SUSTAV UBRIZGAVANJA GORIVA

POMORSKA ŠKOLA BAKAR

ZAVRŠNI RAD

SUSTAVI UBRIZGAVANJA GORIVA

NA BRODSKIM MOTORIMA

GRUBIŠIĆ EMIL

Bakar, siječanj 2014.

SADRŽAJ

1. UVOD .................................................................................................................................... 1 2. VAŽNIJA OBILJEŽJA SUSTAVA GORIVA ZA BRODSKE MOTORE ................... 2

2.1. PRIMJENA TEKUĆIH I PLINOVITIH GORIVA NA BRODU .................................. 2 2.1.1. Opće karakteristike tekućih goriva ....................................................................... 3 2.1.2. Izgaranje goriva .................................................................................................... 5

2.2. BRODSKI SUSTAV OPSKRBE GORIVOM ................................................................ 6 2.2.1. Transfer goriva ..................................................................................................... 8 2.2.2. Pročišćavanje goriva ............................................................................................. 9 2.2.3. Dobava goriva do glavnog motora ..................................................................... 10

3. ELEMENTI SUSTAVA UBRIZGAVANJA GORIVA ................................................. 11

3.1. PARAMETRI SUSTAVA ZA UBRIZGAVANJE GORIVA ..................................... 11 3.1.1. Početak dobave i trenutak početka ubrizgavanja ............................................... 11 3.1.2. Trajanje ubrizgavanja i protok goriva ................................................................ 12 3.1.3. Tlak ubrizgavanja ............................................................................................... 13 3.1.4. Pravac ubrizgavanja ............................................................................................ 13

3.2. VISOKOTLAČNI SUSTAVI ...................................................................................... 13 3.2.1. Sustav ubrizgavanja goriva MAN-B&W motora ............................................... 14 3.2.2. Sustav zajedničkog voda .................................................................................... 15

3.3. BRIZGALJKA .............................................................................................................. 19 3.4. DVOJNI SUSTAV GORIVA ....................................................................................... 21

4. PROVJERA ISPRAVNOSTI I ODRŽAVANJE BRIZGALJKI NA BRODU ........... 24

4.1. POSTUPAK PROVJERE RADA BRIZGALJKI ......................................................... 24 4.1.1. Rastavljanje brizgaljke ....................................................................................... 24 4.1.2. Postavljanje brizgaljke na ispitni stol ................................................................. 26

4.2. ISPITIVANJE BRIZGALJKE NA VISOKOTLAČNOJ PUMPI ................................ 26 4.3. SERVISIRANJE BRIZGALJKE .................................................................................. 29

5. ZAKLJUČAK ..................................................................................................................... 33 LITERATURA ....................................................................................................................... 34

1

1. UVOD

Brodski strojni sustavi su vrlo složeni sustavi koji se sastoje od velikog broja podsustava i

elemenata čija je funkcionalna međuzavisnost od velike važnosti za učinkovitu iskorištavanje

broda.

Podsustav ubrizgavanja goriva, kao sastavni je dio sustava brodskih motora tema je ovog

završnog rada, u kojem se nastoji predočiti njegova važnost za ispravan rad motora. Kod svih

brzina i opterećenja podsustav ubrizgavanja goriva je odgovoran za nadgledanje protoka

goriva i njegove ujednačene raspodjele po cilindrima. Kvaliteta gorive smjese u najvećoj

mjeri utječe na potrošnju goriva, emisiju štetnih tvari u ispušnim plinovima i na buku

izgaranja Dieselovog motora. Ona ovisi prvenstveno o kvaliteti samog goriva ali i o načinu

pripreme gorive smjese.

Stoga se samoj pripremi gorive smjese pridaje velika važnost. Na pripremu gorive smjese

utječu veličine kao što su početak dobave i početak ubrizgavanja goriva, trajanje i tijek

ubrizgavanja, tlak ubrizgavanja, smjer i broj mlazeva goriva te višak zraka i njegovo

vrtloženje u cilindru. Visokotlačna pumpa za ubrizgavanje goriva, visokotlačni cjevovodi i

brizgaljke elementi su koji su ključni za pravilno funkcioniranje sustava ubrizgavanja goriva.

Svrha ovog rada je pobliže upoznavanje s funkcijama sustava ubrizgavanja goriva na

brodskim motorima. Ciljevi su: razmotriti važnija obilježja goriva za brodske motore, opisati

elemente sustava ubrizgavanja goriva te ukazati na važnost testiranja i održavanja ispravnosti

brizgaljki na brodu.

Funkcije i elementi sustava ubrizgavanja goriva na brodskim motorima su u ovom radu

razmatrani, pored uvoda i zaključka, kroz tri međusobno povezana dijela.

Važnija obilježja goriva za brodske motore naslov je drugog dijela rada u kojem se nakon

prikaza općih karakteristika brodskih goriva razmatra brodski sustav opskrbe gorivom.

U trećem dijelu rada s naslovom Elementi sustava ubrizgavanja goriva, analiziraju se

parametri sustava ubrizgavanja s naglaskom na sustav zajedničkog voda te principa rada

brizgaljki.

Provjere ispravnosti i održavanje brizgaljki na brodu naslov je četvrtog djela rada u kojem se

na primjeru sustava ubrizgavanja goriva na MAN B&W Diesel A/S motoru pojašnjavaju

postupci testiranja i servisiranja brizgaljki goriva na brodu prema za to propisanim

procedurama.

2

2. VAŽNIJA OBILJEŽJA SUSTAVA GORIVA ZA BRODSKE MOTORE

Brodski motori za svoj rad koriste goriva koja se s obzirom na agregatno stanje općenito

mogu podijeliti na tekuća i plinovita. Tekuća goriva su fosilnog ili bio podrijetla dok plinovita

mogu biti prirodna (zemni plin) ili produkti destilacije fosilnih goriva (naftni plin). Prema

Uredbi o kvaliteti tekućih naftnih goriva (Narodne novine, 113/13), brodsko tekuće gorivo je

svako tekuće naftno gorivo namijenjeno za uporabu ili koje je u uporabi na plovnim

objektima.

2.1. PRIMJENA TEKUĆIH I PLINOVITIH GORIVA NA BRODU

Za brodske motorne pogone, porivne i pomoćne strojeve, najvažnija su, i najčešća u primjeni,

tekuća goriva. Za parnoturbinske i plinskoturbinske pogone u primjeni su tekuća i plinovita

goriva. Iznimno je važno da strojevi i postrojenja koja omogućuju pretvorbu energije, rade

uza što manje gubitka topline, odnosno sa što boljim stupnjem korisnog djelovanja.

Unatoč mnogim tehnološkim dostignućima, koja su obilježila 20. stoljeće, još uvijek se u

pretvorbi energija najviše koriste toplinski strojevi niskog stupnja korisnog djelovanja, koji

iznose za [4]:

motore s unutarnjim izgaranjem do 55% korisnog djelovanja,

parnoturbinska postrojenja do 45% korisnog djelovanja,

plinskoturbinska postrojenja do 55% korisnog djelovanja,

kombinirana postrojenja (dizelska, parnoturbinska, plinskoturbinska) do 60% korisnog

djelovanja.

Brodska dizelska i teška goriva upotrebljavaju se za brodske: motore s unutarnjim izgaranjem,

kotlove i plinske turbine. Skupni nazivi mogućih goriva za:

brodske dizelske motore: vrlo lako gorivo (Marine Gas Oil-MGO), lako dizelsko gorivo

(Marine Diesel Oil-MDO), teško gorivo (Heavy ili Bunker Feul Oil-HFO ili BFO) gdje

spadaju: miješano gorivo (Intermediate Feul-IF) ostatna goriva (Residual Marine Oil–

RMO),

3

kotlove: teško gorivo (Heavy ili Bunker Feul Oil-HFO ili BFO) miješano gorivo

(Intermediate Feul-IF) ostatna goriva (Residual Fuel Oil-RMO),

plinske turbine: vrlo lako gorivo (Marine Gas Oil-MGO), lako dizelsko gorivo (Marine

Diesel Oil-MDO), miješano gorivo (IF ili po nazivu Intermediate Feul-IF).

