自力式燃油压力调节阀

2010-02-18 章茂森合肥通用机械研究院

1、概述

　　燃油压力调节阀是提高舰船机动性能和灵活性的一种装置, 其主要功能就是保证船舶在高速前进或者突然减速的过程中主燃气轮机进油口的压力稳定, 使燃机能够正常工作。本文介绍的自力型燃油压力调节阀通过接受从燃机进油口处反馈的压力信号自动进行开度的调节, 保证燃机进油口处的压力稳定, 而无需现场调节操作。

2、系统工作原理

　　燃油压力调节阀(简称调节阀, 下同) 并联安装在燃机进油管路的旁通管路上(图1) 。在船舶高速前进或者突然减速时, 燃机进油口处的压力会因此而改变, 此时安装在旁通管路的调节阀开始工作。当燃机进油口处的压力小于系统要求值时,通过调节阀的调节, 可使燃机进油口处的压力增大。当燃机进油口处的压力高于系统要求值时, 通过调节阀的调节, 可使燃机进油口处的压力减小。整个工作过程就是利用工作压力和弹簧力的差别,使得调节阀阀瓣上下移动, 调节压力, 保证燃机进油口处的压力值在规定的范围之内。

系统结构

图1　系统结构

3、技术要求

　　油泵供油压力　0.4MPa
　　油泵供油流量　3.3 m³ /h
　　燃气轮机额定流量　2.6 m³ /h
　　燃机进口前压力稳定范围　0.25 ±0.07MPa
　　阀门结构长度　L = 160 mm
　　阀门高度　H≤180 mm
　　阀门内径　d = 25 mm

压力调节阀

1.调节螺钉　2.阀盖　3.弹簧　4.薄膜　5.反馈腔　6.调节阀芯　7.阀体

图2　压力调节阀

4、调节阀结构特点

　　安装在燃机进油旁通管路上的调节阀不仅需要调节主管路燃机进口处的压力, 还需要排掉油泵泵出的多余油量。一般的调节阀有直接作用薄膜式、直接作用波纹管式、先导活塞式、先导薄膜式和组合式等多种结构。直接作用薄膜式调节阀的原理是由薄膜的上下运动带动阀门的开度变化来调节系统压力, 结构比较简单, 动作可靠。直接作用波纹管式调节阀的工作原理和薄膜式相同, 只是由波纹管代替薄膜。先导式调节阀是先由阀门内部的导阀动作, 带动主阀瓣的开度变化来调节系统压力, 但是燃油介质中的杂质可能会堵塞阀门内部的先导孔,导致阀门功能失效。组合式调节阀由主阀、导阀和截止阀等组成, 是一个调节系统, 比较复杂, 增加了管路的复杂性。综合比较各类型调节阀的特性,根据供油系统的管路结构情况, 采用直接作用薄膜式减压阀的结构作为调节阀的结构(图2)。

　　该调节阀以单弹簧作为外加压力, 通过U 形薄膜和反馈腔的压力直接进行比较, 调节机构简单可靠。调节阀芯带有长导向轴结构, 可以防止由于压力变化而引起的阀芯振动或者发生卡阻。调节螺钉使阀门可以根据系统的实际需要来设定不同的压力调节区间。阀芯和阀座设计成具有截止功能的结构, 当反馈压力低于要求值时, 调节阀能够完全关闭, 确保主管路的压力不低于系统要求的最小值。

5、调节阀工作特性

　　目前大部分调节阀是使阀后的压力保持在某个规定值, 但是在此燃机系统中, 调节阀被安装在旁通管路上, 却需要控制主管路燃机进油口处的压力, 因此, 需要从燃机进油口处引出一个反馈信号, 调节阀根据反馈信号进行调节。当燃机进油口处的压力低于规定压力值时, 反馈压力小于弹簧设定值, 弹簧将膜片往下压, 减小阀门的开度, 使燃机进油管路的流量增大, 压力随之升高。当燃机进油口处的压力高于规定压力值时, 反馈压力大于弹簧设定值, 反馈腔内的油压推动膜片往上运动, 增大阀门的开度, 使燃机进油管路的流量减小, 压力随之降低。

6、静态特性分析

　　根据系统提供的参数, 系统油泵提供燃油的流量恒定为3.3 m³ /h, 燃机的最大用油量为2.6 m³ /h。当燃机的用油量最大时, 其进口处的压力不能低于0.18 MPa。燃机停机时, 进口处的压力不能高于0.32 MPa。由此确定了设计的理论参数。当燃机用油量为2.6 m³ /h, 经过调节阀的调节, 使燃机进口处的压力≥0.20MPa。当燃机在紧急情况下停机时, 燃机进口处的压力≤0.32MPa (图3) 。即无论燃机进口处的流量值是多少, 燃机进口处的压力维持在0.20～0.32 MPa之间, 就能满足系统的要求。