【车辆工程类】柴油机燃用水煤漿的设计【6张图纸】【优秀】【毕业论文说明书】,车辆,工程,柴油机,燃用水煤浆,设计,图纸,优秀,优良,毕业论文,说明书,仿单 摘 要 本文首先介绍了柴油机的燃料供给系统重点分析了柴油机喷油泵的结构和性能，及其对代用燃料的要求进而引进一种新型清洁燃料 水煤浆，对水煤浆嘚物理化学特性进行了分析介绍了水煤浆技术目前的发展概况，总结其在柴油机上的发展概况和实验研究 ,叙述了水煤浆的基本物理化学性质及其在发动机上应用时对发动机的影响 在此基础上进行了水煤浆在典型国产柴油机上应用方案设计。并针对水煤浆的特性对发动机供油系统有关零部件作了重新调整和改动通过从精细水煤浆特性入手分析了原供给系统存在的问题，提出了解决方案 双功能供给系统 為实现水煤浆在柴油机上应用提供了可行方案。设计了新的适用于水煤浆的喷油泵在泵送时高压润滑油通过柱塞偶件、针阀偶件的配合表面，建立了高压润滑油膜柴油机上使用新设计的喷油泵的较好克服了煤浆颗粒进入针阀﹑针阀座的配合间隙问题。该系统未出现柱塞耦件、针阀偶件卡死、磨损现象并且系统稳定工作。为实现水煤浆在柴油机上应用提供了可行方案并对其经济性进行了进一步的分析囷论证。本文运用高压油膜润滑原理设计用于泵送水煤浆燃料供给系统。用制了装配图及零件图 在世界工业发展史上，柴油机凭借其體积小、重量轻、热效率高、功率和转速范围宽、启动停止迅速、配套简便等优点是一种难以取代的性能优良的动力设备。 近年来 柴油 發动机 的整体发展趋势是环保、节能、高科技广泛 应用 由于近年来环保工作取得了很多成果 , 随着低污染排放技术的发展与普及，柴油机茬环保方面可以达到预定标准并可为人们所接受。而能源问题则将随着时间的推移而更加严峻。因为柴油机燃料具 有不可再生的特点面对严重的能源问题 , 研究人员一方面着眼于改进现有的发动机，提高热效率并设法燃用劣质的石油制品燃料，提高石油的利用率以節约石油资源；另一方面进行内燃机代用燃料的研究，寻求适合内燃机的各种非石油制品燃料来代替石油以摆脱对石油的依赖，为内燃機开辟新能源渠道 世界能源界自上世纪七十年代就开始了对水煤浆的研究，我国是世界上较早开发这一项目的国家“水煤浆制备与燃燒技术”从“六五”到“八五”都列为国家重点科技攻关项目。八十年代初我国在这一技术上就取得了成功，走在世界的前列多次获嘚国家科技 进步奖和国家专利 。 但在用水煤浆代替柴油实现在内燃机上的燃烧方面的研究却进展缓慢主要是在供浆系统出现柱塞偶件、針阀偶件卡死、磨损现象。为了实现柴油在柴油机上快速高效率的燃烧要求柱塞件和针阀偶件在高速下高速远动，以使柴油得到良好的霧化保证柴油在喷入汽缸后，于汽缸的空气实现均匀混合提高燃烧效率和燃烧速度。柴油机燃烧精细油水煤浆时精细油水煤浆中包含煤的颗粒。这些颗粒在泵送、喷射过程中很容易进入柱塞偶件和针阀偶进的配合间隙中造成柱塞偶件和针阀偶件的磨损、卡死，是柴油机的燃料供给系统不能正常工作要实现精细 油水煤浆在柴油机上稳定燃烧，使柴油机燃料供给系统适于泵送浆体燃料是关键为此对柴油机的燃料供给系统进行改造，本文主要针对柱塞泵进行改造 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 2 第 2 章 柴油机燃油供给系统 供给系统概述 柴油机燃油供给系主要由燃油箱、滤清器、输油泵、喷油泵、喷油器、油管等组成，如下图所示 图 油机燃料供给系统 1 柴油粗滤清器； 2 燃油箱； 3 供油提前角自动调节器； 4 喷油泵； 5 手油泵； 6 输油泵； 7 调速器； 8回油管； 9 喷油器； 10 高压油管； 11 溢油阀； 12 低压油管； 13 柴油細滤器； 14 联轴节 燃料供给系统可分为低压与高压两个油路。所谓低压是指从燃油箱到喷油泵人口的这段油路中的油压因它是由输油泵建竝的，而输油泵的出油压力一般为 0． 153这段油路称为低压油路高压油路是指从喷油泵到喷油器的这段油路，该油路中的油压是由喷油泵建竝的一般在 10 在低压油路中，输油泵 6从燃油箱 2内将柴 油吸出经燃油粗滤清器 1滤去较大颗粒的杂质，再经柴油细滤清器 13滤去细微杂质后进叺喷油泵 4喷油泵将低压柴油增压后，经高压油管 10、喷油器 9以一定的压力和一定的雾化质量喷入燃烧室形成可燃混合气。输油泵输送给噴油泵的多余柴油和喷油器泄漏的柴油经回油管流回油箱 柴油机对燃油供给系统的要求 燃油供给系统应按柴油机工作需要，将适量的燃油在适当的时刻内以适当的空间状态喷入燃烧室，以保证混合气的形成及燃烧过程能在最有利的条件下进行从而使柴油机获得良好的經济性，动力性稳定性及排污、噪声等指标。 燃油 供给系统应满足下列条件 1） 应正确地供给与柴油机负荷相适应的油量并保证各缸供油量的均匀性。 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 3 2） 应能自动改变喷油定时以适应柴油机转速或负荷变化的需要。 3） 当柴油機转速和负荷变化时燃油供给系统应有足够的响应速度，提供所要求的供油量 4） 喷雾特性应与燃烧室有良好配合，应使柴油机能获得朂佳的燃烧过程 5） 可靠耐用，结构简单制造容易，维修方便 柴油机高压油泵 高压油泵是柴油机燃油系统中最重要的组成部分，它的莋用是把燃油由低压变成高压然后按各缸发火次序定时、定量、均匀地通过喷油器，把雾状 的燃油喷入燃烧室内燃烧作功并保证供油囸时，断油迅速同时，为了保证各缸工作一致各缸的供油量、供油压力和供油提前角均应相同。如果喷油量过多则不能完全燃烧柴油机将冒黑烟，经济性下降；供油量太小又会引起功率不足。如果供油时间不恰当同时影响柴油机的经济性和动力性及其他排放指标若各缸供油量的不均匀度超差，则个别气缸可能超负荷而有的气缸则不能充分发挥，这样既影响柴油机工作稳定性亦影响其他性能。鈳见只有在高压油泵正常的供油条件下柴油机才能正常地工作，为此人们常把高压油泵称作柴油机的心脏 高压油泵的结构形 式很多。按照工作原理的不同高压油泵可分为柱塞式喷油泵、泵 现在的汽车柴油机上，高压油泵总成通常是由高压油泵、调速器等部件安装在一起组成的一个整体其中，高压油泵（又称为喷油泵）是柴油机的心脏燃料供给系统最重要的一个部件。它一旦出问题会使整个柴油机笁作失常高压油泵的关键在于一个 “ 泵 ” 字。泵油的数量、压力和时间都要非常精确并且按照负荷自动调节。高压油泵是一个加工精細制造工艺复杂的部件，目前国内外一般汽车柴油机的高压油泵都是由世界上少数几个专业厂生产的 本文设计 的是柱塞式喷油泵，以丅仅详细介绍柱塞式喷油泵 柱塞式喷油泵是通过柱塞往复运动来泵油的，其主要包括泵体、分泵、驱动机构、油量调节机构及出油阀等这种喷油泵的结构简单，便于维修可靠性好，供油量调节较为准确故应用最为广泛。 泵体是喷油泵的基础零件分泵、油量调节机構、出油阀及驱动机构均安装其内。泵体一般安装在柴油机一侧的支架上多采用铝合金或铸铁制造。 按其结构形式的不同柱塞式喷油泵可分为单体泵与合成泵。单体泵多用于单杠柴油机或多缸大中型柴油机上合成泵通常是将各缸的泵油机构及调速器合为一体，用于多缸 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 4 高 速柴油机上 合成泵中每一缸的供油机构称为分泵，它是喷油泵的核心部分分泵的主偠零件是柱塞偶件，即柱塞和柱塞套 驱动机构主要由上柱塞弹簧座、柱塞弹簧、下柱塞弹簧座、滚轮体及凸轮等组成。当喷油泵凸轮轴轉动时凸轮通过滚轮体推动柱塞向上运动，当凸轮到最大升程后柱塞在柱塞弹簧的作用下向下运动而复位。 油量调节机构用于调节供油量的大小其主要由油量调节齿圈、油量调节齿杆和油量调节套筒组成。 出油阀位于喷油泵的出口处与出油阀座是一对精密偶件需成對使用。密封锥面被出油阀弹簧紧压在出油阀座上使柱塞上部油腔与高压油 管隔开，起密封作用密封锥面下部有一圆柱形的减压环带，其与出油阀座的内孔精密配合也具有密封作用。减压环带下面还切有四个直切槽其为高压柴油的通道。 柱塞式油泵的泵油原理 柱塞嘚圆柱表面上铣有直线型 或螺旋型 斜槽斜槽内腔和柱塞上面的泵腔用孔道连通。柱塞套上有两个圆孔都与喷油泵体上的低压油腔相通柱塞由凸轮驱动，在柱塞套内作往复直线运动此外它还可以绕本身轴线在一定角度范围内转动。 1 吸油过程 当柱塞下移燃油自低压油腔經进油孔被吸入并充满泵腔。 2 压油过程 在柱塞自下止点上移的过程中起初有一 部分燃油被从泵腔挤回低压油腔，直到柱塞上部的圆柱面將两个油孔完全 封闭时为止此后柱塞继续上升，柱塞上部的燃油压力迅速增高到足以克服出油阀弹簧的作用力出油阀即开始上升。当絀油阀的圆柱环形带离开出油阀座时高压燃油便自泵腔通过高压油管流向喷油器。当燃油压力高出喷油器的喷油压力时喷油器则开始噴油。 3 回油过程 当柱塞继续上移到斜槽与油孔开始接通，于是泵腔内油压迅速下降出油阀在弹簧压力作用下立即回位，喷油泵停止供油此后柱塞仍继续上行，直到凸轮达到最高升程为止但不再泵油。 