防爆胶轮车柴油发动机散热器的设计

防爆胶轮车柴油发动机散热器的设计 焦高荣 (煤炭科学研究总院 太原分院,太原030006) 摘 要:着重介绍了散热器的结构及计算方法,并根据防爆胶轮车的工况,用实例进行了进一步的说明。散热器的 合理设计,可以提高发动机的效率,增加其使用寿命。 关键词:柴油发动机;散热器;设计 中图分类号:TD52 文献标识码:A 文章编号:1008 - 8725(2007)05 - 0011 - 03 Design of Diesel Engine Radiator in Model Flameproof Rubber - tyred Locomotive JIAO Gao - rong (Taiyuan Branch , China Coal Rsearch Institute , Taiyuan 030006 ,China) Abstract:The paper Emphasis introduces the structure and calculate methods of radiator ,and illuminates it with example ,according to operate condition of flameproof rubber - tyre locomotive. The perfect design of radi2 ator ,not only improve efficiency of engine ,but also increase its useful life. Key words:diesel engine ; radiator ; design 0 引言 随着胶轮运输技术与装备的系列化和产业化, 现代化新建矿井多数选用无轨胶轮车进行辅助运 输。无轨胶轮车采用防爆柴油机作为动力源。由于 井下环境的特殊性,柴油机常出现过热现象,究其原 力不够,胶带的稳定性就很差,受外力干扰的影响就 越大,严重时还会产生打滑现象。对于使用重锤张 紧装置的带式运输机可添加配重来解决,但不应添 加过多,以免使皮带承受不必要的过大张力而降低 皮带的使用寿命。 对于使用螺旋张紧或液压张紧的 带式运输机可调整张紧行程来增大张紧力。但是, 有时张紧行程已不够,皮带出现了永久性变形,这时 可将皮带截去一段重新进行胶接。 2 跑偏的调整 211 设计有凹段的带式输送机的跑偏的调整 如凹段的曲率半径过小,在启动时如果皮带上 没有物料,在凹段区间处皮带就会弹起,遇到大风天 气时还会将皮带吹偏,因此,最好在皮带运输机的凹 段处增设压带轮来避免皮带的弹起或被风吹偏。如 下层输送机有机架下沉,更会加剧胶带的腾空范围, 极易跑偏。因此,在设计阶段应尽可能地采用较大 的凹段曲率半径来避免此类情况的发生。 212 双向运行皮带运输机跑偏的调整 双向运行的皮带输送机皮带跑偏的调整比单向 皮带输送机跑偏的调整相对要困难许多,在具体调 整时应先调整某一个方向,然后调整另外一个方向。 调整时要仔细观察皮带运动方向与跑偏趋势的关 系,逐个进行调整。重点应放在驱动滚筒和改向滚 筒的调整上,其次是托辊的调整与物料的落料点的 调整。同时应注意皮带在硫化接头时应使皮带断面 长度方向上的受力均匀,在采用导链牵引时两侧的 受力尽可能地相等。 213 60 槽角带式输送机跑偏的调整 托辊槽角为60 的带式输送机现已作为大倾角 带式输送机在煤矿系统广泛应用,其胶带跑偏的调 整方法如下: 安装带立辊的调心托辊组,以防胶带 跑偏; 安装带限位托辊的压带装置,以防飘带和跑 偏; 用3卡槽的托辊组使胶带跑偏调整简便; 用 带立辊的断带抓捕器,以防胶带跑偏后与固定架摩 擦; 如果选用国产钢绳芯胶带,由于其硬度大成槽 不好,60 槽形托辊中间的V形托辊应设计为30 35,以防飘带。 3 结束语 带式输送机胶带跑偏的原因多,对具体情况要 认真观察,分析问题,调整后还应当认真观察,直至 胶带恢复正常运行。 参考文献: 1 张尊敬,等. DT(A)型带式输送机设计手册M.北京:冶金 工业出版社,2003 ,8. 2 成大先.机械设计手册M.北京:化学工业出版社,2002 ,1. 收稿日期:2007 - 01 - 26;修订日期:2007 - 03 - 09 基金项目:煤炭科学研究总院技术创新基金资助(2004CX11) 作者简介:焦高荣(1969 - ) ,男,山西运城人,高级工程师,现在煤炭科学研究总院太原分院售后服务中心工作,E - mail :fbcls sina1com。 第26卷第5期 2007年5月 煤 炭 技 术 Coal Technology Vol126 ,No15 May ,2007 因与散热器的设计计算不合理有很大关系。因此, 依据特殊工况对防爆胶轮车柴油机散热系统的正确 计算尤为重要。 1 散热器的设计 散热器选用管片式,散热器的设计以符合发动机 在正常工作范围的散热量需要设计,同时,应满足车 辆安装需求的最小空间和维护方便等内容综合考虑。 1.1 散热器的结构 散热器俗称水箱,它主要由上贮水箱、 下贮水 箱、 散热器芯和护风圈组成,此外还有上下进出水 口、 放水口、 放气孔和补水口等。如图1所示。 图1 散热器结构示意图 11 进水口 21 上水室 31 放气孔 41 补水口 51 护风圈 61 放水 口 71 下水室 81 出水口 91 散热器中心线 101 散热器芯部 111 风扇中心线 1.2 理论依据及计算方法 (1)散入冷却系统的热量Qw Qw受许多复杂因素的影响,很难精确计算,可 以用下列经验公式估算: Qw=AgeNehn3 600(1) 式中A 传给冷却系统的热量占燃料热能的百 分比,一般取0.180.25; ge 发动机燃料消耗率,一般取0.210 0.270 kgkW. h; Ne 发动机功率,kW; hn 燃料低热值,一般取41 870 kJkg。 (2)冷却水的循环量Vw Vw=Qw twwcw(2) 式中 tw 冷却水在发动机中循环时的容许温 升,一般取612; w 水的密度,近似取1 000 kgm3; cw 水的比热容,可取1 J(kg. K)。 (3)冷却空气的需要量Va Va一般根据散热器的散热量来确定,散热器的 散热量可近似等于散入冷却系统的热量Qw。 Va=Qw taacp(3) 式中 ta 空气经过散热器前后的温差,通常 取1030; a 空气的密度,一般取1.01 kgm3; cp 空气的定压比热容,取0.25J(kg. K )。 (4)设计散热器的芯部 管片式散热器的评价参数主要有传热系数和空 气阻力两项。传热系数受散热器芯部结构、 水管中 水流速度、 通过散热器的空气流速、 管片的材质及制 造质量的影响,空气阻力主要取决于散热器芯部的 结构和尺寸。当散热器外形尺寸不变时,增加散热 片的间距,可以提高传热系数,但散热片的间距增大 后会减少散热面积,间距过小时又会增大空气阻力, 所以一般散热片间距取215415 mm ,考虑到防爆 胶轮车主要在井下运行,空气中煤粉较大,易堵塞, 一般取较大值45 mm;管片式水管的尺寸一般为 (2 3) mm (12 19) mm ,我国散热器标准规定为 212 mm19 mm ,考虑到井下水质较硬,可取3 mm 19 mm ,水管常用黄铜或紫铜制造,考虑到有色金属 的成本高,水管壁厚取011 mm012 mm ,散热片厚 度为0106 mm011 mm。管子的排列顺序有顺排、 错开排和管子与气流方向成一定角度排列的排列方 式,矿山车一般取37排,但考虑排数增多进气阻 力相应增大,一般取34排为宜。水管横向间距10 mm15 mm ,纵向间距15 mm25 mm。 散热器的上下水箱用018 mm的黄铜或钢皮冲 压而成,散热器较大时取110 mm115 mm ,上水箱 高度为60 mm100 mm。 (5)散热器的正面积FR FR=Vava(4) 式中 va 散热器正面前的空气流速,ms;可根 据车速来计算。 (6)散热器的高度和宽度 由总布置确定散热器的高度和宽度。一般先确 定高度h,再确定宽度b。 b=FRh(5) (7)散热器的水管数 i=Vwvwf(6) 式中f 每根水管的横截面积,m2; vw 水在散热器水管中的流速,取016 018 ms。 (8)散热器的散热表面积F 12 煤 炭 技 术 第26卷 F=QwKRt(7) 式中 KR 传热系数,一般取0106901117(kJ m 21s1 ) ; t 散热器中冷却水和冷却空气的平均 温差,t=tw-ta = ( tw1-tw2) - (ta1+ta2) ;tw为冷却水的平均温 度,tw=tw1-tw2 ;ta为冷却空气的 平均温度,ta=ta1+ta2 ;tw1为散热 器的进水温度,取95100;ta1为散 热器冷却空气的进口温度,取40; tw为散热器冷却水的进出口温差 (即冷却水在发动机中循环时的容许 温升 ) , 取612;ta为散 热 器 冷 却空气的进出口温差,取1030。 (9)散热器的实际表面积Fo 实际工作时,由于冷却空气流速不可能均匀,以 及散热器工作的地方灰尘较大,散热片上会有尘土, 这样散热性能就要下降,所以实际选取的散热面积 Fo要比理论计算的散热面积F大一些,通常取 Fo=F(8) 其中:为储备系数,一般取1111115。计算 结果可用散热器的比散热面积来验算,即载重车取 FoNe= 0120401408 m 2 kW。 (10)散热器芯部的厚度lR lR=FoFR(9) 式中 散热器芯的容积紧凑性系数,一般取 = 5001 000 m 2 m 3 。 对于选定的芯部结构,它是一个定值。 2 实例计算 以WqC3J防爆胶轮车为例。 (1)发动机功率为83 kW,ge取0125 ,A取0123 , 代入(1)式,则散入冷却系统的热量Qw=55151 kJs; (2)tw取10,代入(2)式,则冷却水的循环量 Vw= 01001 3 m 3 s; (3)空气经过散热器前后的温差ta取20,代 入(3)式,则冷却空气的需要量Va= 21625 m 3 s; (4)散热器的正面积由(4)式得FR= 01328 m2, 考虑到驾驶室座下宽度,取散热器芯宽b= 01556 m ,则由(5)式得芯高h= 01580 m; (5)传热系数KR取0108 kJm21s1 ,散热器的 进水温度tw1取95,ta1取40,冷却水在发动机中 循环时的容许温升 tw取10,散热器冷却空气的 进出口温差ta取20,散热器的散热表面积由(7) 式得F= 171347 m 2 ; (6)考虑到井下粉尘较大,散热器工作一段时间 后散热能力要下降,故储备系数取1115 ,则散热 器的实际表面积由(8)式得Fo= 19195 m 2 ,由公式 (9)计算出散热器芯部厚度lR= 01076 mm ,上下水室 高度各取60 mm ,最后得散热器芯部尺寸为580 mm 566 mm76 mm ,散热器外形尺寸为700 mm596 mm100 mm。 3 结语 实际使用时,散热器的散热效果及寿命的长短 与所注入的冷却水有很大关系。使用时应使用软水 而不宜用硬水。所谓硬水即水中含有可溶性钙盐和 镁盐,一升水中含有10 mg氧化钙或同等作用的盐 类时即表示水