Osnovna razlika u značajkama brodskih dizelskih goriva i brodskih teških goriva za pogon

dizelskih motora je u [4]:

1) viskoznosti pri istim temperaturama; zbog postizavanja dobrog raspršivanja pri

ubrizgavanju goriva u cilindar, brodska teška goriva moraju se predgrijavati i do 1450C, a

brodska dizelska se ne predgrijavaju,

2) udjelu sumpora: u brodskomu teškom gorivu dopušten je udio do 5%, a u brodskomu

dizelskom gorivu do 2% masenog udjela,

3) gustoći: za brodska dizelska goriva iznosi od 890 do 920 kg/m3, a za brodska teška goriva

od 975 do 1050 kg/m3,

4) temperaturi skrućivanja: za brodska dizelska goriva iznosi od 00C do –60C, a za brodska

teška goriva od +24 do +300C,

5) ostatku ugljika pri izgaranju (Conrads-ov broj): za brodska dizelska goriva iznosi od 0,14

do 3%, a za brodska teška goriva od 10 do 22% masenog udjela,

6) udjelu pepela: u brodskomu dizelskom gorivu dopušten je udio od 0,01 do 0,05%, a u

brodskom teškom gorivu od 0,1 do 0,2% masenog udjela,

7) udjelu vode: u brodskomu teškom gorivu dopušten je udio od 0,5% do 1%, a u brodskomu

dizelskom gorivu najviše do 0,2% volumnog udjela,

8) udjelu vanadija: u brodskom teškom gorivu dopušten je udio od 150 do 600 ppm, a u

brodskomu dizelskom gorivu najviše do 100 ppm,

9) cetanskom broju: u brodskomu teškom gorivu zajamčen je od 28 do 30, a u brodskomu

dizelskom gorivu od 32 do 48 (radi usporedbe, eurodizel za motorna vozila ima cetanski

broj 54).

2.1.1. Opće karakteristike tekućih goriva

Dizel gorivo je smjesa više vrsta ugljikovodika, pretežno od 9 do 23 atoma ugljika u

molekuli, a to su najčešće alkani i alkeni. Ugljikovodici u tipičnom dizelskom gorivu imaju

cetanski broj od 40 do 70. Dizel gorivo u prosjeku sadrži [4]:

4

ugljika 86,89%

vodika 10-13%

sumpora 0.2 do 2 i više%

ostali elementi kao kisik, dušik do 1%

Važnija ispitivanja kod dizel goriva:

P288 K (150C)

Cetanski broj

Koks po Conradsonu

Viskoznost dizel goriva je važan faktor koji utječe na brzinu protjecanja goriva u cilindar i na

njegovo raspršivanje. O viskoznosti ovisi pravilni i nesmetani rad pumpe za napajanje i

uređaja za ubrizgavanje i raspršivanje goriva. Za brodske dizelske motore gorivo prije

ubrizgavanja mora imati graničnu kinematičku viskoznost od 8 do 27 cSt koja se postiže

grijanjem goriva prije ubrizgavanja u cilindar

Za brodske dizelske motore radna kinematičku viskoznost iznosi od 9,3 do 16,7 cSt i to za:

četverotaktne brodske dizelske motore od 9,3 do 13,3 cSt

dvotaktne brodske dizelske motore od 13,3 do 16,7 cSt

Brodski kotlovi i plinske turbine zahtijevaju viskoznost od 15 do 65cSt pa se prema toj

viskoznosti određuje temperatura grijanja goriva prije rasprskača goriva

Gorivo za dizel motore treba biti sklono upaljivanju, a ta se sklonost iskazuje cetanskim

brojem (Cbr). Cetan (C16H34) je ugljikovodik visoke kvalitete zapaljenja i pridružuje mu se

broj 100. α-metilnaftalen kao ugljikovodik niske sklonosti upravljanju označen je s 0.

Postoji i postupak za indirektno odrađivanje kvalitete zapaljivosti pomoću specifične težine

izražene u API i srednje temperature vrenja, a iskazuje se kao cetanski indeks (ASTM D 975).

Sadržaj sumpora u dizelskom gorivu ovisi o kvaliteti sirove nafte i o kvaliteti rafinerijskog

postupka. Sumpor iz goriva izgara u SO2 koji otapanjem u vodi i zraku stvara kiselinu. U

ispušnim plinovima motora, sumpor povećava emisiju čestica, emisiju HC, NOx i CO dovodi

do bržeg zapunjenja katalizatora. Za buduće uređaje za pročišćavanje ispušnih plinova (Euro³)

sadržaj sumpora u gorivu će morati biti manji od 10 ppm (mg/kg).

5

Gorivo u dizelskim motorima izgara u tri iste faze ili perioda izgaranja koje ovise o

viskoznosti goriva, gustoći i strukturi ugljikovodika u gorivu. Pri izgaranju dieselskih i teških

goriva u motorima s unutarnjim izgaranjem, razlikuju se tri značajna perioda izgaranja [4]:

Period zakašnjenja paljenja goriva dio je vremena od početka ubrizgavanja goriva u

cilindar sa stlačenim zrakom do početka paljenja goriva.

Period nekontroliranog izgaranja dio je vremena u kojem gorivo izgara nakon što je

zapaljeno u cilindru.

Period kontroliranog izgaranja dio je vremena u kojem gorivo izgara, a istodobno se još

ubrizgava u cilindar.

Kvaliteta paljenja brodskih goriva (Ignition Quality) značajna je karakteristika za rad

dieselskih motora, a definirana je s vremenom zakašnjenja paljenja goriva (Ignition Delay

Fuels) nakon ubrizgavanja u cilindar, te s indeksima CCAI (računski karbonatni aromatski

indeks), CII (cetanski indeks zapaljivosti), CB (cetanski broj). CII je prilagodljiv samo za

dieselska goriva i ne odnosi se na teška brodska goriva. Za teška brodska goriva, a i za

dieselska goriva, upotrebljava se CCAI – indeks ili broj. Što je bolja zapaljivost goriva,

kašnjenje je paljenja manje, a cetanski broj veći. Zakašnjenje paljenja mjeri se u

milisekundama ili u stupnjevima osnoga koljena. Ovisi o mnogim čimbenicima, npr.o

zagrijavanju goriva, temperaturi na kraju kompresije, o brzini reakcije goriva sa zrakom, o

strukturi i tipu goriva.

2.1.2. Izgaranje goriva

Za dobro izgaranje goriva važno značenje ima oblik kompresijskog prostora. Što je

konstruktor oblikom kompresijskog prostora postignuo bolje strujanje usisanog, odnosno

komprimiranog zraka, bolja će biti turbulencija, koja omogućava što potpunije miješanje

zraka i goriva, a što znači i mogućnost potpunog sagorijevanja goriva. To se postiže raznim

izvedbama prostora za sagorijevanje, bilo na samom čelu stapa ili glave motora. Postoje

raznovrsne izvedbe prostora za sagorijevanje, ali u principu se dijele na tri osnovne vrste:

1. Jedinstveni prostor sagorijevanja (direktno ubrizgavanje)

2. Prostor sagorijevanja sa pretkomorom (indirektno ubrizgavanje)

3. Kombinirani prostor sagorijevanja gdje se dio goriva ubrizga direktno na čelo stapa, a

drugi u pretkomoru ili prostor za turbulenciju.

6

Direktno ubrizgavanje – izvedba prostora za sagorijevanje je relativno jednostavna.

Ubrizgavanje se čini direktno na čelu stapa motora, koji na sebi može imati razne udubine

radi postizanja što bolje turbulencije. Tlak kompresije kod direktnog ubrizgavanja može

dostići i do 40 kg/cm2, što uvjetuje i visoku temperaturu. Tlak ubrizgavanja se kreće između

180 i 250 kg/cm2, a upotrebljavaju se brizgaljke zatvorenog tipa, s manjim ili većim brojem

sitnih otvora, koji su obično simetrično izbušeni pod određenim kutom, a promjera su između

0,2 i 0,3 mm.

Indirektno ubrizgavanje – čini se u prostoru sagorijevanja s pretkomorom, odnosno gorivo se

ubrizgava u pretkomoru gdje dolazi do potpunog sagorijevanja. S obzirom na veći

kompresijski prostor, i manji kompresijski odnos, u takvim motorima je tlak kompresije nešto

niži, a s time i temperatura, pa je upućivanje motora nešto teže. Neophodni su stoga

elektrogrijači radi prethodnog grijanja kompresijskog prostora. Prednost takve izvedbe u

odnosu na direktno ubrizgavanje je u tome što je rad takvog motora mnogo elastičniji bez

oštrih udara, a i specifična težina takvog motora, ovisno o snazi je daleko manja.

