190型柴油機(jī)電暖機(jī)裝置的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王文智　張小虎　金志雄　章喻華

摘要：詳細(xì)闡述了190型柴油機(jī)電暖機(jī)裝設(shè)計(jì)原理、改造安裝情況和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)應(yīng)用產(chǎn)生的效果和經(jīng)濟(jì)效益，為鉆井降本增效、節(jié)能降耗起到了很大的作用。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)電暖機(jī)裝置設(shè)計(jì)應(yīng)用

中圖分類(lèi)號(hào)：TK423 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2012）08（c）-0100-02

吐哈鉆井公司鉆探的大部分領(lǐng)域都處于比較寒冷地區(qū)，在冬天打井時(shí)柴油機(jī)長(zhǎng)期處于較低的野外環(huán)境溫度下運(yùn)轉(zhuǎn)，其中尤其在三塘湖區(qū)塊冬季更是十分嚴(yán)寒。為了防止冷卻水冰凍，即使在鉆井過(guò)程中不需要全負(fù)荷動(dòng)力的時(shí)候，柴油機(jī)也必須全部進(jìn)行運(yùn)轉(zhuǎn)[1]。該設(shè)計(jì)就是解決野外工作的190型柴油機(jī)冬季冷卻水凍結(jié)和啟動(dòng)困難問(wèn)題，替代以前采用低速運(yùn)轉(zhuǎn)的方法。

1結(jié)構(gòu)原理

結(jié)構(gòu)原理如圖1所示。

根據(jù)190型柴油機(jī)的高低溫水箱以及高低溫水管線(xiàn)外置安裝的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，將190型柴油機(jī)外置水管線(xiàn)進(jìn)行改造，使2套電加熱裝置分別與高低溫循環(huán)水串聯(lián)起來(lái)，通過(guò)電加熱裝置的小型暖氣水泵促使柴油機(jī)冷卻液不斷循環(huán)，電加熱元件不斷供暖加熱從而達(dá)到暖機(jī)保溫目的。

該裝置主要由兩部分組成：一是電加熱裝置1；二是水泵循環(huán)裝置7，兩部分通過(guò)聯(lián)通管8進(jìn)行串聯(lián)，電加熱裝置1將柴油機(jī)的冷卻液進(jìn)行加熱，暖氣循環(huán)水泵7促使柴油機(jī)冷卻液在機(jī)體內(nèi)不間斷循環(huán)，從而使整個(gè)機(jī)體溫度保持均衡。該裝置具有與循環(huán)水泵連接的上接管3和與散熱水箱連接的下接管5，其特征在于在上接管3和下接管6之間連通一個(gè)內(nèi)部具有電加熱元件2的電加熱裝置1，并和機(jī)體的冷卻水形成閉式串聯(lián)循環(huán)。其主要優(yōu)點(diǎn)是克服了北方冬季野外作業(yè)的柴油機(jī)循環(huán)水結(jié)冰影響使用和啟動(dòng)時(shí)的蒸氣加熱工序。

2加熱器功率計(jì)算

假定柴油機(jī)工作的冬天野外溫度為-20℃，現(xiàn)在需要機(jī)體能夠保持30℃的恒溫，

即機(jī)體和外部環(huán)境溫差△t=30℃-（-20℃）=50℃

由于機(jī)體內(nèi)部是一個(gè)相對(duì)密封的腔體，而冷卻水又一直圍繞缸套進(jìn)行循環(huán)，其機(jī)體內(nèi)部的溫度基本一致，即整個(gè)機(jī)體內(nèi)部可以看作是一維溫度場(chǎng)，柴油機(jī)外壁的換熱有自然對(duì)流換熱和輻射換熱兩種方式，單位時(shí)間內(nèi)自然對(duì)流傳導(dǎo)的熱量計(jì)算：

取機(jī)體外表面與空氣間的自然對(duì)流換熱系數(shù)α=7.5W/（m2·℃），

12V190柴油機(jī)外形尺寸為：L×B×H（mm）3400×1560×1600

柴油機(jī)機(jī)體表面面積：

F=2×（L×B+L×H+B×H）

=2×（3.4m×1.56m+3.4m×1.6m+1.56m×1.6m）

=26.48㎡

代入牛頓對(duì)流換熱公式Q=α·F·（tw-tf）

可得單位時(shí)間內(nèi)的對(duì)流導(dǎo)熱量：

Q1=α·F·（tw-tf）

=7.5W/（㎡℃）×26.48㎡×50℃

=9.93kW

單位時(shí)間內(nèi)柴油機(jī)機(jī)體熱輻射散失熱量：

Q2=F·ε·σ·[（Tw/100）4-（Tf/100）4]