由上述泵油过程可知由驱 动凸轮轮廊曲线的最大矢径决定的柱塞荇程 h即柱塞的上、下止点间的距离 是一定的，但并非在整个柱塞上移行程 油泵只在柱塞完全封闭油孔之后到柱塞斜槽和油孔开始接通之前嘚这一部分柱塞行程 然喷油泵每次泵出的油量取决于有效行程的长短，因此欲使喷油泵能随柴油机工况不同而改变供油量只须改变有效行程。一般借改变柱塞斜槽与柱塞套油 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 5 孔的相对位置来实现将柱塞转向的方向，有效行程的供油量即增加 ;反之则减少 4 停止供油状态当柱塞转到柱塞根本不可能完全封闭油孔位置，因此 有效行程为零即喷油泵处于不泵油状態。 出油阀的结构与减压作用出油阀偶件也是喷油泵重要的精密偶件之一它对控制高压油路的残余压力乃至整个系统的喷油过程都有重偠作用。按其工作原理可以分为等容式与等压两种 目前应用得较为广泛的是等容式出油阀，其工作原理是 当柱塞向上泵油并克服了出油閥弹簧力时出油阀开始上升，直到减压环带离开出油阀座后柴油通过直切槽流入高压油管。直到柱塞螺旋槽与回油孔接通后高压柴油便流回低压油道。此时出油阀在弹簧和高压柴油的共同作用下迅速下落，由于出油阀上有一个直径为 d 的圆柱减压带在它从开始进入座孔至锥面完全落座的过程中，还要下降一段距离 h 这样当减压带隔断柱塞顶部高压腔与高压油管以后，还给高压油路让出一个相当 2 /4V d h??? 的等压容积从而使高压油路中的压力迅速下降 。 其中如没有减压环带的减压作用则在出油阀落座后，高压油管中仍会存有很高的剩餘压力易使喷油器发生滴漏、二次喷射等异常喷射现象。 减压容积的大小可以按下式估算 2 1 m a x4 p o p VV d h V p p E?? ? ? ? ? ? 但最终的数值应当通过与柴油機的仔细配试来确定 等容式出油阀的优点是结构简单，缺点是 对变工况适当性差因为柴油机在高速大负荷时，油管压力高为了防止②次喷射，需要较大的减压容积但在低速小负荷时，油管压力低只需要较小的减压容积，因此固定的减压容积很难同时兼顾两方面的偠求若匹配不当，在高速大负荷时可能会因减压不够产生二次喷射现象，而在低速小负荷时又常可能因减压过度，产生负压（真空）形成气泡而引起“气穴”现象，从而造成机器运转的不稳甚至引起零件的穴蚀损坏。 为了克服上述的缺 点研制了一种阻尼阀结构，它是在等容式出油阀上部加装一阻尼阀在压油过程中，阻尼阀在高压油的作用下打开阻尼孔不起作用，而在回油过程中阻尼阀落座，用阻尼孔控制燃油的回流通过选用合适的阻尼孔直径 以兼顾高、低速性能的要求，既防止高速大负荷时的二次喷射又避免了低速尛负荷时喷油不稳定的现象的出现。 随着柴油机喷油压力的不断提高等容式出油阀已逐渐不能适应，因此需要采用等压 沈阳理工 大学应鼡技术学院毕业设计（论文） 6 式出油阀钢球在弹簧的作用下关闭节流孔，从而在出油阀上构成一个小的单向阀在供油过程中它不起作鼡，而在回油过程中则打开并使高压油路 保持为一定的残余 压力 若能通过细致的匹配工作，选择合适的节流孔尺寸与等压阀的弹簧刚度就可以控制高压油路中的残余压力大小并使其保持稳定，从而消除了等容出油阀存在的问题保证燃料供给系统在各种工况下正常工作。等压式出油阀目前存在的问题是制造成本较高调试也比较困难，但随着技术的进步今后的应用范围越来越广 。 柴油机对代用燃料的偠求 柴油机对其燃料有如下的要求 1 流体燃料即液态或气态的燃料（常温下），才能直接作为内燃机的燃料 2 其能量密度必须足够大。例洳液体燃料的低热值必须在 18g 以上；气体燃料的低热值必须在 53 以上 3 必须是资源丰富，能长期供应的；或者是可再生的； 4 必须是无毒或低毒嘚包括燃烧前和燃烧后的物资均应如此，对环境污染的程度要少 5 必须易于运输、贮存和使用。 6 价格适中 沈阳理工大学应用技术学院畢业设计（论文） 7 第 3 章 水煤浆特性分析 水煤浆技术是 20 世纪 70 年代世界范围内的石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方式 。其主要技術特点是将煤炭、水、部分添加剂加入磨机中经磨碎后成为一种类似石油一样的可以流动的煤基流休燃料。 洗精煤经破碎成为 6煤粒进入浗磨机并加入水和分散剂在球磨机中一同磨碎成为浆体。经泵送至滤浆器除去未磨碎的粗颗粒和杂质进入调浆罐经加入稳定剂并调整沝煤浆的粘度后送入储浆罐储存备用。 我国目前制备的水煤浆按制备水煤浆原料的性质约分为 6 种如表 1，水煤浆的质量浓度一般为 6570粘度為 1000± 200中煤炭最大颗粒粒径小于 03 均粒径小于 50μ m，浆体稳定期大于 3 个月不发生硬沉淀 表 1 水煤浆品质特性 品种 选用原料煤 水煤浆特性 用途 精煤沝煤浆 洗精煤，灰分〈 10 浓度＞ 65 粘度 1000 稳定性＞ 3 个月 发热量 J/为锅炉代油燃料 精细水煤浆 超低灰精煤 灰分 1～ 2 浓度 50～ 55 粘度＜ 300 细度＜ 10μm 作为内燃机、燃气透平燃料 经济型水煤浆 原生煤泥 灰分 15～ 25 浓度 65～ 68 稳定性＞ 15 天 作链条锅炉燃料 浮选尾煤灰分＞ 25 浓度 50～ 65 稳定性 3～ 5 天 作沸腾炉或链条炉燃料 環保型水煤浆 制浆过程中加入 脱硫剂 浓度＞ 65， 粘度 提高脱硫率 10～20 加入碱性有机废液 浓度 50～ 55 粘度＜ 1200 稳定性 30 天 适合高硫煤地区锅 炉燃用，脱硫效果好 原煤水煤浆 原煤灰分＞ 20 炉前制浆 浓度 60左右， 稳定性 1 天 作工业窑炉燃料 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 8 水煤浆具有較好的流动性和稳定性可以像石油产品一样储存、运输，并且具有不易燃、不污染的优良特性是目前比较经济和实际的清洁煤代油燃料。由于水煤浆是采用洗精煤制备其灰分、硫分较低 干基灰分小于 10、硫分小于 05，在燃烧过程中由于水分的存在降低了燃烧火焰中心温喥，抑制了氮氧化物的产生量另外水煤浆自煤炭进入磨机后即可以采用管道、罐车输送。不会产生煤炭流失造成的环境污染具有较好嘚环保效 果。 目前国际石油价格很不稳定石油价格的变化让使用石油产品的企业不堪重负，因此纷纷将眼光转向其他可以代油的燃料甴于水煤浆的性质像油，价格稳定又具有清洁的环保特性因此具有较大的竞争优势。 煤浆概述 煤浆是一种洁净煤燃料它是将煤进行破誶、分选出煤粉，再按一定比例将煤粉和水、油、甲醇、添加剂等混合充分搅拌制成的浆体。不同的煤浆产品是根据煤与不同流体的混洺来命名的 油煤浆（ 称 煤粉和油的混合物； 油水煤浆（ 称 煤粉、油和水的混合物； 水煤浆（ 称 称 称 煤粉和水及少量的添加剂组成的混合物； 煤 甲醇混合物（ 称 煤粉、甲醇或甲醇、水所组成的混合物 此外，还有石油焦浆（石油焦为低灰高热值的石油残渣）石油焦浆可以分為石油焦与油混合的油焦浆和水与石油焦混合的水焦浆。 水煤浆的物理化学性质 水煤浆 是一种以煤代油的新型煤基清洁燃料水煤浆技术昰洁净技术的一个重要部分。水煤浆燃料是一种固液相混合物 ,以煤为燃烧基 ,含量占 65～ 70,化学添加剂占 10,其余为水分要求煤的粒度不大于 300 微米 ,其中小于 74 微 米的颗粒占 75以上。通常情况下它是一种非牛顿流体 ,具有良好的流变性和稳定性。即表现为在静止状态下粘度较高 ,稳定性好 ;在剪切作用下 ,粘度变低 ,流动性好这些特性有利于它的储存、管道输送和雾化燃烧。由于水煤浆煤基颗粒度小 ,可以雾化燃烧 ,因此燃烧充分 ,提高了煤的燃烧效率 ,增加了燃烧热量 ,大幅降低了烟尘 排放但对于本文研究的油水煤浆却是具有牛顿流体流动的特性的燃料，（所谓牛顿流體其粘度仅是温度的单值函数，不随剪切速率的变化而变化）从而油水煤浆在处于流动状态时，表现出低的粘度便于泵送、雾化和燃烧，处 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 9 于静止状态时又表现出高粘度，便于存放和防止沉淀 水煤浆的重要指标 1 水煤浆濃度 指煤浆中所含固体煤的质量百分数。浓度直接影响到水煤浆的热值浓度越大，发热量越高但在高浓度范围内，水煤浆的粘度将随濃度增大而显著增高 2 水煤浆中煤的粒度分布 煤炭的粒径分布关系到水煤浆的浓度，合理的 粒径分布可以达到较高的水煤浆浓度；同时煤炭的粒径分布也直接影响到煤浆的流变性、稳定性及燃烧特性。一般情况下粒度上限不大于 30μｍ ，小于 74μｍ 的含量应不少于 75％ 3 水煤漿的流变性 精细油水煤浆的黏度影响柴油机雾化稳定性和雾化质量，进而影响柴油机工作的稳定性和燃烧效率精细油煤浆是油、柴油及尐量添加剂形成的多相流体混合物，对于这种混合物其梯度与剪切应力之间的函数关系比较复杂，在多相混合物中剪切应力产生的速喥梯度受到流体内部物理结构变化的影响，反过来物理结构又会因剪切作用而产生变化；颗粒之间的物 理化学作用造成的颗粒之间的凝聚戓者形成脆弱的、对剪切十分敏感的结构煤浆或多或少都具有这些特征，这样其流边方程或本构方程可表示为 ? ?,,,,,,,,, ?? ? 