淺談燃機(jī)進(jìn)氣口結(jié)冰原理及防冰措施

馬立軍

（哈爾濱電氣國際工程有限責(zé)任公司，黑龍江 哈爾濱 150000）

1 概述

燃?xì)廨啓C(jī)的使用能夠加快工業(yè)的發(fā)展，隨著我國工業(yè)化的深入，人們對于燃機(jī)的使用范圍在逐漸的拓寬。雖然燃機(jī)具有一定的使用優(yōu)勢，但是其難以處理的結(jié)冰現(xiàn)象，至今仍是燃機(jī)系統(tǒng)的一個主要弊端，如不加以處理，將會嚴(yán)重制約燃機(jī)的推廣。

2 成因

燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理簡述：A為阻擋式空氣過濾器元件，俗稱濾芯；B為空氣過濾器箱體及過渡段；C為進(jìn)氣消音器；D為燃機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉。進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象，常常在可結(jié)冰條件時發(fā)生在濾芯表面（可以看見）和消音器出口及進(jìn)氣導(dǎo)葉處（均看不見）。濾芯位置的結(jié)冰現(xiàn)象，主要是由于內(nèi)外的溫差變化造成的，如果不能夠得到及時有效的處理，那么積累嚴(yán)重的冰塊會導(dǎo)致報警系統(tǒng)啟動，更為嚴(yán)重的將會擾亂燃機(jī)的正常作業(yè)，最終迫使燃機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。而消音器出口處或進(jìn)氣導(dǎo)葉處結(jié)冰，冰塊會被吸入燃機(jī)，造成打斷壓氣機(jī)葉片的惡性事故。我們必須高度重視燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的結(jié)霜結(jié)冰現(xiàn)象，并徹底解決這個危及燃機(jī)安全運(yùn)行的事故隱患。

提高解決燃機(jī)結(jié)冰現(xiàn)象的能力，關(guān)鍵是要對導(dǎo)致燃機(jī)結(jié)冰的各種數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的分析，并利用計算的公式，對所有的數(shù)據(jù)進(jìn)行嚴(yán)格的控制。下面將從六個具體的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行理論的分析：

I段為空氣過濾器外側(cè)，并且假定為當(dāng)?shù)卮髿鈮篜0=91Kpa，環(huán)境溫度 ta=-7℃，相對溫度φ0=95%，空氣流動速度V0≈0m/s。

Ⅱ段為過濾器濾芯濾紙內(nèi)外側(cè)交接處，此處的空氣流速為 V1（m/s），空氣溫度為 t1（℃）。

Ⅲ段為過濾器箱體及過渡段，此處壓力P2=-700Pa，即絕對壓力 P2=90.3Kpa。

以TITAN130燃?xì)廨啓C(jī)發(fā)電機(jī)組為例，此處進(jìn)氣道直管段空氣平均流速V2≈6m/s。

Ⅳ段為進(jìn)氣消音器出口處，此處的空氣平均流速為 V3（m/s），溫度為 t3（℃）。

Ⅴ段為進(jìn)氣喇叭口穩(wěn)流段，此處壓力P4=89.9Kpa；溫度為 t4，Ⅵ段為燃機(jī)進(jìn)口導(dǎo)葉處，空氣平均流速 V5≈113m/s，溫度為 t5。

整理以上條件:

Ⅰ段：P0=91KPa ta=-7℃ φ0=95%V0=0m/s

Ⅱ段：為收縮口段

Ⅲ段：P2=90.31KPa V2=6m/s

Ⅳ段：為收縮口段

Ⅴ段：P4=89.9KPa

Ⅵ段：收縮口段V5=113m/s

通常來說，燃?xì)鈾C(jī)的體積比較小，所以進(jìn)入的氣體不會在其內(nèi)部逗留很長的時間，這樣，外部的空氣與內(nèi)部的空氣基本上不存在著能量和溫度的變化，基于此點(diǎn)理論，我們可以把燃?xì)鈾C(jī)當(dāng)做是一個空氣熱力系統(tǒng)。下面將具體的計算相關(guān)的空氣熱力系統(tǒng)：

燃?xì)廨啓C(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)的空氣流動能量方程可以簡化為：

將有關(guān)參數(shù)代入（1）、（2）、（3）式，聯(lián)解求得:

t1=-7.6℃ t3=-7.3℃ t5=-13.4℃

根據(jù)上述的理論數(shù)據(jù)的分析和公式計算，我們能夠明確，當(dāng)內(nèi)外部的空氣氣壓數(shù)值差越大時，氣溫的下降幅度也會更大。所以，減少結(jié)冰的一個重要舉措就是控制好內(nèi)外溫差。

本文設(shè)定溫度t4在燃機(jī)測量及控制系統(tǒng)上通常稱之為t1溫度，即燃機(jī)進(jìn)氣入口溫度。它通常小于外界環(huán)境 ta(0.5～1)℃。

水露、霜凍形成的機(jī)理是：當(dāng)空氣中相對濕度Φ1比較大，晝夜溫差△t=ta1-ta2比較大時，一旦大氣的溫度ta1降至ta2、Φ1對應(yīng)的露點(diǎn) ts1以下時 ，空氣中的一部分水蒸汽就會自然析出一部分水霧來。這些水霧形成水珠靠自重降落在小草上，這就是我們常說的“露水”。當(dāng)大氣溫度 ta2繼續(xù)降至 0℃以下時，“露水”就變成了“霜凍”。