Kombinirano ubrizgavanje – brizgaljka je izvedena tako da je jedan njen otvor ubrizgava

direktno na čelu stapa, što koristi lakšem upućivanju motora, a drugi ubrizgava u prostor za

turbulenciju koji je kuglastog oblika. Brizgaljka je u tom slučaju zatvorenog tipa, a radi pod

tlakom od 120-150 kg/cm2 .

Svaka od navedenih izvedbi ima svoje dobre i loše strane. Kod direktnog ubrizgavanja postoje

relativno visoki pritisci, što zahtjeva masivniju konstrukciju motora. Postoji relativn manja

potrošnju goriva, ali i oštar rad motora. Kod indirektnog ubrizgavanja, s obzirom na niže

pritiske, moguća je konstrukcija motora s manjom specifičnom težinom u odnosu na snagu, a

rad motora je daleko blaži i elastičniji ali je potrošnja goriva je nešto veća kod istih snaga

motora.

2.2. BRODSKI SUSTAV OPSKRBE GORIVOM

Brodski sustav opskrbe gorivom može se raščlaniti na šest temeljnih podsustava a ovi pak na

elemente. Ti podsustavi čine slijedeće funkcijske cjeline: (1) bunker (ukrcaj i skladištenje

goriva u skladišne tankove teškog i dizelskog goriva), (2) transfer goriva, (3) priprema goriva

pomoćnih motora, (4) priprema goriva glavnog motora, (5) priprema goriva kotlova, (6)

7

dobava goriva pomoćnim motorima, (7) dobava goriva glavnom motoru i (8) dobava goriva

kotlovima, kako je to shematski predočeno slikom 1.

Slika 1. Shematski prikaz brodskog sustava goriva

Moguća stanja sustava dobave goriva glavnog motora u kojima se tijekom eksploatacije

nalazi brodski pogon jesu [4]: (1) puni režim rada, (2) promjenjivi režim rada, (3) stanje

priprave i (4) stanje raspreme.

Puni režim rada glavnog motora podrazumijeva stanje u kojem je funkcija dobave teškog

goriva kontinuirana s obzirom na zahtijevani broj okretaja motora. Pri tome je moguće

razlikovati ''ekonomičnu brzinu'' pri kojoj je broj okretaja reduciran na optimalnu potrošnju

goriva i ''komercijalnu brzinu'' kada motor radi na, za plovidbu, predviđenom broju okretaja

(nominalnom). U oba slučaja svi elementi sustava teškog goriva se nalaze u pogonu: zagrijači

tankova, pumpe za dobavu i cirkulacijske pumpe, separator i viskoziometar. Izvor napajanja

električnom strujom svih navedenih elemenata je osovinski generator.

Promjenjivi režim rada glavnog motora (a time i sustava dobave teškog goriva)

podrazumijeva stanje kada se glavni motor naizmjenično upućuje i zaustavlja za vožnju

naprijed ili natrag, ili je u radu s promjenjivim brojem okretaja zvanim manevarski broj

8

okretaja (maksimalno75 - 80% nominalnog broja okretaja). I u ovom slučaja svi elementi

sustava teškog goriva se nalaze u pogonu: zagrijači tankova, pumpe za dobavu i cirkulacijske

pumpe, separator i viskozimetar, s tom razlikom što je u ovom načinu rada izvor električne

struje dizel generator.

Stanje priprave sustava teškog goriva podrazumijeva stanja kada glavni motor ne radi, i neće

raditi neko poznato vrijeme. To su slučajevi kad se brod nalazi u luci ili na sidrištu. Sustav

dobave teškog goriva je u stanju priprave. Rade samo grijaći skladišnih i dnevnih tankova te

se transfer pumpe uključuju samo za potrebe pripreme. Separator i viskozimetar su u stanju

priprave s održavanjem temperature u odzračnom tanku. Cirkulacijske pumpe su uključene,

teško gorivo recirkulira kroz sustav od dnevnog tanka kroz cijeli sustav. Izvor napajanja

elemenata u pogonu je dizelski generator.

Stanje raspreme jest stanje kada je brodski pogon "ugašen'', budući da nema vlastitog izvora

napajanja električnom energijom zaustavljeni su svi elementi sustava dobave goriva glavnom

motoru. Sustav dobave goriva preusmjerava s teškog na lako dizelsko gorivo. Rasprema

glavnog pogona u pravilu se provodi kada je brod u doku te se na elementima sustava

provode pregledi i popravci prema planu održavanja. Napajanje električnom energijom za

potrebe rasvjete i životnih potreba posade dovodi se s kopna.

Od navedenih funkcijskih cjelina brodskog sustava opskrbe gorivom za temu završnog rada

od posebne su važnosti podsustavi transfera, pripreme i dobave goriva glavnom motoru koji

se u nastavku rada detaljnije opisuje.

2.2.1. Transfer goriva

Skladišni tankovi nalaze se obično u dvodnu broda i mogu biti smješteni od pramca do krme

broda. Opremljeni su odušnicima, ventilima, termometrom te crijevnim spiralama za

zagrijavanje goriva od 40 – 50 ᵒC. gorivo se transfer pumpama (koje mogu biti vijčane ili

zupčaste zbog sigurnosnog ventila) prebacuje u taložne tankove. Podsustav transfera i

pripreme goriva prikazan je na slici 2.

9

Slika 2. Sustav pripreme brodskog goriva

Izvor: Sustav dobave i priprave brodskog teškog goriva, www.riteh.uniri.hr/.../Brodski_sustavi/

Taložni tank služi za gravitacijsku separaciju teškog goriva. Oni su razmjerno plitki i

ukošenog dna kako bi se poboljšalo odvajanje vode i grubih krutih nečistoća iz goriva.

Tankovi se zagrijavaju preko crijevnih spirala na temperaturu 50 -70 ᵒC da se pospješi

odvajanje nečistoća od goriva. Tank je opremljen odušnikom, preljevom, alarmom razine i

temperature te ventilom za ispuštanje nataložene vode u tanku, koje se odvodi u kaljužu ili

kaljužni tank separator.

2.2.2. Pročišćavanje goriva

Iz taložnog tanka gorivo dolazi do zagrijača gdje se gorivo zagrijava na temperaturu od oko

98 ᵒC za bolje odstranjivanje nečistoće i vode u separatorima. Kod ovog stupnja čišćenja

goriva koristi se centrifugalna sila koja omogućuje povećanje kvalitete i brzine separiranja.

Najčešće su postavljena dva separatora u seriju koji rade kao purifikator (odvajanje vode) i

klarifikator (odvajanje čestica i nečistoće). Klarifikator pročišćava i djeluje kao sigurnosni

uređaj za slučaj da purifikator nije dobro podešen. Za poboljšanje pripreme teškog goriva

može se ugraditi automatski fini filter koji ima ulogu uređaja za nadzor rada separatora ili

10

sigurnosnog u slučaju kvara separatora. Nakon pročišćavanja u separatorima, gorivo se

dovodi u dnevni tank te je spremno za dobavu prema glavnom motoru. Dnevni tank služi za

dnevnu potrošnju goriva. Na brodu postoje dva tanka: tank teškog goriva i tank dizel goriva

koji su opremljeni grijačima za održavanje temperature, nivokazom minimuma i maximuma,

odušnikom, preljevom i termometrom.

U dnevnom tanku maksimalna preporučena viskoznost je 140mm²/s (cSt). Zbog opasnosti od

stvaranja voska, goriva viskoznosti manje od 50mm²/s(cSt) moraju se držati na

temperaturama višim od onih koje su uvjetovane propisanom viskoznošću.

2.2.3. Dobava goriva do glavnog motora

Gorivo iz servisnih tankova dobavnim pumpama tlači u cirklacijski sustav na 4 bara. Višak

goriva od dobavnih pumpi recirkulira se kroz zaobilazni by-pass cjevovod koji uključuje i

preljevni ventil za održavanje ulaznog tlaka bez obzira na potrošnju motora.

Pumpe (vijčane) u cirkulacijskom krugu tlače gorivo iz dobavnog sustava na tlak od 7 – 10

bara. Tlak se održava pomoću preljevnog ventila smještenog nakon pumpi te dolazi do

zagrijača goriva koji je reguliran temperaturom. Upravljačka jedinica daje signal grijaču,

odnosno ventilu da li je potrebno gorivu povisiti ili sniziti temperaturu s ciljem održavanja

potrebne viskoznosti goriva.

