高原型炊事車的關鍵技術研究

楊志國， 沈新明

（江蘇泰達機電設備有限責任公司，南京 210000）

1 高原環境特點及對裝備的影響

1）高原地區環境特點［1-2］。高原環境地形復雜、氣候惡劣，大氣的主要特點為氣壓低、溫度低、含氧量低。海拔4500 m的條件下的環境指標比平原地區有明顯變化，其中對炊事作業有直接影響的環境指標變化情況為：年平均氣壓為57.5 kPa比平原下降43%；水沸點為87.5℃比平原下降12.5%；空氣含氧量184.2 g/m3比平原下降43%（20℃）；年平均溫度為2.5℃比平原下降87.5%。

2）高原環境對炊事作業的影響。由于氣壓低造成水沸點降低，引起炊事作業困難，米飯、饅頭、燉菜等成熟困難，易造成夾生。空氣含氧量下降43%，氣溫下降影響灶具燃燒系統的燃燒效率和點火、續火能力。低氣壓也影響炊事車的電氣系統，造成絕緣強度、絕緣電阻、滅弧性能降低。

2 高原燃燒技術

2.1 存在的問題

1）高原缺氧導致燃燒不充分、火焰不穩定、燃油可燃性降低。2）因高原空氣稀薄導致同性能助燃風機的風壓降低，進而導致半封閉狀態下的燃燒氧量不足和因排煙受阻易造成悶火、熄火現象的發生。3）高原通常伴隨著低溫，低溫使燃油的流動性、霧化性減弱，助燃空氣焓值降低，導致點火困難甚或不能正常點燃。

2.2 采取的技術措施

1）選用大風量高風壓風機。選用大風量風機（原風量70～90 m3/h增加到140～200 m3/h），可有效改善因高原氣壓低導致的空氣稀薄含氧量少，而造成的一定油耗下單位時間內所需氧量不足的狀態；選用高風壓風機（原風壓70～80 Pa增加到140～220 Pa），有助于燃燒產生的煙氣順暢排放，避免因煙阻而造成的熄火。

2）3次布風的應用及風量的合理分配。燃燒器提供的助燃風通過配風盤后被分為3股不同流向的風。一是通過配風盤中心孔噴出的風稱為心部風；二是通過配風盤葉片噴出的風稱為旋流風；三是通過配風盤外圓與噴火筒內側環形縫隙噴出的風稱為外圍風，見圖1。心部風過大會破壞旋流風形成的旋流場降低霧化油與空氣的混合程度，過小會降低點火時火焰的傳播，不利于點火。旋流風的大小影響油氣的混合程度。外圍風風量的大小一則控制火焰的形狀，二則間接影響心部風與旋流風的風量，此點也決定了灶膛設計時燃燒空間的取值。配風盤如圖1所示。3股風合理的分布、風量的合理分配，才能有助于點火、燃燒充分和火焰穩定。

圖1 3次風的分布圖

3）選用多瓣配風盤。常規燃燒器配風盤為4或5瓣，其形成的旋流風強度不足，進而影響油氣混合，不利于缺氧狀態下的充分燃燒。高原型燃燒器選用6瓣配風盤，可增強旋流風強度、改善3次風的形成及風量分布，可使油氣混合均勻有利于心部、中部、外部霧化油的充分燃燒。

4）異型噴火筒。常規噴火筒形狀一般為直筒形或直筒縮口形，此形狀不利于混合油氣渦流的形成。噴火筒與配風盤之間的環形縫隙也直接影響3次風量的分布比例。改為直筒突擴收縮形，此形狀和改進后的配風盤組合，較為有效地改善了油氣的混合，有利于缺氧狀態下的燃燒。

圖2 油嘴類型圖

5）選用空心H型油嘴。油嘴的形式選用空心H見圖2。由于高原燃燒反應速度同平原相比有所減緩，從而使火焰長度增加，采用空心H型油嘴有效地減小火焰長度，從而有利于減小灶膛的空間尺寸，避免因火焰碰壁燃燒造成燃燒不充分，此點對燃燒充分、減小煙氣黑度十分重要。

