新型190系列柴油机喷油器研制

2015-08-05路秀广张吉平王联合潘跃明牟春书毕群泗

石油矿场机械 2015年9期

关键词：针阀喷油嘴故障率

路秀广，张吉平，王联合，潘跃明，牟春书，毕群泗

（1．山东胜利职业学院，山东　东营257097；2．胜利油田石油工程有限公司　渤海钻井一公司，山东　东营257200；3．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，兰州730070）①

新型190系列柴油机喷油器研制

路秀广1，张吉平2，王联合2，潘跃明2，牟春书2，毕群泗3

（1．山东胜利职业学院，山东东营257097；2．胜利油田石油工程有限公司渤海钻井一公司，山东东营257200；3．甘肃蓝科石化高新装备股份有限公司，兰州730070）①

190系列柴油机喷油器故障率较高，使用寿命短，严重影响了柴油机的整体性能。研制了新型190系列柴油机喷油器。该喷油器借鉴了国外先进柴油机喷油器设计理念，对关键部位的结构和参数进行了优化设计，提高了喷油器的整体性能。现场十几台新机和2台大修机应用证明，新型190系列柴油机喷油器故障率低，使用维护方便，比老式喷油器的使用寿命提高了10多倍，具有良好的经济效益。

190系列柴油机；喷油器；改进；应用

190系列柴油机是济南柴油机有限公司制造的大功率柴油机，在石油钻井勘探、铁路运输等领域得到了广泛的推广应用。现场运行过程中，190系列柴油机的喷油器故障率较高，严重影响了柴油机的整体性能，主要表现在喷油器使用寿命短、内部弹簧、挺杆容易磨损、喷油压力低、喷油器堵塞、漏油等故障。使用说明书规定每运行250 h就要检查校验喷油器［1］，给用户带来诸多不便，与国际先进柴油机3 000 h校验一次喷油器相比还有很大差距。喷油器是柴油机供油系统的关键部件，发生故障后，不但造成柴油机过多的燃油消耗和进一步损坏，还会造成环境污染。为此，笔者研制出新型190系列柴油机喷油器，有效地提高了喷油器的使用寿命。

1　原喷油器故障分析［2］

喷油器是将高压油泵供给的有节奏的高压燃油以雾状形式喷入气缸，喷入气缸的燃油在空气的作用下，迅速蒸发，形成可燃混合气。老式190系列柴油机喷油器为闭式多孔形式，调压部件结构复杂，任何一个部件磨损或失效，都会影响喷油器的整体性能和寿命，结构如图1所示。在实际应用过程中存在以下问题：

图1　原喷油器结构

1）喷油器体上部的护帽、锁帽、调压螺钉等压力调整部分容易磨损、漏油，造成喷油器喷油压力降低，雾化不良等现象。喷油器漏油，操作人员不能及时发现，稀释了油底壳的润滑油，极易造成柴油机的早期磨损。

2）挺杆过长，容易磨损、弯曲，也会造成喷油器喷油压力降低，使喷油时间提前，油气混合速度降低，燃烧恶化，柴油机冒黑烟，功率下降，通过拆检发现，挺杆磨损和弯曲的故障要占喷油器故障率的40%。

3）喷油嘴偶件容易磨损、堵塞，主要原因是喷油嘴耐冲击、耐磨性能差，制造精度低，喷油嘴偶件磨损后，会产生滴油、漏油现象，燃烧雾化不良；喷油起、止不分，破坏了正常的喷油规律，造成燃烧恶化，燃油消耗增大，柴油机冒黑烟，功率下降。

2　新型喷油器的研制

2．1 改进思路

在分析原喷油器结构、原理及故障率高的基础上，研制出了新型190系列柴油机喷油器，结构如图2所示。由喷油器体、调整垫片、弹簧、弹簧座、过渡接头、喷油嘴针阀、喷油嘴阀体、喷油嘴紧帽等组成。新型190柴油机喷油器是针对喷油器原结构存在的问题，做了以下几项改进。

