路秀廣，張吉平，王聯(lián)合，潘躍明，牟春書(shū)，畢群泗

（1．山東勝利職業(yè)學(xué)院，山東　東營(yíng)257097；2．勝利油田石油工程有限公司　渤海鉆井一公司，山東　東營(yíng)257200；3．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州730070）①

新型190系列柴油機(jī)噴油器研制

路秀廣1，張吉平2，王聯(lián)合2，潘躍明2，牟春書(shū)2，畢群泗3

（1．山東勝利職業(yè)學(xué)院，山東東營(yíng)257097；2．勝利油田石油工程有限公司渤海鉆井一公司，山東東營(yíng)257200；3．甘肅藍(lán)科石化高新裝備股份有限公司，蘭州730070）①

190系列柴油機(jī)噴油器故障率較高，使用壽命短，嚴(yán)重影響了柴油機(jī)的整體性能。研制了新型190系列柴油機(jī)噴油器。該噴油器借鑒了國(guó)外先進(jìn)柴油機(jī)噴油器設(shè)計(jì)理念，對(duì)關(guān)鍵部位的結(jié)構(gòu)和參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，提高了噴油器的整體性能?，F(xiàn)場(chǎng)十幾臺(tái)新機(jī)和2臺(tái)大修機(jī)應(yīng)用證明，新型190系列柴油機(jī)噴油器故障率低，使用維護(hù)方便，比老式噴油器的使用壽命提高了10多倍，具有良好的經(jīng)濟(jì)效益。

190系列柴油機(jī)；噴油器；改進(jìn)；應(yīng)用

190系列柴油機(jī)是濟(jì)南柴油機(jī)有限公司制造的大功率柴油機(jī)，在石油鉆井勘探、鐵路運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域得到了廣泛的推廣應(yīng)用。現(xiàn)場(chǎng)運(yùn)行過(guò)程中，190系列柴油機(jī)的噴油器故障率較高，嚴(yán)重影響了柴油機(jī)的整體性能，主要表現(xiàn)在噴油器使用壽命短、內(nèi)部彈簧、挺桿容易磨損、噴油壓力低、噴油器堵塞、漏油等故障。使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定每運(yùn)行250 h就要檢查校驗(yàn)噴油器［1］，給用戶(hù)帶來(lái)諸多不便，與國(guó)際先進(jìn)柴油機(jī)3 000 h校驗(yàn)一次噴油器相比還有很大差距。噴油器是柴油機(jī)供油系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，發(fā)生故障后，不但造成柴油機(jī)過(guò)多的燃油消耗和進(jìn)一步損壞，還會(huì)造成環(huán)境污染。為此，筆者研制出新型190系列柴油機(jī)噴油器，有效地提高了噴油器的使用壽命。

1　原噴油器故障分析［2］

噴油器是將高壓油泵供給的有節(jié)奏的高壓燃油以霧狀形式噴入氣缸，噴入氣缸的燃油在空氣的作用下，迅速蒸發(fā)，形成可燃混合氣。老式190系列柴油機(jī)噴油器為閉式多孔形式，調(diào)壓部件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，任何一個(gè)部件磨損或失效，都會(huì)影響噴油器的整體性能和壽命，結(jié)構(gòu)如圖1所示。在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中存在以下問(wèn)題：

圖1　原噴油器結(jié)構(gòu)

1） 噴油器體上部的護(hù)帽、鎖帽、調(diào)壓螺釘?shù)葔毫φ{(diào)整部分容易磨損、漏油，造成噴油器噴油壓力降低，霧化不良等現(xiàn)象。噴油器漏油，操作人員不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)，稀釋了油底殼的潤(rùn)滑油，極易造成柴油機(jī)的早期磨損。

2） 挺桿過(guò)長(zhǎng)，容易磨損、彎曲，也會(huì)造成噴油器噴油壓力降低，使噴油時(shí)間提前，油氣混合速度降低，燃燒惡化，柴油機(jī)冒黑煙，功率下降，通過(guò)拆檢發(fā)現(xiàn)，挺桿磨損和彎曲的故障要占噴油器故障率的40%。

