梁峻1,2马雷1,2邵伟1,2沈泽红31广州特种机电设备检测研究院广州国家防爆设备质量监督检验中心（广东）广州长沙湘普防爆车辆有限公司长沙摘要：在规定的运行路径和工况的基础上，建立基于红外热成像的热电偶布点优化方案，开展防爆场车内燃机运行表面温度试验，试验结果表明防爆场车内燃机表面温度变化分为四个阶段，排气系统和喷油嘴处温度较高。关键词：防爆场车；内燃机；表面温度；温度测量；试验中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：-（）02--引言内燃防爆场车输出功率大，运行周期长，广泛应用在石油化工、生物医药、粮食加工等潜在爆炸危险场所[1，2]。作为防爆场车重要的动力装置，内燃机在将石化能燃烧转化为机械功的过程中，热表面、火焰和热气流、炽热颗粒物等潜在点燃源难以避免[1]。采用水冷降温、熄火灭焰等技术限制表面温度，是进行防爆处理以确保内燃机防爆性能的关键[3，4]。为此，相关标准将最高表面温度测试作为内燃机防爆性能表征的重要内容[5]。本文综合红外热成像及热电偶测温技术，探讨防爆场车内燃机最高表面温度测试技术，以期为防爆场车防爆安全性能检测提供指导。1试验对象选取经长沙某企业防爆改造的三菱S4S型内燃平衡重式叉车为测试对象，叉车额定载重为kg，运行速度为19km/h，改造为2G车辆，防爆标志为ExdeibmbIIBT4Gb，见图1。该场车内燃机由日本某株式会社生产，为四缸两冲程压燃式柴油机，型号为S4S-DPEU2，输出参数为33.5kW/r/min，通过增加冷却水箱、阻火器、火星熄灭器等安全附件及超温监控、油压监控等功能，改造为爆炸性环境2区用IIB级防爆内燃机，最高表面温度不应高于℃（T4级）。图1防爆叉车测试现场情况2试验工况与方案2.1试验工况确定防爆叉车按照图2规定的运行循环路径及工况，在平整、干燥、清洁的混凝土路面上行驶，利用测温仪表记录防爆内燃机及其附属配件整个运行时间段内温度变化数据。其他类别防爆场车运行循环路径及工况参照相关标准进行确定[6]。图2试验运行循环路径及工况试验运行步骤[6]：1）从A点开始，车辆不加负载，以安全且尽可能快的速度后退到B点。2）从B点由静止全速至额定车速后立即制动，直至车辆停止在C点。从全速运行、减速运行到停止的行驶距离，对不同型号的车辆各不相同，但至少不应小于6m。3）从C点正常行驶至D点，同2）方式停止在A点。4）在上述试验条件下，负载车辆应重复进行试验循环。在A点装载%额定载荷的负载并固定，车辆停在A点后，以最大额定起升速度把负载提升到最高位置，然后降低高度，离开A点。此即为防爆叉车运行温度测试的一个循环。试验过程中应重复上述循环，直至达到最高表面温度判定条件。2.2试验方案优化最高表面温度包含时间域和空间域（面域）两维度的衡量，即在整个运行时间内被测对象表面的最高温度。基于此，测试方案分为三步：1）确定面域上最高表面温度区域。即内燃防爆叉车按标准测试工况运行，用红外热像仪扫描内燃机及其附属配件全表面，确定防爆内燃机面域表面区域；2）热电偶测试点的确定与布点。在面域最高温度区域选择合适测试点布置耐高温热电偶，用高温胶带固定并连接到数据记录仪，测点布置情况如图3所示，测点序号与位置对应关系见表1；3）确定时间域上最高温度。按标准测试工况开始测试，利用数据记录仪记录整个运行时间域内被测点温度变化情况。为保证测试数据的完整性，测试过程中每完成5个试验循环后可停车用红外热像仪对防爆内燃机及其配件表面温度全区域进行扫描和记录，以确定面域上是否需要增加新的测试点。图3防爆内燃机及其附属配件温度测点布置2.3最高表面温度判定防爆场车内燃机表面温度测试试验开始后，当内燃机及附属配件表面温升速度不超过2℃/h或构成内燃机及附属配件一部分的限温装置动作后结束测试[7]。试验测得的内燃机及附属配件表面温度修正到环境温度为40℃时的值，有式中：T为修正后内燃机的表面温度，Tt为试验得到的内燃机表面温度，Tatm为试验时的环境温度。修正后得到最高表面温度不应超过设备温度组别，并留有足够的安全余量。3试验结果分析1）表面温度变化时间历程整个试验过程持续s，整个测试过程中10个测点温度数据变化时间历程如图4所示。