مصدر الطاقة لمحرك الديزل هو اشتعال احتراق الوقود. باعتباره أحد أهم أنظمة محرك الديزل، فإن نظام حقن الوقود لا يحقق الخليط الشامل من الغاز والأكسجين في الأسطوانة فحسب، بل يوفر أيضًا الوقود الأساسي للاحتراق.
تحدد جودة نظام حقن الوقود بشكل مباشر الاستقرار والاقتصاد وإخراج الطاقة وانبعاثات العادم لمحرك الديزل، من بين مؤشرات الأداء المهمة الأخرى.
طوال مرحلة تطوير محرك الديزل، كانت حالة حقن الوقود والاحتراق دائمًا محور البحث. ومن خلال التجارب والأبحاث المستمرة، أحرز العلماء تقدمًا كبيرًا.
في السنوات الأخيرة، مكنت تقنيات الاختبار المتطورة باستمرار وطرق المراقبة الأكثر شمولاً الأبحاث حول محركات الديزل من الدخول في فترة ذهبية من التطور السريع. يمكن للناس فهم كل عملية احتراق بشكل أكثر سهولة وحدسية، وتنفيذ التحسين المستهدف للاحتراق، وبالتالي تسريع تطوير محركات الديزل وتحسين عمليات التصنيع.
إن عملية حقن الوقود عبارة عن سلسلة من التغييرات المعقدة على المستوى المادي.
نظرًا لخصائص ضغط السوائل، ومرونة خطوط الأنابيب المقاومة للضغط، وقوة القصور الذاتي لتدفق الوقود، وتأثير الاختناق للنظام، تتأثر التغيرات الفيزيائية للوقود في نظام الضغط العالي، أي عملية نقل الوقود من صمام مخرج مضخة حقن الوقود إلى صمام إبرة حاقن الوقود تحت الضغط العالي.
يمكن أن يؤدي تأثير هذه العوامل إلى تأخر زمني في مرحلة الحقن وعدم استقرار ضغط الوقود، مما يزيد من تدهور جودة الحقن.
في الوقت الحالي، تعتمد أنظمة حقن محركات الديزل التقليدية في الغالب نظام الحقن المباشر لمضخة المكبس، حيث يكون المكون الأساسي هو مضخة حقن الوقود. تشتمل وحدة الحقن الكاملة عادةً على مضخة حقن الوقود وحاقن الوقود وخرطوم الضغط العالي.
I. اختيار الوقود
ومع تزايد توتر موارد الطاقة العالمية، ارتفعت أسعار الوقود بشكل كبير، وأصبحت نسبة تكاليف الوقود في تكاليف تشغيل السفن ثقيلة بشكل متزايد.
ونظرًا لانخفاض سعر الوقود منخفض الجودة، فإنه يستخدم على نطاق واسع، كما أن له تأثيرًا كبيرًا في الاستخدام الرشيد للبترول.
في السنوات الأخيرة، عزز المجتمع الدولي باستمرار حماية البيئة البحرية والبيئة المناخية، وتمت مراجعة لوائح حماية البيئة المختلفة، وخاصة أن متطلبات الانبعاثات لكل منطقة محظورة أصبحت صارمة بشكل متزايد.
في إدارة الوقود، لا ينبغي النظر في قابلية تطبيق محركات الديزل فحسب، بل يجب أيضًا مراعاة متطلبات معايير الانبعاثات المنصوص عليها في القوانين واللوائح. تحقيق أفضل توازن بين أنظمة حماية البيئة والمنافع الاقتصادية.
1. اللزوجة
لتجنب الاحتراق غير الطبيعي ورواسب الكربون في المحرك الرئيسي، يجب التحكم في لزوجة الوقود المزود للمحرك الرئيسي أولاً.
يعمل فاصل الزيت بشكل أفضل في فصل الوقود ذو اللزوجة المنخفضة. قبل أن يتم حقن الوقود في غرفة الاحتراق، سوف تستقر الجزيئات العالقة في الوقود، مما يتسبب في تعلق المكونات الميكانيكية.
لذلك، من المهم جدًا إجراء فصل كافٍ قبل دخول الوقود إلى المحرك الرئيسي.
2. الجسيمات الحفازة
بعد كم كبير من التحليل والإحصاءات، وجد أنه مع تقدم تكنولوجيا التكرير، فإن محتوى الجزيئات المحفزة (الجزيئات الصلبة، المعروفة باسم Catafines، والتي تتكون بشكل رئيسي من Si+Al) في النفط الجديد منخفض الكبريت أعلى من محتوى النفط السابق عالي الكبريت ويظهر اتجاهًا تصاعديًا.