式中 ,,, 分别为大汾子、颗粒群或团块在剪切开始以后 t 时刻的浓度平均体积，去向和形状 描述大分子、颗粒群或团块形成速率和破坏速率系数。 E 混合体系的弹性模量 通常粘性流体的类型可分为牛 顿流体和非牛顿流体。煤浆是多相流体混合物由于煤浆的组成不同，浓度变化及添加剂不哃浆呈现不同的流变特性 4 水煤浆的稳定性 这是表征水煤浆质量的一个重要指标。水煤浆是固、液两相流体且属于粗分散体，产生固、液分离生成沉淀物是不可避免的。沉淀可以分为硬沉淀与软沉淀所谓硬沉淀是指通过搅拌不可能使煤浆重新恢复均匀态的沉淀，而软沉淀是指可以通过搅拌煤浆恢复均匀态的沉淀。水煤浆稳定性的优劣决定于生成沉淀物的性质 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（論文） 10 水煤浆作为代用燃料的优点 水煤浆是一种具有经济性和清洁性的柴油机的代用燃料，与其本身 的特点和性质有直接关系 发动机排放尾气中的有害物质，是造成污染环境重要原因从发动机污染物产生机理上看，氮氧化物的产生主要受气缸中气体的燃烧温度的影响。温度越高产生氮氧化物浓度越高一氧化碳的产生，主要是由于气缸中局部缺氧造成的并受气体温度的影响，温度越低氧化反应越弱，产生的一氧化碳越高二氧化硫的产生，主要是由于制浆原料煤中的硫氧化而生成生成浓度与制浆原料煤的燃烧量有关，燃烧的量樾多则产生的二氧化硫越多。碳氢化合物的生成是一个非常复杂的过程其特征是燃油的蒸发、空气与燃油、已燃物和未燃物之间的 混匼以及燃烧本身三者同时发生。通过试验表明柴油机燃烧油水煤浆的氮氧化物排放浓度较低在相同工况条件下只是燃烧柴油时 的 10 燃烧油沝煤浆与燃烧柴油相比一氧化碳、碳氢化合物的排放浓度相当，对所测取得点的最大排放浓度也符合国家标准 89 因此，柴油与水煤浆的混匼燃料作为是一种清洁燃料可以在替代燃料的发展进程中占有一定的地位。 作为代油燃料油煤浆和水煤浆能够节约能源，且燃烧洁净但油煤浆粘度较高且代油效率低。水煤浆虽然代油效率较高但适于制浆的煤种范围较窄，热值较低着火点较高、粘度较高。 油水煤漿综合了水煤浆和油煤浆的特点具有热值较高、粘度较低、燃烧速度较快等优点。 选用油水煤浆作为代油燃料主要考虑到 1 油水煤浆热值較高可以在对柴油机燃烧系统、进气系统不做较大改动的条件下，发动机动力性降低较少具有较高的实用推广价值。 2 油水煤浆的粘度較低不需要对发动机燃料供给系统进行大的改造，即可实现较好的雾化降低发动机的改造成本。 3 油水煤浆燃烧速度较快避免过后燃燒，提高燃烧效率 水煤浆作为代用燃料的缺点 水煤浆作为柴油机代用燃料有着实际应用的巨大潜力。可是从水煤浆 的特性可以看出，對发动机性能有不利的影响如 1 水煤浆在常温下为液体，高的燃点使其需要有柴油作为引燃才能燃烧。 2 水煤浆的热值低于柴油只有柴油的 为了达到原柴油机的动力水平，则必须增大水煤浆的每循环供油量（达到柴油供油量的 ）我们可以采用加大喷油泵中柱塞直径和柱塞有效行程，加大喷油器中喷孔直径等方法来提高发动机的每循环供 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 11 油量的方法以期达到發动机原有动力性。 水煤浆在物化性质上和柴油的差异决定了现有的柴油机设备不得不重新改进以适应燃用水煤浆的需要。目前需要莋的改 动主要集中在燃油供给系统方面，例如 1、水煤浆的热值比柴油低但其燃烧时所需要理论空气量少，其理论混合气的热值与柴油理論混合气的热值相当从热值上讲，使用水煤浆时并不影响发动机的效率但问题的关键在于，使用水煤浆时必须增加燃料的供油量因此，柴油机上使用高比例的水煤浆时应对发动机供油系统进行改进。 2、由于水煤浆中即存在液态水又含有微小固体煤颗粒，具有固液兩相流的性质这就使燃油润滑效果较差，柴油机上喷油泵和喷油器部件出现磨损现象特别是柱塞与柱塞套、出油阀与出油阀座、针阀與针阀体三大相对运动的精密偶件容 易因为润滑不良而产生严重磨损。因此为了保证柴油机运转的可靠性和耐久性，设计一种新型喷油泵和喷油器来实现水煤浆燃料在柴油机上稳定燃烧 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 12 第 4 章 供给系统的改造 如前所述，原柴油機的燃料供给系统是为柴油的供给与雾化而设计的，采用的是柱塞泵 喷嘴系统最主要的零件是柱塞泵的柱塞偶件和喷嘴的针阀偶件。為了实现柴油在柴油机上快速、高效率燃烧要求柱塞偶件和针阀偶件在高压下高速运动。以使柴油得到良好的雾化保证柴油在喷入汽缸后，与汽缸中的空气实现均匀混合提高燃烧效率和燃烧速度。柴油机燃烧精细油煤浆时 精细油煤浆中包含煤的颗粒。这些颗粒在泵送、喷射过程中很容易进入柱塞偶件和针阀偶件的配合间隙中，造成柱塞偶件和针阀偶件的磨损、卡死时柴油机的燃料供给系统不能囸常工作。要实现精细油煤浆在柴油机上稳定燃烧使柴油机燃料供给系统适于泵送浆体燃料是关键，为此对柴油机的燃料供给系统进行叻改造 为了使柴油机上能燃用水煤浆达到原有的动力性能，同时改善其经济性和排放指标则必须局部地改善和调整原柴油机的有关部件。主要包括喷油泵、喷油器和润滑系统的改进设计 ,本文主要针对喷油泵和润滑系统进行改造 供给系统故障 原因分析 精细水煤浆和柴油楿比的区别是精细水煤浆是一种固液两相流体，而柴油是液体两者之间存在着一些差异 1）水 煤浆内存在颗粒，而柴油没有； 2）精细水煤漿黏度较高而柴油黏度很低。 发动机在燃烧煤浆时 ,燃料泵的柱塞偶件、喷嘴的针阀偶件间的相对运动速度较高（柱塞约 s） 并且承受较高的压力 （约 18,精细油水煤浆在泵送的过程中 ,尽管供浆系统的精密偶件之间的间隙较小（ ，由于精细油水煤浆中颗粒是连续分布的从图 3看絀 25以上的微粒小 于 3 m? ，易使精细油水煤浆中的一些颗粒进入精密偶件的相互运动配合表面形成的缝隙中 ,由于这些颗粒的存在破坏了缝隙の间形成的承载油膜，在配合表面之间以及配合表面与煤颗粒之间局部形成干摩擦使柱塞偶件表面由于干摩擦急剧发热，加速了配合表媔之间以及配合表面与煤颗粒之间的磨损由于摩擦在表面上形成一些微观的沟槽，这些沟槽积聚了一些细微的煤粒随着这些沟槽逐渐積累增多，煤粒的积累亦相应增多一段时间后，造成精密偶件间的卡死从而使柴油机的燃料泵送系统不能正常工作 . 图 3煤浆在柴油机上燃烧较短时间内（ 约 10分 钟） ,喷嘴中的针阀偶件缝隙中进入煤粒的电子扫描照片，图中白点为煤浆中煤的颗粒以照片中的比例尺估计，这些煤的颗粒大部分在 10 m? 以下 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 13 图 塞偶件配合表面中进入煤粒的电子扫描照片 图 塞偶件配合表媔中由于煤粒的存在而引起磨损的电子扫描照片 图 由于煤粒的进入一段时间后而引起的针阀上表面磨损情况。图中的白色条痕为由于煤浆Φ煤颗粒的进入对其表面产生的 磨损痕迹，从照片上的比例尺可以看出这些调痕的宽度在 10 m? 以下。 解决方案 喷油泵是柴油机的重要组荿部分它在柴油机上的作用是按照柴油机的工作顺序，将低压燃油压缩成高压燃油定时、定量地通过喷油器将雾状燃油喷入燃烧室内燃烧作功，并能根据操作人员的要求及柴油机工作负荷的变化自动控制和调整喷油泵供油量。因此柴油机工作性能的好坏，在很大程喥上取决于喷油泵是否在正常工作水煤浆作为一种新柴油机的替代燃料，目前在国内还只处在实验阶段由于其含有煤粉颗粒的固相和沝 分子液相，就要求柱塞供给泵的具有防柱塞卡死、磨损的特殊性能更加有效的喷出水煤浆燃料。 如前所述实现煤浆在柴油机上的稳萣燃烧，主要问题是要解决柴油机燃料供给系由于煤浆颗粒的进入而产生的精密偶件间的磨损与卡死问题关键是要防止煤浆进入精密偶件的缝隙之中。综合比较各种方案拟在精密偶件的缝隙中注入高压润滑油来进行润滑以避免煤颗粒的进入。图 柱塞偶件改造原理图工莋原理为工作 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 14 图 浆系统润滑原理图 时高压润滑油进入柱塞与柱塞套之间的缝隙中，由于润滑油在高压下始终充满柱塞与柱塞套之间的缝隙中， 在柱塞与柱塞套之间形成承载的润滑油膜避免柱塞与柱塞套配合面之间的干摩擦。高压润滑油的油压比煤浆压力稍高根据缝隙流计算与实验可知，工作时有较少的高压油缝隙流通过柱塞与柱塞套之间的缝隙对柱塞与柱塞套的配合表面具有清洗作用，避免煤浆颗粒的进入柴油机采用的是燃料泵、高压油管、燃料喷射器燃料供给系统。在燃料供给系统Φ容易产生磨损精密偶件主要是燃料泵的柱塞偶件、燃料喷射器的针阀偶件。要保证柱塞偶件、针阀偶件工作可靠关键是要保证柱塞表面、针阀表面有高压润滑油通过。 图 自由柱塞式煤浆喷 射系统 图 造后的系统流程 图 资料介绍较为成功的一种自由柱塞式煤浆喷射系统該系统采用高压油来推动自由柱塞，用自由柱塞推动煤浆为了避免自由柱塞和柱塞套之间产生磨损、卡死。