图4内燃机及配件温度变化时间历程从数据形势分析，整个测试过程分为四个阶段：①温度快速上升期，从防爆叉车温度试验开始各测点的温度快速上升，到第一个5次循环结束（约在s即5min附近）时到达第一个温度高峰，之后各个测点的温度在第一个温度高峰的基础上缓慢增加；②温度波动增长期，从第一个5次循环红外测温结束后开始第二个循环，温度以波浪形增长，每一个5次循环结束开始红外测温，各测点温度达到一定峰值，在红外测温期间温度迅速降低，待到下一个5次循环开始后温度又开始增加，如此循环进入温度波动增长阶段，在第s即48min（第五个5次循环结束时）各测点温度达到最大值；③温度波动下降期，当在第s即48min（第五个5次循环结束）达到温度峰值后，此后循环进入波动缓慢下降期，但并不是每一个测点都有如此规律；④停机冷却温度下降期，在第s即第七个5次循环结束后停机冷却，防爆内燃机进入停机冷却期，部分测点（测点6、7、8、9）温度快速下降，部分测点（测点1、2、3）出现短暂的温度上升现象，另一些测点（测点4、5）因停机期间短时打开位于内燃机上方的座椅，空气扰动散热加快使温度曲线存在明显的下降峰。液力耦合器作为内燃机对外做功的传动部件，其温度变化仅与是否传递动力相关，不满足上述四个过程。2）内燃机缸体温度变化情况内燃机缸体是石化燃料的燃烧室，位于缸体喷油嘴附近测点1、测点2的表面温度略高于缸体侧面测点3，三个测点在停机冷却温度下降期前的三个阶段内温度变化情况几乎完全一致。在停机冷却温度下降期，3个测点由于热惯性的影响，表面温度在短时间（约1min）内均有所上升，然后下降，其中测点1、测点2经约6min后温度下降曲线几乎完全重合，如图5所示。由内燃机缸体温度变化还可得出：离燃烧室越近、缸体越薄的部位，达到最高表面温度越容易，降温速度越快。图5内燃机缸体温度变化情况3）排气系统温度变化情况对于排气系统，温度变化情况如图6，阻火器测点6、火星熄灭器测点7与排气口测点8三个测点相比较，排气口测点8温度变化最快速和明显，停机后温度下降最快，这与排气口测量得到的是尾气温度有关，对内燃机燃烧升温最为敏感。火星熄灭器与阻火器温度变化规律相似，由于该阻火器为波纹板式阻火器，冷却散热性能较好，其温度反而低于同一时间段火星熄灭器和排气口的温度，然而一旦停机，阻火器测点温度下降慢于火星熄灭器和排气口测点，这是由阻火器内部构造复杂、蓄热多、热传递持续时间长所致。图6排气系统温度变化情况4）冷却系统温度变化情况冷却系统温度变化情况如图7所示。散热器测点温度变化体现出测试循环及停机时表现出的四个典型阶段。然而内燃机出口测点与内燃机出气口弯管测点趋势一致，未体现出典型的四阶段结论，这主要是冷却水热容量大及热惯性的影响所致。图7冷却系统温度变化情况5）最高表面温度整个试验过程以测点8（排气口）在第s即48min（第五个5次循环结束时）测得的温度.5℃为最大值，试验时环境温度为23.0℃，经修正，防爆内燃机最高表面温度为.5℃，满足T4组别的要求。4结论1）基于标准规定的运行循环路径及工况，提出了防爆场车表面温度测试的优化方案，通过红外热成像确定最高温度区域后布点热电偶进行连续测试。2）防爆场车内燃机表面温度变化分为四个阶段：温度快速上升期、温度波动增长期、温度波动下降期、停机冷却温度下降期，在温度试验48min时达到峰值温度。3）防爆场车内燃机排气系统和喷油嘴处相对其他测点温度较高，其中最高表面温度区域为排气口处，修正后的最高表面温度为.5℃。4）防爆场车内燃机高温热表面、火焰和热气流是防爆场车重要的潜在点燃源，表面温度测试对于保障防爆场车的安全使用意义重大。参考文献[1]梁峻,王新华,刘雁,等.防爆场车非电气部件点燃危险辨识与控制[J].起重运输机械,(2):84-87.[2]蒋漳河,王新华,梁峻.防爆场车型式试验防爆性能要求存在的不足及对策分析[J].起重运输机械,(2):81-84.[3]谭飞,鲍久圣,葛世荣,等.矿用防爆柴油机关键技术研究现状与展望[J].煤炭科学技术，,46(9):-.[4]张顺凯,顾文钰,邬斌扬,等.防爆柴油机喷雾降温系统及其性能研究[J].内燃机工程，,40(1):86-92.[5]GB.1—爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第1部分：可燃气体和蒸气环境用II类内燃机[S].[6]GB—爆炸性环境用工业车辆防爆技术通则[S].[7]GB.1—爆炸性环境用非电气设备第1部分：基本方法和要求[S].

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