王飛，羅天園

（1.四川中車玉柴發(fā)動機股份有限公司，資陽641301;2.中車資陽機車有限公司，資陽641301）

淺析天燃氣發(fā)動機排氣防爆裝置問題及改進措施

王飛1，羅天園2

（1.四川中車玉柴發(fā)動機股份有限公司，資陽641301;2.中車資陽機車有限公司，資陽641301）

以公司產品為例，詳細介紹了重力軸式排氣防爆裝置和爆破片式排氣防爆裝置的結構及工作原理，分析了這2種裝置的優(yōu)缺點及使用過程中出現的問題，提出了改進措施；同時提出了新的設計思路，為后續(xù)的燃氣發(fā)動機排氣防爆裝置設計提供了一些參考。

天燃氣發(fā)動機 爆炸 排氣防爆裝置 重力軸式 爆破片式 機械彈簧式 可調

1 前言

天燃氣發(fā)動機工作時，未完全燃燒的天燃氣很有可能進入排氣管。天燃氣發(fā)動機排氣管溫度非常高，一般支管溫度可達580～620℃，總管溫度甚至會達到650℃。在如此高的溫度下，進入排氣管內的未完全燃燒的天燃氣極易發(fā)生燃燒爆炸，即天燃氣發(fā)動機的所謂“放炮”現象。所以天燃氣發(fā)動機必須安裝排氣防爆裝置。此裝置的設計和安裝于發(fā)動機后能否正常工作，直接關系到發(fā)動機的正常運行和安全性能。

目前市場上用于天燃氣發(fā)動機的排氣防爆裝置主要有2種，一是重力軸式排氣防爆裝置，二是爆破片式排氣防爆裝置。以我公司產品為例分別詳細介紹這2種排氣防爆裝置的結構和工作原理，分析它們的優(yōu)缺點及使用過程中出現的問題和改進措施。

2 重力軸式排氣防爆裝置

重力軸式排氣防爆裝置是按重力原理設計的，其結構簡圖如圖1所示。當發(fā)動機發(fā)生“放炮”時，管內壓力急劇升高，此時管內壓力大于蓋板和調節(jié)塊的重力與外界大氣壓力之和，蓋板被打開，以旋轉軸為軸打開一定角度（如圖2所示），釋放壓力。壓力釋放完畢后，蓋板在自身和調節(jié)塊的總重力作用下復位。為防止出現蓋板打開角度過大導致不能正常復位的現象，設計了限位塊，見圖1。

圖1 重力軸式排氣防爆裝置結構簡圖

圖2 蓋板打開一定角度時

重力軸式排氣防爆裝置的優(yōu)點[1]如下：

（1）結構及工藝簡單，制造成本低。

（2）安裝簡單。幾乎不需要對天燃氣發(fā)動機做任何改動，就可以直接安裝此裝置，并使之正常工作。

（3）使用過程中，如果出現開啟壓力過大或過小，可以通過調整蓋板上調節(jié)塊的大小來輕松實現調節(jié)。

重力軸式排氣防爆裝置存在缺點及使用過程中出現問題如下：

（1）外觀不美觀。

（2）密封性差。

（3）蓋板復位時，噪聲很大。

3 爆破片式排氣防爆裝置

爆破片裝置是一種常用在壓力容器、管道及各種承壓類設備上的安全附件。它能在系統(tǒng)介質超壓時破裂并釋放壓力，保護系統(tǒng)設備及操作人員的生命安全。

我公司爆破片式排氣防爆裝置主要有爆破片和夾持器零部件組成。爆破片式排氣防爆裝置結構簡圖如圖3所示。當爆破片兩側壓力差達到穩(wěn)定的預定值時，爆破片即立刻動作（破裂或脫落），釋放出壓力。在爆破片式排氣防爆裝置中，爆破片是能夠因超壓而迅速動作的壓力敏感元件，用以封閉壓力，起到控制爆破壓力的作用。夾持器上有設計給定的壓力釋放口徑，用以固定爆破片位置，保證爆破片不移位；此外，上下夾持器的安裝面采用凹凸面，以保證爆破片夾緊密封[2]。