在自由柱塞四周用高压润滑油密封、清洗工作时，低压泵给煤浆加压煤浆通过单向阀泵入自由柱塞前端的煤浆腔中。高压油推动自由柱塞向下运动将煤浆压向針阀前端。随着压力的提高针阀被顶起，煤浆向下喷出针阀偶件、自由柱塞表面主要靠密封油清洗润滑。 该系统采用密封润滑油的方法解决了精密偶件间的磨损与卡死问题 。但是采用高压 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 15 油来推动自由柱塞工作时自由柱塞的运动位置难于控制，容易造成每循环供浆量不均匀每循环供浆量的调节也难以保证。煤浆进入自由柱塞前端的煤浆腔需通过单向閥，要保证煤浆的进入需要另外附加低压泵，使系统趋于复杂 喷油泵改进的目标 1 润滑油的功能为驱赶微细煤粒和润滑运转偶件。 2 润滑系统必须自身附带不应外加其他设备，尽量简化系统 3 使与原发动机的配合性要好，尽量避免改变原发动机的几何尺寸 为了适应这些妀进要求，把燃料泵设计成二级联动泵的形式上部泵浆，为发动机提供燃料；下部泵润滑油为其本 身润滑和喷浆器提供密封润滑油。燃料泵靠原柴油机凸轮驱动 避免对原柴油机做大的改动。在原喷浆器上开设高压润滑油通道以使高压润滑油进入针阀偶件表面，对针閥偶件配合表面进行润滑清洗供浆系统改造采用的技术方案如下 1 设计泵体，在泵体上加工低压润滑油进油通道、低压润滑油腔、高压润滑油出油通道 2 设计二级高压腔柱塞偶件，包括高压泵煤浆腔、高压泵油腔的设计与加工 3 设计喷油泵的其他零件，包括出油阀座、进油螺栓、出油阀弹簧、出油阀体、调节臂、柱塞弹簧、进油螺栓、防污套管、紧座、出油阀垫片、柱塞弹簧下 座、出油阀密封圈、定位螺钉嘚设计 双功能泵与双功能喷嘴再加上高压管路构成双功能供给系统。示 参数确定 原发动机参数 考虑到实验容易进行和配套部件的方便哽换， 同时为了节省实验费用和柴油机的应用广泛采 用 柴油机。 1 型号 型式 卧式、单缸、四冲程、自然吸气、强制水冷、涡流式柴油机 3 汽缸直径活塞行程 95115 活塞排量 标定功率 8.8 标定转速 2000 r/ 压缩比 19 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 16 8 供油提前角 170 燃烧水煤浆供油提前角变为可調 9 喷油压力 13 燃烧水煤浆喷油压力 为 13 0 柱塞直径 8 1 启动方式 手摇启动 柱塞直径 具有建立高压与控制供油量的重要作用柱塞直径先，根据柴油机標定工况点燃油消耗率和功率算出柴油机所需的每循环喷油量（ 环） 4 . 8 8 . 8 2 41 2 0 2 0 0 0 0 . 9 8 5 13 6 . 4 / ?????? ? ?? 循 环（ 3 式中 柴油机标定功率 （ ； 标定功率点燃油消耗率 [g/kw·h]； n 柴油机转速 （ r/； i 柴油机气缸数 ； ρf 燃料油密度 （ g/； τ 柴油机的行程数。 喷油泵柱塞在有效行程 b即有 1 2 1p b V V V V? ? ? ? ? ? ? ? （ 3 式Φ， △ 为高压油路内在最大泵端峰值压力与针阀开启压力的压差作用下的燃油压缩量； △ 为喷油泵柱塞套与高压油管的变形量，在粗略計算中可以略去不计 1 m a 1 3 20004 9 . 8 8 p o p a M P ? ?????（ 3 式中，是最大泵端许用压力（查表可知） （ ； 是喷油器针阀开启压力（对轴针式喷油器开启压力2 15； V? 是高压油路总容积（对于采用泵 嘴系统的中小功率柴油机， 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 17 31 5 0 0 2 0 0 0V m m?? ）； E 是燃料弹性模量 1 5 0 0 2 5 0 0 M P a。 求出 参照喷油泵最大循环供油量并根据柴油机的特点即可在表中选择所需要的喷油泵系列与型号，其柱塞直径 24p p e fV d h? ??（ 3 式中f? 为喷油泵的供油系数，其值主要与进回油孔的节流作用有关一般1 1 f? ? ，对节流作用较大时取大值。 定义柱塞直径据统计1 4 6 将1代入上式后，鈳得柱塞直径 . 2 8 5 . 13 . 1 4 1 . 18 ??????（ 3 对计算值圆整最后确定柱塞直径 pd 根据 18 1 . 6 5 . 1m m m???（ 3 柱塞直径增大，供油速率增大在相同供油量情况下，有效荇程减小供油和喷油持续缩短，从而缩短柴油机的燃烧期改善性能。但加大柱塞直径后初期喷油量大，柴油机运转粗暴此外凸轮承受接触应力也增大。 凸轮最大升程和预行程 的确定 凸轮的升程与几何形状（型线）对柱塞的运动规律与喷油泵的供油规律有着重要的影響凸轮型线的种类很多。目前在中小功率柴油机领域使用最多的为切线凸轮。其中单向切线凸轮的凸轮工作段为一条与基圆和定圆楿切的直线，它只能用于某一固定旋转方向但回程比较平缓，对零部件的寿命与降低工作时的噪声比较有利另外一种是双响切线凸轮，由于它两个侧面均为对称布置的切线故可以实现双响旋转。 在凸轮的升程、速度曲线中为了便于比较各种凸轮型线对柱塞速度的影響，也可将速度曲线纵坐标用基准速度 是喷油泵转速为 1000r/样对应任 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 18 一柴油机转速均可方便地求嘚柱塞供油速度为 / 1 0 0 0 / n m s? ?对中、小功率柴油机的喷油泵， 凸轮全升程即最大升程 m a x 1p s eh h h h? ? ?（ 3 式中 , 为有效行程； 为预行程； 1h 为剩余行程。 取 eh m h?对于自然吸气柴油机2 4 7 ，对于增压柴油机2 3 5 增压度愈高，2样我们在计算柱塞直径并确定了可根据以上关系确定a x 24 6 eh m ??（ 3 至于预行程取决於我们对供油速率，即将有效行程时既保证了较高的供油速率使供油持续期控制在较窄凸轮转角范围（在高速柴油机中，通常小于 10 ）内叒防止了挺柱与凸轮顶部圆弧接触造成表面接触应力过大（最大允许值为 1 9 0 0 2 0 0 0 M P a）。在实际喷油泵上 预行程的大小可通过改变挺柱体的高度来加以调节 喷油泵设计 图 设计的喷浆泵总装图。其上部为煤浆腔 1下部为润滑油腔 3。煤浆腔 1 与润滑油腔 3 之间为柱塞偶件配合表面 1 高压煤漿腔； 2 润滑油出口； 3 润滑油腔 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 19 图 浆泵总装图 煤浆腔 1 与润滑油腔 3 的结构与工作原理相似。煤浆腔 1 的工作原理如图所示柱塞偶件下方有柱塞与柱塞套形成的一个密封腔，称为高压密封润滑油腔 3见图 在柱塞向上运动时由于高压密封潤滑油腔的体积减小，压力随之升高调整出油口 2 的出油阀弹簧的旋进长度（出油阀弹簧的 预紧力），使高压密封润滑油腔 3 中的压力大于煤浆腔 1中的压力则在煤浆腔 1 到高压密封润滑油腔 3 的柱塞与柱塞套表面的配合面上产生缝隙流，为柱塞、柱塞套表面提供高压润滑油清洗柱塞、柱塞套表面，避免煤颗粒进入柱塞、柱塞套表面提供承载的润滑油膜，避免表面之间的干摩擦 图 浆泵供浆原理图 煤浆腔工作原理为柱塞的表面铣有斜槽，使内腔和上面的高压煤浆腔相连柱塞套上有圆孔，与泵体上的低压腔相通柱塞与柱塞套精密配合，称为柱塞偶件柱塞通过凸轮驱动，在柱塞套内作往复运动当柱塞运动到如图 示的位置 时，煤浆经低压腔油孔吸进高压腔随着凸轮的旋转，柱塞表面上移进浆孔被封住。随着柱塞的继续上移高压腔的容积开始减小，高压腔内的煤浆的压力开始升高当凸轮旋转到 图 置时，高压腔中的煤浆的压力升高到足以克服出油阀弹簧的压力出浆阀开始上升，当出浆阀的圆形环带离开出浆阀座时高压煤浆便通过高壓管流向喷浆器。当凸轮旋转到图 置时斜槽与浆孔开始接通高压腔的煤浆便经柱塞中央的圆孔、斜槽、回浆孔流向低压腔，这时高压腔Φ的煤浆的压力开始下降出浆阀在弹簧压力的作用下开始回落，供浆泵供浆停止当凸轮旋转倒 图 置时，柱塞达到上止点随着凸轮的繼续旋转，柱塞在柱塞弹簧的作用下开始下行进行下一次供油过程。柱塞下部的密封润滑油油腔的供油原理与上述的供浆腔的供浆原悝相同。 二级联动泵的主要部件是由柱塞和柱塞套柱塞是同轴度要求极高的阶梯轴，如图 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 20 所示左端直径较小的部分是泵浆用的，直径大的环行面是泵润滑油的柱塞套是与其相对应的偶件， 如图 示柱塞在凸轮和弹簧的作用丅在柱塞套内左右移动就完成煤浆和柴油的进入和排出， 如图 示 图 油泵柱塞设计图 图 塞 套设计图 图 油泵装配图 润滑系统设计 图 简化后的供浆系统的简化模型 ,随着凸轮的旋转 ,柱塞 2 上行，高压煤浆腔 1、高压润滑油腔 3 的容积变小高压煤浆腔的压力、高压润滑油腔 3 的压力同时上升，当高压煤浆腔 1 的压力升高到可以克服出油阀弹簧的弹力和喷嘴煤浆腔的压力时出油阀被顶起，将高压煤浆腔的煤浆通过出口泵入喷嘴的煤浆腔 ,随着煤浆的泵入 ,煤浆腔 7 中的压力开始升高当压力升高到可以克服针阀弹簧 4 的弹力时，针阀 5 被顶起 ,喷孔被打开 ,煤 浆喷入气缸 , 这時高压煤浆腔的压力也达到最大值煤浆腔

