修機(jī)｜井下防爆裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冷卻系統(tǒng)的改進(jìn)

井下防爆裝載機(jī)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣的排放溫度及發(fā)動(dòng)機(jī)各部件表面溫度都有嚴(yán)格要求，特別

要求發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管表面溫度不能超過 150℃，否則會(huì)引起粉塵爆炸，導(dǎo)致安全事故。我們針對(duì)井下防爆裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冷卻系統(tǒng)存在的問題進(jìn)行了改進(jìn)。

1. 冷卻原理及存在問題

目前井下防爆裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冷卻系統(tǒng)有 2 種方式：一種是自然循環(huán)冷卻，另一種是強(qiáng)制循環(huán)冷卻。

（1）自然循環(huán)排氣冷卻方式

自然循環(huán)排氣冷卻方式是利用熱水上浮、冷水下沉原理，使散熱系統(tǒng)內(nèi)冷、熱水自然循環(huán)，以降低發(fā)動(dòng)機(jī)的排氣管溫度。該種井下防爆裝載機(jī)所裝發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻系統(tǒng)與排氣冷卻系統(tǒng)為 2 個(gè)獨(dú)立系統(tǒng)，排氣冷卻系統(tǒng)由補(bǔ)水箱 1、排氣歧管 2、排氣彎管 3、尾氣水洗箱 4 組成，如圖 1 所示。

排氣歧管 2、排氣彎管 3 中設(shè)置有冷卻水管道，內(nèi)部充滿冷卻水，排氣歧管 2 與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體連接，排氣彎管 3 與排氣水洗箱連接。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的尾氣經(jīng)過排氣歧管 2、排氣彎管 3、尾氣水洗箱 4 排放到大氣中。尾氣水洗箱 4 存有大量冷卻水，尾氣排放過程中部分水被發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣帶到大氣中，再通過 e3 ～ e4 的管路由補(bǔ)水箱 1 給尾氣水洗箱 4 進(jìn)行補(bǔ)水。高溫尾氣對(duì)排氣歧管 2、排氣彎管 3 加熱，再通過其管中的冷卻水進(jìn)行冷卻，冷卻水溫度升高后，根據(jù)冷水下沉、熱水上浮原理，補(bǔ)水箱中的冷卻水通過 e1 ～ b1 管路和 e2 ～ b3 管路流入排氣歧管 2、排氣彎管 3 中，冷卻水與排氣歧管 2、排氣彎管3 中熱水進(jìn)行熱交換，以降低排氣歧管 2、排氣彎管 3 表面溫度。

該種排氣冷卻方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但散熱效果不佳，要求補(bǔ)水箱容積大、且處于通風(fēng)位置，以利于箱體散熱，這樣才能使冷卻水進(jìn)行充分交換，滿足散熱要求。

（2）強(qiáng)制循環(huán)排氣冷卻方式

強(qiáng)制循環(huán)方式是利用發(fā)動(dòng)機(jī)水泵和風(fēng)扇 ,通過增加散熱器面積以釋放排氣管發(fā)出的熱量，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱與排氣冷卻共用 1 種冷卻液，如圖 2所示。

補(bǔ)水箱 1 中的冷卻液在發(fā)動(dòng)機(jī)水泵作用下循環(huán)，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體進(jìn)行冷卻，其冷卻原理同常規(guī)工程機(jī)械發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻原理相同。從發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體流出的冷卻液一路進(jìn)入散熱器進(jìn)行散熱，另一路對(duì)排氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻。

發(fā)動(dòng)機(jī)尾氣經(jīng)過排氣歧管 4、排氣彎管 5、尾氣水洗箱 6 排放到大氣中。冷卻液經(jīng)過排氣歧管 4、排氣彎管 5、尾氣水洗箱 6 后，經(jīng) b3～ e2 管路流經(jīng)補(bǔ)水箱形成循環(huán)，使排氣支管 4及排氣彎管 5 的表面溫度降低，將排氣系統(tǒng)冷卻。尾氣水洗箱 6 的水依然需被消耗，并通過 e3 ～e4 管路從補(bǔ)水箱 1 補(bǔ)水。當(dāng)補(bǔ)水箱水位低于一定液面位置時(shí)，水位報(bào)警指示燈亮起，需對(duì)補(bǔ)水箱進(jìn)行補(bǔ)水。

該種排氣冷卻方式冷卻效果較好，但存在以下 3 個(gè)問題：一是補(bǔ)水箱與發(fā)動(dòng)機(jī)共用冷卻液，冷卻液排放到空氣中，造成發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的冷卻液不斷減少，若不及時(shí)補(bǔ)充冷卻液，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)因缺少冷卻液而發(fā)熱；二是排氣散熱與發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體散熱共用 1 個(gè)散熱器，散熱器散熱面積要足夠大，風(fēng)扇的散熱效果要非常好，給整機(jī)的布局及風(fēng)扇的選型造成一定困難；三是冷卻液一般為防凍液，防凍液不斷流失，需要不斷補(bǔ)充，因此增加了成本。若使用普通水進(jìn)行冷卻，容易造成散熱器堵塞。

2. 改進(jìn)方法

我們認(rèn)為，采用發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)體散熱與排氣冷卻系統(tǒng)分開散熱比較經(jīng)濟(jì)。故在排氣冷卻系統(tǒng)中增加副水泵對(duì)排氣冷卻系統(tǒng)的冷卻水進(jìn)行強(qiáng)制循環(huán)，以改善排氣散熱效果，并由副水泵為尾氣水洗箱補(bǔ)充消耗掉的冷卻水量。改進(jìn)后的排氣冷卻系統(tǒng)如圖 3 所示。

我們利用發(fā)動(dòng)機(jī)壓縮機(jī)氣泵帶動(dòng)副水泵 , 補(bǔ)水箱 1 的冷卻液在副水泵的作用下，流經(jīng)排氣歧管 4、排氣彎管 5，經(jīng) b3 ～ e2 管路流回補(bǔ)水箱 1。尾氣經(jīng)過排氣歧管 4、排氣彎管 5、排氣水洗箱 6 過程中被冷卻。這樣冷卻水在排氣歧管 4、排氣彎管 5 中不斷循環(huán)并進(jìn)行熱交換，以降低排氣支管 4、排氣彎管 5 的表面溫度。

尾氣水洗箱 6 的水被尾氣帶到大氣中后，通過管路 e3 ～ e4 補(bǔ)水箱 1 對(duì)尾氣水洗箱 6 進(jìn)行補(bǔ)水。當(dāng)補(bǔ)水箱 1 水位低于液面規(guī)定位置時(shí)，水位報(bào)警指示燈亮起，補(bǔ)水箱 1 需進(jìn)行補(bǔ)水。

3. 改進(jìn)效果

對(duì)井下防爆裝載機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)排氣冷卻系統(tǒng)改進(jìn)后，尾氣處理凈化系統(tǒng)與散熱系統(tǒng)分開單獨(dú)控制，解決了散熱器空間布置空間較大和散熱器容易堵塞問題。單獨(dú)設(shè)置水泵，并采用獨(dú)立散熱系統(tǒng)，使排氣歧管及排氣彎管的表面溫度降低到 150℃以下，滿足井下防爆溫度要求。

作者：張?jiān)评?王慶

來源：《工程機(jī)械與維修》2018年第3期