自力式燃油壓力調節閥

1、概述

　　燃油壓力調節閥是提高艦船機動(dòng)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(guò)程中主燃氣輪機進(jìn)油口的壓力穩定, 使燃機能夠正常工作。本文介紹的自力型燃油壓力調節閥通過(guò)接受從燃機進(jìn)油口處反饋的壓力信號自動(dòng)進(jìn)行開(kāi)度的調節, 保證燃機進(jìn)油口處的壓力穩定, 而無(wú)需現場(chǎng)調節操作。

2、系統工作原理

　　燃油壓力調節閥(簡(jiǎn)稱(chēng)調節閥, 下同) 并聯(lián)安裝在燃機進(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(shí), 燃機進(jìn)油口處的壓力會(huì )因此而改變, 此時(shí)安裝在旁通管路的調節閥開(kāi)始工作。當燃機進(jìn)油口處的壓力小于系統要求值時(shí),通過(guò)調節閥的調節, 可使燃機進(jìn)油口處的壓力增大。當燃機進(jìn)油口處的壓力高于系統要求值時(shí), 通過(guò)調節閥的調節, 可使燃機進(jìn)油口處的壓力減小。整個(gè)工作過(guò)程就是利用工作壓力和彈簧力的差別,使得調節閥閥瓣上下移動(dòng), 調節壓力, 保證燃機進(jìn)油口處的壓力值在規定的范圍之內。

圖1　系統結構

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(jìn)口前壓力穩定范圍　0.25 ±0.07MPa
　　閥門(mén)結構長(cháng)度　L = 160 mm
　　閥門(mén)高度　H≤180 mm
　　閥門(mén)內徑　d = 25 mm

1.調節螺釘　2.閥蓋　3.彈簧　4.薄膜　5.反饋腔　6.調節閥芯　7.閥體

圖2　壓力調節閥

4、調節閥結構特點(diǎn)

　　安裝在燃機進(jìn)油旁通管路上的調節閥不僅需要調節主管路燃機進(jìn)口處的壓力, 還需要排掉油泵泵出的多余油量。一般的調節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構。直接作用薄膜式調節閥的原理是由薄膜的上下運動(dòng)帶動(dòng)閥門(mén)的開(kāi)度變化來(lái)調節系統壓力, 結構比較簡(jiǎn)單, 動(dòng)作可靠。直接作用波紋管式調節閥的工作原理和薄膜式相同, 只是由波紋管代替薄膜。先導式調節閥是先由閥門(mén)內部的導閥動(dòng)作, 帶動(dòng)主閥瓣的開(kāi)度變化來(lái)調節系統壓力, 但是燃油介質(zhì)中的雜質(zhì)可能會(huì )堵塞閥門(mén)內部的先導孔,導致閥門(mén)功能失效。組合式調節閥由主閥、導閥和截止閥等組成, 是一個(gè)調節系統, 比較復雜, 增加了管路的復雜性。綜合比較各類(lèi)型調節閥的特性,根據供油系統的管路結構情況, 采用直接作用薄膜式減壓閥的結構作為調節閥的結構(圖2)。

　　該調節閥以單彈簧作為外加壓力, 通過(guò)U 形薄膜和反饋腔的壓力直接進(jìn)行比較, 調節機構簡(jiǎn)單可靠。調節閥芯帶有長(cháng)導向軸結構, 可以防止由于壓力變化而引起的閥芯振動(dòng)或者發(fā)生卡阻。調節螺釘使閥門(mén)可以根據系統的實(shí)際需要來(lái)設定不同的壓力調節區間。閥芯和閥座設計成具有截止功能的結構, 當反饋壓力低于要求值時(shí), 調節閥能夠完全關(guān)閉, 確保主管路的壓力不低于系統要求的最小值。

5、調節閥工作特性

　　目前大部分調節閥是使閥后的壓力保持在某個(gè)規定值, 但是在此燃機系統中, 調節閥被安裝在旁通管路上, 卻需要控制主管路燃機進(jìn)油口處的壓力, 因此, 需要從燃機進(jìn)油口處引出一個(gè)反饋信號, 調節閥根據反饋信號進(jìn)行調節。當燃機進(jìn)油口處的壓力低于規定壓力值時(shí), 反饋壓力小于彈簧設定值, 彈簧將膜片往下壓, 減小閥門(mén)的開(kāi)度, 使燃機進(jìn)油管路的流量增大, 壓力隨之升高。當燃機進(jìn)油口處的壓力高于規定壓力值時(shí), 反饋壓力大于彈簧設定值, 反饋腔內的油壓推動(dòng)膜片往上運動(dòng), 增大閥門(mén)的開(kāi)度, 使燃機進(jìn)油管路的流量減小, 壓力隨之降低。

6、靜態(tài)特性分析

　　根據系統提供的參數, 系統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(shí), 其進(jìn)口處的壓力不能低于0.18 MPa。燃機停機時(shí), 進(jìn)口處的壓力不能高于0.32 MPa。由此確定了設計的理論參數。當燃機用油量為2.6 m³ /h, 經(jīng)過(guò)調節閥的調節, 使燃機進(jìn)口處的壓力≥0.20MPa。當燃機在緊急情況下停機時(shí), 燃機進(jìn)口處的壓力≤0.32MPa (圖3) 。即無(wú)論燃機進(jìn)口處的流量值是多少, 燃機進(jìn)口處的壓力維持在0.20～0.32 MPa之間, 就能滿(mǎn)足系統的要求。

7、模擬試驗

　　通過(guò)模擬試驗系統對調節閥樣機進(jìn)行了壓力調節性能試驗。分別模擬了燃機從正常運轉到突然加速至滿(mǎn)工況運轉狀態(tài)(狀態(tài)1) , 以及燃機從滿(mǎn)工況運轉狀態(tài)到緊急停機的狀態(tài)(狀態(tài)2) , 對這兩個(gè)狀態(tài)中燃機進(jìn)油口處的壓力以及流量值進(jìn)行了測試記錄(圖4) 。

8、結語(yǔ)

　　經(jīng)過(guò)理論設計計算、靜態(tài)特性分析和性能試驗結果對比, 調節閥的壓力調節指標達到了技術(shù)要求。調節閥在模擬試驗系統上的試驗表明, 燃氣輪機在任意的一種工況下, 調節閥均能夠使燃機進(jìn)口處的壓力穩定在0.20～0.32 MPa之間。該閥門(mén)能夠較好地完成壓力的調節功能, 對船上燃機起到了很好的保護作用。