3） 噴油嘴偶件容易磨損、堵塞，主要原因是噴油嘴耐沖擊、耐磨性能差，制造精度低，噴油嘴偶件磨損后，會(huì)產(chǎn)生滴油、漏油現(xiàn)象，燃燒霧化不良；噴油起、止不分，破壞了正常的噴油規(guī)律，造成燃燒惡化，燃油消耗增大，柴油機(jī)冒黑煙，功率下降。

2　新型噴油器的研制

2．1 改進(jìn)思路

在分析原噴油器結(jié)構(gòu)、原理及故障率高的基礎(chǔ)上，研制出了新型190系列柴油機(jī)噴油器，結(jié)構(gòu)如圖2所示。由噴油器體、調(diào)整墊片、彈簧、彈簧座、過(guò)渡接頭、噴油嘴針閥、噴油嘴閥體、噴油嘴緊帽等組成。新型190柴油機(jī)噴油器是針對(duì)噴油器原結(jié)構(gòu)存在的問(wèn)題，做了以下幾項(xiàng)改進(jìn)。

圖2　改進(jìn)后的噴油器結(jié)構(gòu)

1） 將原噴油器體上部的護(hù)帽、鎖帽、調(diào)壓螺釘?shù)日{(diào)整結(jié)構(gòu)部分全部去掉，改進(jìn)后的噴油器可通過(guò)調(diào)整墊片調(diào)整噴油器的工作壓力。解決了噴油器上部調(diào)整部分接頭多，容易漏油等問(wèn)題。

2） 將原挺桿去掉，設(shè)計(jì)優(yōu)化彈簧座結(jié)構(gòu)，安裝在噴油器體的下部，直接作用到噴油器針閥體上，提高噴油壓力（原噴油壓力為19．6 MPa）。解決挺桿過(guò)長(zhǎng)容易磨損變形，造成噴油器故障率高，壓力波動(dòng)大等問(wèn)題。

3） 優(yōu)化噴油嘴偶件，偶件選用新型的18Cr2Ni4WA材料［3］，進(jìn)一步提高噴油嘴的耐高溫、耐沖擊、耐磨性能，設(shè)計(jì)偶件導(dǎo)向配合部分配合間隙為2μm，強(qiáng)化了偶件的密封性能，減少了噴油器的回油量。

2．2 改進(jìn)內(nèi)容及工作原理

1） 改進(jìn)內(nèi)容。噴油器體為一整體結(jié)構(gòu)，內(nèi)加工有進(jìn)油道和回油道，噴油器體的下部安裝有調(diào)整墊片和調(diào)壓彈簧，通過(guò)螺紋與噴油嘴緊帽連接，噴油器內(nèi)供油、回油通道是通過(guò)過(guò)渡接頭連接在一起的，為平面密封結(jié)構(gòu)；彈簧座上部連接彈簧，下部連接在噴油嘴針閥的上部。

噴油嘴針閥與噴油嘴閥體組成噴油嘴偶件，噴油嘴針閥上部為導(dǎo)向部分，下部為圓錐結(jié)構(gòu)與噴油嘴閥體下部圓錐結(jié)構(gòu)相吻合；噴油嘴閥體上部的內(nèi)孔導(dǎo)向部分與針閥形成偶件，閥體加工有油孔和油槽，下部有均布的8個(gè)噴孔，噴孔夾角150°。

2） 工作原理。燃油通過(guò)噴油器體接頭進(jìn)入到噴油器體內(nèi)的油道和過(guò)渡接頭，過(guò)渡接頭和噴油嘴閥體油孔是相通的，燃油再經(jīng)過(guò)噴油嘴閥體油孔進(jìn)入下部油槽內(nèi)。當(dāng)燃油壓力升高到規(guī)定的噴油壓力時(shí)，作用在針閥承壓錐面上油壓，克服調(diào)壓彈簧的作用，將針閥向上推，噴油嘴針閥與噴油嘴閥體的密封錐面打開(kāi)，高壓燃油通過(guò)閥體上的針閥下部的8個(gè)噴孔噴入燃燒室。當(dāng)噴油泵停止供油，油壓突然下降時(shí)，針閥在彈簧彈力的作用下，迅速落下，由密封錐面將油路切斷，噴油迅速停止。