Od zagrijača goriva dolazi do protočnog filtara koji mora biti što bliže motoru. Iz filtara

goriva pod tlakom dolazi do visokotlačnih pumpi goriva kojima upravljaju brjegovi na

bregastom vratilu. Kako motor ima minimalnu i maksimalnu potrošnju goriva, višak goriva

vraća se kroz tank mješač koji služi za recirkulaciju povratnog goriva da ne pjeni zbog topline

i tlačnog pritiska gdje se plinovi, ako ih ima, ispuštaju kroz odzračni ventil kako bi se

izbjegla kavitacija u sustavu. Posebna ''buster'' pumpa dobavlja dizelsko gorivo iz tanka do

pomoćnih motora te vraća višak goriva u tank.

Danas se glavni motor upućuje i s teškim gorivom. To je moguće ukoliko gorivo stalno

cirkulira i kada motor ne radi. Cirkulacijom i zagrijavanjem goriva održavamo željenu

viskoznost za upućivanje motora. Da bi se startao motor s teškom naftom, motor mora biti

adekvatno zagrijan cirkulacijom rashladne vode i povremeno podmazivan uljem.

11

3. ELEMENTI SUSTAVA UBRIZGAVANJA GORIVA

Glavni zadatak sustava za ubrizgavanje goriva je upravljati protokom i raspršivanjem goriva u

komoru za izgaranje na osnovi poznavanja svih parametara i varijabli rada motora i obrade

dobivenih signala. Da bi se to dogodilo, visokotlačna pumpa generira tlak potreban za

ubrizgavanje, gorivo se pod tlakom potiskuje kroz visokotlačne cjevovode prema sapnicama

na brizgaljkama gdje se raspršuje u komore za izgaranje. Za svaku operativnu točku rada

motora od sustava za ubrizgavanje se zahtijeva da osigura [2]:

ispravnu količinu ubrizganog goriva,

ubrizgavanje u pravom trenutku,

kontrolirani tlak ubrizgavanja,

ubrizgavanje u točno određenom vremenskom intervalu,

ubrizgavanje u točno određenu točku.

Sustav ubrizgavanja goriva u osnovi sadrži sljedeće komponente: spremnik goriva, pročistač

goriva, dobavnu pumpu, visokotlačnu pumpu, cjevovode, sapnice, kontrolnu jedinicu,...

3.1. PARAMETRI SUSTAVA ZA UBRIZGAVANJE GORIVA

Važnije parametre rada sustava za ubrizgavanje goriva može se promatrati kroz: 1) početak

dobave i trenutak početka ubrizgavanja, 2) trajanje ubrizgavanja i protok goriva, 3) tlak

ubrizgavanja i 4) pravac ubrizgavanja.

3.1.1. Početak dobave i trenutak početka ubrizgavanja

Početak dobave kod klasičnih sustava ubrizgavanja odgovara trenutku prekrivanja otvora

odvodnog kanala na tlačnoj komori pumpe od strane klipa i početku komprimiranja goriva u

njezinoj komori. Zajedno s početkom procesa dobave za optimalan rad motora važan je i

trenutak početka ubrizgavanja goriva u cilindar. Trenutak početka ubrizgavanja je određen

preko kuta koljenastog vratila u području gornje mrtve točke klipa kod kojeg se podiže igla u

brizgaljki i gorivo biva ubrizgano u prostor cilindra [3].

12

Trenutak početka ubrizgavanja goriva ima značajan utjecaj na početak izgaranja mješavine

zraka i goriva. Maksimalan tlak kompresije unutar cilindra se događa u području gornje mrtve

točke klipa. Ako je izgaranje inicirano puno prije GMT-a, tlak izgaranja nastupa naglo i

sprječava dalje podizanje klipa i time smanjuje iskoristivost. Nagli porast tlaka izgaranja

također rezultira bučnošću motora. Najmanja potrošnja goriva se postiže ako izgaranje

počinje u području GMT-a. Ako početak izgaranja porani, temperatura u cilindru će dodatno

porasti što dovodi do povećanja udjela NOX u ispušnim plinovima. Ako kasni, to može

dovesti do nedovršena izgaranja i ispuha nedovoljno izgorenih ugljikovodika. Trenutačna

pozicija klipa u cilindru ima utjecaj na vrtloženje zraka u cilindru, njegovu gustoću i

temperaturu [3]. Također brzina vrtloženja i kvaliteta miješanja zraka i goriva zavise i o

početku ubrizgavanja. Početak ubrizgavanja utječe dodatno i na udio čađi u ispušnim

plinovima koja je posljedica nedovršena izgaranja.

3.1.2. Trajanje ubrizgavanja i protok goriva

Trajanje ubrizgavanja i protok goriva je jedan od najvažnijih parametara sustava za

ubrizgavanje goriva je vrijeme trajanja ubrizgavanja. Ono se najčešće mjeri u stupnjevima

bregastog vratila i drži se da je to period tijekom kojeg su sapnice brizgaljke otvorene i gorivo

se ubrizgava u komoru za izgaranje. Kod različitih dizel-motora zahtijevaju se različita

vremena trajanja ubrizgavanja. Ona obično za dizel motore s direktnim ubrizgavanjem iznose

prosječno 25-30º kuta radilice dok za dizel-motore s pretkomorom iznose 35-40º. U motorima

s direktnim ubrizgavanjem buka pri izgaranju se smanjuje, ako se ubrizga mala količinu

goriva kao fino raspršen mlaz prije glavnog ubrizgavanja. Takva metoda pilot-ubrizgavanja je

još prilično skupa. Sekundarno ubrizgavanje (tzv. curenje) je osobito neugodna pojava i

posljedica je naglog otvaranja sapnice nakon završetka glavnog ubrizgavanja. Ono dovodi do

nekompletnog izgaranja ili čak i do neizgaranja dijela goriva što pogoršava sliku ispušnih

plinova. Posljedica je to povratnog udarnoga vala unutar sustava. Brzo zatvaranje sapnice

sprječava tu pojavu.

13

3.1.3. Tlak ubrizgavanja

Što je veća relativna brzina goriva u odnosu na zrak i veća gustoća zraka u komori za

izgaranje, finije je raspršivanje dizel goriva. Veći tlak goriva dovodi do veće brzine mlaza

goriva. Dizel- motori s podijeljenim prostorom za izgaranje rade pri velikim brzinama zraka u

vrtložnoj komori i prostoru cilindra. Za ovakve tipove dizel-motora nije potrebno postizati

tlakove ubrizgavanja veće od »350 bara [1]. Za motore s direktnim ubrizgavanjem brzina

zraka je relativno mala i miješanje je normalno. U takvim slučajevima miješanje se bitno

poboljšava ako se gorivo ubrizgava pri visokom tlaku.

3.1.4. Pravac ubrizgavanja

Dizel-motori s pretkomorom ili vrtložnom komorom rade sa samo jednim mlazom goriva čiji

smjer se slaže sa smjerom pretkomore. Odstupanje od toga dovodi do lošije iskoristivosti

zraka i radi toga do povećanja čađi i udjela ugljikovodika u ispušnim plinovima. Dizel-motori

s direktnim ubrizgavanjem obično rade sa 4 do 6 mlazova čiji smjerovi su prilagođeni vrlo

precizno prostoru izgaranja. Odstupanje od optimalnog smjera u iznosu od npr. »2º dovodi do

značajnog porasta crnog dima i porasta potrošnje [1].

3.2. VISOKOTLAČNI SUSTAVI

Tijekom godina uporabe i razvoja brodskih dizelskih motora uočena je posebna važnost

prilagodbe dobave i ubrizgavanja goriva njegovu opterećenju, poradi postizanja stvarnoga

termodinamičkog procesa izgaranja goriva što bliže idealnomu kružnom procesu. Pravilno

upravljanje početkom i svršetkom dobave goriva, kao i održavanjem konstantnog tlaka pri

uštrcavanju, znatno utječu na odlike motora pri različitim radnim režimima, kao što su

potrošak goriva i sadržaj štetnih tvari u ispušnim plinovima [6].

Klasični sustav dobave goriva sastoji se od osjetila za mjerenje protoka goriva koje struji u

tank za miješanje s gorivom koje se vraća kao preljevno. Iz tog tanka dobavne pumpe

usisavaju gorivo i tlače ga kroz zagrijač preko filtra do visokotlačnih pumpa motora. Radi

održavanja konstantne viskoznosti goriva ono se zagrijava u zagrijaču vodenom parom.

