陸洋

【摘 要】針對(duì)冬季機(jī)車(chē)暖車(chē)采用起機(jī)打溫方式的現(xiàn)狀，分析了起機(jī)打溫帶來(lái)的弊端，并提出了改進(jìn)方案。即通過(guò)實(shí)施電加熱改造，達(dá)到節(jié)能降耗的效果。

【關(guān)鍵詞】起機(jī)打溫；電加熱改造；節(jié)能降耗

1.問(wèn)題的提出

冬季，需要對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行暖車(chē)，以保證柴油機(jī)的油、水溫度能夠滿(mǎn)足起機(jī)的最低溫度要求。尤其在北方，由于平均溫度較低，對(duì)機(jī)車(chē)暖車(chē)要求的頻率更高。

目前，普遍采用起機(jī)打溫的方式對(duì)機(jī)車(chē)進(jìn)行暖車(chē)。起機(jī)打溫不但加速柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)件的磨損、容易出現(xiàn)司乘人員誤操作導(dǎo)致安全事故，還會(huì)耗費(fèi)大量的燃油，增加燃油成本支出。

煙臺(tái)地區(qū)冬季的平均溫度為-3-5℃，最低達(dá)到-10℃左右，平均每臺(tái)備用機(jī)車(chē)冬季暖車(chē)的時(shí)間約為300小時(shí)，每年僅工礦機(jī)車(chē)冬季暖車(chē)造成的燃料消耗就達(dá)到6000余升。按照-10#柴油單價(jià)8元/L計(jì)算，燃料消耗費(fèi)用約為4.8萬(wàn)元，費(fèi)用較高。

2.可行性論證

我公司配屬的GK1D型液力傳動(dòng)內(nèi)燃機(jī)車(chē)，標(biāo)定功率為1000kw，標(biāo)定功率下的燃油消耗率為206х10-3kg/（kw·h），機(jī)車(chē)?yán)鋮s水質(zhì)量為500kg。冬季采用起動(dòng)柴油機(jī)怠速打溫的方式，平均每班需要起機(jī)四次，每次15mm，每小時(shí)的燃油消耗量約為20L，即燃料消耗費(fèi)用為160元。通過(guò)電加熱箱對(duì)500kg冷卻水由20℃加熱到40℃（柴油機(jī)最低加載溫度），平均每次耗電量為12.5度左右，按照每班加熱四次的頻率，電能消耗費(fèi)用約為70元，節(jié)能效果比較明顯。

因此，決定對(duì)工礦機(jī)車(chē)的暖車(chē)方式改為電加熱，并增加自動(dòng)控制功能，以減少操作人員的工作量。

3.改造方案

GK1D機(jī)車(chē)?yán)鋮s水系統(tǒng)如下圖實(shí)線部分所示。改造中，將電加熱器與循環(huán)水泵電機(jī)組串聯(lián)接入高溫水回路，同時(shí)通過(guò)增加管路連接，使柴油機(jī)出口端與中冷水系統(tǒng)連通，并利用兩個(gè)截止閥來(lái)實(shí)現(xiàn)冷卻水分別在柴油機(jī)正常工作、加熱時(shí)的流向轉(zhuǎn)換。電加熱裝置所需的電能由地面的380V電源供電。該系統(tǒng)主要由自動(dòng)控制單元、保護(hù)裝置、循環(huán)水泵電機(jī)組、電加熱器、截止閥、逆止閥、和管路組成，改造后的冷卻水系統(tǒng)示意圖如下：

為了保證柴油機(jī)正常工作及預(yù)熱時(shí)冷卻水能夠按照既定的路線循環(huán)，在管路中設(shè)置了三個(gè)截止閥。柴油機(jī)正常工作時(shí)，使截止閥1處于關(guān)閉狀態(tài)，截止閥2處于打開(kāi)狀態(tài)，高溫水和中冷水分別按照原來(lái)的水管路進(jìn)行循環(huán)。預(yù)熱時(shí)，打開(kāi)兩個(gè)截止閥1，關(guān)閉截止閥2，冷卻水的流動(dòng)方向?yàn)椋焊邷厮洹毫鲃?dòng)油水熱交換器→高溫水泵前→電加熱器→循環(huán)水泵電機(jī)組→高溫水泵后→柴油機(jī)機(jī)體→中冷器→機(jī)油冷卻器→低溫水箱。按此循環(huán)流向，周而復(fù)始地循環(huán)加熱。由于高溫水箱和低溫水箱上部連通，可以實(shí)現(xiàn)低溫水箱向高溫水箱的自動(dòng)補(bǔ)水。

為了避免電加熱裝置工作時(shí)高溫水泵入口端與出口端壓差過(guò)大，從而造成水泵漏水，采用了電加熱裝置與高溫水泵并聯(lián)的方式。安裝逆止閥3，目的是防止加熱后的冷卻水經(jīng)高溫水泵出口端逆向流入循環(huán)水泵電機(jī)組。

