礦車燃油預熱系統(tǒng)技術(shù)開發(fā)與應用

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。

1 方案原理

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。

2 實驗數(shù)據(jù)分析

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。

2.1 油箱取油加熱器

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。

2.2 管路加熱器

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。

2.3 濾芯加熱器

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。

3 經(jīng)濟效益分析

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^。

4 結(jié)論

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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