Zagrijavanje goriva regulira se regulacijskim ventilom, prema signalu viskozimetra,

14

propuštanjem odgovarajuće količine pare u zagrijače goriva. Visokotlačne pumpe dobivaju

veću količinu goriva od one koju motor troši, višak se vraća u tank za miješanje i tu se miješa

s gorivom iz tanka dnevne potrošnje. Pogon visokotlačnih pumpa, otvaranje ispušnih i usisnih

ventila, te razvodnika zraka obavlja se razvodnim vratilom. Dinamika pogona tih elemenata

ovisi o obliku izvodnica odgovarajućih brjegova na razvodnom vratilu.

Budući da brodski porivni dizelski motori moraju raditi stabilno i mirno u širokom području

radnih režima kako bi mogli razvijati snagu od 30 do 110% nominalne snage, jasno je da

dinamika navedenih elemenata, koja ovisi o obliku pojedinih brjegova na razvodnom vratilu,

ne može rezultirati optimalnim radnim procesima u tako širokom području radnih režima u

radu motora.

Elektroničko upravljanja radnim procesom koje je razvila tvrtka MAN-B&W, za razliku od

klasičnog načina upravljanja radom motora s pomoću razvodne osovine, je sustav kojemu je

glavna zadaća kontrola: ubrizgavanje goriva, otvaranja i zatvaranja ispušnih ventila i

podmazivanja cilindara. Elektronički kontroliran motor tvrtke MAN-B&W temelji se na

nezavisnom radu pumpa za ubrizgavanje goriva i ispušnih ventila tako da su podizači ispušnih

ventila i brizgaljki goriva kontrolirani elektronički određenim brojem kontrolnih jedinica koje

zajedno čine ''kontrolni sustav motora''[6]. Pumpe za uštrcavanje goriva elektroničkoga

kontroliranog motora mehanički su jednostavnije od onih klasičnih motora s razvodnim

vratilom, a stap koji tlači gorivo pogonjen je uljem pod tlakom kojim se upravlja elektronički

kontroliranim proporcionalnim ventilima. Kao i kod brizgaljki, podizač ispušnog ventila se

također pogoni tlačenim uljem kojim se upravlja kontrolnim ventilom binarnog tipa. U

hidrauličnoj petlji rabi se ulje za podmazivanje motora koje se filtrira i tlači u pomoćnoj

jedinici za dobavu.

3.2.1. Sustav ubrizgavanja goriva MAN-B&W motora

Sustav ubrizgavanja goriva kod MAN-B&W motora sastoji se od hidraulički pogonjenih

visokotlačnih pumpa goriva kontroliranih elektroničkim ventilom, od visokotlačnih cijevi

goriva i ubrizgivača goriva. Sustav aktiviranja ispušnih ventila sastoji se od elektro-

hidrauličnog aktuatora kontroliranoga elektroničkim ventilom, visokotlačnih cijevi ulja, te

ispušnih ventila. Uputni se ventili pneumatski otvaraju aktiviranjem elektromagnetskih ventila

koji se elektronički kontroliraju.

15

Rad elektroničkoga kontrolnog ventila ELFI prati se elektroničkim sustavom motora;

konstruiran je tako da svojom izvedbom brzo i precizno nadzire uljni protok do visokotlačne

pumpe goriva. Tlačeno ulje djeluje na donju površinu hidrauličnog klipa aktuatora uštrcavanja

goriva prema gore. To gibanje klipa aktuatora prema gore, podiže tlak uštrcavanja goriva i do

1.000 bara, ovisno o opterećenju motora [5].

Završetak uštrcavanja goriva određuje elektronički kontrolirani ventil ELFI prema signalu

elektroničkog sustava motora. Otvaranjem povratnoga voda ulja, ulju naglo padnu tlak i sila

koja djeluje na donju stranu hidrauličnog klipa. Gorivo svojim dobavnim tlakom od 8 do 10

bara ulazi kroz usisni ventil u cilindar visokotlačne pumpe goriva i potiskuje klip prema dolje.

Visokotlačna pumpa goriva je u sklopu hidraulične cilindrične jedinice smještene na vrhu

motora u visini poklopaca cilindara.

3.2.2. Sustav zajedničkog voda

Klasični sustavi za ubrizgavanje goriva stvaraju visoki tlak ubrizgavanja zasebno za svaku

brizgaljku. U sustavima zajedničkog voda za ubrizgavanje goriva pod stalnim tlakom

zajednički volumen između visokotlačne pumpe i brizgaljke ponaša se kao akumulator. On je

povezan s visokotlačnom pumpom i brizgaljkama preko klasičnih visokotlačnih cjevovoda

čiji je unutarnji promjer povećan s ciljem smirivanja udarnih valova. Zbog ta dva i drugih

svojstava tlak u volumenu je gotovo konstantan za vrijeme ubrizgavanja. Dolazi samo do

zanemarivih oscilacija (<50 bar), te su oscilacije posljedica oscilacija u dotoku goriva iz

visokotlačne pumpe i procesa ubrizgavanja svake brizgaljke. S ciljem da se dobije optimalno

ponašanje zajedničkog volumena njegova veličina mora biti dovoljno velika da oscilacije

protoka iz visokotlačne pumpe i udarni valovi iz brizgaljki ne uzrokuju velike oscilacije

zajedničkog tlaka. S druge strane volumen mora biti dovoljno malen da omogući dobru

dinamiku porasta tlaka kod punjenja od strane visokotlačne pumpe.

Sustav sa zajedničkim volumenom je konstruiran modularno i u osnovi se sastoji od sljedećih

dijelova: 1) visokotlačne pumpe kontroliranog protoka, 2) zajedničkog volumena i

visokotlačnih cjevovoda, 3) brizgaljki, 4) elektronske kontrolne jedinice i 5) različitih senzora

i aktuatora (slika 3.).

16

Slika 3. Sustav ubrizgavanja goriva pod stalnim tlakom

Stvaranje tlaka i ubrizgavanje je razdvojeno kod sustava ubrizgavanja goriva pod stalnim

tlakom. Tlak ubrizgavanja može biti odabran neovisno o broju okretaja i količini ubrizganog

goriva unutar odrečenih granica. To osigurava dodatnu prilagodljivost i omogućuje da gorivo

bude ubrizgano u pravi trenutak i u pravoj količini smanjujući potrošnju goriva i smanjujući

udio štetnih sastojaka u ispušnim plinovima.

Sustav zajedničkog voda (engl. Common Rail – CR) kod MAN Diesel brodskih motora

dizajniran je za rad na teško gorivo viskoziteta do 700 cSt na 50°C. Ovakvo gorivo osim

visoke viskoznosti sadrži i visok sadržaj abrazivnih čestica i velik sadržaj veoma agresivnih

kemijskih spojeva. Sustav dobave i ubrizgavanja mora biti sposoban izdržati takve okolnosti

bez prava na kvarove uključujući i pokretanje i zaustavljanje pri korištenju samo teškog

goriva. Pri tome koristeći samo jednu zajedničku komoru kao osnovu CR sustava to nije

moguće zbog toga što :

različita goriva zahtijevaju različite temperature zagrijanosti pri ubrizgavanju što izaziva

različita linearna naprezanja,

kod razmjerno dugih zajedničkih komora imamo veći broj radijalnih bušenja koja slabe

materijal te time dovode kod većeg broja cilindara veći dijametar komore a time se mora

povećavati kapacitet sisaljki, a samim tim i njihov broj,

17

u slučaju smanjenja volumena komore goriva teško bi bilo moguće postići identičan omjer

ubrizgavanja u sve cilindre motora i ta fluktuacija tlaka bi bila teško regulirana,

ne bi bilo moguće postići modularnost takvih komora jer bi svaka izvedba motora

zahtijevala točno proračunatu zajedničku komoru te što bi

ugradnjom samo jedne sisaljke na bilo kojem kraju izazivalo devijacije i odstupanja u

kvaliteti ubrizgavanja.

Stoga je pronađeno rješenje da se zajednička komora podjeli u nekoliko manjih komora ili

akumulatora goriva te isto tako podjeli dobava s najmanje dvije VT sisaljke za šest cilindarski

motor. Time se postiže modularnost i mogućnost apliciranja ovakvog sustava u različitim

kombinacijama broja VT sisaljki i broja cilindara. Shema čitavog CR sustava kod MAN

Diesel motora predočava se narednom slikom.

Slika 4. Shema CR sustava MAN Diesel

Preko regulacijskog elektro magnetnog ventila (1) i usisnog ventila (2) gorivo dolazi do VT

sisaljke (3) koja dobavlja gorivo tlaka 1600 bara do nepovratnog ventila (4). Akumulatori

goriva su izvedeni zajedno sa nosačima ventila (6) na kojima se nalaze ventili koji

18

kontroliraju ubrizgavanje (7) sa kojih radijalno polaze cijevi do ubrizgavača goriva (8).