在一定的大氣條件下，濕空氣的干球溫度 ta、相對濕度Φ(或絕對濕度 d)、濕球溫度 tw、露點(diǎn)溫度 ts等等都是一一對應(yīng)的。當(dāng)相對濕度Φ小于 100%時，始終有ta﹥tw﹥ts；相對濕度 Φ 愈大，ta、tw、ts 三者愈接近；當(dāng)相對濕度Φ=100%時，會出現(xiàn)ta=tw=ts。

濕空氣在 ta=3℃，相對濕度Φ=70%時，絕對濕度 d1=3.66g/kg干空氣；當(dāng)溫度陡然降至B點(diǎn)達(dá)到對應(yīng)的露點(diǎn) ts=-1.93℃時，濕空氣的相對濕度為 100%，如果溫度繼續(xù)下降，達(dá)到-5℃時，空氣的相對濕度雖然仍為 100%，但絕對濕度為d2＇=2.89g/kg，這時每公斤濕空氣中會有△d=(3.66-2.89)g=0.77g的水會凝結(jié)成冰。

3 綜合分析

3.1 濾芯部位燃機(jī)進(jìn)氣高效濾芯一般由木質(zhì)纖維材料制成，有一定的吸水性。但是受到制作工藝的限制，任何一種濾芯都是不均勻的。在比較薄的濾芯位置，受到外部氣溫的影響，就會將氣體凝結(jié)成水。剩余的部位，由于氣流的空間變狹窄，內(nèi)外的壓強(qiáng)差增大，所以也極容易發(fā)生氣體凝結(jié)成水的現(xiàn)象。長此以往，堵塞的現(xiàn)象會越來越嚴(yán)重。因此，在處理燃機(jī)進(jìn)氣口結(jié)冰現(xiàn)象時，需要重點(diǎn)對濾芯部位進(jìn)行改善。

3.2 進(jìn)氣消音器

進(jìn)氣消音器也是一個比較容易結(jié)冰的部位，如果不加以及時的處理，結(jié)冰的范圍會越來越大，逐漸形成一個大的冰塊。當(dāng)冰塊在氣流的不斷沖擊影響之下，發(fā)生斷裂和飛奔時，四散的冰塊就會打到燃機(jī)的各個部位，造成構(gòu)建的損毀。嚴(yán)重的也會傷及到工作人員的身體。為此，進(jìn)行及時的結(jié)冰現(xiàn)象排查是十分有必要的。

3.3 進(jìn)氣導(dǎo)葉這部位氣流速度最高，降溫幅度也最大。完全具備了水蒸汽凝華結(jié)冰的條件。

由于飛機(jī)和輪船的建造空間有限，需要盡量減少本身的重量，來提高運(yùn)載能力，保證運(yùn)輸安全。所以這兩種交通工具在實(shí)際使用過程中，基本上不安裝空氣過濾器。這樣在云層和海上存在的具有灰塵和雜物的空氣，就會自然的流入到燃機(jī)內(nèi)部，同時在惡劣的氣候條件之下，空氣的溫度發(fā)生變化，結(jié)冰的現(xiàn)象也就時有發(fā)生。雖然，小量的結(jié)冰對機(jī)體和船身的影響不大，但是為了防患于未然，也需要進(jìn)行周密的考量。

4 對策

4.1 在溫度比較低的冬天，需要在燃機(jī)的進(jìn)風(fēng)口處安裝相應(yīng)的空氣調(diào)節(jié)設(shè)備，保證傳入的空氣是在十度以上的。需要注意的是，雖然暖溫的空氣能夠有效的抑制燃機(jī)結(jié)冰，但是溫度也不宜過高。目前該種措施實(shí)施難度比較低，操作簡單，使用的也比較廣泛。

4.2 在冬季防冰季節(jié)，可以將燃機(jī)高壓壓氣機(jī)的一部分高溫高壓空氣適時地引入到燃機(jī)的進(jìn)氣系統(tǒng)入口處。該種措施需要耗費(fèi)一定的燃機(jī)功率，所以在使用的過程中需要進(jìn)行具體的分析。

結(jié)語

綜上所述，燃機(jī)結(jié)冰現(xiàn)象主要是由于進(jìn)氣機(jī)處的溫度下降導(dǎo)致的，為此，需要在氣溫下降的時候，結(jié)合外部的實(shí)時氣溫和機(jī)組的室內(nèi)溫度進(jìn)行良好的溫度控制，只要控制好溫度，燃機(jī)結(jié)冰的問題就可以迎刃而解了。

[1]沈陽黎明航空發(fā)動機(jī)(集團(tuán))有限責(zé)任公司.燃?xì)廨啓C(jī)原理.結(jié)構(gòu)與應(yīng)用[M].科學(xué)出版社.2002.

[2]宋瑞樟.艦用燃?xì)廨啓C(jī)的進(jìn)氣裝置[M].中船重工第七研究院，703研究所情報室，1982.