السبب وراء هذه المشكلة هو أن بقايا الوقود هي جزيئات محفزة أثناء عملية إزالة الكبريت، وأقطار الجزيئات الحفزية كلها أقل من 10 ميكرومتر، وتصبح مصغرة بشكل متزايد. إذا كان المحتوى مرتفعًا جدًا، فسوف يتسبب في تآكل مفرط وحتى الاستيلاء على المكونات مثل غرفة الاحتراق، ومعدات حقن الوقود، ومضخة حقن الوقود، وحاقن الوقود.
ينص ISO8217/2012 وGB/T17411-2012 على أن محتوى الألومنيوم + السيليكون في زيت RME180 يجب ألا يتجاوز 50 ملجم/كجم، وتوصي معظم الشركات المصنعة للمحركات بمحتوى مدخل قدره<15ppm.
لذلك، تم طرح متطلبات أعلى لتأثير الفصل، كما أن الفلتر الدقيق قبل المحرك الرئيسي هو أيضًا أمر بالغ الأهمية.
تظهر النتائج التجريبية أن استخدام طريقة فصل فعالة وصحيحة يمكن أن يقلل بشكل كبير من محتوى الجسيمات الحفزية والرواسب غير العضوية الأخرى.
أولاً، من الضروري التأكد من أن محتوى جزيئات الوقود قبل دخوله إلى المحرك الرئيسي منخفض إلى 15 مساءً (يفضل أن يكون برقم واحد) لضمان سلامة المحرك الرئيسي.
تأثير الانفصال لفاصل الزيت مهم بشكل خاص. ضمن نطاق معقول، ينبغي اختيار درجة حرارة أعلى لفصل الزيت.
وقد تبين أنه لا يزال هناك العديد من المجالات التي تحتاج إلى تحسين في معالجة الفصل والتنقية على متن السفينة، بما في ذلك كيفية تخصيص واستخدام خزانات النفط، وكيفية تشغيل فاصل الزيت.
3. الاستقرار والتوافق
يجب أن يضمن الاستقرار أولاً أن إجمالي الرواسب يلبي متطلبات معيار زيت الوقود البحري. أثناء الاستخدام الفعلي للوقود، يجب اتباع مبدأ استخدام الوقود الذي تمت إضافته أولاً لتجنب تخزينه لفترة طويلة.
في الإدارة اليومية، في حالة الاشتباه في التقسيم الطبقي، يمكن أن تكون الخطوة الأولى هي استخدام مضخة النقل لتدوير الوقود بالكامل في خزان الزيت لتحقيق خليط موحد من الوقود.
وفي الوقت نفسه، من الضروري أيضًا الانتباه إلى الاختلافات في الكثافة واللزوجة. بمجرد وجود ميل إلى التقسيم الطبقي، سيؤدي ذلك إلى تغيرات في محتوى الكبريت، مما يؤدي إلى توزيع غير متساوي للكبريت في الوقود، مما يؤدي إلى زيادة محتوى الكبريت.
هناك اختلافات بين الاستقرار والتوافق. الأول يؤكد على الحالة المتأصلة للوقود، مثل الزيت المخلوط؛ ويركز الأخير على ثبات الأسفلتين بعد خلط الوقود.
الإسفلتين غير قابل للاشتعال وسوف يطيل فترة الاحتراق اللاحق، مما يسبب دخانًا أسود ويزيد بشكل كبير من تكوين طبقة طلاء النظام ورواسب الكربون، مما يؤدي إلى التآكل المفرط.
بمجرد المساس بالاستقرار والتوافق، فإن نظام الوقود واحتراق محرك الديزل سيعاني من حالة كارثية: وإذا حدث التقسيم الطبقي في الوقود، فسيؤدي ذلك إلى تجاوز محتوى الكبريت في الوقود المعيار أثناء الاستخدام، مما يعرض السفينة لخطر الاحتجاز.
ثانيا. هيكل وخصائص العمل لمضخة الحقن
ثانيًا، يمكن أيضًا أن تُعزى ظاهرة تعطل مضخة الزيت ذات الضغط العالي إلى بيئة العمل (أي خصائص مسار الرحلة).
أولاً، من تحليل هيكل زوج المكبس في مضخة الزيت عالية الضغط، يجب أن تكون الفجوة بين المكبس والكم صغيرة جدًا (تطلب الشركة المصنعة أن تكون 0.011-0.013 مم) لضمان تأثير الختم.
