康明斯十六缸移動(dòng)發(fā)電車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)升級(jí)改造

秦少華++齊秀英

[摘 要]神華哈爾烏素煤炭分公司哈爾烏素露天煤礦是一座現(xiàn)代化程度很高的露天煤礦，所選用的穿采及輔助設(shè)備是從世界各地進(jìn)口的最先進(jìn)的設(shè)備。針對(duì)我礦在用的6.3KV、1800KW發(fā)電車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)配置、安裝不合理，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行1600小時(shí)時(shí)出現(xiàn)尾氣排白煙等情況，對(duì)此，我們對(duì)康明斯十六缸移動(dòng)發(fā)電車發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)升級(jí)改造，通過(guò)計(jì)算進(jìn)氣量合理配置和安裝了發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)。

[關(guān)鍵詞]移動(dòng)發(fā)電車 發(fā)動(dòng)機(jī) 進(jìn)氣系統(tǒng) 升級(jí)改造

中圖分類號(hào)：T2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）17-0322-02

Cummings sixteen cylinder mobile generator car engine Upgrading the intake system

Qin Shaohua

（China Shenhua in Haerwusu coal branch opencast coal mine in Zhungeer Qi， Inner Mongolia）

[Abstract]Shenhua in Haerwusu coal branch in Haerwusu open-pit coal mine is a modernized high opencast coal mine， mining and auxiliary equipment used is the most advanced equipment imported from all over the world. In order to use 6.3KV， 1800KW generator car engine air intake system configuration， installation of mine is not reasonable， exhaust white smoke， lead to the emergence of the engine running 1600 hours in this regard， we upgrade of the Cummings sixteen cylinder mobile generator car engine air intake system， through the calculation of the rational allocation of air intake and installation of the engine intake system.

[Key words]upgrade of mobile power vehicle engine intake system

1.概述

哈爾烏素露天礦使用的移動(dòng)發(fā)電車是專為我礦大型穿采設(shè)備供電用，能夠使495HR、1190E、WK-35、WK-10B等設(shè)備正常啟動(dòng)行走，滿足買方全天候作業(yè)的要求。發(fā)電機(jī)額定輸出功率（長(zhǎng)期連續(xù)工作）1800 KW，備用輸出功率2000 KW。發(fā)動(dòng)機(jī)原裝英國(guó)進(jìn)口康明斯重載型電噴發(fā)動(dòng)機(jī)，雙渦輪增壓/中冷，四沖程工業(yè)用水冷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，采用微電腦控制，電控噴射，電馬達(dá)啟動(dòng)。具有柴油機(jī)冷卻水預(yù)熱系統(tǒng)和潤(rùn)滑油預(yù)熱系統(tǒng)及低溫快速起動(dòng)裝置，保證機(jī)組在低溫下能夠順利起動(dòng)；型號(hào)：QSK60G8、飛輪功率：2145KW、排量： 60L、排放標(biāo)準(zhǔn)： U.S. EPA CFR 40/歐Ⅱ。在使用過(guò)程中發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩下降，啟動(dòng)困難，到1600小時(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)尾氣排白煙。打開氣缸發(fā)動(dòng)機(jī)有積碳現(xiàn)象缸體磨損嚴(yán)重。節(jié)氣門污染導(dǎo)致熄火、啟動(dòng)困難。

2.進(jìn)氣系統(tǒng)升級(jí)改造的必要性分析

每臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)在設(shè)計(jì)時(shí)都有著不同的與扭矩輸出特性相適應(yīng)的配氣特性，如果不是具有針對(duì)性的改裝，隨意改變進(jìn)氣管路與布局，不但無(wú)法提升動(dòng)力性能，和改善發(fā)動(dòng)機(jī)工況，很有可能使發(fā)動(dòng)機(jī)性能大打折扣，得不償失。所以，有必要分析實(shí)時(shí)條件下方案實(shí)施的理論支持。

發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，每一循環(huán)所能獲得空氣量的多少，是決定發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力大小的基本因素。發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣能力是用發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率及充氣效率來(lái)衡量的。

在礦區(qū)作業(yè)環(huán)境下的發(fā)動(dòng)機(jī)，對(duì)進(jìn)氣行程所吸入的空氣質(zhì)量與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下（1個(gè)大氣壓、20℃、密度為1.187kg/m2）占有氣缸活塞行程容積的干燥空氣質(zhì)量的比值，顯得偏差較為突出。大氣壓力高、溫度低、密度高時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的充氣效率也將隨之提高。

