190型柴油機電暖機裝置的設計與應用

王文智　張小虎　金志雄　章喻華

摘要：詳細闡述了190型柴油機電暖機裝設計原理、改造安裝情況和現場試驗應用產生的效果和經濟效益，為鉆井降本增效、節能降耗起到了很大的作用。

關鍵詞：柴油機電暖機裝置設計應用

中圖分類號：TK423 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）08（c）-0100-02

吐哈鉆井公司鉆探的大部分領域都處于比較寒冷地區，在冬天打井時柴油機長期處于較低的野外環境溫度下運轉，其中尤其在三塘湖區塊冬季更是十分嚴寒。為了防止冷卻水冰凍，即使在鉆井過程中不需要全負荷動力的時候，柴油機也必須全部進行運轉[1]。該設計就是解決野外工作的190型柴油機冬季冷卻水凍結和啟動困難問題，替代以前采用低速運轉的方法。

1結構原理

結構原理如圖1所示。

根據190型柴油機的高低溫水箱以及高低溫水管線外置安裝的結構特點，將190型柴油機外置水管線進行改造，使2套電加熱裝置分別與高低溫循環水串聯起來，通過電加熱裝置的小型暖氣水泵促使柴油機冷卻液不斷循環，電加熱元件不斷供暖加熱從而達到暖機保溫目的。

該裝置主要由兩部分組成：一是電加熱裝置1；二是水泵循環裝置7，兩部分通過聯通管8進行串聯，電加熱裝置1將柴油機的冷卻液進行加熱，暖氣循環水泵7促使柴油機冷卻液在機體內不間斷循環，從而使整個機體溫度保持均衡。該裝置具有與循環水泵連接的上接管3和與散熱水箱連接的下接管5，其特征在于在上接管3和下接管6之間連通一個內部具有電加熱元件2的電加熱裝置1，并和機體的冷卻水形成閉式串聯循環。其主要優點是克服了北方冬季野外作業的柴油機循環水結冰影響使用和啟動時的蒸氣加熱工序。

2加熱器功率計算

假定柴油機工作的冬天野外溫度為-20℃，現在需要機體能夠保持30℃的恒溫，

即機體和外部環境溫差△t=30℃-（-20℃）=50℃

由于機體內部是一個相對密封的腔體，而冷卻水又一直圍繞缸套進行循環，其機體內部的溫度基本一致，即整個機體內部可以看作是一維溫度場，柴油機外壁的換熱有自然對流換熱和輻射換熱兩種方式，單位時間內自然對流傳導的熱量計算：

取機體外表面與空氣間的自然對流換熱系數α=7.5W/（m2·℃），

12V190柴油機外形尺寸為：L×B×H（mm）3400×1560×1600

柴油機機體表面面積：

F=2×（L×B+L×H+B×H）

=2×（3.4m×1.56m+3.4m×1.6m+1.56m×1.6m）

=26.48㎡

代入牛頓對流換熱公式Q=α·F·（tw-tf）

可得單位時間內的對流導熱量：

Q1=α·F·（tw-tf）

=7.5W/（㎡℃）×26.48㎡×50℃

=9.93kW

單位時間內柴油機機體熱輻射散失熱量：

Q2=F·ε·σ·[（Tw/100）4-（Tf/100）4]

=26.48㎡×0.9×5.67w/㎡×[（30+273）4-（-20+273）4]×10-8=5.84kW

（ε為機體輻射能力系數及黑度系數、σ為黑體輻射系數）

Q=Q1+Q2=15.77kW

即表明如果需要在-20℃的野外溫度下保持機體溫度在30℃以上至少需要有15.77kW的電加熱器不間斷地為循環冷卻液進行供暖。

結合現場工作環境以及電加熱棒的實際規格，選用4個4kW規格的電加熱棒合計功率16kW對柴油機高低溫冷卻水進行加熱的暖機方案，通過上面的計算和論證說明這一方案是完全可行的。

3總體設計

3.1 水管線連接

將柴油機左右循環水泵前端與水箱聯結的φ78S型水管拆下，將1#加熱器上端連接左側高溫循環水泵法蘭上，下端與水箱及膨脹水箱連管連接好，并將原高溫進水口溫度表感溫包插在水泵進水口水溫表座上，另外加一只附加溫度表，感溫包插入加熱器進水管水溫表座上內，表頭固定在適當位置。

將2#加熱器裝在右側低溫循環水泵法蘭上（接線盒向柴油機外側），下端與水箱及膨脹水箱連接好，加一只附加溫度表感溫包，插入加熱器進水管溫度表座內，表頭與另一只附加溫度表固定在同一表盤上，該溫度即為兩循環水最低溫度。

當柴油機正常運行時，將管線截止閥轉至與管線平行（開啟），并將閥門關閉即可。當柴油機需要加熱保溫時，將管線截止閥關閉，將閥門開啟，冷卻水就將經過加熱器加熱后不斷在機體內進行高低溫閉式循環，從而達到暖機保溫的目的。

3.2 電路連接

將每臺柴油機兩個加熱器用電纜線與接線盒可靠連接，用電纜線將接線盒與控制柜按端子號連接緊固。同時將加熱器下部進水口插入溫度傳感器接頭，固定牢固。每臺柴油機有高低溫兩個加熱器，因此每臺柴油機有兩條電纜線進入控制柜，井場的線路布局如圖2所示.

在檢查接線無誤后，對柴油機進行注冷卻液，檢查管線無滲漏后，開機運行3～5min，檢查電器各部分無異常然后給加熱裝置進行供電。

4現場使用效果評價

從2006年開始分別在8部鉆機的190柴油機上面安裝了暖機裝置，經現場試驗，使用效果良好，達到了預定的暖機效果。三塘湖井隊每年大概有5個月的保溫期，井隊安裝該裝置后，均可以在保溫期內對柴油機進行保溫，隨時可以進行啟動并正常運轉。

5結論

（1）190柴油機電暖機裝置對節約燃油、減少污染排放有很大實際效果，經濟效益及社會效益十分顯著。（2）190柴油機電暖機裝置的應用，使柴油機不再需要進行不間斷跑溫，對減少柴油機磨損、延長柴油機的使用周期有明顯效果。（3）環境溫度稍高時，該裝置也可進行間斷使用，只需在柴油機啟動前通電，達到快速預熱，從而避免冷機強行啟動對柴油機造成的損害。

參考文獻

[1] 髙志和，白承斌，張燕，等.12V190型柴油機節油裝置應用研究[J].石油礦場機械，2011，40（6）：77-79.