في وقت البناء، أخذت الشركة المصنعة أيضًا في الاعتبار مسألة التسرب، وسمحت بقدر معين من التسرب لأنه، من هيكل زوج المكبس، توجد 3 أخاديد حلقية داخل الكم من الأعلى إلى الأسفل. يتم توصيل الأخدود الأول بالجزء العلوي من المكبس ويعمل كوظيفة تزييت. يتم توصيل الأخاديد الثانية والثالثة على التوالي بالفتحات المحورية الموجودة على جسم الأكمام. من بينها، يتم توصيل الأخدود الثاني بأنبوب تفريغ محرك الديزل الخارجي لمضخة الحقن من خلال الفتحة المحورية، ويتطلب الدليل توصيل الأخدود الثالث بخط أنابيب زيت التشحيم عند استخدام الديزل الخفيف لمحرك الديزل لمنع تسرب الديزل الخفيف إلى غرفة عمود الحدبات. عادةً ما يتم إغلاقه بسدادة أنبوب.
لذلك، يتدفق الوقود المتسرب قليلاً إلى أسفل على طول الفجوة بين المكبس والكم من أعلى المكبس، ويتجمع أولاً في أخدود الحلقة الأولى، ثم يستمر في التدفق إلى أخدود الحلقة الثانية، ويمر عبر الفتحة المحورية ويتدفق لأعلى إلى أنبوب تفريغ وقود المحرك الرئيسي، كما هو موضح في الشكل 1.
الشكل 1: حاقن الوقود
إذا استمر محرك الديزل في العمل، فسوف يتدفق الوقود المتسرب تدريجيًا إلى خط أنابيب التفريغ.
هذه السفينة عبارة عن سفينة عبّارة. نظرًا لوقت الإبحار القصير ووقت الالتحام الطويل، ولأن جسم مضخة الزيت ذات الضغط العالي وخط أنابيب التفريغ غير مغلفين بمواد عازلة، وبالإضافة إلى ذلك، أثناء العمليات اليومية، من أجل التحقق من حالة تسرب خط الأنابيب وتسهيل التفكيك والتعديل السريع لمضخة حقن الوقود عندما يعلق المكبس، لا يتم دائمًا تركيب الغطاء الواقي خارج مضخة حقن الوقود.
وينتج عن ذلك تبريد الوقود المتسرب تدريجياً خلال فترة عدم الإبحار، ومن ثم يتكثف في الأنابيب. عند الإبحار، يصعب اختراق الوقود المتسرب عبر خط أنابيب التفريغ، وفي النهاية، يتم حظر خط أنابيب تفريغ الوقود، ويملأ الوقود المتسرب الأخاديد العلوية ويستمر في التدفق إلى الأسفل، ويتراكم أكثر فأكثر في الجزء السفلي من المكبس، مكونًا جزيئات كاشطة، مما يزيد من تفاقم تآكل المكبس.
من تخطيط مضخة حقن الوقود في محرك الديزل ومسار تسرب الوقود، فإن مسار التسرب معقد ومتعرج. يتدفق أولاً إلى الأسفل، ثم يمر عبر العديد من التقلبات والمنعطفات قبل السير لأعلى بزاوية، ويتدفق أخيرًا إلى خط أنابيب التفريغ. علاوة على ذلك، فإن خط أنابيب التفريغ وأنبوب الزيت عالي الضغط متصلان في خط أنابيب مستقيم لتفريغ التسرب.
وهذا يؤدي أيضًا إلى تسريع سرعة تراكم الوقود المتسرب في خط الأنابيب، كما هو موضح في الشكل 2.
الشكل 2: تخطيط خط أنابيب تفريغ محرك الديزل
ثالثا. اقتراحات الإدارة والتحسينات التكنولوجية
بناءً على التحليل أعلاه، تم اقتراح اقتراحات الإدارة والتحسينات الفنية التالية:
1. بالنسبة لمسحوق المحفز المتبقي في زيت الوقود أثناء عملية التكرير، يتم اعتماد طريقتين بشكل عام. الأول هو استخدام المواد المضافة لتقليل مسحوق المحفز المتبقي في زيت الوقود؛ والآخر هو اعتماد الأساليب التالية:
(1) تفريغ البقايا بانتظام.
تعتبر الكاتافينات محبة للماء ويمكن أن تستقر بسهولة في الزيوت منخفضة اللزوجة ومنخفضة الكبريت.
