矿用柴油机进排气系统防爆前后的性能分析1.doc

矿用柴油机进排气系统防爆前后的性能分析
摘要：针对矿用柴油机在煤矿井下应用时防爆性的要求，在发动机试验台架上进行了进排气系统经防爆后不同程度增大的进、排气阻力对CAT3306型防爆柴油机性能影响的试验分析。结果表明：矿用柴油机因进、排气防爆装置的添加，使得进气不畅，排气困难，并进而带来燃烧变差，性能恶化。且进排气阻力越大，动力性下降越明显，燃油经济性恶化越严重。
关键词：矿用防爆柴油机；进排气阻力；性能；
AnalysisontheIntakeandExhaustSystemPerformanceofMineDieselEnginebeforeandafterExplosion-proof
Abstract:Accordingtotheexplosion-proofrequirementswhenthedieselengineusedinthecoalmine,thispaperstudiestheeffectsofintakeandexhaustsystemsaddedflameproofonpowerandbrakespecificfuelconsumption(BSFC)ofCAT3306minedieselbyincreasingintakeandexhaustresistanceontheenginetestbench.Theexperimentalresultsindicatethat:theintakeairisnotsmooth,theexhaustisdifficult,thecombustionbecomesworse,theperformancewilldeteriorateafteraddingexplosion-proofdevice.Inaddition,theintakeandexhaustresistanceisgreater,theperformancedeteriorationismore.
Keywords:Mineexplosion-proofDiesel；IntakeandExhaustResistance;Performance

鉴于煤矿井下工作环境的通性：瓦斯浓度高；粉尘积聚和通风性差，因此必须要求矿用柴油机在工作时防止可能产生进、排气回火和排气温度高，点燃井下巷道中的可燃气体和煤粉等易燃物体。而煤矿井下用柴油机是在普通车用柴油机基础上，对柴油机本机、进气系统、排气系统及外围辅助装置按煤矿井下防爆安全性要求进行重新设计和改造后，增加了安全保护功能，在超过安全规定允许值时能自动停机保护的装置[1]。因此研究不同进、排气防爆装置添加前后产生的阻力对矿用柴油机性能影响的分析很有必要。
1矿用柴油机的工作原理
1.1矿用柴油机的防爆安全系统
矿用柴油机的防爆安全系统有：(1)防爆柴油机的进、排气系统均加装了阻火器来有效地防止进气回火或气门叠开期间气缸内高温高压废气中的火焰通向大气，并阻灭高温废气中的火焰与火花；(2)在排气系统中加装双层式水冷排气套管和水浴式废气处理箱来降低最终的排气温度，并消除火花和减少烟尘，达到冷却和净化的目的[2]；(3)对涡轮增压器进行强制冷却是降低矿用柴油机的表面温度；(4)在进气系统中装入风门阻断缸和在燃油供给管路中增装的柴油灭火缸可在紧急状况出现时能够及时可靠的停机，来提高矿用柴油机井下作业时的安全性。矿用柴油机整体防爆结构示意图如图1所示。
图1矿用柴油机防爆系统结构示意简图
矿用柴油机的工作过程
矿用柴油机的工作过程：新鲜充量流经空气过滤器滤除吸自空气中的杂质或粉尘后，经风门阻断缸和进气防爆栅栏后进入符合防爆要求的本机系统中。柴油机本机及配套系统的冷却采用闭式强制液冷系统，从膨胀水箱处加注冷却液（或防冻液），采用大容量的散热器，对本机及水冷排气歧管和软连接管、增压器处等进行冷却。燃烧后的废气通过水冷式排气歧管、软连接水冷式排气管和废气处理箱后实现降温、洗涤、消声的目的，并在废气处理箱内经过水中的一两个挡板阻隔后，再经排气防爆栅栏排出箱外[3]。
2试验方案
2.1试验方案
外部条件相同时，测试原机裸机（未防爆时）和原机进气系统防爆、排气系统不防爆时进气不同阻力对柴油机动力性、经济性的影响；以及外特性工况下柴油机进气系统防爆、排气系统不防爆和进、排气系统均加装防爆措施时的不同排气阻力对柴油机性能的影响规律。
2.2试验装置
台架试验所用的样机机型为CAT3306直列六缸、强制水冷矿用防爆柴油机，主要参数如下表1所示，其它试验测试仪器见表2。
表1CAT3306矿用柴油机主要参数
型号CAT3306形式直列、四冲程、增压中冷、直接喷射缸径×行程121mm×152mm排量10.45（L）压缩比15:1标定功率/转速160kW/1500rpm表2试验测试仪器