浅析天燃气发动机排气防爆装置问题及改进措施

王飞，罗天园

（1.四川中车玉柴发动机股份有限公司，资阳641301;2.中车资阳机车有限公司，资阳641301）

浅析天燃气发动机排气防爆装置问题及改进措施

王飞1，罗天园2

（1.四川中车玉柴发动机股份有限公司，资阳641301;2.中车资阳机车有限公司，资阳641301）

以公司产品为例，详细介绍了重力轴式排气防爆装置和爆破片式排气防爆装置的结构及工作原理，分析了这2种装置的优缺点及使用过程中出现的问题，提出了改进措施；同时提出了新的设计思路，为后续的燃气发动机排气防爆装置设计提供了一些参考。

天燃气发动机 爆炸 排气防爆装置 重力轴式 爆破片式 机械弹簧式 可调

1 前言

天燃气发动机工作时，未完全燃烧的天燃气很有可能进入排气管。天燃气发动机排气管温度非常高，一般支管温度可达580～620℃，总管温度甚至会达到650℃。在如此高的温度下，进入排气管内的未完全燃烧的天燃气极易发生燃烧爆炸，即天燃气发动机的所谓“放炮”现象。所以天燃气发动机必须安装排气防爆装置。此装置的设计和安装于发动机后能否正常工作，直接关系到发动机的正常运行和安全性能。

目前市场上用于天燃气发动机的排气防爆装置主要有2种，一是重力轴式排气防爆装置，二是爆破片式排气防爆装置。以我公司产品为例分别详细介绍这2种排气防爆装置的结构和工作原理，分析它们的优缺点及使用过程中出现的问题和改进措施。

2 重力轴式排气防爆装置

重力轴式排气防爆装置是按重力原理设计的，其结构简图如图1所示。当发动机发生“放炮”时，管内压力急剧升高，此时管内压力大于盖板和调节块的重力与外界大气压力之和，盖板被打开，以旋转轴为轴打开一定角度（如图2所示），释放压力。压力释放完毕后，盖板在自身和调节块的总重力作用下复位。为防止出现盖板打开角度过大导致不能正常复位的现象，设计了限位块，见图1。

图1 重力轴式排气防爆装置结构简图

图2 盖板打开一定角度时

重力轴式排气防爆装置的优点[1]如下：

（1）结构及工艺简单，制造成本低。

（2）安装简单。几乎不需要对天燃气发动机做任何改动，就可以直接安装此装置，并使之正常工作。

（3）使用过程中，如果出现开启压力过大或过小，可以通过调整盖板上调节块的大小来轻松实现调节。

重力轴式排气防爆装置存在缺点及使用过程中出现问题如下：

（1）外观不美观。

（2）密封性差。

（3）盖板复位时，噪声很大。

3 爆破片式排气防爆装置

爆破片装置是一种常用在压力容器、管道及各种承压类设备上的安全附件。它能在系统介质超压时破裂并释放压力，保护系统设备及操作人员的生命安全。

我公司爆破片式排气防爆装置主要有爆破片和夹持器零部件组成。爆破片式排气防爆装置结构简图如图3所示。当爆破片两侧压力差达到稳定的预定值时，爆破片即立刻动作（破裂或脱落），释放出压力。在爆破片式排气防爆装置中，爆破片是能够因超压而迅速动作的压力敏感元件，用以封闭压力，起到控制爆破压力的作用。夹持器上有设计给定的压力释放口径，用以固定爆破片位置，保证爆破片不移位；此外，上下夹持器的安装面采用凹凸面，以保证爆破片夹紧密封[2]。

图3 爆破片式排气防爆装置结构简图

爆破片式排气防爆装置优点如下：

（1）密封性好。

（2）安装简单。几乎不需要对天燃气发动机做任何改动，就可以直接安装此装置，并使之正常工作。

爆破片式排气防爆装置存在缺点及使用过程中出现的问题如下：

（1）装置中的爆破片不能重复使用，发动机“放炮”一次，就必须停机更换新的爆破片，这无疑增加了发动机使用成本。

（2）爆破片是爆破片装置中的重要元件。在设定的压力和温度下准确爆破，是其能否起到保护作用的关键。但在实际生产及使用过程中，爆破片的爆破压力受各种因素影响，如材料、几何尺寸、加工工艺、安装操作、放置过程中出现的应变时效等；而且发动机“放炮”现象属于化学超压过程（即内部爆炸），由于其机理复杂，目前还没有计算公式。各种因素导致爆破片的选型困难，或者是，即便选了爆破片，但在实际运用过程中，爆破片并没有在设定的压力和温度下准确爆破[3]。

4 改进措施及新设计思路

4.1 改进措施

重力轴式排气防爆装置中盖板与管子接触为刚性接触。刚性接触一方面会导致装置盖板复位时噪声大，另一方面也使装置的密封性差。

为此，在盖板的下表面加装耐高温的吸声棉或吸声密封垫。这样既降低了盖板复位时的噪声，也改善了装置的密封性。吸声密封垫由不锈钢板和膨胀柔性石墨夹层组成。

重力轴式排气防爆装置经改进后，外观较之前无多大变化，但装置工作时，密封性得到很大改善，并且装置盖板复位时声响也降低得很多。

4.2 新设计思路

重力轴式排气防爆和爆破片式排气装置都不够完美，综合两者的优缺点，并考虑到开启压力必须可调，且便于维修，提出设计1款机械弹簧式可调排气防爆装置。市场上机械弹簧式可调泄压装置很常见，所以设计1款机械弹簧式可调排气防爆装置，结构上难度并不大，但弹簧的材料和工艺选择是最大的技术难点。所选的弹簧材料和工艺必须确保其在温度高达600℃时能正常工作，不失效，又便于加工制造。这有待于我们研究。

5 结论

以我公司产品为例分别详细介绍了2种排气防爆装置的结构及工作原理，并分析这2种装置的优缺点及使用过程中出现的问题和改进措施；同时提出了新设计思路，为后续的天燃气发动机排气防爆装置设计提供了一些参考。

[1]杨波.12V240燃气机说明书及用户使用报告[R].玉门：南车玉柴四川发动机股份有限公司，2014.

[2]隋玉峰.爆破片装置介绍[R].大连：大连理工安全装备有限公司，2011.

[3]尚长友.HG/T20570-95 工艺系统工程设计技术规定[S].北京：化学工业部，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

来稿日期：2017-06-26

王飞（1983-），女，工程师，主要研究方向内燃发动机安全系统。