830E-AC 礦用卡車排煙系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計

常 鑫

（神華北電勝利能源有限公司，內(nèi)蒙古錫林浩特 026015）

0 引言

在我國北方地區(qū)冬季進(jìn)行物料運(yùn)輸作業(yè)，易出現(xiàn)物料凍結(jié)在卡車廂斗內(nèi)部的情況，部分物料無法排放，降低工作效率。我公司使用的830E-AC 型卡車原裝排煙系統(tǒng)兼具廂斗加熱功能，有效避免了冬季物料凍結(jié)在廂斗內(nèi)部。原車排煙系統(tǒng)通過發(fā)動機(jī)排出的廢煙用來加熱廂斗底板，防止物料凍結(jié)。廢煙流經(jīng)車廂，從車廂尾部排出，整個加熱過程為整體式。對廂斗加熱的過程中，廢煙沖刷對廂斗內(nèi)部造成腐蝕，使廂斗使用壽命整體下降，還易出現(xiàn)開裂現(xiàn)象，提升設(shè)備故障率。為有效降低發(fā)動機(jī)尾煙對廂斗的腐蝕，通過對卡車排煙系統(tǒng)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，工作原理進(jìn)行研究，總結(jié)行之有效的解決措施，對原設(shè)備的設(shè)計缺陷改造方案進(jìn)行反復(fù)研究論證，完成了830E-AC 卡車排煙系統(tǒng)改進(jìn)設(shè)計，實現(xiàn)了卡車廂斗在冬季需要加熱時轉(zhuǎn)換為加熱功能，在其他季節(jié)尾煙無需流經(jīng)廂斗，通過新增消音器排出。減少了廢煙對廂斗的沖刷腐蝕，從根本上提高了廂斗的使用壽命，減少了設(shè)備故障。

1 工作原理

830E-AC 礦用重型自卸卡車使用康明斯QSK－60 型柴油發(fā)動機(jī)，該型發(fā)動機(jī)為四沖程，60°V 置式16 缸發(fā)動機(jī)，功率可達(dá)2300～2400 HP（1715～1790 kw），吸煙方式采用單級渦輪增壓中冷式，在發(fā)電機(jī)1900 r/min 轉(zhuǎn)速下的壓縮比為16.5:1，排量為60 L，在額定轉(zhuǎn)數(shù)及功率情況下排煙背壓為50 mmHg，排煙管尺寸（可接受內(nèi)徑）為230 mm，采用的單級渦輪增壓進(jìn)煙技術(shù)，4 個缸共用1 個渦輪增壓，共安裝4 個渦輪增壓。發(fā)動機(jī)排出的廢煙通過排煙歧管—渦輪增壓器排煙口—排煙筒—消聲器—尾部軟連接—進(jìn)入廂斗，廢煙溫度高達(dá)300～400 ℃，通過大廂內(nèi)部煙道分散加熱后從兩側(cè)排出。排煙管布置在車架內(nèi)側(cè)，前端連接至發(fā)動機(jī)排煙管法蘭處，末端直至排煙管尾廂與大廂采用軟連接裝置進(jìn)行連接。由于整體長度達(dá)到7 m，共分為三段連接，每段采用溝槽式連接，用卡箍緊固，有效保證了尾煙順利排放。整體排煙管多處采用波紋管撓性連接，減少了因卡車振動帶來的損壞現(xiàn)象。同時，防止因熱膨脹系數(shù)造成排煙管彎曲或變形。

2 改進(jìn)措施

研究后可知，在原有排煙筒中部加裝一套側(cè)面尾煙排放裝置，并能實現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能，在冬季時通過轉(zhuǎn)換開關(guān)實現(xiàn)廂斗加熱，其他季節(jié)轉(zhuǎn)換為側(cè)面排放尾煙，有效降低廢煙對廂斗的腐蝕。同時，加裝的側(cè)排裝置，嚴(yán)格按照國家排放標(biāo)準(zhǔn)制作，內(nèi)部新增的三元催化器，實現(xiàn)了尾煙環(huán)保排放功效。具體方案如下：

（1）位置選取。排煙管前段因與發(fā)動機(jī)相關(guān)排煙部件相連，數(shù)量多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，改造空間極為有限，所以前段加裝側(cè)排難度較大，而后段經(jīng)過泵集中區(qū)域，管路較多，考慮安全因素，同樣不利于加裝側(cè)排，因此選擇在排煙管中段，兩側(cè)支撐梁過橋后方選取位置加裝側(cè)排裝置最為合理，將中段排煙管進(jìn)行完全改造后，從原排煙管前段接口處連接，高低平行排列，固定安裝在右側(cè)平臺下方。

（2）功能實現(xiàn)。在完全保留前、后段排煙管情況下，將中段排煙管處（支撐梁后側(cè)接口至主梁第一接口）進(jìn)行改造，此段加裝或重新設(shè)計制作一段三通管，分別連接前段、后段和側(cè)排裝置，同時該三通管道有閥門可以分別實現(xiàn)前段—三通—后段及前段—三通—側(cè)排裝置相應(yīng)的排煙功能，達(dá)到自由切換的目的。

