GK1c型內燃機車空氣濾清器改造可行性分析

張霖

摘 ? 要：本文主要研究GK1c型內燃機車空氣濾清器系統目前的使用情況及存在的問題，并且提出相應的改造方案，并且進行理論上的計算，通過數據說明該改造方案是可行的。

關鍵詞：GK1c型內燃機車 ?空氣濾清器 ?活塞 ?氣缸套

中圖分類號：U269.5 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）09（b）-0095-02

酒鋼集團公司位于甘肅省嘉峪關市，是一家集采礦、選燒、冶煉、軋制于一體的大型聯合鋼鐵企業，地處巴丹吉林沙漠邊緣，常年干旱少雨，春秋季節風沙天氣頻繁。集團公司下屬股份公司運輸部擁有內燃機車56臺，其中以中車集團資陽機車廠生產的GK1c型內燃機車為主力車型，共有31臺，承擔著廠內年約4300萬t鐵路運輸量。該車型在我公司運用多年，但是該型機車在運用過程中受到原車設計缺陷及外部環境影響，柴油機方面故障較多，主要表現在活塞、氣缸套易磨損，使用壽命短，主要原因是空氣濾清器濾清效果差、易“短路”、乘務員安裝拆卸不便等原因，造成大量的沙塵、冶金粉末等進入柴油機，使得活塞、氣缸套磨損嚴重，造成柴油機燃燒不好、機油消耗量大、功率降低等問題。

1 ?問題提出

柴油機作為內燃機車的動力源，其工作的狀態直接影響到機車功率的發揮，而造成活塞、氣缸套的非正常磨損直接的原因是進氣的不清潔，空氣濾清器則對進氣質量有著至關重要的作用。

GK1c型內燃機車空氣濾清器由三級組成，第一級是V型濾網，實際運用中該濾清器濾清效果極差，只能濾去樹葉、紙片、塑料袋等大的雜物。

第二級是由54只直通式旋流管組成的一體的多旋流管式粗濾器，空氣高速流過旋流管時，經旋流離心作用沿管壁甩出灰塵，集中于下方排塵漏斗中，但在實際運用中，該濾清器的濾塵效果也不明顯，只能除去稍大顆粒的沙塵，但仍然有大量混合冶金粉末的沙塵流向下一級空氣濾清器。

第三級是鋼板網式紙質濾清器，當空氣穿過紙質濾清器時，灰塵被紙質濾芯過濾掉，保證清潔的空氣進入氣缸進行燃燒。但是在實際運用的過程中，該濾清器濾塵效果也不是很理想，在機車檢修時，仍然能發現柴油機進氣道、氣缸蓋進氣道上有細微的沙塵粘附。紙質濾清器進氣不清潔的原因主要有，濾清器濾紙破損;濾清器體和濾清器安裝面不密封所致，其原因有：一是濾清器體和濾清器安裝面由于安裝的不嚴密、濾芯的變形及機車運行中的震動導致密封面間出現縫隙;二是乘務員安裝時只能看見靠外側的密封面是否嚴密，而內側無法看清，同時底部托板緊固時未能保證托板的水平度，造成密封口歪斜不嚴密，人為原因導致密封面出現縫隙;三是濾清器頂部密封膠條易老化，廠內運用機車按要求一個月吹掃一次，在這個時間段內出現密封膠條老化、斷裂的情況乘務員并不能及時發現，導致沙塵進入氣缸;四是濾清器產品本身高度不一致;五是濾清器底部托板，頂部密封口鋼板變形。

2 ?空氣濾清器改進方案

結合鋼鐵企業內燃機車工作環境，針對內燃機車原空氣濾清器運用中存在的問題，經過分析總結，對內燃機車柴油機原有空氣濾清器進行改進，解決原車空氣濾清器存在的問題，從而達到提高空氣濾清器濾清效果的目的，具體改造方案如下。