图2　改进后的喷油器结构

1）将原喷油器体上部的护帽、锁帽、调压螺钉等调整结构部分全部去掉，改进后的喷油器可通过调整垫片调整喷油器的工作压力。解决了喷油器上部调整部分接头多，容易漏油等问题。

2）将原挺杆去掉，设计优化弹簧座结构，安装在喷油器体的下部，直接作用到喷油器针阀体上，提高喷油压力（原喷油压力为19．6 MPa）。解决挺杆过长容易磨损变形，造成喷油器故障率高，压力波动大等问题。

3）优化喷油嘴偶件，偶件选用新型的18Cr2Ni4WA材料［3］，进一步提高喷油嘴的耐高温、耐冲击、耐磨性能，设计偶件导向配合部分配合间隙为2μm，强化了偶件的密封性能，减少了喷油器的回油量。

2．2 改进内容及工作原理

1）改进内容。喷油器体为一整体结构，内加工有进油道和回油道，喷油器体的下部安装有调整垫片和调压弹簧，通过螺纹与喷油嘴紧帽连接，喷油器内供油、回油通道是通过过渡接头连接在一起的，为平面密封结构；弹簧座上部连接弹簧，下部连接在喷油嘴针阀的上部。

喷油嘴针阀与喷油嘴阀体组成喷油嘴偶件，喷油嘴针阀上部为导向部分，下部为圆锥结构与喷油嘴阀体下部圆锥结构相吻合；喷油嘴阀体上部的内孔导向部分与针阀形成偶件，阀体加工有油孔和油槽，下部有均布的8个喷孔，喷孔夹角150°。

2）工作原理。燃油通过喷油器体接头进入到喷油器体内的油道和过渡接头，过渡接头和喷油嘴阀体油孔是相通的，燃油再经过喷油嘴阀体油孔进入下部油槽内。当燃油压力升高到规定的喷油压力时，作用在针阀承压锥面上油压，克服调压弹簧的作用，将针阀向上推，喷油嘴针阀与喷油嘴阀体的密封锥面打开，高压燃油通过阀体上的针阀下部的8个喷孔喷入燃烧室。当喷油泵停止供油，油压突然下降时，针阀在弹簧弹力的作用下，迅速落下，由密封锥面将油路切断，喷油迅速停止。

2．3 主要技术参数

喷油压力22 MPa

喷孔直径0．35 mm

喷孔夹角150°

喷油器直径26 mm

2．4 主要特点

1）采用垫片调整喷油器压力，去掉了上部压力调节部分，回油接头与喷油器为一整体结构，从根本上解决了喷油器漏油现象。

2）弹簧座直接作用于喷油嘴针阀，结构简单，易磨损部件少，降低了喷油器故障率，提高了喷油器的使用寿命。

3）优化喷油嘴偶件，喷油压力提高了2．4 MPa，使进入气缸燃烧室内的油气混合速度得到了进一步提高，柴油机滞燃期内形成的可燃混合气量增加，燃油燃烧速率和压力升高率进一步上升，柴油机的碳烟排放量得到了进一步控制，也进一步提高了喷油器的使用寿命。

3　现场试验及应用

2013-03，新型190系列柴油机喷油器试验合格后，首先安装在胜利油田胜利动力机械集团有限公司大修柴油机上试用，通过出厂测试，柴油机的排放指标均达到了出厂技术要求［4］，有效燃油消耗率由原来的299．4 g／（k W·h）降为199．4 g／（k W·h）。随后又陆续安装在8台新机和两台大修柴油机上进行现场推广应用，截止目前，渤海钻井45692钻井队2号柴油机已累计运转了5 500 h，中间进行了2次测试，喷油压力和雾化质量均达到了设计要求，喷油器的使用寿命提高了10多倍。