高原地区发动机泵机组降效形式及对策研究 文/李江李健祥汤永亮Summary：本文找出了高原地区发动机、泵降效的主要形式，对造成发动机泵机组降效的原因进行了初步分析，提出了改进其高原适应性的应对措施。Keys：高原地区；发动机泵机组；降效形式；对策研究我国地域辽阔，地形差异大，海拔超过1000m的高原地区占国土面积60％。高原地区大气压力低，空气密度小，目前，大多数发动机泵机组均是基于平原的环境参数设计，高原使用时的动力性、经济性、可靠性和排放性等都大幅下降，工作效率明显降低。1.高原环境对发动机性能的影响1.1功率下降充气系数是衡量发动机进气过程完善程度的重要参数。充气系数愈小，表明进入气缸内的混合气或新鲜空气的量愈少。从发动机原理可知：公式1、2表明，有效功率Pe和有效转矩Me与充气系数vη成正比。高原地区大气压力低，发动机充气系数下降，有效功率和有效转矩随之下降。1.2燃油消耗量增加随着海拔高度的不断增加，大气压强持续降低，进入气缸的新鲜充量明显下降，同时，海拔升高，气温降低，燃油流动性、汽化性变差，无法与空气充分混合，混合气浓度过高且混合不充分，无法完全燃烧，部分燃油随废气排放出去，增加了燃油消耗量；大气压力降低还可造成燃油挥发性提高，容易发生气阻、漏油和蒸发损失等现象，大气压力从101kPa降至8OkPa(海拔高度约2000米)，相当于气温上升8~10℃所造成的燃油挥发性。1.3排放性变差燃油无法充分燃烧，导致发动机的排放性变差。随着海拔高度的升高，CO、HC、NOx的排放浓度都升高，但在不同的工况下各种排放物的变化趋势不同。小负荷和大负荷工况下CO、HC排放浓度的增长率较大，在中等负荷工况下其增长率较小。标定功率转速下，CO和HC的排放浓度随海拔高度升高，其增长率在不同负荷下波动不大。在怠速工况，CO、NOx、HC的排放浓度随海拔高度的升高增长剧烈。随海拔高度的升高，NOx的排放浓度升高，其增长率随负荷的增加逐渐升高。2.高原环境对泵性能的影响2.1输送力下降目前，输油泵很多是采用发动机驱动运行，高原环境下泵的转数会随着发动机效率的下降而降低；另外，根据泵的工作特性方程：式中：h—泵的压头；a—泵断流压头；b—泵摩阻系数；q—体积流量；m—与管内液体流动相关的指数。其中a，b，m与管内液体的流动状态有关，高原环境下，发动机效率的降低和泵送流体粘度的升高会使流体的流动状态受到影响，导致泵的流量、扬程减小，泵的输送能力降低。2.2易汽蚀高原上大气压力低，有时甚至只有平原地区的40%，大气压力降低，泵的吸入口压力降低，增大了泵发生汽蚀的机率。离心泵一旦发生汽蚀，轻则降低效率，重则影响使用甚至造成离心泵的损坏，危害巨大。2.3效率下降泵的效率可由下式表示：η=ηmηhηv（4）式中：η—泵的效率；ηm—机械效率；ηh—水力效率；ηv—容积效率。高原环境下，大气压力降低，泵的吸入压力也相应减少，吸入压力的降低将会影响泵的工作状态，进而影响流体的流动状态，使泵脱离最佳工况点，导致泵的水力效率与容积效率下降，泵的效率降低。3.对策分析3.1增大压缩比海拔增高时发动机进气压力减小，压缩终了时温度、压力降低，爆燃倾向下降，为提高压缩比提供了可能性。减小燃烧室容积即可增加压缩比。最简单的方法是刨削(或铣削)、磨削气缸盖下平面，刨削量因机型不同而异。许用压缩比与海拔高度的关系可用经验公式计算得出：3.2调整混合气浓度高原环境下进入发动机气缸内空气的含氧量降低，若采用
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状态下的供油量，过量空气系数下降，将形成浓混合气或过浓混合气。2000m以下时，混合气浓度可按低海拔地区要求进行调整。海拔在2000m以上时，每增加1000m实际供油量应比标准供油量减少5％~10％左右。还可以考虑在燃油中添加含氧燃料，从而提高其燃烧性，常见的方法是添加醇类燃料及助燃剂。3.3选配增压器增压器可以提高气缸的进气压力，使进入气缸的实际空气压力和密度高于环境气压，为发动机提供燃烧所需的空气量。为解决高原空气稀薄造成的气缸压力低、燃烧时供氧不足的问题，可选配增压器。3.4使用辅助手段，提高泵高原适应性向泵送液体内添加降凝剂、减阻剂等改善流体的低温流动性可提升泵机组的高原输送能力，增加高原运行可靠度。格拉管线成功使用添加剂提高了管线瓶颈段的输送能力。另一方面，可以采用双吸泵，加大叶轮进口处直径，在泵进口增加诱导轮等方法提高泵的抗汽蚀能力。还应定期检查、清理泵机组的机械密封，防止出现过度磨损引起的泄漏。3.5合理调整泵机组运行状况，提高效率可对泵机组适当调整，使泵的运行效率得以提高，性能得到改善。常见方法有：提高水泵过流部分的光洁度；保证泵机组的安装质量，控制密封间隙；选择合适的流道等办法。（作者单位：解放军后勤工程学院/72617部队/72483部队） -全文完-
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