郭 雷,王國強,王二利
(1.承德石油高等??茖W校機械工程系,河北 承德 067000;2.北京安沃科技有限公司,北京 102446)
我國北方冬季比較寒冷,礦車往往會出現(xiàn)由于燃油結(jié)蠟導致發(fā)動機停機無法正常工作及礦車無法啟動導致無法采礦和運輸?shù)膯栴}[1-4]。為了避免此類問題的出現(xiàn),這類柴油車、發(fā)電車必須使用與環(huán)境溫度相適應的高標號柴油,而高標號的柴油的高成本(柴油每提高一個標號每t價格將增加100~200元)也給企業(yè)和運輸人員增加了很大的成本壓力。200 t礦車采用柴油發(fā)動機,由于礦山冬季環(huán)境比較惡劣(現(xiàn)場無暖庫),常常由于燃油結(jié)蠟問題導致發(fā)動機停機無法工作,影響礦車的正常運行[5-6]。
本研究主要是首先對冷卻液進行預熱,再利用達到預定溫度的冷卻液對油箱及管路內(nèi)的燃油進行加熱,從而解決此問題。
柴油機燃油預熱系統(tǒng)改造方案如圖1所示,副油箱內(nèi)裝低標號柴油(-35#),從而確保輔助加熱設備在低溫極端環(huán)境下可以正常啟動并加熱發(fā)動機內(nèi)的冷卻液。利用副油箱中的柴油對冷卻液進行加熱,加熱到預定溫度的冷卻液首先通過油箱取油加熱器,將熱量傳遞給燃油箱內(nèi)的柴油,使其預熱油箱中的燃油,確保燃油箱的燃油不會結(jié)蠟;由于油箱與發(fā)動機之間的距離較遠,環(huán)境溫度較低,燃油管路中增加了管路加熱器,燃油經(jīng)過管路加熱器后被繼續(xù)加熱,確保了管路里的油不會結(jié)蠟;另外,為了防止油水分離器結(jié)蠟,加裝油水分離器加熱器確保油水分離器里的柴油不會結(jié)蠟;燃油經(jīng)過濾芯后,繼續(xù)流入溫控閥,如果燃油溫度到達40℃后溫控閥將會自動切斷加熱水路,避免管路燒干,確保發(fā)動機正常使用。
本文分別對柴油機燃油預熱改造系統(tǒng)中的油箱取油加熱器、管路加熱器及濾芯加熱器進行了實驗研究,通過對其實驗過程中加熱器進出口的燃油溫度進行數(shù)據(jù)采集,觀察并記錄了油箱及燃油管路中柴油溫度的變化,分析其加熱效果是否能夠滿足要求。
油箱取油加熱器實驗系統(tǒng)如圖2所示,在實驗中,利用恒溫水箱提供恒定溫度的循環(huán)冷卻液,為火龍加熱器提供熱源,并保持循環(huán)冷卻液的流量和溫度保持不變。加熱器與實驗油箱組裝好后放入低溫試驗箱,將溫度調(diào)至-30℃,待油箱內(nèi)的平均溫度降至-30℃時進行實驗,其冷卻液流量調(diào)為600 L/h,持續(xù)15分鐘,待其運行穩(wěn)定之后打開油泵,開始取油,觀察并記錄加熱器進出口油溫變化,實驗數(shù)據(jù)如圖3所示。從圖3中可以看出,在外界溫度為-30℃的情況下,油箱出口油溫穩(wěn)定在6~8℃,在此條件下用0#柴油代替-35#柴油是完全可行的,達到了燃油系統(tǒng)改造的目的。
管路加熱器實驗系統(tǒng)如圖4a)所示,其管路加熱器的結(jié)構(gòu)如圖4b)所示。首先將油箱內(nèi)的平均溫度降至-2℃時進行實驗,其冷卻液流量調(diào)為600 L/h,持續(xù)運行15 min,待運行穩(wěn)定之后開始通油,并觀察記錄加熱器進出口燃油溫度的變化,其實驗數(shù)據(jù)如圖5所示,從圖中可以看出,燃油經(jīng)過管路加熱器之后,出口溫度維持在10.5~12℃之間,從而可以保證管路內(nèi)的燃油不會因為溫度較低結(jié)蠟導致管路堵塞,進而避免了由于溫度較低導致發(fā)動機停機無法正常運行問題的發(fā)生。
濾芯加熱器的實驗系統(tǒng)如圖6所示,水箱中的冷卻液首先經(jīng)加熱器加熱至預定溫度,之后,冷卻液通過濾芯加熱器對取油加熱器中流出的燃油再次進行加熱。實驗中冷卻液流量調(diào)為600 L/h,觀察并記錄濾芯加熱器進出口油溫的變化,其油溫變化如圖7所示,從圖中可以看出,濾芯出口的油溫能夠達到25℃以上,此溫度完全能夠滿足發(fā)動機采用0#柴油正常運行的要求,達到了燃油系統(tǒng)改造的目的。
本文對礦車發(fā)動機燃油系統(tǒng)的改造實驗取得了成功,達到了設計的目的,使其在我國北方冬季寒冷地區(qū)礦車的“燃油低燒”得以實現(xiàn),其經(jīng)濟效益非??捎^,以我國內(nèi)蒙古某煤炭公司大型礦場為例,以當?shù)兀?0℃為低溫(每年有90 d處于該溫度下),主要節(jié)約的成本主要來自于節(jié)約的濾芯和不同標號柴油的差價,其改造前后的運行費用如表1所示。
表1 某大型礦場礦車燃油系統(tǒng)改造前后運行費用對比表
從上表可以看出,若該技術(shù)能夠得以推廣使用,其經(jīng)濟效益非??陀^。
本研究對發(fā)動機燃油管路預熱系統(tǒng)的改造是充分利用發(fā)動機冷卻液的熱量對油箱及管路中的燃油進行預熱,通過對油箱取油加熱器、管路加熱器及濾芯加熱器的實驗研究,發(fā)現(xiàn)其出口油溫完全能夠滿足礦車在寒冷冬季采用0#柴油來代替-35#柴油而正常運行的要求,達到了發(fā)動機燃油系統(tǒng)改造的目的,而且能為企業(yè)節(jié)約大量的運行成本,在工程實踐中具有很好的應用前景和研究價值。
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