井下防爆裝載機(jī)對發(fā)動機(jī)尾氣的排放溫度及發(fā)動機(jī)各部件表面溫度都有嚴(yán)格要求，特別

要求發(fā)動機(jī)排氣管表面溫度不能超過 150℃,，否則會引起粉塵爆炸，導(dǎo)致安全事故,。我們針對井下防爆裝載機(jī)發(fā)動機(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)動機(jī)的排氣管溫度,。該種井下防爆裝載機(jī)所裝發(fā)動機(jī)冷卻系統(tǒng)與排氣冷卻系統(tǒng)為 2 個獨立系統(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)動機(jī)機(jī)體連接,，排氣彎管 3 與排氣水洗箱連接,。發(fā)動機(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)動機(jī)水泵作用下循環(huán),，對發(fā)動機(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)動機(jī)冷卻原理相同。從發(fā)動機(jī)機(jī)體流出的冷卻液一路進(jìn)入散熱器進(jìn)行散熱,，另一路對排氣冷卻系統(tǒng)進(jìn)行冷卻,。

發(fā)動機(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,，水位報警指示燈亮起,，需對補(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 個問題：一是補(bǔ)水箱與發(fā)動機(jī)共用冷卻液,，冷卻液排放到空氣中，造成發(fā)動機(jī)內(nèi)的冷卻液不斷減少,，若不及時補(bǔ)充冷卻液,，會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)因缺少冷卻液而發(fā)熱；二是排氣散熱與發(fā)動機(jī)機(jī)體散熱共用 1 個散熱器,，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)動機(jī)壓縮機(jī)氣泵帶動副水泵 , 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，水位報警指示燈亮起,，補(bǔ)水箱 1 需進(jìn)行補(bǔ)水,。

3. 改進(jìn)效果

對井下防爆裝載機(jī)發(fā)動機(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,。單獨設(shè)置水泵，并采用獨立散熱系統(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：張云雷 王慶

來源：《工程機(jī)械與維修》2018年第3期