响,喷射压力越高,贯穿度越长,喷雾锥角越大。图10为Benajes[6]的试验结果。结果表明:在相同的试验方案下(具体参数不同),仿真与试验结果具有相同的变化趋势。
4 结论
(1) 提出的双压共轨系统是一个串并联系统,它既可以通过基压系统向喷油器供油,也可以通过控制切换,通过增压器实现两级增压后向喷油器供油,还可以通过控制在一次喷射中实现高低压的组合使用。
(2) 建立了双压共轨系统仿真程序,计算显示增压后喷嘴压力达到180 MPa,增压效果明显。
(3) 仿真计算结果表明了双压共轨系统能够非常灵活地调节喷油器的喷射压力,产生不同形状的喷油规律(矩形、斜坡形和靴形)。
(4) 喷油率对喷射特性的影响规律:轨压相同,喷油持续期相同,增压压力峰值相同,矩形喷油率喷射油量最大,靴形最小;轨压相同,增压压力峰值相同,为获得相同喷油量,矩形喷射所需时间最短,靴形所需时间最长;同一种喷射模式(如靴形),轨压越高,增压压力越高,获得相同喷油量所需时间越少。
(5) 通过仿真计算结果与Benajes的试验结果对比,证实了所设计的双压共轨系统的可行性和仿真程序的可靠性。
参考文献
[1]Jorach R W,Resset H,Scheibe W,et al.The upcoming gen-eration of common rail injection systems for large bore enginesfrom L’orange BMBH[C].ICEF,2002,39:17-28.
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[3]Ganser M A.Common rail injector for 2000 bar and beyond[C]//SAE 2000-01-0706,2000.
[4]Bosch公司下一代共轨系统[J].国外内燃机,2004,36(5):61.
[5]张静秋,欧阳光耀,唐开元.双压共轨系统的仿真研究[C]//中国内燃机学会2008年学术年会论文集,2008.