圖3 爆破片式排氣防爆裝置結構簡圖

爆破片式排氣防爆裝置優(yōu)點如下：

（1）密封性好。

（2）安裝簡單。幾乎不需要對天燃氣發(fā)動機做任何改動，就可以直接安裝此裝置，并使之正常工作。

爆破片式排氣防爆裝置存在缺點及使用過程中出現的問題如下：

（1）裝置中的爆破片不能重復使用，發(fā)動機“放炮”一次，就必須停機更換新的爆破片，這無疑增加了發(fā)動機使用成本。

（2）爆破片是爆破片裝置中的重要元件。在設定的壓力和溫度下準確爆破，是其能否起到保護作用的關鍵。但在實際生產及使用過程中，爆破片的爆破壓力受各種因素影響，如材料、幾何尺寸、加工工藝、安裝操作、放置過程中出現的應變時效等；而且發(fā)動機“放炮”現象屬于化學超壓過程（即內部爆炸），由于其機理復雜，目前還沒有計算公式。各種因素導致爆破片的選型困難，或者是，即便選了爆破片，但在實際運用過程中，爆破片并沒有在設定的壓力和溫度下準確爆破[3]。

4 改進措施及新設計思路

4.1 改進措施

重力軸式排氣防爆裝置中蓋板與管子接觸為剛性接觸。剛性接觸一方面會導致裝置蓋板復位時噪聲大，另一方面也使裝置的密封性差。

為此，在蓋板的下表面加裝耐高溫的吸聲棉或吸聲密封墊。這樣既降低了蓋板復位時的噪聲，也改善了裝置的密封性。吸聲密封墊由不銹鋼板和膨脹柔性石墨夾層組成。

重力軸式排氣防爆裝置經改進后，外觀較之前無多大變化，但裝置工作時，密封性得到很大改善，并且裝置蓋板復位時聲響也降低得很多。

4.2 新設計思路

重力軸式排氣防爆和爆破片式排氣裝置都不夠完美，綜合兩者的優(yōu)缺點，并考慮到開啟壓力必須可調，且便于維修，提出設計1款機械彈簧式可調排氣防爆裝置。市場上機械彈簧式可調泄壓裝置很常見，所以設計1款機械彈簧式可調排氣防爆裝置，結構上難度并不大，但彈簧的材料和工藝選擇是最大的技術難點。所選的彈簧材料和工藝必須確保其在溫度高達600℃時能正常工作，不失效，又便于加工制造。這有待于我們研究。

5 結論

以我公司產品為例分別詳細介紹了2種排氣防爆裝置的結構及工作原理，并分析這2種裝置的優(yōu)缺點及使用過程中出現的問題和改進措施；同時提出了新設計思路，為后續(xù)的天燃氣發(fā)動機排氣防爆裝置設計提供了一些參考。

[1]楊波.12V240燃氣機說明書及用戶使用報告[R].玉門：南車玉柴四川發(fā)動機股份有限公司，2014.

[2]隋玉峰.爆破片裝置介紹[R].大連：大連理工安全裝備有限公司，2011.

[3]尚長友.HG/T20570-95 工藝系統(tǒng)工程設計技術規(guī)定[S].北京：化學工業(yè)部，1996.

AnalysisofGas Engine ExhaustExplosion-proofDevice Problemsand ImprovementMeasures

Wang Fei1,Luo Tianyuan2
（1.Sichuan YCRRCEngine Co.,Ltd.,Ziyang641301,China;2.CRRCZiyang Co.,Ltd.,Ziyang641301,China)

The structure and working principle of exhaust explosion-proof device of gravity axis and blasting membranetypes are introduced in detail with the products of a company as examples.The advantages and disadvantages of the two types of device and the problems in the process of usage are analyzed,and some improvementmeasuresare put forward.At the same time,anew design idea is proposed of adjustable exhaustexplosion-proof device ofmechanical spring type to provide reference for the further improvementofexhaustexplosion-proofdevice.

naturalgas engine,explosion,exhaustexplosion-proofdevice,gravity axis type,blastingmembrane type,mechanicalspring type,adjustable

10.3969/j.issn.1671-0614.2017.04.006

來稿日期：2017-06-26

王飛（1983-），女，工程師，主要研究方向內燃發(fā)動機安全系統(tǒng)。