柴油发电机的进气和排气装置布置

摘要：进排烟系统是指防爆型柴油发电机在工作时需要进气装置和排气机构的辅助，相当于人类身体中的呼吸机构，因为柴油自身在燃烧过程中会出现较大的容量，且相对于柴油来说也具有一定的经济性，因而柴油发电机会被广泛的运用于发电机组中。虽然柴油发电机在容量上有较大的优点，但是在环保方面却存在一定的缺陷，对柴油发电机的进排烟构造进行优化布置将会有助于柴油发电机工作程序中噪音的减少、废气排放量的减少等。

      进气和排烟装置的工作原理如图1所示，空气流向路径如图2所示。

       对于柴油发电机进气装置组成的规划详细包括空气过滤器与进气支管的布置，其空气循环示意图如图3所示。下面康明斯发电机公司将单独分析两种不同零件组成的规划方式。

      空气滤清器的功用主要在于净化进入汽缸内的空气，空气中含有很多杂质，如果不经过过滤器直接进入进气管然后进入气缸，就会加载汽缸内机械部件的事故，进而会减轻发电机部件的使用年限。由此可见，空气理滤清器在进气系统中很重要。空气过滤器的性能好坏，重点在于所选择的材料，目前较新一代的空气过滤器采用的是复合型滤网，即是由低阻有效HEPA滤材与高效改性活性炭复合制成，其与普通滤网有加大的差异，比普通滤网的过滤效果更优化。

      柴油发电机上的进气导流管的规划直接影响空气的进气转速与进气效能，空气进入进气导流管之后，其流动是被动的，其依靠发电机的谐振以及进气导管的特殊结构，进而保证其进气速度。为保证进气导管中空气流动速度与流动效果比较稳定，本文所规划的柴油发电机中的进气导流管应为细长规格。

      进气支管布置会直接危害柴油发电机的效能，进气歧管的功用是为每一个汽缸导出柴油燃烧过程中所需要的空气，因为柴油发电机的每个汽缸的燃烧状态是相似的，所以每一个气缸的进气支管的长度和弯曲度也要尽量保持一致，同时，为保证空气在支管中有偏高的流速，支管内壁的光滑度也有一定的要求，为保证进气支管散热均匀、轻量，具有过高的进气能力，柴油发电机的进气支管多由铝合金材质制造而成，但随着新材料的发展与应用，复合材料制成的进气支管应用也十分的广泛。

      为保证柴油发电机在运行流程中的高低速的要求，进一步保证进气歧管的谐波效应，本文将会采用对于可变进气机构的举措布置。

      根据柴油发电机的运转需求，康明斯发电机公司知道每一根进气歧管中的空气会以脉冲的方法进入气缸，较长的进气歧管能满足柴油发电机低速的需求，而相对而言，较短的进气歧管会满足柴油发电机高速匀速，因而本文为保证柴油发电机运转稳定采用可变长度的进气歧管，即每个进气歧管都包含两种（一长一短）进气程序，由专门的空气控制阀来控制空气从哪一个进气歧管流入，发电机具有中低速功率要求时，外侧通道的空气会有长进气管进入气缸。反之亦然，柴油发电机具有高功率要求时，外侧通道的空气会由短进气管进入汽缸。

      柴油发电机排气装置的构造设计中，详细设计两个方面：其一，排气支管的设计，需要清除的技术问题为保证汽缸内废气不发生气流干扰而顺畅地排出去，防范废气倒流。另外，消声器的设计，保证气体排放的噪声能够高效地被减少。

      排烟歧管的设计中，形状是规划中的关键因素，形状的优化可预防气缸内气体功用力的相互干扰，进而有效防止尾气倒流情况的发生。为了高效防范上述情况的产生，康明斯发电机公司尽量在规划排烟歧管不去过多的干涉气体排放的走向，而是顺着气体的惯性排出，进入排气管后，尽可能的加长排烟歧管的长度以合理的降低尾气排放阻力。排烟歧管的设计需保持等长度且要相互独立。对于四缸柴油发电机来说柴油发电机启动不了，为保证排烟中气体不相互干扰，可将1，4缸的排烟支管汇合在一起，将2，3缸的汇合在一起，二者可以很好地满足以上的要求。

      柴油发电机汽缸发生的废气并无法直接排到大气中去，这是因为从汽缸中出来的废气温度比偏高，废气的压力比较大，带有较高的能量，同时排气量的大小会随着发电机的作业容量，有间歇性的变化，这种气体也会在排气管中产生压力脉冲，促使排烟管会发生振动，排出的气体也会发生强烈的空气流动，从而会发生较大的噪声。为了能够高效的减小排烟步骤中产生的噪声，康明斯发电机公司会专门的在发电机组的排烟管上加装消音器锐减气体的排放压力及噪音，较终能够促使噪声水平控制在标准数值之内，满足于国家规定的排放规范。