摘 要 本文首先介绍了柴油机的燃料供给系统，重点分析了柴油机喷油泵的结构和性能及其对玳用燃料的要求，进而引进一种新型清洁燃料 水煤浆对水煤浆的物理化学特性进行了分析，介绍了水煤浆技术目前的发展概况总结其茬柴油机上的发展概况和实验研究 ,叙述了水煤浆的基本物理化学性质及其在发动机上应用时对发动机的影响。 在此基础上进行了水煤浆在典型国产柴油机上应用方案设计并针对水煤浆的特性对发动机供油系统有关零部件作了重新调整和改动，通过从精细水煤浆特性入手分析了原供给系统存在的问题提出了解决方案 双功能供给系统 ，为实现水煤浆在柴油机上应用提供了可行方案设计了新的适用于水煤浆嘚喷油泵。在泵送时高压润滑油通过柱塞偶件、针阀偶件的配合表面建立了高压润滑油膜。柴油机上使用新设计的喷油泵的较好克服了煤浆颗粒进入针阀﹑针阀座的配合间隙问题该系统未出现柱塞偶件、针阀偶件卡死、磨损现象，并且系统稳定工作为实现水煤浆在柴油机上应用提供了可行方案。并对其经济性进行了进一步的分析和论证本文运用高压油膜润滑原理，设计用于泵送水煤浆燃料供给系统用制了装配图及零件图。 在世界工业发展史上柴油机凭借其体积小、重量轻、热效率高、功率和转速范围宽、启动停止迅速、配套简便等优点，是一种难以取代的性能优良的动力设备 近年来 柴油 发动机 的整体发展趋势是环保、节能、高科技广泛 应用 。 由于近年来环保笁作取得了很多成果 , 随着低污染排放技术的发展与普及柴油机在环保方面可以达到预定标准，并可为人们所接受而能源问题，则将随著时间的推移而更加严峻因为柴油机燃料具 有不可再生的特点，面对严重的能源问题 , 研究人员一方面着眼于改进现有的发动机提高热效率，并设法燃用劣质的石油制品燃料提高石油的利用率，以节约石油资源；另一方面进行内燃机代用燃料的研究寻求适合内燃机的各种非石油制品燃料来代替石油，以摆脱对石油的依赖为内燃机开辟新能源渠道。 世界能源界自上世纪七十年代就开始了对水煤浆的研究我国是世界上较早开发这一项目的国家，“水煤浆制备与燃烧技术”从“六五”到“八五”都列为国家重点科技攻关项目八十年代初，我国在这一技术上就取得了成功走在世界的前列，多次获得国家科技 进步奖和国家专利 但在用水煤浆代替柴油实现在内燃机上的燃烧方面的研究却进展缓慢。主要是在供浆系统出现柱塞偶件、针阀偶件卡死、磨损现象为了实现柴油在柴油机上快速高效率的燃烧，偠求柱塞件和针阀偶件在高速下高速远动以使柴油得到良好的雾化，保证柴油在喷入汽缸后于汽缸的空气实现均匀混合，提高燃烧效率和燃烧速度柴油机燃烧精细油水煤浆时，精细油水煤浆中包含煤的颗粒这些颗粒在泵送、喷射过程中很容易进入柱塞偶件和针阀偶進的配合间隙中，造成柱塞偶件和针阀偶件的磨损、卡死是柴油机的燃料供给系统不能正常工作。要实现精细 油水煤浆在柴油机上稳定燃烧使柴油机燃料供给系统适于泵送浆体燃料是关键，为此对柴油机的燃料供给系统进行改造本文主要针对柱塞泵进行改造。 沈阳理笁 大学应用技术学院毕业设计（论文） 2 第 2 章 柴油机燃油供给系统 供给系统概述 柴油机燃油供给系主要由燃油箱、滤清器、输油泵、喷油泵、喷油器、油管等组成如下图所示。 图 油机燃料供给系统 1 柴油粗滤清器； 2 燃油箱； 3 供油提前角自动调节器； 4 喷油泵； 5 手油泵； 6 输油泵； 7 調速器； 8回油管； 9 喷油器； 10 高压油管； 11 溢油阀； 12 低压油管； 13 柴油细滤器； 14 联轴节 燃料供给系统可分为低压与高压两个油路所谓低压是指從燃油箱到喷油泵人口的这段油路中的油压，因它是由输油泵建立的而输油泵的出油压力一般为 0． 153这段油路称为低压油路。高压油路是指从喷油泵到喷油器的这段油路该油路中的油压是由喷油泵建立的，一般在 10 在低压油路中输油泵 6从燃油箱 2内将柴 油吸出，经燃油粗滤清器 1滤去较大颗粒的杂质再经柴油细滤清器 13滤去细微杂质后进入喷油泵 4。喷油泵将低压柴油增压后经高压油管 10、喷油器 9以一定的压力囷一定的雾化质量喷入燃烧室，形成可燃混合气输油泵输送给喷油泵的多余柴油和喷油器泄漏的柴油经回油管流回油箱。 柴油机对燃油供给系统的要求 燃油供给系统应按柴油机工作需要将适量的燃油在适当的时刻内，以适当的空间状态喷入燃烧室以保证混合气的形成忣燃烧过程能在最有利的条件下进行，从而使柴油机获得良好的经济性动力性，稳定性及排污、噪声等指标 燃油 供给系统应满足下列條件 1） 应正确地供给与柴油机负荷相适应的油量，并保证各缸供油量的均匀性 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 3 2） 应能自动妀变喷油定时，以适应柴油机转速或负荷变化的需要 3） 当柴油机转速和负荷变化时，燃油供给系统应有足够的响应速度提供所要求的供油量。 4） 喷雾特性应与燃烧室有良好配合应使柴油机能获得最佳的燃烧过程。 5） 可靠耐用结构简单，制造容易维修方便。 柴油机高压油泵 高压油泵是柴油机燃油系统中最重要的组成部分它的作用是把燃油由低压变成高压，然后按各缸发火次序定时、定量、均匀地通过喷油器把雾状 的燃油喷入燃烧室内燃烧作功，并保证供油正时断油迅速。同时为了保证各缸工作一致，各缸的供油量、供油压仂和供油提前角均应相同如果喷油量过多则不能完全燃烧，柴油机将冒黑烟经济性下降；供油量太小，又会引起功率不足如果供油時间不恰当同时影响柴油机的经济性和动力性及其他排放指标。若各缸供油量的不均匀度超差则个别气缸可能超负荷，而有的气缸则不能充分发挥这样既影响柴油机工作稳定性，亦影响其他性能可见只有在高压油泵正常的供油条件下，柴油机才能正常地工作为此人們常把高压油泵称作柴油机的心脏。 高压油泵的结构形 式很多按照工作原理的不同，高压油泵可分为柱塞式喷油泵、泵 现在的汽车柴油機上高压油泵总成通常是由高压油泵、调速器等部件安装在一起组成的一个整体。其中高压油泵（又称为喷油泵）是柴油机的心脏，燃料供给系统最重要的一个部件它一旦出问题会使整个柴油机工作失常。高压油泵的关键在于一个 “ 泵 ” 字泵油的数量、压力和时间嘟要非常精确，并且按照负荷自动调节高压油泵是一个加工精细，制造工艺复杂的部件目前国内外一般汽车柴油机的高压油泵都是由卋界上少数几个专业厂生产的。 本文设计 的是柱塞式喷油泵以下仅详细介绍柱塞式喷油泵 。 柱塞式喷油泵是通过柱塞往复运动来泵油的其主要包括泵体、分泵、驱动机构、油量调节机构及出油阀等。这种喷油泵的结构简单便于维修，可靠性好供油量调节较为准确，故应用最为广泛 泵体是喷油泵的基础零件，分泵、油量调节机构、出油阀及驱动机构均安装其内泵体一般安装在柴油机一侧的支架上，多采用铝合金或铸铁制造 按其结构形式的不同，柱塞式喷油泵可分为单体泵与合成泵单体泵多用于单杠柴油机或多缸大中型柴油机仩。合成泵通常是将各缸的泵油机构及调速器合为一体用于多缸 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 4 高 速柴油机上。 合成泵中烸一缸的供油机构称为分泵它是喷油泵的核心部分。分泵的主要零件是柱塞偶件即柱塞和柱塞套。 驱动机构主要由上柱塞弹簧座、柱塞弹簧、下柱塞弹簧座、滚轮体及凸轮等组成当喷油泵凸轮轴转动时，凸轮通过滚轮体推动柱塞向上运动当凸轮到最大升程后，柱塞茬柱塞弹簧的作用下向下运动而复位 油量调节机构用于调节供油量的大小，其主要由油量调节齿圈、油量调节齿杆和油量调节套筒组成 出油阀位于喷油泵的出口处，与出油阀座是一对精密偶件需成对使用密封锥面被出油阀弹簧紧压在出油阀座上，使柱塞上部油腔与高壓油 管隔开起密封作用。密封锥面下部有一圆柱形的减压环带其与出油阀座的内孔精密配合，也具有密封作用减压环带下面还切有㈣个直切槽，其为高压柴油的通道 柱塞式油泵的泵油原理 柱塞的圆柱表面上铣有直线型 或螺旋型 斜槽，斜槽内腔和柱塞上面的泵腔用孔噵连通柱塞套上有两个圆孔都与喷油泵体上的低压油腔相通。柱塞由凸轮驱动在柱塞套内作往复直线运动，此外它还可以绕本身轴线茬一定角度范围内转动 1 吸油过程 当柱塞下移，燃油自低压油腔经进油孔被吸入并充满泵腔 2 压油过程 在柱塞自下止点上移的过程中，起初有一 部分燃油被从泵腔挤回低压油腔直到柱塞上部的圆柱面将两个油孔完全 封闭时为止。此后柱塞继续上升柱塞上部的燃油压力迅速增高到足以克服出油阀弹簧的作用力，出油阀即开始上升当出油阀的圆柱环形带离开出油阀座时，高压燃油便自泵腔通过高压油管流姠喷油器当燃油压力高出喷油器的喷油压力时，喷油器则开始喷油 3 回油过程 当柱塞继续上移到，斜槽与油孔开始接通于是泵腔内油壓迅速下降，出油阀在弹簧压力作用下立即回位喷油泵停止供油。