Upravo je ventil (7) odgovoran za tajming i količinu ubrizgavanja. Pri hladnom startu motora

ventil (11) koji je smješten u bloku (10) i pneumatski upravljan (9) nisko tlačnim gorivom

ispire i time zagrijava visoko tlačnu stranu sustava netom prije starta motora. Istu svrhu ima i

ventil (12 ) kojim se zagrijanim drže ubrizgavači. Svaki zaostali tlak nakon gašenja se

rasterećuje pomoću ventila (13). Neophodnu razliku tlaka stvara ventil (14). U slučaju

zaustavljanja u nuždi služi ventil (11) koji oslobađa tlaka čitav sustav.

Wartsila je razvila sustav koji se predočava narednom slikom.

Slika 5. Princip rada Common Rail sustava kod Wartsila brodskih motora

Na slici 5. prikazan je sustav dobave goriva u Wartsila motoru sa zajedničkim vodom. Sustav

radi na sljedećem principu [6]: gorivo booster pumpom dolazi do visokotlačnih pumpa koje se

pogone razvodnim vratilom kao i kod konvencionalnog motora. U ovom slučaju je za svaka

dva cilindra postavljena po jedna visokotlačna pumpa i jedna zajednička komora. Sve su

komore međusobno povezana visokotlačnim cijevima radi izjednačavanja tlaka i povećanja

zalihanosti sustava, što olakšava rad motora na djelomičnom opterećenju ako prestane rad

jedne ili više pumpa. Gorivo, nakon što mu je tlak u visokotlačnim pumpama podignut na oko

1.600 bara, struji kroz visokotlačne cijevi do zajedničkih komora, u kojima se akumulira i

uklanjaju se moguće oscilacije tlaka u sustavu.

Nakon komora visokotlačnim cijevima gorivo struji do brizgaljki s konstantnim tlakom pri

svim brzinama vrtnje i pri svim opterećenjima motora. Gorivo se ubrizgava u cilindar tek kad

brizgaljka dobije elektronički signal iz glavnog sustava upravljanja. Važno je naglasiti da je

19

cijeli sustav upravljan elektronički, što znači da su i vrijeme početka uštrcavanja i količina

ušbrizganog goriva točno određeni samo glavnim elektroničkim sustavom upravljanja.

3.3. BRIZGALJKA

Brizgaljka (engl. Fuel Valve), ubrizgivač ili rasprskivač završni je element dobave goriva

brodskom motoru. Osnovna mu je funkcija da u za to zadanom trenutku ispusti (ubrizga

rasprši) za taj trenutak zadanu količinu goriva. Tehnološka rješenja tog procesa zavise od

proizvođača ali princip rada je svima isti. Presjek brizgaljke predočava se na narednoj slici.

Slika 6. Brizgaljka u presjeku

Igla u brizgaljki koju u spuštenom (zatvorenom) položaju drži opruga ostaje u spuštenom

položaju sve dok tlak u području ispod igle ne naraste do vrijednosti dovoljne da savlada silu

u opruzi i u tom trenutku tlak ("tlak otvaranja") podiže iglu i kroz brizgaljku protječe gorivo.

Padom tlaka igla se brzo vrača u spušteni položaj i zatvara prolaz gorivu.

Brizgaljka je preko visokotlačnog cjevovoda (smjer strelice) izravno povezana sa zajedničkim

volumenom unutar kojeg se regulira visoki tlak. Budući da je ulaz u brizgaljku direktno

cjevovodom spojen s volumenom u području sjedišta igle i preko tzv Z-prigušnice s

20

volumenom iznad radnog klipa koji je kruto povezan s iglom brizgaljke. Zato u stacionarnom

stanju kada nema protoka kroz brizgaljku, visoki tlak djeluje u oba područja. Budući da je

površina radnog klipa veća od površine na koju djeluje tlak u podnožju igle, sila na iglu je

drži u donjem zatvorenom položaju. To stanje je stabilno.

Slika 7. Faze brizgaljke

U trenutku kada kroz zavojnicu magneta poteče struja, magnetna sila pokreče ventil s

kuglicom u gornji položaj i otvara tzv. A-prigušnicu. Otvaranjem ventila dolazi do protjecanja

fluida iz područja ulaza u brizgaljku preko prigušnica i ventila van. Statički tlak u području

iznad radnog klipa pada i sila koja je posljedica statičkog tlaka u području sjedišta igle

nadvladava silu pritiska na radni klip i podiže iglu. Podizanjem igle otvara se prolaz za gorivo

koje se pod visokim tlakom prodire u cilindar.

Prestankom protjecanja struje kroz zavojnice, sila opruge u ventilu zatvara ventil, time

sprječava protok fluida te se stabilizira opet stacionarno stanje visokog tlaka u području iznad

radnog klipa. Sila pritišče iglu u donji, zatvoreni položaj. Opruga koja pritišče iglu brizgaljke

u donji položaj nije neophodna za funkcioniranje sustava, ali bitno pospješuje proces

zatvaranja, ubrzavajući ga i onemogućujući ulazak plinova iz cilindra u sustav ubrizgavanja u

21

trenutku izgaranja u cilindru pri zatvaranju, spuštanju igle kada tlak u području sjedišta igle

na trenutak pada.

Sustav ima jednu osobitost. Kada igla dođe u gornji krajnji položaj, "A-prigušnica" će biti

zatvorena gornjim dijelom radnog klipa. Zbog toga dolazi do prestanka protjecanja fluida i do

porasta pritiska na preostali dio radnog klipa, što će rezultirati spuštanjem igle i ponovnim

otvaranjem "A-prigušnice" na sjedištu magnetnog ventila. Na taj način se vrši kontinuirana

regulacija držanja igle u otvorenom položaju.

3.4. DVOJNI SUSTAV GORIVA

Mogućnost korištenja dizelskog i plinskog goriva na brodskim pogonskim strojevima naziva

se dual fuel – DF što podrazumijeva da motor može izgarati dvojno gorivo. Takvi tipovi

motora opremljeni su posebnim ubrizgavačima s dvostrukom iglom, može rabiti tri vrste

goriva, i to dizel (MDO), teško gorivo (HFO) i zemni plin. DF motori na dvostruko gorivo

kada rabe dizelska goriva rade kao uobičajeni dizelski motori, a kada rabe plinovito gorivo

rade kao plinski motori s mršavom smjesom (primjenjujući nisko tlačni Ottov ciklus) uz

paljenje na pilot gorivo.

Dvojni sustav goriva radi na plin sa 1% dizela (plinski pogon) ili alternativno na dizel (diesel

pogon). Izgaranje plina i zraka u smjesi u Otto ciklus (slika 8), pokrenuto je pilot

ubrizgavanje kod dizelskih motora (plinski pogon), ili pak izgaranjem dizela i zraka u smjesi

u Diesel ciklusa (diesel pogon). Plin ulazi u cilindar pod niskim pritiskom (slika 9.).

Slika 8. Ottov princip Slika 9. Dizel princip

Ubrizgavanje plina u dizel motor je riješeno na način da se u cilindar motora usisava smjesa

plina i zraka kao kod benzinskog motora te se nešto prije GMT ubrizga mala količina

22

dizelskog (pilot) goriva koje se samozapali i pokrene izgaranje cjelokupne smjese unutar

cilindra. Ovakav motor zahtjeva nešto niži kompresijski omjer i dodavanje injektora u usisni

vod motora. Wiirtsila je razvila svoju seriju suvremenih 32 i 50DF motora, kod kojih se

vremenski period i količina ubrizganog pilot dizel goriva upravljaju elektronički. Motor

uvijek starta sa pilot dizel gorivom (100%-ni udio), a na rad sa prirodnim plinom se prebacuje

tek nakon što se izgaranje unutar cilindra stabilizira.

Wartsila DF motori mogu raditi u plinskom režimu i u režimu rada na dizelsko gorivo

gradacije od MDO do teških ostatnih goriva. U režimu rada na dizelsko gorivo motor radi kao

konvencionalni dizelski motor upotrebljavajući visokotlačni sustav ubrizgavanja goriva u

radni cilindar.

