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或者突然減速的過程中主燃氣輪機進油口的壓力穩(wěn)定, 使燃機能夠正常工作。本文介紹的自力型燃油壓力調(diào)節(jié)閥通過接受從燃機進油口處反饋的壓力信號自動進行開度的調(diào)節(jié), 保證燃機進油口處的壓力穩(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)安裝在燃機進油管路的旁通管路上(圖1) 。在船舶高速前進或者突然減速時, 燃機進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。當燃機進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), 可使燃機進油口處的壓力增大。當燃機進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), 可使燃機進油口處的壓力減小。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, 保證燃機進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
　　燃氣輪機額定流量　2.6 m³ /h
　　燃機進口前壓力穩(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

　　安裝在燃機進油旁通管路上的調(diào)節(jié)閥不僅需要調(diào)節(jié)主管路燃機進口處的壓力, 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、先導活塞式、先導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。先導式調(diào)節(jié)閥是先由閥門內(nèi)部的導閥動作, 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)部的先導孔,導致閥門功能失效。組合式調(diào)節(jié)閥由主閥、導閥和截止閥等組成, 是一個調(diào)節(jié)系統(tǒng), 比較復雜, 增加了管路的復雜性。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行比較, 調(diào)節(jié)機構(gòu)簡單可靠。調(diào)節(jié)閥芯帶有長導向軸結(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)的實際需要來設定不同的壓力調(diào)節(jié)區(qū)間。閥芯和閥座設計成具有截止功能的結(jié)構(gòu), 當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進油口處的壓力, 因此, 需要從燃機進油口處引出一個反饋信號, 調(diào)節(jié)閥根據(jù)反饋信號進行調(diào)節(jié)。當燃機進油口處的壓力低于規(guī)定壓力值時, 反饋壓力小于彈簧設定值, 彈簧將膜片往下壓, 減小閥門的開度, 使燃機進油管路的流量增大, 壓力隨之升高。當燃機進油口處的壓力高于規(guī)定壓力值時, 反饋壓力大于彈簧設定值, 反饋腔內(nèi)的油壓推動膜片往上運動, 增大閥門的開度, 使燃機進油管路的流量減小, 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, 燃機的最大用油量為2.6 m³ /h。當燃機的用油量最大時, 其進口處的壓力不能低于0.18 MPa。燃機停機時, 進口處的壓力不能高于0.32 MPa。由此確定了設計的理論參數(shù)。當燃機用油量為2.6 m³ /h, 經(jīng)過調(diào)節(jié)閥的調(diào)節(jié), 使燃機進口處的壓力≥0.20MPa。當燃機在緊急情況下停機時, 燃機進口處的壓力≤0.32MPa (圖3) 。即無論燃機進口處的流量值是多少, 燃機進口處的壓力維持在0.20～0.32 MPa之間, 就能滿足系統(tǒng)的要求。

7、模擬試驗

　　通過模擬試驗系統(tǒng)對調(diào)節(jié)閥樣機進行了壓力調(diào)節(jié)性能試驗。分別模擬了燃機從正常運轉(zhuǎn)到突然加速至滿工況運轉(zhuǎn)狀態(tài)(狀態(tài)1) , 以及燃機從滿工況運轉(zhuǎn)狀態(tài)到緊急停機的狀態(tài)(狀態(tài)2) , 對這兩個狀態(tài)中燃機進油口處的壓力以及流量值進行了測試記錄(圖4) 。

8、結(jié)語

　　經(jīng)過理論設計計算、靜態(tài)特性分析和性能試驗結(jié)果對比, 調(diào)節(jié)閥的壓力調(diào)節(jié)指標達到了技術(shù)要求。調(diào)節(jié)閥在模擬試驗系統(tǒng)上的試驗表明, 燃氣輪機在任意的一種工況下, 調(diào)節(jié)閥均能夠使燃機進口處的壓力穩(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, 對船上燃機起到了很好的保護作用。