2．3 主要技術(shù)參數(shù)

噴油壓力22 MPa

噴孔直徑0．35 mm

噴孔夾角150°

噴油器直徑26 mm

2．4 主要特點(diǎn)

1） 采用墊片調(diào)整噴油器壓力，去掉了上部壓力調(diào)節(jié)部分，回油接頭與噴油器為一整體結(jié)構(gòu)，從根本上解決了噴油器漏油現(xiàn)象。

2） 彈簧座直接作用于噴油嘴針閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易磨損部件少，降低了噴油器故障率，提高了噴油器的使用壽命。

3） 優(yōu)化噴油嘴偶件，噴油壓力提高了2．4 MPa，使進(jìn)入氣缸燃燒室內(nèi)的油氣混合速度得到了進(jìn)一步提高，柴油機(jī)滯燃期內(nèi)形成的可燃混合氣量增加，燃油燃燒速率和壓力升高率進(jìn)一步上升，柴油機(jī)的碳煙排放量得到了進(jìn)一步控制，也進(jìn)一步提高了噴油器的使用壽命。

3　現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)及應(yīng)用

2013-03，新型190系列柴油機(jī)噴油器試驗(yàn)合格后，首先安裝在勝利油田勝利動(dòng)力機(jī)械集團(tuán)有限公司大修柴油機(jī)上試用，通過(guò)出廠測(cè)試，柴油機(jī)的排放指標(biāo)均達(dá)到了出廠技術(shù)要求［4］，有效燃油消耗率由原來(lái)的299．4 g／（k W·h）降為199．4 g／（k W·h）。隨后又陸續(xù)安裝在8臺(tái)新機(jī)和兩臺(tái)大修柴油機(jī)上進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)推廣應(yīng)用，截止目前，渤海鉆井45692鉆井隊(duì)2號(hào)柴油機(jī)已累計(jì)運(yùn)轉(zhuǎn)了5 500 h，中間進(jìn)行了2次測(cè)試，噴油壓力和霧化質(zhì)量均達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，噴油器的使用壽命提高了10多倍。

4　結(jié)論

1） 噴油器在高溫、高壓、高速工況下連續(xù)工作，通過(guò)合理的改進(jìn)、設(shè)計(jì)，提高了噴油器可靠性和使用壽命，減少了噴油器的故障率。

2） 噴油器的性能對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的經(jīng)濟(jì)性及排放指標(biāo)起著重要作用，通過(guò)合理的工藝和參數(shù)的優(yōu)化，使發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命和整機(jī)性能得到了顯著提高。

3） 新型190系列柴油機(jī)噴油器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、使用維護(hù)方便、壽命長(zhǎng)，降低了操作人員的維護(hù)使用勞動(dòng)強(qiáng)度，具有良好的推廣應(yīng)用價(jià)值。

［1］ 濟(jì)南柴油機(jī)廠．190柴油機(jī)使用與維護(hù)［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1991．

［2］ 中國(guó)石油天然氣集團(tuán)公司人事部服務(wù)中心．鉆井柴油機(jī)工（下冊(cè)）［M］．東營(yíng)：石油大學(xué)出版社，2004．

［3］ GB／T 5772—2010，柴油機(jī)噴油嘴技術(shù)條件［S］．

［4］ GB20891—2007，非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值及測(cè)量方法［S］．

TE924

B

10．3969／j．issn．1001-3842．2015．09．020

1001-3482（2015）09-0080-03

①2015-05-26

專(zhuān)利項(xiàng)目：國(guó)家實(shí)用新型專(zhuān)利（ZL201320397132．3）

路秀廣（1965），男，河北景縣人，副教授，現(xiàn)從事石油工程與機(jī)械的教學(xué)和科研工作。

①2015-03-30

中石油股份公司科技重大專(zhuān)項(xiàng)“塔中超深碳酸巖凝析氣藏勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵技術(shù)”（2014E-2106）

王甲昌（1989），男，河南南陽(yáng)人，助理工程師，現(xiàn)從事試油完井工作，E-mail：wanglonghua0716＠126．com。