Sustav pilot goriva je common-rail izvedbe koji uključuje jednu visokotlačnu pumpu goriva

koja dobavlja pilot gorivo do svakog rasprskača pod tlakom od 900 bara. Kada je motor u

plinskom režimu rada, u slučaju bilo kakve greške na sustavu plina dolazi do trenutnog

automatskog prebacivanja rada motora na dizelsko gorivo koje traje manje od jedne sekunde i

nema nikakvih posljedica na brzinu vrtnje i opterećenje motora s aspekta opstrukcije tih

parametara. Nasuprot tome prebacivanje iz dizelskog na plinski režim rada motora je

postepeni proces. Dobava dizelskog goriva se postepeno smanjuje dok se istovremeno

povećava dobava plinskog goriva. Efekt procesa prijelaza s dizelskog na plinsko gorivo su

minimalne i beznačajne fluktuacije brzine vrtnje i opterećenja motora. Upućivanje motora se

vrši isključivo sa pilot gorivom do postizanja otprilike 60 % nominalne brzine vrtnje motora.

Kad motor postigne brzinu vrtnje od 300 okretaja u minuti, isključuje se ubrizgavanje glavnog

dizelskog goriva i motor se prebacuje u režim rada na plinsko gorivo. U tom režimu rada

količina pilot goriva je manja od 1% ukupne potrošnje goriva kod punog opterećenja motora

Slika 10. Brizgaljka s dvostrukom iglom – manja sapnica služi za uštrcavanje pilot goriva, a veća za glavno gorivo

23

Brizgaljka s dvostrukom iglom ima ulogu rasprskavanja tekućeg goriva kroz glavnu sapnicu

kada motor radi na MDO ili HFO, te paljenje mješavine plina i zraka kada radi na plin. Motor

djeluje na principu tzv. ''mršavog izgaranja'', kada u mješavini zraka i goriva ima više zraka

nego što je potrebno za potpuno izgaranje. Primjenom tog principa postižu se niže vršne

temperature, a time se značajno smanjuju emisije štetnih dušikovih oksida.

Početak i trajanje ubrizgavanja goriva je elektronski kontrolirano. Sustav pogonskog

dizelskog goriva izveden je u konvencionalnoj standardnoj izvedbi sa visokotlačnim

pumpama goriva pogonjenim bregastim vratilom.

MAN Diesel 51/60DF strojevi koriste CR micro-pilot sustav ubrizgavanja goriva dok troše

zemni plin, a kada troše tekuće gorivo koriste zasebni klasični mehaničko hidraulični sustav

ubrizgavanja putem razvodnog vratila, VT sisaljki i zasebnih ubrizgavača. Sustav

ubrizgavanja goriva također je integriran s sigurnosnim kontrolnim sustavom (engl. Safety

Control System – SaCoS) sustavom koji osigurava siguran i ekonomičan rad na obje vrste

goriva uz minimalne emisije štetnih plinova. Kada motor troši plin sustav kontrolira različite

parametre za svaki cilindar zasebno, podržavajući time optimalno mršavo izgaranje kontrolom

pravilnog omjera mješavine zraka i goriva, te tako izbjegavajući nepotpuno zapaljenje,

izostanak paljenja i udarce u cilindru.

24

4. PROVJERA ISPRAVNOSTI I ODRŽAVANJE BRIZGALJKI NA BRODU

Na brodovima se od strojara očekuje da uredno održavaju pogonske i pomoćne strojeve te da

po potrebi servisiraju dijelove sustava od važnosti za njihovo ispravno funkcioniranje.

Servisiranje brizgaljke spada u takve poslove jer se unatoč postupka pročišćavanja goriva,

događaju začepljenja što dovodi do neispravne funkcije rasprskavanja goriva.

Proizvođači brodskih strojeva razvili su i propisali postupke (engl. Procedure) za provjeru

ispravnosti (engl. Checking) i remont odnosno popravke (engl. Overhaul), kako bi se taj

posao na mogao uspješno obaviti u uvjetima brodske strojarnice.

U nastavku se prezentiraju procedure provjere i remonta kako ih propisuje Man B&W uz

praktični prikaz.

4.1. POSTUPAK PROVJERE RADA BRIZGALJKI

Sustavu za ubrizgavanje goriva na brodskim motorima potrebno je posvetiti najveću moguću

pažnju jer svaka nepravilnost u njihovu funkcioniranju će se odraziti na normalan rad motora.

Ukoliko motor normalno radi u skladu s dijagramima rada i ispušnim temperaturama,

potrebno je povremeno ispitati brizgaljke sukladno procedurama za provjeru i održavanje.

4.1.1. Rastavljanje brizgaljke

Kako bi se dobili pouzdani rezultati tijekom ispitivanja brizgaljku je potrebno odvojiti od

motora, rastaviti, očistiti sve dijelove, vizualno ih pregledati i ustanoviti eventualna oštećenja

te ukoliko je stanje svih dijelova zadovoljavajuće, brizgaljku valja sastaviti i podvrgnuti

testiranju.

Rastavljanje brizgaljke započinje odvajanjem kućišta opruge (vretena) od tijela brizgaljke.

Postupak treba izvoditi na stolu a kućište treba biti pravilno učvršćeno kako prilikom

pritezanja kućišta opruge moguća su oštećenja navoja i prstena što kasnije može uzrokovati

propuštanja [7].

25

Slika 11. Kontrola kućišta opruge

Izvor: MAN B&W Diesel A/S, K80MC-C, Volume II, Maintenance i osobne fotografije

Slika 12. Rastavljanje brizgaljke

Izvor: Osobne fotografije

Važno je napomenuti da se brizgaljka mora podvrgnuti testiranju prije ponovnog montiranja

na cilindar motora.

26

4.1.2. Postavljanje brizgaljke na ispitni stol

Slika 13. Postavljanje brizgaljke na ispitni stol


4.2. ISPITIVANJE BRIZGALJKE NA VISOKOTLAČNOJ PUMPI

Brizgaljka se testira na VT pumpi pod pritiskom od 10 bara (ukoliko nije moguće postići

takav pritisak, proizvođač dopušta ispitivanje i na nižim pritiscima ali ne nižim od 7 bara).

Dozvoljena je uporaba hidrauličnog ulja viskoznosti između 7 i 10 cSt pri 50°C. Pri postupku

ispitivanja potrebno se držati uputa za ispitivanje. Potrebno je voditi računa o tome kako i

sama pumpa mora povremeno biti podvrgnuta ispitivanju [7].

Slika 14. Postupak ispitivanja brizgaljke na VT pumpi


Postupak provjere pritiska sastoji se od četiri odvojena testa koja treba provesti kako bi se

provjerio ispravan rad brizgaljke [7].

27

Tablica 1. Postupak ispitivanja brizgaljke

1. Ispiranje sustava i testiranje mlaza

Potrebno je ispustiti zrak iz sustava te izvršiti provjeru na slijedeći način: Postupno povećavati pritisak ulja i provjeriti protok goriva kroz otvore na mlaznici (bez rasprskavanja)

Kriteriji prihvaćanja:

Potreban je da postoji kontinuirani mlaz goriva na najmanje jedan od otvora mlaznica. Naime, zbog geometrije unutarnjeg dijela mlaznice te zbog visine za koje se vreteno podigao tijekom testiranja (pritisak je niži od radnog) nije nužno da gorivo prolazi kroz sve otvore na mlaznici.

Ukoliko gorivo ne protječe znači da je nečistoća zatvorila otvore ili da mlaznica nije ispravno montirana.

2. Testiranje tlaka otvaranja

Za testiranje potrebnog pritiska otvaranja potrebno je postupno povećavati pritisak ulja u pumpi dok se ne postigne propisani pritisak testiranja otvaranja. Ne smije se povećavati do rasprskavanja da se ne oštete mlaznice. Ukoliko je pritisak potreban za početak otvaranja niži ili viši od propisanog potrebno je servisirati brizgaljku (zamijeniti oprugu ili je prilagoditi)

Po izvršenoj zamjeni ili prilagodbi opruge potrebno je ponoviti test otvaranja.

28

3. Testiranje zatvaranja i klizne funkcije

Za provjeru kvalitete zatvaranja potrebno je postupno povećavati pritisak ulja u pumpi do cca 50 bara ispod pritiska otvaranja te odražavati takav pritisak uz zatvoren dovod goriva. Gorivo ne bi smjelo istjecati iz mlaznice a tlak bi trebao sporo padati.

Ukoliko gorivo curi i prije pritiska otvaranja potreban je servis brizgaljke. Ukoliko pritisak nakon zatvaranja dovoda goriva naglo pada potrebno je zamijeniti klizne ležajeve vretena.

