GK1c型內(nèi)燃機車空氣濾清器改造可行性分析

張霖

摘 ? 要：本文主要研究GK1c型內(nèi)燃機車空氣濾清器系統(tǒng)目前的使用情況及存在的問題，并且提出相應(yīng)的改造方案，并且進行理論上的計算，通過數(shù)據(jù)說明該改造方案是可行的。

關(guān)鍵詞：GK1c型內(nèi)燃機車 ?空氣濾清器 ?活塞 ?氣缸套

中圖分類號：U269.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0095-02

酒鋼集團公司位于甘肅省嘉峪關(guān)市，是一家集采礦、選燒、冶煉、軋制于一體的大型聯(lián)合鋼鐵企業(yè)，地處巴丹吉林沙漠邊緣，常年干旱少雨，春秋季節(jié)風(fēng)沙天氣頻繁。集團公司下屬股份公司運輸部擁有內(nèi)燃機車56臺，其中以中車集團資陽機車廠生產(chǎn)的GK1c型內(nèi)燃機車為主力車型，共有31臺，承擔(dān)著廠內(nèi)年約4300萬t鐵路運輸量。該車型在我公司運用多年，但是該型機車在運用過程中受到原車設(shè)計缺陷及外部環(huán)境影響，柴油機方面故障較多，主要表現(xiàn)在活塞、氣缸套易磨損，使用壽命短，主要原因是空氣濾清器濾清效果差、易“短路”、乘務(wù)員安裝拆卸不便等原因，造成大量的沙塵、冶金粉末等進入柴油機，使得活塞、氣缸套磨損嚴重，造成柴油機燃燒不好、機油消耗量大、功率降低等問題。

1 ?問題提出

柴油機作為內(nèi)燃機車的動力源，其工作的狀態(tài)直接影響到機車功率的發(fā)揮，而造成活塞、氣缸套的非正常磨損直接的原因是進氣的不清潔，空氣濾清器則對進氣質(zhì)量有著至關(guān)重要的作用。

GK1c型內(nèi)燃機車空氣濾清器由三級組成，第一級是V型濾網(wǎng)，實際運用中該濾清器濾清效果極差，只能濾去樹葉、紙片、塑料袋等大的雜物。

第二級是由54只直通式旋流管組成的一體的多旋流管式粗濾器，空氣高速流過旋流管時，經(jīng)旋流離心作用沿管壁甩出灰塵，集中于下方排塵漏斗中，但在實際運用中，該濾清器的濾塵效果也不明顯，只能除去稍大顆粒的沙塵，但仍然有大量混合冶金粉末的沙塵流向下一級空氣濾清器。

第三級是鋼板網(wǎng)式紙質(zhì)濾清器，當(dāng)空氣穿過紙質(zhì)濾清器時，灰塵被紙質(zhì)濾芯過濾掉，保證清潔的空氣進入氣缸進行燃燒。但是在實際運用的過程中，該濾清器濾塵效果也不是很理想，在機車檢修時，仍然能發(fā)現(xiàn)柴油機進氣道、氣缸蓋進氣道上有細微的沙塵粘附。紙質(zhì)濾清器進氣不清潔的原因主要有，濾清器濾紙破損;濾清器體和濾清器安裝面不密封所致，其原因有：一是濾清器體和濾清器安裝面由于安裝的不嚴密、濾芯的變形及機車運行中的震動導(dǎo)致密封面間出現(xiàn)縫隙;二是乘務(wù)員安裝時只能看見靠外側(cè)的密封面是否嚴密，而內(nèi)側(cè)無法看清，同時底部托板緊固時未能保證托板的水平度，造成密封口歪斜不嚴密，人為原因?qū)е旅芊饷娉霈F(xiàn)縫隙;三是濾清器頂部密封膠條易老化，廠內(nèi)運用機車按要求一個月吹掃一次，在這個時間段內(nèi)出現(xiàn)密封膠條老化、斷裂的情況乘務(wù)員并不能及時發(fā)現(xiàn)，導(dǎo)致沙塵進入氣缸;四是濾清器產(chǎn)品本身高度不一致;五是濾清器底部托板，頂部密封口鋼板變形。

2 ?空氣濾清器改進方案

結(jié)合鋼鐵企業(yè)內(nèi)燃機車工作環(huán)境，針對內(nèi)燃機車原空氣濾清器運用中存在的問題，經(jīng)過分析總結(jié)，對內(nèi)燃機車柴油機原有空氣濾清器進行改進，解決原車空氣濾清器存在的問題，從而達到提高空氣濾清器濾清效果的目的，具體改造方案如下。