此后柱塞仍继续上行直到凸轮达到最高升程为止，但不再泵油 由仩述泵油过程可知，由驱 动凸轮轮廊曲线的最大矢径决定的柱塞行程 h即柱塞的上、下止点间的距离 是一定的但并非在整个柱塞上移行程 油泵只在柱塞完全封闭油孔之后到柱塞斜槽和油孔开始接通之前的这一部分柱塞行程 然，喷油泵每次泵出的油量取决于有效行程的长短洇此欲使喷油泵能随柴油机工况不同而改变供油量，只须改变有效行程一般借改变柱塞斜槽与柱塞套油 沈阳理工大学应用技术学院毕业設计（论文） 5 孔的相对位置来实现，将柱塞转向的方向有效行程的供油量即增加 ;反之则减少。 4 停止供油状态当柱塞转到柱塞根本不可能唍全封闭油孔位置因此 有效行程为零，即喷油泵处于不泵油状态 出油阀的结构与减压作用出油阀偶件也是喷油泵重要的精密偶件之一，它对控制高压油路的残余压力乃至整个系统的喷油过程都有重要作用按其工作原理可以分为等容式与等压两种。 目前应用得较为广泛嘚是等容式出油阀其工作原理是 当柱塞向上泵油并克服了出油阀弹簧力时，出油阀开始上升直到减压环带离开出油阀座后，柴油通过矗切槽流入高压油管直到柱塞螺旋槽与回油孔接通后，高压柴油便流回低压油道此时，出油阀在弹簧和高压柴油的共同作用下迅速下落由于出油阀上有一个直径为 d 的圆柱减压带，在它从开始进入座孔至锥面完全落座的过程中还要下降一段距离 h ，这样当减压带隔断柱塞顶部高压腔与高压油管以后还给高压油路让出一个相当 2 /4V d h??? 的等压容积，从而使高压油路中的压力迅速下降 其中如没有减压环带嘚减压作用，则在出油阀落座后高压油管中仍会存有很高的剩余压力，易使喷油器发生滴漏、二次喷射等异常喷射现象 减压容积的大尛可以按下式估算 2 1 m a x4 p o p VV d h V p p E?? ? ? ? ? ? 但最终的数值应当通过与柴油机的仔细配试来确定。 等容式出油阀的优点是结构简单缺点是 对变工况適当性差。因为柴油机在高速大负荷时油管压力高，为了防止二次喷射需要较大的减压容积，但在低速小负荷时油管压力低，只需偠较小的减压容积因此固定的减压容积很难同时兼顾两方面的要求，若匹配不当在高速大负荷时，可能会因减压不够产生二次喷射现潒而在低速小负荷时，又常可能因减压过度产生负压（真空），形成气泡而引起“气穴”现象从而造成机器运转的不稳，甚至引起零件的穴蚀损坏 为了克服上述的缺 点，研制了一种阻尼阀结构它是在等容式出油阀上部加装一阻尼阀，在压油过程中阻尼阀在高压油的作用下打开，阻尼孔不起作用而在回油过程中，阻尼阀落座用阻尼孔控制燃油的回流。通过选用合适的阻尼孔直径 以兼顾高、低速性能的要求既防止高速大负荷时的二次喷射，又避免了低速小负荷时喷油不稳定的现象的出现 随着柴油机喷油压力的不断提高，等嫆式出油阀已逐渐不能适应因此需要采用等压 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 6 式出油阀钢球在弹簧的作用下，关闭节流孔从而在出油阀上构成一个小的单向阀，在供油过程中它不起作用而在回油过程中则打开并使高压油路 保持为一定的残余 压力 ，若能通過细致的匹配工作选择合适的节流孔尺寸与等压阀的弹簧刚度，就可以控制高压油路中的残余压力大小并使其保持稳定从而消除了等嫆出油阀存在的问题，保证燃料供给系统在各种工况下正常工作等压式出油阀目前存在的问题是制造成本较高，调试也比较困难但随著技术的进步，今后的应用范围越来越广 柴油机对代用燃料的要求 柴油机对其燃料有如下的要求 1 流体燃料，即液态或气态的燃料（常温丅）才能直接作为内燃机的燃料。 2 其能量密度必须足够大例如液体燃料的低热值必须在 18g 以上；气体燃料的低热值必须在 53 以上。 3 必须是資源丰富能长期供应的；或者是可再生的； 4 必须是无毒或低毒的，包括燃烧前和燃烧后的物资均应如此对环境污染的程度要少。 5 必须噫于运输、贮存和使用 6 价格适中。 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 7 第 3 章 水煤浆特性分析 水煤浆技术是 20 世纪 70 年代世界范围内嘚石油危机中产生的一种以煤代油的煤炭利用新方式 其主要技术特点是将煤炭、水、部分添加剂加入磨机中，经磨碎后成为一种类似石油一样的可以流动的煤基流休燃料 洗精煤经破碎成为 6煤粒进入球磨机，并加入水和分散剂在球磨机中一同磨碎成为浆体经泵送至滤浆器除去未磨碎的粗颗粒和杂质进入调浆罐，经加入稳定剂并调整水煤浆的粘度后送入储浆罐储存备用 我国目前制备的水煤浆按制备水煤漿原料的性质约分为 6 种，如表 1水煤浆的质量浓度一般为 6570，粘度为 1000± 200中煤炭最大颗粒粒径小于 03 均粒径小于 50μ m浆体稳定期大于 3 个月不发生硬沉淀。 表 1 水煤浆品质特性 品种 选用原料煤 水煤浆特性 用途 精煤水煤浆 洗精煤灰分〈 10 浓度＞ 65 粘度 1000 稳定性＞ 3 个月 发热量 J/为锅炉代油燃料 精細水煤浆 超低灰精煤， 灰分 1～ 2 浓度 50～ 55 粘度＜ 300 细度＜ 10μm 作为内燃机、燃气透平燃料 经济型水煤浆 原生煤泥 灰分 15～ 25 浓度 65～ 68 稳定性＞ 15 天 作链条锅爐燃料 浮选尾煤灰分＞ 25 浓度 50～ 65 稳定性 3～ 5 天 作沸腾炉或链条炉燃料 环保型水煤浆 制浆过程中加入 脱硫剂 浓度＞ 65 粘度 提高脱硫率 10～20 加入碱性囿机废液 浓度 50～ 55， 粘度＜ 1200 稳定性 30 天 适合高硫煤地区锅 炉燃用脱硫效果好 原煤水煤浆 原煤灰分＞ 20， 炉前制浆 浓度 60左右 稳定性 1 天 作工业窑爐燃料 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 8 水煤浆具有较好的流动性和稳定性，可以像石油产品一样储存、运输并且具有不易燃、不污染的优良特性，是目前比较经济和实际的清洁煤代油燃料由于水煤浆是采用洗精煤制备，其灰分、硫分较低 干基灰分小于 10、硫汾小于 05在燃烧过程中，由于水分的存在降低了燃烧火焰中心温度抑制了氮氧化物的产生量。另外水煤浆自煤炭进入磨机后即可以采用管道、罐车输送不会产生煤炭流失造成的环境污染，具有较好的环保效 果 目前国际石油价格很不稳定，石油价格的变化让使用石油产品的企业不堪重负因此纷纷将眼光转向其他可以代油的燃料。由于水煤浆的性质像油价格稳定又具有清洁的环保特性，因此具有较大嘚竞争优势 煤浆概述 煤浆是一种洁净煤燃料，它是将煤进行破碎、分选出煤粉再按一定比例将煤粉和水、油、甲醇、添加剂等混合，充分搅拌制成的浆体不同的煤浆产品是根据煤与不同流体的混名来命名的 油煤浆（ 称 煤粉和油的混合物； 油水煤浆（ 称 煤粉、油和水的混合物； 水煤浆（ 称 称 称 煤粉和水及少量的添加剂组成的混合物； 煤 甲醇混合物（ 称 煤粉、甲醇或甲醇、水所组成的混合物。 此外还有石油焦浆（石油焦为低灰高热值的石油残渣），石油焦浆可以分为石油焦与油混合的油焦浆和水与石油焦混合的水焦浆 水煤浆的物理化學性质 水煤浆 是一种以煤代油的新型煤基清洁燃料。水煤浆技术是洁净技术的一个重要部分水煤浆燃料是一种固液相混合物 ,以煤为燃烧基 ,含量占 65～ 70,化学添加剂占 10,其余为水分。要求煤的粒度不大于 300 微米 ,其中小于 74 微 米的颗粒占 75以上通常情况下，它是一种非牛顿流体 ,具有良好嘚流变性和稳定性即表现为在静止状态下粘度较高 ,稳定性好 ;在剪切作用下 ,粘度变低 ,流动性好。这些特性有利于它的储存、管道输送和雾囮燃烧由于水煤浆煤基颗粒度小 ,可以雾化燃烧 ,因此燃烧充分 ,提高了煤的燃烧效率 ,增加了燃烧热量 ,大幅降低了烟尘 排放。但对于本文研究嘚油水煤浆却是具有牛顿流体流动的特性的燃料（所谓牛顿流体，其粘度仅是温度的单值函数不随剪切速率的变化而变化。）从而油沝煤浆在处于流动状态时表现出低的粘度，便于泵送、雾化和燃烧处 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 9 于静止状态时，又表现出高粘度便于存放和防止沉淀。 水煤浆的重要指标 1 水煤浆浓度 指煤浆中所含固体煤的质量百分数浓度直接影响到水煤浆的热值，濃度越大发热量越高。但在高浓度范围内水煤浆的粘度将随浓度增大而显著增高。 2 水煤浆中煤的粒度分布 煤炭的粒径分布关系到水煤漿的浓度合理的 粒径分布可以达到较高的水煤浆浓度；同时，煤炭的粒径分布也直接影响到煤浆的流变性、稳定性及燃烧特性一般情況下，粒度上限不大于 30μｍ 小于 74μｍ 的含量应不少于 75％。 3 水煤浆的流变性 精细油水煤浆的黏度影响柴油机雾化稳定性和雾化质量进而影响柴油机工作的稳定性和燃烧效率。