6）低溫啟動。高原通常伴隨著低溫，低溫使燃油的流動性、霧化性減弱，助燃空氣焓值降低，導致點火困難甚或不能正常點燃。

7）機電分離。將燃燒器上的控制部分與燃燒器殼體分開，使控制部分遠離高溫區，提高控制部分的穩定性和使用壽命。

8）燃燒室及煙道結構優化。燃燒器產生的火焰及高溫煙氣以兩種形式向鍋并通過鍋壁向食物傳熱，一種形式是輻射換熱，主要發生在鍋底，一種形式是對流，主要發生在高溫煙氣的流道，火焰向鍋底輻射加熱，并通過結構獨特的燃燒室結構，使鍋底比較均勻地接受輻射熱。在燃燒室的出口處，高溫煙氣經流道加熱鍋壁板，由于煙氣流道的結構，使灶壁板不會產生死角，大部分灶壁板均為有效的傳熱面積，在煙道的出口處，煙氣進入煙囪，排入大氣，煙道的設計確保煙氣的排放溫度比較低，有效地提高了熱效率。

圖3 燃燒室及煙道

灶采用中心回焰，多流程煙道設計，增大了受熱面積，提高了傳熱效率，降低了排煙溫度（排煙溫度低于 200℃）；燃燒室與燃燒器的火焰匹配性好，燃燒安全充分，避免積碳等缺陷發生；灶膛材料經耐高溫氧化表面處理，提高了灶膛的使用壽命，見圖3。

3 壓力鍋安全控制

主食灶和副食灶的燉菜灶設計均為壓力鍋，工作壓力 0～0.055 MPa，安全壓力 0.11 MPa。

為了保證主食灶和燉菜灶的工作安全性，其鍋體設置了4重安全機構的壓力鍋安全系統，即開啟鍋蓋安全聯鎖裝置、限壓閥、安全閥、斷電停火。

壓力鍋安全系統由開啟鍋蓋安全聯鎖裝置和限壓閥、安全閥、斷電停火兩大部分組成。當鍋內尚有壓力時，鍋蓋安全聯鎖裝置鎖死鍋蓋，只有當鍋內無壓力時，聯鎖裝置松開，方能開啟手輪，打開鍋蓋。當鍋內壓力到達設計工作壓力時限壓閥工作排氣，當限壓閥出現意外堵塞時，鍋內壓力繼續升高。到一定值時，安全閥強行放氣。為避免意外，當壓力到達一定限值，可通過預先設定的壓力傳感值強行斷電停火，保證人員和設備安全，如圖4所示。

圖4 鍋蓋示意圖

壓力控制分為壓力監視和壓力調控兩部分，鍋內壓力通過壓力變送器將壓力遠距離傳送至顯示器。作業時，可根據操作地域的海拔高度，食物種類，為保證安全，預先設定壓力值，當達到該壓力值，限壓閥尚未開啟時，便強行斷電停火，以達到較好的烹飪效果。

該壓力鍋的設計充分吸收了目前國內外壓力鍋的優點，集旋合式壓力鍋、壓蓋式壓力鍋、落蓋式壓力鍋、夾鉗式壓力鍋的特點于一體，將開蓋安全聯鎖裝置運用于壓蓋式壓力鍋的設計上［3］。

鍋蓋采用壓緊機構手輪和壓力鎖定壓緊機構四點鎖緊加強密封性，內部設有壓力自鎖裝置，當鍋內產生壓力時自鎖裝置被頂起，鍋蓋壓緊手柄無法轉動時鍋蓋不能正常開起，保障操作安全。

自動放氣閥作用是當鍋內壓力達到0.055 MPa重力閥被自動頂起達到排氣目的。

壓力傳感器接口是連接壓力傳感器的連接裝置。工作原理是通過壓力傳感器檢測鍋內壓力控制燃燒器的工作狀態。

安全閥的作用是當排氣閥和和壓力傳感器發生故障時（重力閥卡死、排氣管道堵塞、傳感器失靈），鍋內壓力超過0.11 MPa安全閥被頂起釋放鍋內壓力，從而達到安全保護的作用。

鍋蓋骨架四周采用2 mm厚不銹鋼板折彎而成，中間加有38 mm×25 mm×2.5 mm不銹鋼無縫矩形鋼管，增加其強度。鍋蓋內殼裝有硅橡膠密封膠條保障鍋內蒸汽不外泄，鍋蓋開起扭力裝置使開起鍋蓋時更加輕松。

［1］ 許翔，周廣猛，鄭智，等.高原環境對保障裝備的影響及適應性研究［J］.裝備環境工程，2010（5）：100-103.

［2］ 后勤裝備高原環境適應性通用技術要求：GJB7251-2011［S］.

［3］ 陳伯芳.基于FNN的電壓力鍋控制系統研究與設計［D］.武漢：華中科技大學，2011：21-24.