改造時須保證柴油機空氣進氣量及清潔質量要求，并且對原有空氣濾清器箱體等不進行較大的改動，重點對第三級紙質濾清器進行改造，第一級濾清器仍然為V型濾網，去除形狀較大的漂浮物;第二級濾清器仍然為多旋流管式粗濾器，去除空氣中大顆粒的沙塵等，其底部設置沉積箱，以便積聚沙塵的清理;第三級濾芯改造為紙質圓筒濾芯，考慮到進氣量的需要，每臺機車安裝8個紙質圓筒濾芯，濾芯頂部采用螺紋口加密封圈密封，安裝時使用專用扳手只需將其擰緊，方便乘務員日常進行維護保養。

3 ?改進的空氣濾清器數據驗證

空氣濾清器采用常州犇坤鐵路配件公司產BK/KF1782型空氣濾清器，經檢測各項指標參數均符合中華人民共和國鐵道行業標準。

3.1 主要技術參數

GK1c內燃機車柴油機功率1100kW，采用的增壓器型號有ZN240型、VTC214-13A1型，增壓器進氣量為7920kg/h，進氣真空度為3kPa。

多旋流管式粗濾器的技術參數：旋風筒由54只直通式旋流管組成，進氣量2720 m3/h。

3.2 理論計算

3.2.1 濾清器額定空氣流量Q計算

Q=P·ge·α·Αο/（1000×γα）

式中：

Q——濾清器額定空氣流量，m3/h;

P——增壓柴油機額定功率，kW;

ge——增壓柴油機額定功率燃油消耗率，g/（kW·h）;

α——額定功率時的過量空氣系數，增壓中冷柴油機取2.1;

Αο——燃燒1kg燃油所需的理論空氣量，柴油為14.3kg/kg;

γα ——空氣密度，20℃，標準大氣壓下為1.205kg/ m3。

在實際計算過程中，GK1c型內燃機車所用6240ZJ型柴油機額定功率P=1000kW，額定功率燃油消耗率ge=208 g/（kW·h）;

則 Q=1000×208×2.1×14.3/（1000×1.205）=5183.6 m3/h。

3.2.2 濾清器的理論面積計算

A=Q/k

式中：

A ——濾清器面積，cm2;

Q ——濾清器額定空氣流量，m3/h;

k ——流量常數，通常取0.03cm2·m3/h。

A=5183.6/0.03

=172786.67 cm2

單個濾清器理論計算面積為：172786/8=21598.25cm2

3.2.3濾清器實際面積計算

A=n·2b·H

式中：

N ——濾紙皺折數;

b ——濾紙皺折寬度，cm;

H ——濾清器的高度，cm。

其中皺折數N=168，皺折寬度b=2.3cm，高度H=70cm。

A=168×2.3×70=27048cm2>21598.25cm2，

計算結果表明濾清器的實際面積大于濾清器的理論計算面積，說明設置8個Φ175×780的紙質圓筒濾芯可以滿足柴油機進氣量需求。

4 ?改造效果

對GK1c型內燃機車改造后的空氣濾清系統檢測，空氣流量5300m3/h，進氣口至清潔空氣出口阻力≤1.3kPa，綜合空氣濾清效率≥93.5%，柴油機排氣顏色正常，增壓器未發生喘振等現象，各項指標均能滿足額定功率需要。

對空氣濾清器進行改造后，柴油機活塞及氣缸套的磨損速度有明顯降低，在機車進行檢修時對柴油機活塞、氣缸套的數據進行測量，測量數據如表1和表2所示。

通過上述數據比對，可以看出在改造后2014—2018年柴油機活塞、氣缸套磨損速度大大減緩，活塞、氣缸套使用壽命較未改造前分別延長36個月、40個月左右，經過幾年的質量跟蹤，說明上述改造是有效可行的，同時柴油機進排氣門、氣門導管等磨損也大大降低，一定程度上減輕了維護檢修人員的勞動強度，若考慮到機車燃油、柴機油消耗消耗減少等各項費用，其經濟效益將會十分可觀，值得冶金行業、風沙地區內燃機車空氣濾清系統改造學習借鑒。

參考文獻

[1] 任發成.GK1c型機車使用維護說明書[M].：資陽內燃機車廠，1996.

[2] 王連森.內燃機車檢修[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3] 王奇夫.內燃機車運用[M].北京：中國鐵道出版社，2014.