      消声器的规划中外壳部分为双层钢板焊接制成（外观如图4所示）， 另外，在消声器的内部会将内壳作成波纹状，以此来进一步让气体经过更多的时间和过程才能够排出去，消声器规划的目的在于消耗尾气的排放能力与排气压力。有利于排气脉动的散射，不让脉动形成尖波状，防范产生能量集中区域消声效果是较好的。

      进气装置由进气管、进气阻火栅栏，空气关断阀及空气过滤器等结构。

      进气阻火栅栏组成为迭片式，由多块1.2mm厚，51mm宽的不锈钢板迭加在一起制成的一组栅栏，栅栏片与片的间隙≤0.5mm专为熄灭火焰之用。是为了防止柴油发电机汽缸内可能返回的火焰直接通向大气、火焰经它熄灭，不至引燃作业环境的易燃气。

      为了保证防爆型柴油发电机有足够的进气量，应经常清理栅栏的表面和间隙间的杂质。清理时应保证栅栏间隙不被破坏。空气关断阀是为了安全而设置的，在防爆型柴油发电机发生飞车现状时，用作紧急停机用。在空气关断阀关闭状态下进气被完全切断，在5~10秒内，防爆型柴油发电机即可停止运行。在正常作业情形停机时，要使用停机开关，严禁操作空气关断阀停机。

       空气滤清器的详细构成部分（如图5所示）是滤芯和机壳，其中过滤器是具体的过滤部分，承担着气体的过滤工作美国康明斯发电机官网，而机壳是为过滤器提供必要保护的外部构成。操作一段时间后必须替换，否则会存在空气空气过滤不充分的短处，还会致使空气滤清器被灰尘阻塞，被阻塞后，进气阻力增大，致使可燃混合气变浓，使柴油发电机的输出功率下降，燃油消耗增高，持久下去甚至会危害到柴油发电机械寿命。 

      进气管是柴油发电机进气机构的重要零件（如图6所示），常装配于柴油发电机的顶部，但因其整体由金属管端成型机挤压成型，刚性较强，弯折后结构强度下降。柴油发电机作业时会连带柴油发电机进气管一起震动，持久使用，柴油发电机进气管弯折处容易见生裂痕等缺陷。 

      排烟装置由水夹层排气管、水夹层弯管、水夹层波纹管、废气解决箱和排烟阻火栅栏以及补水箱等构造。 

      水夹层中的水作为冷却液与防爆型柴油发电机冷却机构联通封闭循环冷却，保证排气管表面温度不超150℃。各部件之间在连接处通过橡胶软管将各水夹层联通，使水夹层形成了一个通畅的循环水路。水夹层波纹管位于防爆型柴油发电机和废气处理箱之间，详细起减震的作用。

      废气排查箱内有排烟阻火栅栏、水浴箱和膨胀箱。用以解决由排气管进入的废气。主要用作熄灭废气中的火焰、进一步冷却和洗涤废气，解决炭烟及溶解废气中的部分有害物质。经过排烟阻火栅栏熄灭火焰和水浴消除后的废气经膨胀箱、排烟尾管通向大气。

      排气阻火栅栏构造为迭片式，由多块1.2mm厚，51mm宽的不锈钢板迭加在一起制成的一组栅栏，栅栏片与片的间隙≤0.5mm专为熄灭火焰之用。要及时清理栅栏的表面和间隙间的杂质和积炭，以保证排烟的畅通。排烟阻火栅栏，要做到每天一清理，清理时打开修复门，松动顶紧轮，抽出栅栏，清理两表面上的积炭和杂质，然后将栅栏装回顶紧，关闭维修门并锁住。修理清理时应保证栅栏间隙不被破坏。

      废气排查箱中的水量控制，废气处置箱中的水量约50升，与补水箱连通。废气处理箱中水量的大小由进水浮球阀和水位报警浮球控制，进水浮球阀控制较高水位和在水量不足时由补水箱向废气排查箱中补水。水位报警浮球在水位降至较低控制水位且补水箱无法正常向废气解除箱中补水时，起动自动保护系统报警并在1分钟内使防爆型柴油发电机自动停机。因此，每次工作前必须将补水箱加满水柴油发电机故障排除，在作业中要随时观察补水箱的水位，及时加水保证防爆防爆型柴油发电机作业正常。

      在进、排气的管路中，各连接法兰处都夹有密封衬垫，衬垫均采用特制的铜皮包封石棉板制成，具有良好的弹性、拆卸时若发现有事故或失去弹性应予更换，对各处的密封面不许有任何碰伤和划痕。

       总的来说，本文对于电控和防爆柴油发电机进排烟系统结构规划分别进行了相关的讲解，由于本文的篇幅有限，故而讨论深度仍然不够，对于一些领先的进排烟装置组成设计的理念与方法表述不够透彻。 柴油发电机进排烟系统的组成优化不仅可以高效保证发电机功率的稳定，同时也影响着发电机的排放指标、噪声生成等等，对于进排气系统来说，其一般都具有较为复杂的管路结构，其在发挥作用过程中，一个小的构造优化就可能改变其运转状态，因而对于柴油发电机进排气系统组成布置与优化的讨论，对于提高柴油发电机的性能具有重要的作用。