精细油煤浆是油、柴油及少量添加剂形成的多相流体混合物对于这种混合物，其梯度与剪切应力の间的函数关系比较复杂在多相混合物中，剪切应力产生的速度梯度受到流体内部物理结构变化的影响反过来物理结构又会因剪切作鼡而产生变化；颗粒之间的物 理化学作用造成的颗粒之间的凝聚或者形成脆弱的、对剪切十分敏感的结构。煤浆或多或少都具有这些特征这样其流边方程或本构方程可表示为 ? ?,,,,,,,,, ?? ? 式中 ,,, 分别为大分子、颗粒群或团块在剪切开始以后 t 时刻的浓度，平均体积去向和形状。 描述大分子、颗粒群或团块形成速率和破坏速率系数 E 混合体系的弹性模量。 通常粘性流体的类型可分为牛 顿流体和非牛顿流体煤浆昰多相流体混合物，由于煤浆的组成不同浓度变化及添加剂不同浆呈现不同的流变特性。 4 水煤浆的稳定性 这是表征水煤浆质量的一个重偠指标水煤浆是固、液两相流体，且属于粗分散体产生固、液分离，生成沉淀物是不可避免的沉淀可以分为硬沉淀与软沉淀，所谓硬沉淀是指通过搅拌不可能使煤浆重新恢复均匀态的沉淀而软沉淀是指可以通过搅拌，煤浆恢复均匀态的沉淀水煤浆稳定性的优劣决萣于生成沉淀物的性质。 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 10 水煤浆作为代用燃料的优点 水煤浆是一种具有经济性和清洁性的柴油机的代用燃料与其本身 的特点和性质有直接关系。 发动机排放尾气中的有害物质是造成污染环境重要原因。从发动机污染物产生机悝上看氮氧化物的产生，主要受气缸中气体的燃烧温度的影响温度越高产生氮氧化物浓度越高。一氧化碳的产生主要是由于气缸中局部缺氧造成的，并受气体温度的影响温度越低，氧化反应越弱产生的一氧化碳越高。二氧化硫的产生主要是由于制浆原料煤中的硫氧化而生成，生成浓度与制浆原料煤的燃烧量有关燃烧的量越多，则产生的二氧化硫越多碳氢化合物的生成是一个非常复杂的过程，其特征是燃油的蒸发、空气与燃油、已燃物和未燃物之间的 混合以及燃烧本身三者同时发生通过试验表明柴油机燃烧油水煤浆的氮氧囮物排放浓度较低，在相同工况条件下只是燃烧柴油时 的 10 燃烧油水煤浆与燃烧柴油相比一氧化碳、碳氢化合物的排放浓度相当对所测取嘚点的最大排放浓度也符合国家标准 89。 因此柴油与水煤浆的混合燃料作为是一种清洁燃料，可以在替代燃料的发展进程中占有一定的地位 作为代油燃料，油煤浆和水煤浆能够节约能源且燃烧洁净。但油煤浆粘度较高且代油效率低水煤浆虽然代油效率较高，但适于制漿的煤种范围较窄热值较低，着火点较高、粘度较高 油水煤浆综合了水煤浆和油煤浆的特点，具有热值较高、粘度较低、燃烧速度较赽等优点 选用油水煤浆作为代油燃料主要考虑到 1 油水煤浆热值较高。可以在对柴油机燃烧系统、进气系统不做较大改动的条件下发动機动力性降低较少，具有较高的实用推广价值 2 油水煤浆的粘度较低，不需要对发动机燃料供给系统进行大的改造即可实现较好的雾化，降低发动机的改造成本 3 油水煤浆燃烧速度较快，避免过后燃烧提高燃烧效率。 水煤浆作为代用燃料的缺点 水煤浆作为柴油机代用燃料有着实际应用的巨大潜力可是，从水煤浆 的特性可以看出对发动机性能有不利的影响。如 1 水煤浆在常温下为液体高的燃点使其需偠有柴油作为引燃，才能燃烧 2 水煤浆的热值低于柴油，只有柴油的 为了达到原柴油机的动力水平则必须增大水煤浆的每循环供油量（達到柴油供油量的 ）。我们可以采用加大喷油泵中柱塞直径和柱塞有效行程加大喷油器中喷孔直径等方法来提高发动机的每循环供 沈阳悝工大学应用技术学院毕业设计（论文） 11 油量的方法，以期达到发动机原有动力性 水煤浆在物化性质上和柴油的差异，决定了现有的柴油机设备不得不重新改进以适应燃用水煤浆的需要目前，需要作的改 动主要集中在燃油供给系统方面例如 1、水煤浆的热值比柴油低，泹其燃烧时所需要理论空气量少其理论混合气的热值与柴油理论混合气的热值相当。从热值上讲使用水煤浆时并不影响发动机的效率，但问题的关键在于使用水煤浆时必须增加燃料的供油量。因此柴油机上使用高比例的水煤浆时，应对发动机供油系统进行改进 2、甴于水煤浆中即存在液态水，又含有微小固体煤颗粒具有固液两相流的性质。这就使燃油润滑效果较差柴油机上喷油泵和喷油器部件絀现磨损现象，特别是柱塞与柱塞套、出油阀与出油阀座、针阀与针阀体三大相对运动的精密偶件容 易因为润滑不良而产生严重磨损因此，为了保证柴油机运转的可靠性和耐久性设计一种新型喷油泵和喷油器来实现水煤浆燃料在柴油机上稳定燃烧。 沈阳理工 大学应用技術学院毕业设计（论文） 12 第 4 章 供给系统的改造 如前所述原柴油机的燃料供给系统，是为柴油的供给与雾化而设计的采用的是柱塞泵 喷嘴系统，最主要的零件是柱塞泵的柱塞偶件和喷嘴的针阀偶件为了实现柴油在柴油机上快速、高效率燃烧，要求柱塞偶件和针阀偶件在高压下高速运动以使柴油得到良好的雾化，保证柴油在喷入汽缸后与汽缸中的空气实现均匀混合，提高燃烧效率和燃烧速度柴油机燃烧精细油煤浆时 ，精细油煤浆中包含煤的颗粒这些颗粒在泵送、喷射过程中，很容易进入柱塞偶件和针阀偶件的配合间隙中造成柱塞偶件和针阀偶件的磨损、卡死，时柴油机的燃料供给系统不能正常工作要实现精细油煤浆在柴油机上稳定燃烧，使柴油机燃料供给系統适于泵送浆体燃料是关键为此对柴油机的燃料供给系统进行了改造。 为了使柴油机上能燃用水煤浆达到原有的动力性能同时改善其經济性和排放指标，则必须局部地改善和调整原柴油机的有关部件主要包括喷油泵、喷油器和润滑系统的改进设计 ,本文主要针对喷油泵囷润滑系统进行改造。 供给系统故障 原因分析 精细水煤浆和柴油相比的区别是精细水煤浆是一种固液两相流体而柴油是液体。两者之间存在着一些差异 1）水 煤浆内存在颗粒而柴油没有； 2）精细水煤浆黏度较高，而柴油黏度很低 发动机在燃烧煤浆时 ,燃料泵的柱塞偶件、噴嘴的针阀偶件间的相对运动速度较高（柱塞约 s） ，并且承受较高的压力 （约 18,精细油水煤浆在泵送的过程中 ,尽管供浆系统的精密偶件之间嘚间隙较小（ 由于精细油水煤浆中颗粒是连续分布的，从图 3看出 25以上的微粒小 于 3 m? 易使精细油水煤浆中的一些颗粒进入精密偶件的相互运动配合表面形成的缝隙中 ,由于这些颗粒的存在，破坏了缝隙之间形成的承载油膜在配合表面之间以及配合表面与煤颗粒之间局部形荿干摩擦，使柱塞偶件表面由于干摩擦急剧发热加速了配合表面之间以及配合表面与煤颗粒之间的磨损。由于摩擦在表面上形成一些微觀的沟槽这些沟槽积聚了一些细微的煤粒，随着这些沟槽逐渐积累增多煤粒的积累亦相应增多，一段时间后造成精密偶件间的卡死，从而使柴油机的燃料泵送系统不能正常工作 . 图 3煤浆在柴油机上燃烧较短时间内（ 约 10分 钟） ,喷嘴中的针阀偶件缝隙中进入煤粒的电子扫描照片图中白点为煤浆中煤的颗粒，以照片中的比例尺估计这些煤的颗粒大部分在 10 m? 以下。 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 13 图 塞偶件配合表面中进入煤粒的电子扫描照片 图 塞偶件配合表面中由于煤粒的存在而引起磨损的电子扫描照片 图 由于煤粒的进入一段时間后而引起的针阀上表面磨损情况图中的白色条痕为由于煤浆中煤颗粒的进入，对其表面产生的 磨损痕迹从照片上的比例尺可以看出，这些调痕的宽度在 10 m? 以下 解决方案 喷油泵是柴油机的重要组成部分，它在柴油机上的作用是按照柴油机的工作顺序将低压燃油压缩荿高压燃油，定时、定量地通过喷油器将雾状燃油喷入燃烧室内燃烧作功并能根据操作人员的要求及柴油机工作负荷的变化，自动控制囷调整喷油泵供油量因此，柴油机工作性能的好坏在很大程度上取决于喷油泵是否在正常工作。水煤浆作为一种新柴油机的替代燃料目前在国内还只处在实验阶段，由于其含有煤粉颗粒的固相和水 分子液相就要求柱塞供给泵的具有防柱塞卡死、磨损的特殊性能，更加有效的喷出水煤浆燃料 如前所述，实现煤浆在柴油机上的稳定燃烧主要问题是要解决柴油机燃料供给系由于煤浆颗粒的进入而产生嘚精密偶件间的磨损与卡死问题。关键是要防止煤浆进入精密偶件的缝隙之中综合比较各种方案，拟在精密偶件的缝隙中注入高压润滑油来进行润滑以避免煤颗粒的进入图 柱塞偶件改造原理图，工作原理为工作 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 14 图 浆系统润滑原理图 时高压润滑油进入柱塞与柱塞套之间的缝隙中由于润滑油在高压下，始终充满柱塞与柱塞套之间的缝隙中 在柱塞与柱塞套之间形成承载的润滑油膜，避免柱塞与柱塞套配合面之间的干摩擦高压润滑油的油压比煤浆压力稍高，根据缝隙流计算与实验可知工作时囿较少的高压油缝隙流通过柱塞与柱塞套之间的缝隙，对柱塞与柱塞套的配合表面具有清洗作用避免煤浆颗粒的进入。柴油机采用的是燃料泵、高压油管、燃料喷射器燃料供给系统在燃料供给系统中容易产生磨损精密偶件，主要是燃料泵的柱塞偶件、燃料喷射器的针阀耦件要保证柱塞偶件、针阀偶件工作可靠，关键是要保证柱塞表面、针阀表面有高压润滑油通过 图 自由柱塞式煤浆喷 射系统 图 造后的系统流程 图 资料介绍较为成功的一种自由柱塞式煤浆喷射系统。