改造時須保證柴油機空氣進氣量及清潔質(zhì)量要求，并且對原有空氣濾清器箱體等不進行較大的改動，重點對第三級紙質(zhì)濾清器進行改造，第一級濾清器仍然為V型濾網(wǎng)，去除形狀較大的漂浮物;第二級濾清器仍然為多旋流管式粗濾器，去除空氣中大顆粒的沙塵等，其底部設(shè)置沉積箱，以便積聚沙塵的清理;第三級濾芯改造為紙質(zhì)圓筒濾芯，考慮到進氣量的需要，每臺機車安裝8個紙質(zhì)圓筒濾芯，濾芯頂部采用螺紋口加密封圈密封，安裝時使用專用扳手只需將其擰緊，方便乘務(wù)員日常進行維護保養(yǎng)。

3 ?改進的空氣濾清器數(shù)據(jù)驗證

空氣濾清器采用常州犇坤鐵路配件公司產(chǎn)BK/KF1782型空氣濾清器，經(jīng)檢測各項指標參數(shù)均符合中華人民共和國鐵道行業(yè)標準。

3.1 主要技術(shù)參數(shù)

GK1c內(nèi)燃機車柴油機功率1100kW，采用的增壓器型號有ZN240型、VTC214-13A1型，增壓器進氣量為7920kg/h，進氣真空度為3kPa。

多旋流管式粗濾器的技術(shù)參數(shù)：旋風(fēng)筒由54只直通式旋流管組成，進氣量2720 m3/h。

3.2 理論計算

3.2.1 濾清器額定空氣流量Q計算

Q=P·ge·α·Αο/（1000×γα）

式中：

Q——濾清器額定空氣流量，m3/h;

P——增壓柴油機額定功率，kW;

ge——增壓柴油機額定功率燃油消耗率，g/（kW·h）;

α——額定功率時的過量空氣系數(shù)，增壓中冷柴油機取2.1;

Αο——燃燒1kg燃油所需的理論空氣量，柴油為14.3kg/kg;

γα ——空氣密度，20℃，標準大氣壓下為1.205kg/ m3。

在實際計算過程中，GK1c型內(nèi)燃機車所用6240ZJ型柴油機額定功率P=1000kW，額定功率燃油消耗率ge=208 g/（kW·h）;

則 Q=1000×208×2.1×14.3/（1000×1.205）=5183.6 m3/h。

3.2.2 濾清器的理論面積計算

A=Q/k

式中：

A ——濾清器面積，cm2;

Q ——濾清器額定空氣流量，m3/h;

k ——流量常數(shù)，通常取0.03cm2·m3/h。

A=5183.6/0.03

=172786.67 cm2

單個濾清器理論計算面積為：172786/8=21598.25cm2

3.2.3濾清器實際面積計算

A=n·2b·H

式中：

N ——濾紙皺折數(shù);

b ——濾紙皺折寬度，cm;

H ——濾清器的高度，cm。

其中皺折數(shù)N=168，皺折寬度b=2.3cm，高度H=70cm。

A=168×2.3×70=27048cm2>21598.25cm2，

計算結(jié)果表明濾清器的實際面積大于濾清器的理論計算面積，說明設(shè)置8個Φ175×780的紙質(zhì)圓筒濾芯可以滿足柴油機進氣量需求。

4 ?改造效果

對GK1c型內(nèi)燃機車改造后的空氣濾清系統(tǒng)檢測，空氣流量5300m3/h，進氣口至清潔空氣出口阻力≤1.3kPa，綜合空氣濾清效率≥93.5%，柴油機排氣顏色正常，增壓器未發(fā)生喘振等現(xiàn)象，各項指標均能滿足額定功率需要。

對空氣濾清器進行改造后，柴油機活塞及氣缸套的磨損速度有明顯降低，在機車進行檢修時對柴油機活塞、氣缸套的數(shù)據(jù)進行測量，測量數(shù)據(jù)如表1和表2所示。

通過上述數(shù)據(jù)比對，可以看出在改造后2014—2018年柴油機活塞、氣缸套磨損速度大大減緩，活塞、氣缸套使用壽命較未改造前分別延長36個月、40個月左右，經(jīng)過幾年的質(zhì)量跟蹤，說明上述改造是有效可行的，同時柴油機進排氣門、氣門導(dǎo)管等磨損也大大降低，一定程度上減輕了維護檢修人員的勞動強度，若考慮到機車燃油、柴機油消耗消耗減少等各項費用，其經(jīng)濟效益將會十分可觀，值得冶金行業(yè)、風(fēng)沙地區(qū)內(nèi)燃機車空氣濾清系統(tǒng)改造學(xué)習(xí)借鑒。

參考文獻

[1] 任發(fā)成.GK1c型機車使用維護說明書[M].：資陽內(nèi)燃機車廠，1996.

[2] 王連森.內(nèi)燃機車檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3] 王奇夫.內(nèi)燃機車運用[M].北京：中國鐵道出版社，2014.