=26.48㎡×0.9×5.67w/㎡×[（30+273）4-（-20+273）4]×10-8=5.84kW

（ε為機(jī)體輻射能力系數(shù)及黑度系數(shù)、σ為黑體輻射系數(shù)）

Q=Q1+Q2=15.77kW

即表明如果需要在-20℃的野外溫度下保持機(jī)體溫度在30℃以上至少需要有15.77kW的電加熱器不間斷地為循環(huán)冷卻液進(jìn)行供暖。

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境以及電加熱棒的實(shí)際規(guī)格，選用4個(gè)4kW規(guī)格的電加熱棒合計(jì)功率16kW對(duì)柴油機(jī)高低溫冷卻水進(jìn)行加熱的暖機(jī)方案，通過(guò)上面的計(jì)算和論證說(shuō)明這一方案是完全可行的。

3總體設(shè)計(jì)

3.1 水管線(xiàn)連接

將柴油機(jī)左右循環(huán)水泵前端與水箱聯(lián)結(jié)的φ78S型水管拆下，將1#加熱器上端連接左側(cè)高溫循環(huán)水泵法蘭上，下端與水箱及膨脹水箱連管連接好，并將原高溫進(jìn)水口溫度表感溫包插在水泵進(jìn)水口水溫表座上，另外加一只附加溫度表，感溫包插入加熱器進(jìn)水管水溫表座上內(nèi)，表頭固定在適當(dāng)位置。

將2#加熱器裝在右側(cè)低溫循環(huán)水泵法蘭上（接線(xiàn)盒向柴油機(jī)外側(cè)），下端與水箱及膨脹水箱連接好，加一只附加溫度表感溫包，插入加熱器進(jìn)水管溫度表座內(nèi)，表頭與另一只附加溫度表固定在同一表盤(pán)上，該溫度即為兩循環(huán)水最低溫度。

當(dāng)柴油機(jī)正常運(yùn)行時(shí)，將管線(xiàn)截止閥轉(zhuǎn)至與管線(xiàn)平行（開(kāi)啟），并將閥門(mén)關(guān)閉即可。當(dāng)柴油機(jī)需要加熱保溫時(shí)，將管線(xiàn)截止閥關(guān)閉，將閥門(mén)開(kāi)啟，冷卻水就將經(jīng)過(guò)加熱器加熱后不斷在機(jī)體內(nèi)進(jìn)行高低溫閉式循環(huán)，從而達(dá)到暖機(jī)保溫的目的。

3.2 電路連接

將每臺(tái)柴油機(jī)兩個(gè)加熱器用電纜線(xiàn)與接線(xiàn)盒可靠連接，用電纜線(xiàn)將接線(xiàn)盒與控制柜按端子號(hào)連接緊固。同時(shí)將加熱器下部進(jìn)水口插入溫度傳感器接頭，固定牢固。每臺(tái)柴油機(jī)有高低溫兩個(gè)加熱器，因此每臺(tái)柴油機(jī)有兩條電纜線(xiàn)進(jìn)入控制柜，井場(chǎng)的線(xiàn)路布局如圖2所示.

在檢查接線(xiàn)無(wú)誤后，對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行注冷卻液，檢查管線(xiàn)無(wú)滲漏后，開(kāi)機(jī)運(yùn)行3～5min，檢查電器各部分無(wú)異常然后給加熱裝置進(jìn)行供電。

4現(xiàn)場(chǎng)使用效果評(píng)價(jià)

從2006年開(kāi)始分別在8部鉆機(jī)的190柴油機(jī)上面安裝了暖機(jī)裝置，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)，使用效果良好，達(dá)到了預(yù)定的暖機(jī)效果。三塘湖井隊(duì)每年大概有5個(gè)月的保溫期，井隊(duì)安裝該裝置后，均可以在保溫期內(nèi)對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行保溫，隨時(shí)可以進(jìn)行啟動(dòng)并正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

5結(jié)論

（1）190柴油機(jī)電暖機(jī)裝置對(duì)節(jié)約燃油、減少污染排放有很大實(shí)際效果，經(jīng)濟(jì)效益及社會(huì)效益十分顯著。（2）190柴油機(jī)電暖機(jī)裝置的應(yīng)用，使柴油機(jī)不再需要進(jìn)行不間斷跑溫，對(duì)減少柴油機(jī)磨損、延長(zhǎng)柴油機(jī)的使用周期有明顯效果。（3）環(huán)境溫度稍高時(shí)，該裝置也可進(jìn)行間斷使用，只需在柴油機(jī)啟動(dòng)前通電，達(dá)到快速預(yù)熱，從而避免冷機(jī)強(qiáng)行啟動(dòng)對(duì)柴油機(jī)造成的損害。

參考文獻(xiàn)

[1] 髙志和，白承斌，張燕，等.12V190型柴油機(jī)節(jié)油裝置應(yīng)用研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2011，40（6）：77-79.