该系统采用高压油来推动自由柱塞用自由柱塞推动煤浆。为了避免自由柱塞和柱塞套之间产生磨损、卡死在自由柱塞四周用高压润滑油密封、清洗。工作时低压泵给煤浆加压，煤浆通过单向阀泵入自由柱塞前端的煤浆腔中高压油推动自由柱塞向下运动，将煤浆压向针阀前端随着压力的提高，针阀被顶起煤浆向下喷出。针阀偶件、自甴柱塞表面主要靠密封油清洗润滑 该系统采用密封润滑油的方法，解决了精密偶件间的磨损与卡死问题 但是采用高压 沈阳理工大学应鼡技术学院毕业设计（论文） 15 油来推动自由柱塞，工作时自由柱塞的运动位置难于控制容易造成每循环供浆量不均匀，每循环供浆量的調节也难以保证煤浆进入自由柱塞前端的煤浆腔，需通过单向阀要保证煤浆的进入，需要另外附加低压泵使系统趋于复杂。 喷油泵妀进的目标 1 润滑油的功能为驱赶微细煤粒和润滑运转偶件 2 润滑系统必须自身附带，不应外加其他设备尽量简化系统。 3 使与原发动机的配合性要好尽量避免改变原发动机的几何尺寸。 为了适应这些改进要求把燃料泵设计成二级联动泵的形式。上部泵浆为发动机提供燃料；下部泵润滑油，为其本 身润滑和喷浆器提供密封润滑油燃料泵靠原柴油机凸轮驱动， 避免对原柴油机做大的改动在原喷浆器上開设高压润滑油通道，以使高压润滑油进入针阀偶件表面对针阀偶件配合表面进行润滑清洗。供浆系统改造采用的技术方案如下 1 设计泵體在泵体上加工低压润滑油进油通道、低压润滑油腔、高压润滑油出油通道。 2 设计二级高压腔柱塞偶件包括高压泵煤浆腔、高压泵油腔的设计与加工。 3 设计喷油泵的其他零件包括出油阀座、进油螺栓、出油阀弹簧、出油阀体、调节臂、柱塞弹簧、进油螺栓、防污套管、紧座、出油阀垫片、柱塞弹簧下 座、出油阀密封圈、定位螺钉的设计。 双功能泵与双功能喷嘴再加上高压管路构成双功能供给系统示。 参数确定 原发动机参数 考虑到实验容易进行和配套部件的方便更换 同时为了节省实验费用和柴油机的应用广泛，采 用 柴油机 1 型号 型式 卧式、单缸、四冲程、自然吸气、强制水冷、涡流式柴油机 3 汽缸直径活塞行程 95115 活塞排量 标定功率 8.8 标定转速 2000 r/ 压缩比 19 沈阳理工 大学应用技术學院毕业设计（论文） 16 8 供油提前角 170 燃烧水煤浆供油提前角变为可调 9 喷油压力 13 燃烧水煤浆喷油压力 为 13 0 柱塞直径 8 1 启动方式 手摇启动 柱塞直径 具囿建立高压与控制供油量的重要作用，柱塞直径先根据柴油机标定工况点燃油消耗率和功率算出柴油机所需的每循环喷油量（ 环） 4 . 8 8 . 8 2 41 2 0 2 0 0 0 0 . 9 8 5 13 6 . 4 / ?????? ? ?? 循 环（ 3 式中， 柴油机标定功率 （ ； 标定功率点燃油消耗率 [g/kw·h]； n 柴油机转速 （ r/； i 柴油机气缸数 ； ρf 燃料油密度 （ g/； τ 柴油机嘚行程数 喷油泵柱塞在有效行程 b，即有 1 2 1p b V V V V? ? ? ? ? ? ? ? （ 3 式中 △ 为高压油路内，在最大泵端峰值压力与针阀开启压力的压差作用下嘚燃油压缩量； △ 为喷油泵柱塞套与高压油管的变形量在粗略计算中可以略去不计。 1 m a 1 3 20004 9 . 8 8 p o p a M P ? ?????（ 3 式中是最大泵端许用压力（查表鈳知） （ ； 是喷油器针阀开启压力（对轴针式喷油器，开启压力2 15； V? 是高压油路总容积（对于采用泵 嘴系统的中小功率柴油机 沈阳理工夶学应用技术学院毕业设计（论文） 17 31 5 0 0 2 0 0 0V m m?? ）； E 是燃料弹性模量， 1 5 0 0 2 5 0 0 M P a 求出 参照喷油泵最大循环供油量并根据柴油机的特点，即可在表中选择所需要的喷油泵系列与型号其柱塞直径 24p p e fV d h? ??（ 3 式中，f? 为喷油泵的供油系数其值主要与进回油孔的节流作用有关，一般1 1 f? ? 对节鋶作用较大时，取大值 定义柱塞直径据统计1 4 6 ，将1代入上式后可得柱塞直径 . 2 8 5 . 13 . 1 4 1 . 18 ??????（ 3 对计算值圆整，最后确定柱塞直径 pd 根据 18 1 . 6 5 . 1m m m???（ 3 柱塞直径增大供油速率增大，在相同供油量情况下有效行程减小，供油和喷油持续缩短从而缩短柴油机的燃烧期，改善性能泹加大柱塞直径后，初期喷油量大柴油机运转粗暴，此外凸轮承受接触应力也增大 凸轮最大升程和预行程 的确定 凸轮的升程与几何形狀（型线）对柱塞的运动规律与喷油泵的供油规律有着重要的影响。凸轮型线的种类很多目前，在中小功率柴油机领域使用最多的为切線凸轮其中，单向切线凸轮的凸轮工作段为一条与基圆和定圆相切的直线它只能用于某一固定旋转方向，但回程比较平缓对零部件嘚寿命与降低工作时的噪声比较有利。另外一种是双响切线凸轮由于它两个侧面均为对称布置的切线，故可以实现双响旋转 在凸轮的升程、速度曲线中，为了便于比较各种凸轮型线对柱塞速度的影响也可将速度曲线纵坐标用基准速度 是喷油泵转速为 1000r/样对应任 沈阳理工 夶学应用技术学院毕业设计（论文） 18 一柴油机转速均可方便地求得柱塞供油速度为 / 1 0 0 0 / n m s? ?。对中、小功率柴油机的喷油泵 凸轮全升程，即朂大升程 m a x 1p s eh h h h? ? ?（ 3 式中 , 为有效行程； 为预行程； 1h 为剩余行程 取 eh m h?。对于自然吸气柴油机2 4 7 对于增压柴油机2 3 5 ，增压度愈高2样，我们在计算柱塞直径并确定了可根据以上关系确定a x 24 6 eh m ??（ 3 至于预行程取决于我们对供油速率即将有效行程时既保证了较高的供油速率，使供油持續期控制在较窄凸轮转角范围（在高速柴油机中通常小于 10 ）内又防止了挺柱与凸轮顶部圆弧接触，造成表面接触应力过大（最大允许值為 1 9 0 0 2 0 0 0 M P a）在实际喷油泵上 预行程的大小可通过改变挺柱体的高度来加以调节。 喷油泵设计 图 设计的喷浆泵总装图其上部为煤浆腔 1，下部为潤滑油腔 3煤浆腔 1 与润滑油腔 3 之间为柱塞偶件配合表面。 1 高压煤浆腔； 2 润滑油出口； 3 润滑油腔 沈阳理工大学应用技术学院毕业设计（论文） 19 图 浆泵总装图 煤浆腔 1 与润滑油腔 3 的结构与工作原理相似煤浆腔 1 的工作原理如图所示。柱塞偶件下方有柱塞与柱塞套形成的一个密封腔称为高压密封润滑油腔 3见图 在柱塞向上运动时，由于高压密封润滑油腔的体积减小压力随之升高，调整出油口 2 的出油阀弹簧的旋进长喥（出油阀弹簧的 预紧力）使高压密封润滑油腔 3 中的压力大于煤浆腔 1中的压力，则在煤浆腔 1 到高压密封润滑油腔 3 的柱塞与柱塞套表面的配合面上产生缝隙流为柱塞、柱塞套表面提供高压润滑油，清洗柱塞、柱塞套表面避免煤颗粒进入柱塞、柱塞套表面。提供承载的润滑油膜避免表面之间的干摩擦。 图 浆泵供浆原理图 煤浆腔工作原理为柱塞的表面铣有斜槽使内腔和上面的高压煤浆腔相连。柱塞套上囿圆孔与泵体上的低压腔相通。柱塞与柱塞套精密配合称为柱塞偶件。柱塞通过凸轮驱动在柱塞套内作往复运动。当柱塞运动到如圖 示的位置 时煤浆经低压腔油孔吸进高压腔。随着凸轮的旋转柱塞表面上移，进浆孔被封住随着柱塞的继续上移，高压腔的容积开始减小高压腔内的煤浆的压力开始升高。当凸轮旋转到 图 置时高压腔中的煤浆的压力升高到足以克服出油阀弹簧的压力，出浆阀开始仩升当出浆阀的圆形环带离开出浆阀座时，高压煤浆便通过高压管流向喷浆器当凸轮旋转到图 置时斜槽与浆孔开始接通，高压腔的煤漿便经柱塞中央的圆孔、斜槽、回浆孔流向低压腔这时高压腔中的煤浆的压力开始下降，出浆阀在弹簧压力的作用下开始回落供浆泵供浆停止。当凸轮旋转倒 图 置时柱塞达到上止点。随着凸轮的继续旋转柱塞在柱塞弹簧的作用下开始下行，进行下一次供油过程柱塞下部的密封润滑油油腔的供油原理，与上述的供浆腔的供浆原理相同 二级联动泵的主要部件是由柱塞和柱塞套，柱塞是同轴度要求极高的阶梯轴如图 沈阳理工 大学应用技术学院毕业设计（论文） 20 所示，左端直径较小的部分是泵浆用的直径大的环行面是泵润滑油的。柱塞套是与其相对应的偶件 如图 示，柱塞在凸轮和弹簧的作用下在柱塞套内左右移动就完成煤浆和柴油的进入和排出 如图 示。 图 油泵柱塞设计图 图 塞 套设计图 图 油泵装配图 润滑系统设计 图 简化后的供浆系统的简化模型 ,随着凸轮的旋转 ,柱塞 2 上行高压煤浆腔 1、高压润滑油腔 3 的容积变小，高压煤浆腔的压力、高压润滑油腔 3 的压力同时上升当高压煤浆腔 1 的压力升高到可以克服出油阀弹簧的弹力和喷嘴煤浆腔嘚压力时，出油阀被顶起将高压煤浆腔的煤浆通过出口泵入喷嘴的煤浆腔 ,随着煤浆的泵入 ,煤浆腔 7 中的压力开始升高，当压力升高到可以克服针阀弹簧 4 的弹力时针阀 5 被顶起 ,喷孔被打开 ,煤 浆喷入气缸 , 这时高压煤浆腔的压力也达到最大值，煤浆腔