井下防爆裝載機對發(fā)動機尾氣的排放溫度及發(fā)動機各部件表面溫度都有嚴格要求，特別
要求發(fā)動機排氣管表面溫度不能超過 150℃，否則會引起粉塵爆炸，導致安全事故。我們針對井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(tǒng)存在的問題進行了改進。
1. 冷卻原理及存在問題
目前井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(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)動機的排氣管溫度。該種井下防爆裝載機所裝發(fā)動機冷卻系統(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)動機機體連接，排氣彎管 3 與排氣水洗箱連接。發(fā)動機排出的尾氣經(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)動機尾氣帶到大氣中，再通過 e3 ～ e4 的管路由補水箱 1 給尾氣水洗箱 4 進行補水。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，要求補水箱容積大、且處于通風位置，以利于箱體散熱，這樣才能使冷卻水進行充分交換，滿足散熱要求。
（2）強制循環(huán)排氣冷卻方式
強制循環(huán)方式是利用發(fā)動機水泵和風扇 ,通過增加散熱器面積以釋放排氣管發(fā)出的熱量，發(fā)動機散熱與排氣冷卻共用 1 種冷卻液，如圖 2所示。
補水箱 1 中的冷卻液在發(fā)動機水泵作用下循環(huán)，對發(fā)動機機體進行冷卻，其冷卻原理同常規(guī)工程機械發(fā)動機冷卻原理相同。從發(fā)動機機體流出的冷卻液一路進入散熱器進行散熱，另一路對排氣冷卻系統(tǒng)進行冷卻。
發(fā)動機尾氣經(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 管路從補水箱 1 補水。當補水箱水位低于一定液面位置時，水位報警指示燈亮起，需對補水箱進行補水。
該種排氣冷卻方式冷卻效果較好，但存在以下 3 個問題：一是補水箱與發(fā)動機共用冷卻液，冷卻液排放到空氣中，造成發(fā)動機內(nèi)的冷卻液不斷減少，若不及時補充冷卻液，會導致發(fā)動機因缺少冷卻液而發(fā)熱；二是排氣散熱與發(fā)動機機體散熱共用 1 個散熱器，散熱器散熱面積要足夠大，風扇的散熱效果要非常好，給整機的布局及風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，需要不斷補充，因此增加了成本。若使用普通水進行冷卻，容易造成散熱器堵塞。
2. 改進方法
我們認為，采用發(fā)動機機體散熱與排氣冷卻系統(tǒng)分開散熱比較經(jīng)濟。故在排氣冷卻系統(tǒng)中增加副水泵對排氣冷卻系統(tǒng)的冷卻水進行強制循環(huán)，以改善排氣散熱效果，并由副水泵為尾氣水洗箱補充消耗掉的冷卻水量。改進后的排氣冷卻系統(tǒng)如圖 3 所示。
我們利用發(fā)動機壓縮機氣泵帶動副水泵 , 補水箱 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 補水箱 1 對尾氣水洗箱 6 進行補水。當補水箱 1 水位低于液面規(guī)定位置時，水位報警指示燈亮起，補水箱 1 需進行補水。
3. 改進效果
對井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(tǒng)改進后，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：《工程機械與維修》2018年第3期
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修機｜井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(tǒng)的改進
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井下防爆裝載機對發(fā)動機尾氣的排放溫度及發(fā)動機各部件表面溫度都有嚴格要求，特別
要求發(fā)動機排氣管表面溫度不能超過 150℃，否則會引起粉塵爆炸，導致安全事故。我們針對井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(tǒng)存在的問題進行了改進。
1. 冷卻原理及存在問題
目前井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(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)動機的排氣管溫度。該種井下防爆裝載機所裝發(fā)動機冷卻系統(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)動機機體連接，排氣彎管 3 與排氣水洗箱連接。發(fā)動機排出的尾氣經(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)動機尾氣帶到大氣中，再通過 e3 ～ e4 的管路由補水箱 1 給尾氣水洗箱 4 進行補水。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，要求補水箱容積大、且處于通風位置，以利于箱體散熱，這樣才能使冷卻水進行充分交換，滿足散熱要求。
（2）強制循環(huán)排氣冷卻方式
強制循環(huán)方式是利用發(fā)動機水泵和風扇 ,通過增加散熱器面積以釋放排氣管發(fā)出的熱量，發(fā)動機散熱與排氣冷卻共用 1 種冷卻液，如圖 2所示。
補水箱 1 中的冷卻液在發(fā)動機水泵作用下循環(huán)，對發(fā)動機機體進行冷卻，其冷卻原理同常規(guī)工程機械發(fā)動機冷卻原理相同。從發(fā)動機機體流出的冷卻液一路進入散熱器進行散熱，另一路對排氣冷卻系統(tǒng)進行冷卻。
發(fā)動機尾氣經(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 管路從補水箱 1 補水。當補水箱水位低于一定液面位置時，水位報警指示燈亮起，需對補水箱進行補水。
該種排氣冷卻方式冷卻效果較好，但存在以下 3 個問題：一是補水箱與發(fā)動機共用冷卻液，冷卻液排放到空氣中，造成發(fā)動機內(nèi)的冷卻液不斷減少，若不及時補充冷卻液，會導致發(fā)動機因缺少冷卻液而發(fā)熱；二是排氣散熱與發(fā)動機機體散熱共用 1 個散熱器，散熱器散熱面積要足夠大，風扇的散熱效果要非常好，給整機的布局及風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，需要不斷補充，因此增加了成本。若使用普通水進行冷卻，容易造成散熱器堵塞。
2. 改進方法
我們認為，采用發(fā)動機機體散熱與排氣冷卻系統(tǒng)分開散熱比較經(jīng)濟。故在排氣冷卻系統(tǒng)中增加副水泵對排氣冷卻系統(tǒng)的冷卻水進行強制循環(huán)，以改善排氣散熱效果，并由副水泵為尾氣水洗箱補充消耗掉的冷卻水量。改進后的排氣冷卻系統(tǒng)如圖 3 所示。
我們利用發(fā)動機壓縮機氣泵帶動副水泵 , 補水箱 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 補水箱 1 對尾氣水洗箱 6 進行補水。當補水箱 1 水位低于液面規(guī)定位置時，水位報警指示燈亮起，補水箱 1 需進行補水。
3. 改進效果
對井下防爆裝載機發(fā)動機排氣冷卻系統(tǒng)改進后，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：《工程機械與維修》2018年第3期
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