郭 雷，王國(guó)強(qiáng)，王二利

(1.承德石油高等專(zhuān)科學(xué)校機(jī)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(guó)北方冬季比較寒冷，礦車(chē)往往會(huì)出現(xiàn)由于燃油結(jié)蠟導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)無(wú)法正常工作及礦車(chē)無(wú)法啟動(dòng)導(dǎo)致無(wú)法采礦和運(yùn)輸?shù)膯?wèn)題［1-4］。為了避免此類(lèi)問(wèn)題的出現(xiàn)，這類(lèi)柴油車(chē)、發(fā)電車(chē)必須使用與環(huán)境溫度相適應(yīng)的高標(biāo)號(hào)柴油，而高標(biāo)號(hào)的柴油的高成本(柴油每提高一個(gè)標(biāo)號(hào)每t價(jià)格將增加100～200元)也給企業(yè)和運(yùn)輸人員增加了很大的成本壓力。200 t礦車(chē)采用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，由于礦山冬季環(huán)境比較惡劣(現(xiàn)場(chǎng)無(wú)暖庫(kù))，常常由于燃油結(jié)蠟問(wèn)題導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)無(wú)法工作，影響礦車(chē)的正常運(yùn)行［5-6］。

本研究主要是首先對(duì)冷卻液進(jìn)行預(yù)熱，再利用達(dá)到預(yù)定溫度的冷卻液對(duì)油箱及管路內(nèi)的燃油進(jìn)行加熱，從而解決此問(wèn)題。

1 方案原理

柴油機(jī)燃油預(yù)熱系統(tǒng)改造方案如圖1所示，副油箱內(nèi)裝低標(biāo)號(hào)柴油(－35#)，從而確保輔助加熱設(shè)備在低溫極端環(huán)境下可以正常啟動(dòng)并加熱發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的冷卻液。利用副油箱中的柴油對(duì)冷卻液進(jìn)行加熱，加熱到預(yù)定溫度的冷卻液首先通過(guò)油箱取油加熱器，將熱量傳遞給燃油箱內(nèi)的柴油，使其預(yù)熱油箱中的燃油，確保燃油箱的燃油不會(huì)結(jié)蠟;由于油箱與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的距離較遠(yuǎn)，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(guò)管路加熱器后被繼續(xù)加熱，確保了管路里的油不會(huì)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(huì)結(jié)蠟;燃油經(jīng)過(guò)濾芯后，繼續(xù)流入溫控閥，如果燃油溫度到達(dá)40℃后溫控閥將會(huì)自動(dòng)切斷加熱水路，避免管路燒干，確保發(fā)動(dòng)機(jī)正常使用。

2 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析

本文分別對(duì)柴油機(jī)燃油預(yù)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(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，通過(guò)對(duì)其實(shí)驗(yàn)過(guò)程中加熱器進(jìn)出口的燃油溫度進(jìn)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(mǎn)足要求。

2.1 油箱取油加熱器

油箱取油加熱器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖2所示，在實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)油箱組裝好后放入低溫試驗(yàn)箱，將溫度調(diào)至－30℃，待油箱內(nèi)的平均溫度降至－30℃時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其冷卻液流量調(diào)為600 L/h，持續(xù)15分鐘，待其運(yùn)行穩(wěn)定之后打開(kāi)油泵，開(kāi)始取油，觀察并記錄加熱器進(jìn)出口油溫變化，實(shí)驗(yàn)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(dá)到了燃油系統(tǒng)改造的目的。

2.2 管路加熱器

管路加熱器實(shí)驗(yàn)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(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其冷卻液流量調(diào)為600 L/h，持續(xù)運(yùn)行15 min，待運(yùn)行穩(wěn)定之后開(kāi)始通油，并觀察記錄加熱器進(jìn)出口燃油溫度的變化，其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如圖5所示，從圖中可以看出，燃油經(jīng)過(guò)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(huì)因?yàn)闇囟容^低結(jié)蠟導(dǎo)致管路堵塞，進(jìn)而避免了由于溫度較低導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)停機(jī)無(wú)法正常運(yùn)行問(wèn)題的發(fā)生。

2.3 濾芯加熱器

濾芯加熱器的實(shí)驗(yàn)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(yù)定溫度，之后，冷卻液通過(guò)濾芯加熱器對(duì)取油加熱器中流出的燃油再次進(jìn)行加熱。實(shí)驗(yàn)中冷卻液流量調(diào)為600 L/h，觀察并記錄濾芯加熱器進(jìn)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(dá)到25℃以上，此溫度完全能夠滿(mǎn)足發(fā)動(dòng)機(jī)采用0#柴油正常運(yùn)行的要求，達(dá)到了燃油系統(tǒng)改造的目的。

3 經(jīng)濟(jì)效益分析

本文對(duì)礦車(chē)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)的改造實(shí)驗(yàn)取得了成功，達(dá)到了設(shè)計(jì)的目的，使其在我國(guó)北方冬季寒冷地區(qū)礦車(chē)的“燃油低燒”得以實(shí)現(xiàn)，其經(jīng)濟(jì)效益非?？捎^，以我國(guó)內(nèi)蒙古某煤炭公司大型礦場(chǎng)為例，以當(dāng)?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(lái)自于節(jié)約的濾芯和不同標(biāo)號(hào)柴油的差價(jià)，其改造前后的運(yùn)行費(fèi)用如表1所示。

表1 某大型礦場(chǎng)礦車(chē)燃油系統(tǒng)改造前后運(yùn)行費(fèi)用對(duì)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(jì)效益非?？陀^。

4 結(jié)論

本研究對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)燃油管路預(yù)熱系統(tǒng)的改造是充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻液的熱量對(duì)油箱及管路中的燃油進(jìn)行預(yù)熱，通過(guò)對(duì)油箱取油加熱器、管路加熱器及濾芯加熱器的實(shí)驗(yàn)研究，發(fā)現(xiàn)其出口油溫完全能夠滿(mǎn)足礦車(chē)在寒冷冬季采用0#柴油來(lái)代替－35#柴油而正常運(yùn)行的要求，達(dá)到了發(fā)動(dòng)機(jī)燃油系統(tǒng)改造的目的，而且能為企業(yè)節(jié)約大量的運(yùn)行成本，在工程實(shí)踐中具有很好的應(yīng)用前景和研究?jī)r(jià)值。

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