一般來(lái)說(shuō)，溫度對(duì)進(jìn)氣性能也有影響，空氣具有受熱膨脹的特性，因此溫度對(duì)于單位體積內(nèi)空氣的重量有著很大影響，進(jìn)氣溫度越高，同體積的空氣中含氧量就會(huì)相對(duì)低溫狀態(tài)下要少，而發(fā)動(dòng)機(jī)做功燃燒是需要依靠氧氣的，所以吸入燃燒室內(nèi)的空氣溫度越低含氧量就越高，越利于發(fā)動(dòng)機(jī)充分燃燒。降低進(jìn)氣阻力、提高進(jìn)氣壓力、降低進(jìn)氣溫度、降低排氣回壓、加大進(jìn)氣門面積都是可提高容積效率的有效途徑。

空氣進(jìn)入氣缸時(shí)，氣缸內(nèi)的壓力比外面的大氣壓力低，而且壓力值會(huì)有所變化，由于進(jìn)氣阻力及氣缸內(nèi)的高溫作用，將吸入氣缸的空氣體積換算成標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下的狀態(tài)時(shí)，一定小于氣缸的體積，因此自然吸氣發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率一定小。那么，較大的進(jìn)氣阻力決定了在 “吸氣”時(shí)會(huì)增加發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷。

移動(dòng)發(fā)電車主發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)置于車廂，空氣濾清器、進(jìn)氣岐管位于發(fā)動(dòng)機(jī)中冷上部，隔距約0.017m，橡膠管路一次角度完成連接，兩個(gè)空氣濾清器總成裝置，并排安裝在排氣消音管過(guò)渡區(qū)域，塑料材質(zhì)箱殼內(nèi)分別配置了一個(gè)紙質(zhì)濾芯（外徑約0.385m，長(zhǎng)度0.4m），進(jìn)氣方向由下而上，因室內(nèi)設(shè)置，未配置次級(jí)安全內(nèi)濾。

裝在塑料箱殼內(nèi)的空氣濾芯，其作用是用來(lái)阻隔灰塵的，可以避免灰塵和異物進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)造成損害，由于礦內(nèi)作業(yè)環(huán)境粉塵大，發(fā)動(dòng)機(jī)配置的這兩個(gè)空氣濾芯體積較小，而發(fā)動(dòng)機(jī)在大功率運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)需要更多的新鮮空氣進(jìn)入，在發(fā)動(dòng)機(jī)吸氣過(guò)程中，空氣進(jìn)入氣缸的速度越快密度越高，真空和高溫以及高頻振動(dòng)，使塑料殼密封情況發(fā)生變化，較大粉塵顆粒（含氧化硅及其它雜質(zhì)）很容易被吸入，由于濾芯體積小，所以容灰量小，在強(qiáng)大吸力下，較大粉塵顆粒（≥1-2μm）突破紙質(zhì)孔，侵入造成蝸輪增壓器和缸壁及活塞的早期磨損。

目前油脂化驗(yàn)檢測(cè)，機(jī)油SI含量非正常超標(biāo)?？紤]以上因素，有必要組織制定改進(jìn)方案，以期有效、合理改善移動(dòng)發(fā)電車16缸發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)工況。

3.改造方案的技術(shù)要求：

（1）實(shí)施技術(shù)改造，不改變發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)以外的其它基本形位。

（2）不影響其它設(shè)施的正常功能和負(fù)荷變化。

（3）符合常規(guī)維修條件，便于檢查。

（4）增加進(jìn)氣量，改善進(jìn)氣質(zhì)量，有效減小氣阻減少粉塵侵入。

（5）各件布局合理，連接牢固，且具有防震、防磨性能。

（6）配件質(zhì)量安全可靠（圖1）。

4.改造方案

進(jìn)氣系統(tǒng)的升級(jí)改造，就是要提高發(fā)動(dòng)機(jī)的容積效率與充氣效率。

4.1 換裝空氣濾清器

進(jìn)氣系統(tǒng)升級(jí)的最基礎(chǔ)工作就是換用高效率、高流量的空氣濾清器濾芯。換裝高流量的空氣濾芯可降低發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣阻力，同時(shí)提高發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣量及容積效率。同時(shí)，供油系統(tǒng)中的空氣流量計(jì)測(cè)出進(jìn)氣量的增加后，將信號(hào)送至供油電腦ECU，ECU便會(huì)控制噴油器噴出較多的燃油與之配合，讓較多的油氣進(jìn)入氣缸，從而提高了發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率。