選擇電加熱器時(shí)，需要充分考慮機(jī)車(chē)?yán)鋮s水的載量、電機(jī)熱效率、散熱損失以及機(jī)車(chē)外電源的供電負(fù)荷等因素。以GK1D機(jī)車(chē)為例，機(jī)車(chē)?yán)鋮s水載量為500kg，柴油機(jī)加載的最低油水溫度不得低于40℃，暖車(chē)要求溫度達(dá)到60℃即可。在不考慮供電負(fù)荷的情況下，可選用一個(gè)380V、30kW的電加熱箱，經(jīng)過(guò)30分鐘左右的時(shí)間，即可完成高溫冷卻水的加熱過(guò)程。

綜合考慮循環(huán)加熱時(shí)間、電加熱箱的工作效率、流量對(duì)散熱損失的影響等因素，選用流量為8m3/h、壓力為100kPa的循環(huán)水泵，交流380V、2.5A、2830r/min的三相異步電動(dòng)機(jī)。

當(dāng)冷卻水加熱到規(guī)定溫度時(shí)，通過(guò)自動(dòng)控制單元，自動(dòng)切斷電加熱器和循環(huán)水泵電機(jī)組的電源，完成一次加熱過(guò)程。當(dāng)冷卻水溫度低于設(shè)定的最低溫度，自動(dòng)為電加熱器和循環(huán)水泵電機(jī)組供電，重新對(duì)冷卻水系統(tǒng)進(jìn)行加熱。自動(dòng)控制單元包括溫度調(diào)節(jié)儀、延時(shí)開(kāi)關(guān)和交流接觸器。

循環(huán)水泵電機(jī)組進(jìn)口端安裝溫度傳感器，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)儀WK的控制，當(dāng)水溫低于設(shè)定的溫度下限時(shí)，交流接觸器KM1、KM2吸合，電加熱器和循環(huán)水泵電機(jī)組開(kāi)始工作，對(duì)高溫冷卻水進(jìn)行加熱；當(dāng)水溫達(dá)到溫度上限時(shí)，通過(guò)溫度調(diào)節(jié)儀WK控制交流接觸器KM1、KM2自動(dòng)斷開(kāi)，電加熱器和循環(huán)水泵電機(jī)組同時(shí)停止工作。

溫度調(diào)節(jié)儀WK采用可調(diào)式，可以根據(jù)實(shí)際需要調(diào)整上、下限的溫度設(shè)置。

延時(shí)開(kāi)關(guān)包括通電延時(shí)和斷電延時(shí)。通電延時(shí)開(kāi)關(guān)2KT的常開(kāi)觸點(diǎn)與電加熱器的交流接觸器線圈KM2串聯(lián)，當(dāng)WK的常開(kāi)觸點(diǎn)吸合時(shí)，通過(guò)延時(shí)開(kāi)關(guān)2KT的作用使KM2晚于KM1得電，即循環(huán)水泵電機(jī)組工作一段時(shí)間后電加熱器才得電開(kāi)始工作。斷電延時(shí)開(kāi)關(guān)1KT的常開(kāi)觸點(diǎn)與循環(huán)水泵電機(jī)組的交流接觸器線圈KM1串聯(lián)，使電加熱器斷電一段時(shí)間后循環(huán)水泵電機(jī)組才停止工作，以降低電加熱器的溫度。

交流接觸器KM2的線圈與KM1的常開(kāi)觸點(diǎn)串聯(lián)，目的是為了避免因交流接觸器KM1故障，導(dǎo)致循環(huán)水泵電機(jī)組不工作、電加熱箱燒干等問(wèn)題。即只有當(dāng)KM1得電動(dòng)作后，KM2的線圈才會(huì)得電，電加熱箱開(kāi)始工作。

為了保護(hù)循環(huán)水泵電機(jī)免于過(guò)載，以及對(duì)電機(jī)進(jìn)行缺相保護(hù)，在電機(jī)前安裝熱繼電器KH，其常閉觸點(diǎn)與交流接觸器KM1的線圈串聯(lián)。當(dāng)熱繼電器動(dòng)作后，其常閉觸點(diǎn)斷開(kāi)，KM1線圈失電，主觸點(diǎn)斷開(kāi)，循環(huán)水泵電機(jī)組停止工作。同時(shí)，因KM1線圈失電，其常開(kāi)輔助觸點(diǎn)失電斷開(kāi)，KM2因線圈失電造成其主觸點(diǎn)斷開(kāi)，電加熱箱停止工作，達(dá)到自動(dòng)控制的目的。

4.取得的效益

對(duì)機(jī)車(chē)?yán)鋮s水實(shí)施電加熱改造，一臺(tái)電加熱箱的費(fèi)用約為7000元，加上循環(huán)水泵電機(jī)組、電氣控制部分及管路改造，完成一臺(tái)機(jī)車(chē)電加熱改造的費(fèi)用約為14000元，投資額較小。而通過(guò)電加熱改造，每年每臺(tái)工礦機(jī)車(chē)可節(jié)約2.7萬(wàn)元左右的燃料費(fèi)用。