（3）排煙管的相關(guān)參數(shù)設(shè)計：①直段跨接排煙管，材料為鍍鋁鋼，表面噴涂防銹、防腐蝕、耐高溫等聚合性材料，凹槽內(nèi)徑Φ凹=240 mm，凸沿外徑Φ凸=235 mm，外緣直徑Φ外=250 mm，兩種長度尺寸規(guī)格短管L短=500 mm，長管L長=2450 mm，凹槽與凸沿形成溝槽連接方式，外緣面使用卡箍緊固連接，管兩端截面其中一端為凹槽面，另一端為凸沿面；②中段三通排煙管，T 形正三通管道，材質(zhì)使用同直段跨接管，前后端分別采用凹槽、凸沿設(shè)計，垂直端無加工工藝，各直徑相同于直段排煙管，各端長度L通=430 mm，三通后端及垂直端各設(shè)計安裝一個葉面形閥門裝置，外部的操縱機(jī)構(gòu)能有效帶動閥門進(jìn)行360°旋轉(zhuǎn)，葉面隨旋轉(zhuǎn)而開啟或閉合通道，達(dá)到改變排煙流體方向的目的；③90°彎形排煙管，主要作用為改變?nèi)ù怪倍朔较蜻B接至消音器，使排煙方向由垂直變?yōu)樗较蛴遥湓O(shè)計參數(shù)為：彎曲角度DOB值為90°，空間轉(zhuǎn)角POB 值為283°，各直徑角度與上述排煙管相同；④阻性消聲器，其直管多室式結(jié)構(gòu)適用于排煙量較大煙道，其原理是利用多孔及相關(guān)吸音材料來降低噪聲，在聲波傳播過程中，管道截面積的改變或內(nèi)部共振室能引起聲阻抗的改變，產(chǎn)生聲能的反射和消耗，吸聲材料按一定排列方式固定在煙流通道或共振室的內(nèi)壁上，當(dāng)聲波進(jìn)入消音器后，一部分聲能在多孔材料的孔隙中摩擦而轉(zhuǎn)化成熱能耗散，聲波減弱。該消聲器對高頻消聲效果較好。內(nèi)部材料選用2 mm 厚耐高溫、抗腐蝕性金屬板材，表面進(jìn)行穿孔并卷成圓柱形，孔徑約為5 mm，穿孔率達(dá)60%左右，外表面仍使用相同于直段跨接管材料，加工成室型焊接與內(nèi)表面焊接，設(shè)計尺寸為：內(nèi)管直徑Φ內(nèi)=240 mm，外管直徑Φ外=400 mm，消音器長度L消=1420 mm；⑤固定件、管道之間連接件采用卡箍件連接，采用雙T 形溝槽強(qiáng)力喉箍，內(nèi)槽角度約為5°，消聲器采用前后端各使用一個U 形卡子固定，U形卡子定位焊接于平臺右側(cè)平臺下方。

3 排煙管的裝配

左側(cè)前段排煙管—（前端）左側(cè)三通排煙管（垂直端）—90°彎形排煙管—長直段排煙管—消音器，三通后端接左側(cè)后段排煙管，其消音器位于并列排布的前側(cè)。

右側(cè)前段排煙管—短直段排煙管—（前端）右側(cè)三通排煙管（垂直端）—90°彎形排煙管—消音器，三通后端接右側(cè)后段排煙管，其消聲器位于并列排布后側(cè)。

為保證右側(cè)翼子板下方安裝的并列式消聲器具有正常裝配間隔，①其消聲器管中心距為40 mm，外管壁之間間隔10 mm，在左側(cè)三通排煙管前端加裝了短直段跨接排煙管，能有效使左、右消音器呈前后并排布局；②左側(cè)排煙管因距離右側(cè)安裝位置較遠(yuǎn)，在其90°彎形排煙管后端加裝了長直段跨接排煙管，保證了兩個消聲器排出口位置錯開，避免影響正常廢煙排出；③各排煙管之間均采用溝槽連接方式，凹槽與外沿進(jìn)行嵌合，之間配合間隙小于0.5 mm，同時兩段排煙管配合后形成的外緣進(jìn)入T 形溝槽喉箍槽內(nèi)，緊固連接，能有效防止廢煙泄漏；④U 形卡子弧面與平臺底面進(jìn)行焊接，下方平板將消聲器托起后使用螺栓緊固連接，消聲器前、后端各用一個卡子進(jìn)行固定，圖1 為改造后的平面效果圖。

圖1 改造后的排氣煙管道平面布局

4 效果

改造完成后，能完全滿足改造思路中提出的各項功能要求，提高防火布使用壽命，實現(xiàn)夏季可以將后段排煙管完全關(guān)閉，有效降低在后段排煙管包裹的防火布老化及燒蝕概率，使其使用壽命增加接近1倍。降低材料配件的損耗率，廂斗煙箱與排煙管采用撓性軟連接方式，廢煙中的二氧化硫煙體經(jīng)過相關(guān)復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)生成的酸性物質(zhì)極易損壞該配件，在使用側(cè)排煙裝置后，能有效降低配件損壞率50%以上，廂斗使用壽命增加50%。

5 結(jié)束語

通過對830E—AC 型卡車排煙系統(tǒng)改造，切實收到了良好效果。一是提高了配件使用壽命，廂斗使用壽命增加50%，其他排煙系統(tǒng)配件使用壽命均提高1 倍，節(jié)約了成本，減少了卡車故障；二是有效預(yù)防了因雨季造成雨水從排煙管進(jìn)入發(fā)動機(jī)，造成發(fā)動機(jī)故障；三是降低泵管路集中區(qū)域發(fā)生火災(zāi)事故的概率，后段排煙管道從泵上方直接穿過，如果泵區(qū)域管路發(fā)生液壓油泄漏故障，噴灑至排煙管道的防火布包裹連接或漏煙處，極易引起火災(zāi)事故的發(fā)生。本次改造為本單位及設(shè)備生產(chǎn)廠家提供了寶貴經(jīng)驗。