將原廠紙質(zhì)的空氣濾清器更換為內(nèi)裝有初、次兩級(jí)高流量空氣濾清器，可以加大進(jìn)氣面積，提高進(jìn)氣量。達(dá)到減少發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣阻力的同時(shí)，增大進(jìn)氣量效率。

4.2 選用CUMMINSKTA38-C柴油機(jī)空氣濾芯（圖示2），參數(shù)對(duì)比

發(fā)電車GATERPILLAR發(fā)動(dòng)機(jī)：

總排量：60L、4增壓器每一濾供給：60L/4T=15L。

CUMMINS KTA38-C發(fā)動(dòng)機(jī)：

總排量：38L、2增壓器每一濾供給：38L/2T=19、按改造后總供氣量：19Lx4=76L

76L（改造后）-60L（改造前）=16L、19L-15L=4L 比原裝濾芯增加4L/1濾

4.3 更換原裝塑料材質(zhì)外箱殼，改用內(nèi)部拋光金屬箱殼，采用正方型設(shè)計(jì)，進(jìn)氣管長(zhǎng)度與形狀對(duì)進(jìn)氣性能有著更為復(fù)雜的影響

理論上來(lái)說(shuō)，較短、粗和盡量直線型的設(shè)計(jì)會(huì)有利于提高高轉(zhuǎn)速的進(jìn)氣效率，而適當(dāng)?shù)膹澢凸艿篱L(zhǎng)度有利于提高低轉(zhuǎn)速時(shí)的進(jìn)氣流速，有利于低扭輸出可以幫助發(fā)動(dòng)機(jī)獲得最大化進(jìn)氣量。使發(fā)動(dòng)機(jī)吸入更多新鮮空氣。

底座8個(gè)22X24螺栓固定，總成與底座裝減震墊。（附圖3）

此次改造所用的材料有：空氣濾芯總成 LQ120-1 4

2 濾芯 S2D-1119040.1 8

3 進(jìn)氣岐管 S2D-1119040.1 4

4 雙頭螺桿 S2D-1119030.3 2

5 彎管 4

6 7”卡箍 4

7 7”-8”橡膠接頭 4

8 8”卡箍 4

9 7”45°橡膠彎頭 8

10 7.5”卡箍 16

5.總結(jié)

改造后發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力提升了，同時(shí)也解決了尾氣冒白煙起動(dòng)困難等問(wèn)題，經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用化驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油SI含量未超標(biāo)?？諝鉃V芯主要作用為濾除空氣中的灰塵、砂粒，保證氣缸中進(jìn)入足量、清潔的空氣?？諝鉃V芯是一個(gè)極不起眼的部件，因?yàn)樗恢苯臃从耻囕v的技術(shù)性能，但在車輛的實(shí)際使用中，它卻對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命有極大的影響。一方面，如果沒(méi)有空氣濾清器的過(guò)濾作用，或使用假冒濾芯，發(fā)動(dòng)機(jī)就會(huì)吸入大量含有塵埃、顆粒的空氣，加速活塞組及氣缸的磨損。較大的顆粒進(jìn)入活塞與氣缸之間，會(huì)造成嚴(yán)重的“拉缸”現(xiàn)象，使發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢；另一方面，如果在使用過(guò)程中，長(zhǎng)時(shí)間不維護(hù)保養(yǎng)，空氣濾清器的濾芯就會(huì)被灰塵堵塞，不但過(guò)濾能力下降，還會(huì)減少空氣的吸入量，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率和扭矩下降，啟動(dòng)困難。因此，使用原廠正品以及按期保養(yǎng)更換空氣濾芯是至關(guān)重要的。通常建議每1.5萬(wàn)公里更換一次。經(jīng)常在惡劣環(huán)境中工作的車輛應(yīng)當(dāng)不超過(guò)1萬(wàn)公里更換一次。

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作者簡(jiǎn)介

秦少華（1971），高級(jí)工程師，1993年畢業(yè)于內(nèi)蒙古煤炭工業(yè)學(xué)校，現(xiàn)任職于神華哈爾烏素煤炭分公司露天煤礦供電隊(duì)隊(duì)長(zhǎng)。

齊秀英 ，出生于1972年10月，現(xiàn)年44歲，女，內(nèi)蒙古鄂爾多斯市人，現(xiàn)在選煤廠擔(dān)任技術(shù)員工作工作。