ومع ذلك، إذا كان زيت الوقود يحتوي على نسبة عالية من الماء، فسوف يتسبب ذلك في تشتيت الجزيئات الحفزية وتعليقها في زيت الوقود، مما يجعل من الصعب استقراره.
من خلال الاستفادة من جاذبيتها النوعية العالية، يمكن تفريغ البقايا من أسفل خزان الزيت، خزان الرواسب، خزان الاستخدام اليومي، وبئر تجميع الزيت لتقليل محتواها.
(2) الاستفادة الكاملة من خصائص مجموعتي خزانات الرواسب وخزانات الاستخدام اليومي، واستخدامها بالتناوب لضمان الترسيب الكافي.
(3) استخدم فاصلين لزيت الوقود لفصل زيت الوقود، مع اعتماد طريقة التوصيل المتسلسلة لفصل الماء أولاً ومن ثم فصل الشوائب.
(4) في إطار فرضية ضمان السلامة، قم بزيادة درجة حرارة الفصل لضمان كفاءة الفاصل؛
تجنب معدل التدفق المفرط لضمان تأثير التنقية.
(5) إجراء التنظيف الداخلي الفعال لخزان الاستخدام اليومي لزيت الوقود وخزان الرواسب بانتظام.
(6) يمكن تنظيف خزان الوقود وفقًا لخطة صيانة الحوض الجاف للسفينة.
2. عزل مضخة حقن الوقود وأنبوب التفريغ لمحرك الديزل.
3. قم بتوصيل خط أنابيب تفريغ الوقود لمضخة حقن الوقود لمحرك الديزل بشكل منفصل وقم بتركيب جهاز تفريغ. سيؤدي ذلك إلى تشكيل ضغط سلبي في نظام خطوط الأنابيب، وسيتم امتصاص الوقود المتسرب من زوج المكبس على الفور، ولن يتراكم في زوج المكبس.
4. قم بتركيب مضخة التجانس عند مدخل الوقود لمحرك الديزل.
5. أثناء عملية الإحماء، قم بتحريك كل مضخة حقن الوقود يدويًا لتليينها. تهدف هذه الطريقة إلى اختبار مرونة زوج المكبس ومنع زوج المكبس من التعلق. وفي الوقت نفسه، يجب أيضًا فحص الأجزاء المتحركة الأخرى.
بالإضافة إلى ذلك، انتبه إلى فحص وضبط آلية التعديل لجهاز التنظيم لضمان دقة وموثوقية حجم حقن الوقود في مضخة حقن الوقود.
6. أثناء تشغيل المعدات، في حالة حدوث موقف غير متوقع وتحتاج أسطوانة واحدة إلى إيقاف إمداد الزيت، يجب أن يتم تنفيذ ذلك بدقة وفقًا لتوجيهات وتوصيات الشركة المصنعة. استخدم أداة إمداد الزيت الخاصة المتوفرة مع الماكينة لقفل آلية الأسطوانة لمضخة حقن الوقود، ولا تغلق بشكل أعمى مسارات زيت مدخل ومخرج مضخة حقن الوقود، مما قد يتسبب في توقف زوج المكبس بسبب نقص التشحيم الفعال.
7. في الإدارة اليومية، راقب حالة الاحتراق لكل أسطوانة. من خلال لون الدخان، ومخطط المؤشر، وتغيرات درجة حرارة العادم، يمكنك تحديد حالة تشغيل معدات حقن الوقود. قم بإجراء التعديلات في الوقت المناسب وفقًا للوضع الفعلي.
Ⅳ.الاستنتاج
كن على دراية بمعاني معلمات الوقود المختلفة وإجراءات التعامل المقابلة.
قبل التزود بالوقود، عليك فهم نوع الوقود وخصائصه وكميته.
عند وجود اختلافات كبيرة في لزوجة وكثافة الوقود، تجنب مخاطر خلط الوقود أثناء التشغيل الفعلي.
تمنع بشكل فعال ظاهرة التصاق مضخة الوقود بسبب مشاكل جودة الوقود، والتي قد تؤثر على التشغيل العادي لمحرك الديزل.
وفي الوقت نفسه، راجع اقتراحات إرشادات الشركة المصنعة وقم بإجراء صيانة المعدات وصيانتها بانتظام. قم بإجراء تعديلات معقولة بناءً على معلمات التشغيل للمعدات لضمان حالة احتراق جيدة لمحرك الديزل.