井下防爆裝載機對發動機尾氣的排放溫度及發動機各部件表面溫度都有嚴格要求，特別

要求發動機排氣管表面溫度不能超過 150℃，否則會引起粉塵爆炸，導致安全事故。我們針對井下防爆裝載機發動機排氣冷卻系統存在的問題進行了改進。

1. 冷卻原理及存在問題

目前井下防爆裝載機發動機排氣冷卻系統有 2 種方式：一種是自然循環冷卻，另一種是強制循環冷卻。

（1）自然循環排氣冷卻方式

自然循環排氣冷卻方式是利用熱水上浮、冷水下沉原理，使散熱系統內冷、熱水自然循環，以降低發動機的排氣管溫度。該種井下防爆裝載機所裝發動機冷卻系統與排氣冷卻系統為 2 個獨立系統，排氣冷卻系統由補水箱 1、排氣歧管 2、排氣彎管 3、尾氣水洗箱 4 組成，如圖 1 所示。

排氣歧管 2、排氣彎管 3 中設置有冷卻水管道，內部充滿冷卻水，排氣歧管 2 與發動機機體連接，排氣彎管 3 與排氣水洗箱連接。發動機排出的尾氣經過排氣歧管 2、排氣彎管 3、尾氣水洗箱 4 排放到大氣中。尾氣水洗箱 4 存有大量冷卻水，尾氣排放過程中部分水被發動機尾氣帶到大氣中，再通過 e3 ～ e4 的管路由補水箱 1 給尾氣水洗箱 4 進行補水。高溫尾氣對排氣歧管 2、排氣彎管 3 加熱，再通過其管中的冷卻水進行冷卻，冷卻水溫度升高后，根據冷水下沉、熱水上浮原理，補水箱中的冷卻水通過 e1 ～ b1 管路和 e2 ～ b3 管路流入排氣歧管 2、排氣彎管 3 中，冷卻水與排氣歧管 2、排氣彎管3 中熱水進行熱交換，以降低排氣歧管 2、排氣彎管 3 表面溫度。

該種排氣冷卻方式結構簡單，但散熱效果不佳，要求補水箱容積大、且處于通風位置，以利于箱體散熱，這樣才能使冷卻水進行充分交換，滿足散熱要求。

（2）強制循環排氣冷卻方式

強制循環方式是利用發動機水泵和風扇 ,通過增加散熱器面積以釋放排氣管發出的熱量，發動機散熱與排氣冷卻共用 1 種冷卻液，如圖 2所示。

補水箱 1 中的冷卻液在發動機水泵作用下循環，對發動機機體進行冷卻，其冷卻原理同常規工程機械發動機冷卻原理相同。從發動機機體流出的冷卻液一路進入散熱器進行散熱，另一路對排氣冷卻系統進行冷卻。

發動機尾氣經過排氣歧管 4、排氣彎管 5、尾氣水洗箱 6 排放到大氣中。冷卻液經過排氣歧管 4、排氣彎管 5、尾氣水洗箱 6 后，經 b3～ e2 管路流經補水箱形成循環，使排氣支管 4及排氣彎管 5 的表面溫度降低，將排氣系統冷卻。尾氣水洗箱 6 的水依然需被消耗，并通過 e3 ～e4 管路從補水箱 1 補水。當補水箱水位低于一定液面位置時，水位報警指示燈亮起，需對補水箱進行補水。

該種排氣冷卻方式冷卻效果較好，但存在以下 3 個問題：一是補水箱與發動機共用冷卻液，冷卻液排放到空氣中，造成發動機內的冷卻液不斷減少，若不及時補充冷卻液，會導致發動機因缺少冷卻液而發熱；二是排氣散熱與發動機機體散熱共用 1 個散熱器，散熱器散熱面積要足夠大，風扇的散熱效果要非常好，給整機的布局及風扇的選型造成一定困難；三是冷卻液一般為防凍液，防凍液不斷流失，需要不斷補充，因此增加了成本。若使用普通水進行冷卻，容易造成散熱器堵塞。

2. 改進方法

我們認為，采用發動機機體散熱與排氣冷卻系統分開散熱比較經濟。故在排氣冷卻系統中增加副水泵對排氣冷卻系統的冷卻水進行強制循環，以改善排氣散熱效果，并由副水泵為尾氣水洗箱補充消耗掉的冷卻水量。改進后的排氣冷卻系統如圖 3 所示。

我們利用發動機壓縮機氣泵帶動副水泵 , 補水箱 1 的冷卻液在副水泵的作用下，流經排氣歧管 4、排氣彎管 5，經 b3 ～ e2 管路流回補水箱 1。尾氣經過排氣歧管 4、排氣彎管 5、排氣水洗箱 6 過程中被冷卻。這樣冷卻水在排氣歧管 4、排氣彎管 5 中不斷循環并進行熱交換，以降低排氣支管 4、排氣彎管 5 的表面溫度。

尾氣水洗箱 6 的水被尾氣帶到大氣中后，通過管路 e3 ～ e4 補水箱 1 對尾氣水洗箱 6 進行補水。當補水箱 1 水位低于液面規定位置時，水位報警指示燈亮起，補水箱 1 需進行補水。

3. 改進效果

對井下防爆裝載機發動機排氣冷卻系統改進后，尾氣處理凈化系統與散熱系統分開單獨控制，解決了散熱器空間布置空間較大和散熱器容易堵塞問題。單獨設置水泵，并采用獨立散熱系統，使排氣歧管及排氣彎管的表面溫度降低到 150℃以下，滿足井下防爆溫度要求。

作者：張云雷 王慶

來源：《工程機械與維修》2018年第3期