4. Testiranje pritiska, brtvljnje O prstenom

Kako bi se osiguralo da gorivo koje nije raspršeno ostane u sustavu i spriječilo njegovo curenje potrebno je da O prsteni pravilno brtve pri svim pritiscima.

Pri pritisku od najviše 10 bara ispusti se višak goriva iz sustava, postavi ispravan O prsten te povećava pritisak do 100 bara.

Ne smije biti nikakvog propuštanja.

5. Testiranje rasprskavanja

Rasprskavanje se u pravilu ne provjerava na brodu s obzirom da su moguća oštećenja mlaznice pod visokim pritiscima


29

Ukoliko test brizgaljke nije zadovoljio o nekom od navedenih zahtijeva brizgaljku treba

servisirati. Ispravan je način, servis prepustiti ovlaštenim serviserima na kopnu ali zbog

potreba odražavanja urednog rada brodskog stroja neki jednostavniji zahvati mogu se izvoditi

u brodskim uvjetima uz striktno pridržavanje procedure koju propisuje proizvođač.

4.3. SERVISIRANJE BRIZGALJKE

Proizvođač propisuje postupak servisiranja brizgaljki na brodu u dvanaest koraka koje se u

nastavku ukratko opisuju uz slikovni prikaz. Osnovni naputak odnosi se na pažljivo

postupanje i čišćenje svih dijelova priborom koji ne može izazvati ogrebotine. Potrebno je

dobro ukloniti sve tekuće ili krute nečistoće. Kad god se brizgaljke servisiraju sve prstene za

brtvljenje treba odbaciti i zamijeniti novim brtvenim prstenima [7].

Tablica 2. Postupak servisiranja brizgaljke

1. Izmjeriti duljinu ''A'' izbočenog dijela mlaznice, i zapisati rezultat za ispravno rastavljanje brizgaljke

2. Postaviti nosač brizgaljke na stol te pričvrstiti brizgaljku u držač

30

3. Rastavljanje brizgaljke na stolu

4. Izvući glavu brizgaljke i rastaviti: • nepovratni ventil • dijelove potisnog vretena • potisno stopalo • vodilicu i • mlaznicu iz kućišta brizgaljke • izvaditi i bacite sve O prstene.

31

5. Pažljivo očistiti i pregledati sve površine: • kućišta brizgaljke • glave brizgaljke • potisne opruge Prema potrebi valja, brusiti nalegne površine s finim abrazivom (Carborundum br. 500) Brušenje oštećenja dopuštena su samo ako se odnose na: dno kućišta brizgaljke donja strana glave brizgaljke vrha nepovratnog ventila. Ovaj brušenje moraju se provesti samo ručno. Nakon brušenja, potrebno je oprati dijelove u plinskom ulju, ispuhati nečistoće pomoću komprimiranog zraka te ukloniti sve ostatke abrazivnog sredstva. U slučaju ozbiljnijih oštećenja prianjanja površina pod visokim pritiskom u glavi brizgaljke, moguće ih je izgladiti glodanjem. Preporuča se ručni alat za glodanje ili glodalice s malim brojem okretaja (max. 100 okret/min) uz obvezno korištenje emulzije za glodanje.

6. Vodilicu opruge i sapnicu brizgaljke poželjno je poslati na servis kod proizvođača, a smo po potrebi remont izvoditi u brodskim uvjetima. Važna je preporuka kako se ne smije rastavljati sapnica (mlaznica) ukoliko nije odvojena od vodilice opruge kako bi se izbjegla oštećenja.

32

7. Servisiranje nepovratnog ventila preporuča se u servisu proizvođača te samo iznimno na brodu.

8. Za rastavljanje mlaznice potrebno je pričvrstiti vodilicu te zakretati mlaznicu kako je prikazano na slici.

9-12 Postupak sklapanja i montiranja brizgaljke obrnut je od

postupka rastavljanja. Svi brtveni prsteni moraju biti zamijenjeni novim. Potrebno je provjeriti jesu li svi dijelovi pravilno nalegli, da nema propuštanja ili slobodnog hoda. Provjeriti rad brizgaljke na ispitnom stolu. Ukoliko brizgaljka neće biti odmah montirana na cilindar motora svi otvori moraju biti zaštićeni plastičnom, folijom kako bi se spriječio doticaj s prljavštinom ili prašinom.


Servis brizgaljke na brodu u uvjetima brodske strojarnice, posebice za vrijeme plovidbe i

nemirna mora, složen je zadatak te je stoga brod opskrbljen s više pričuvnih brizgaljki koje se

po potrebi zamjenjuju a servis i ispitivanje se odlažu za vrijeme boravka broda u luci ili

remontu.

33

5. ZAKLJUČAK

Funkcije i elementi koji su bitni za pripremu gorive smjese i ispravan rad dizelskog brodskog

naznačeni i opisani u ovom završnom radu, potvrđuju postavku kako je sustav za

ubrizgavanje goriva od presudne važnosti za ispravan rad brodskog motora. To je posebice

važno s ekonomskog stajališta kada se velika pažnja posvećuje potrošnji goriva ali i s

ekološkog stajališta budući da pravilno izgaranje gorive smjese uvelike utječe na ispuštanje

štetnih plinova u atmosferu.

U brodskim dizelskim motorima koriste se laka goriva gustoće 540kg/m,dizelsko gorivo

gustoće od 900kg/m te teško gorivo gustoće 900-1000kg/m koje je i najjeftinije. Brodska

postrojenja svojom logistikom i procesom pročišćavanja pripremaju gorivo za omogućavanje

rada brodskih pomoćnih i glavnih motora.

Kvalitetu izgaranja određuju viskozitet i gustoća goriva te je prije dobave sustavu

ubrizgavanja potrebno gorivo pripremiti odnosno zagrijati i pročistiti.

Sama tehnološka izvedba sustava za ubrizgavanje goriva ovisi o proizvođaču motora kao i o

predviđenom gorivu koji će koristiti. Sustavi s zajedničkim vodom (volumenom) pokazali su

se u praktični te ih sve više proizvođača brodskih motora primjenjuje.

Osnovne prednosti koje pruža sustav za ubrizgavanje pod stalnim tlakom su:visoki tlak

ubrizgavanja koji može biti izabran neovisno o količini ubrizganog goriva i broju okretaja

motora, visoka točnost u količini ubrizganog goriva, fleksibilnost određivanja vremena

ubrizgavanja, mogućnost fleksibilnog pilot ubrizgavanja, mogućnost ubrizgavanja malih

količina goriva, potpuna elektronička kontrola te visoka preciznost za životnog vijeka.

Pored navedenih i opisanih tehnoloških rješenja, u praktičnoj primjeni na brodovima potrebno

je takve sustave održavati, provjeravati njihov ispravan rad te povremeno servisirati.

Mogućnosti za te radnje su u brodskim uvjetima ograničene ali su ponekad i neophodne kako

bi brodski motor bio u funkciji.

Zaključno važno je napomenuti kako je promjenom konvencionalnog sustava dobave goriva u

elektronički upravljani sustav moguće poboljšati iskoristivost i osigurati što kvalitetniji rad

brodskoga dizelskog motora pri svim radnim režimima. To se postiže boljom regulacijom

trenutka i tlaka ubrizgavanja goriva, ali i trenutkom otvaranja i zatvaranja ispušnih ventila.

Samim tim moguće je poboljšati termodinamički proces izgaranja u motoru te se podignuti

iskoristivost motora.

34

LITERATURA

Knjige

[1]. Mahalec, I., Lulić, Z., Kozarac, D. Motori s unutarnjim izgaranjem, FSB, Zagreb, 2010.

[2]. Martinović, D. Strojarski priručnik za časnike palube, Žagar, Rijeka, 2005.

[3]. Pažanin, A. Brodski motori, Palaga d.o.o, Split, 1998.

[4]. Tireli, E. Goriva i njihova primjena na brodu, Pomorski fakultet u Rijeci, Rijeka, 2003.

Članci

[5]. Bernečić, D. ''MAN B&W, Wärtsilä ili Mitsubishi'', Pomorski zbornik 43 (1), Rijeka ,

2005.

[6]. Ulaga, N., Milić, L., Jelić, M. ''Sustavi dobave goriva u brodskim dizelskim motorima''

Naše more, 55(3-4), Dubrovnik, 2008.

Ostali izvori

[7]. MAN B&W Diesel A/S, K80MC-C, Volume II, Maintenance

Documents

SUSTAV UBRIZGAVANJA GORIVA