[寶典]煤礦井下柴油機(jī)的應(yīng)用分析

1、煤礦井下柴油機(jī)的應(yīng)用分析Application analysis of the diesel engine in coal mine 段春霞1 張怡軍2DuanChunxia， ZhangYijun（洛陽理工學(xué)院1，洛陽 河南 471003）（中國一拖（洛陽）柴油機(jī)2，洛陽 河南 471004）Luoyang Institute of Science and Technology ,Luoyang Henan 471003YTO(LuoYang) Diesel Engine CO.,LTD, Luoyang Henan 471004摘要 針對煤礦井下瓦斯煤塵濃度大空間狹小及通風(fēng)不暢等惡劣的作業(yè)

2、環(huán)境，需要對現(xiàn)有柴油機(jī)進(jìn)行改進(jìn)使之具有防爆能力。另外為達(dá)到我國煤礦安全中的相關(guān)規(guī)定，還配備廢氣凈化及自動(dòng)保護(hù)裝置。Abstract: In view of coal mine shaft big gas coal dust density，the space narrow and ventilates and so on impeded the bad work environment，it is necessary to improve the existing diesel engine ,enabling it to have the explosion-proof ability。Mo

3、reover, in order to achieve coal mine safety correlation of our country stipulation，provides the waste gas refining equipment and the automatic relay protection。主題詞： 柴油機(jī)，防爆，廢氣凈化，自動(dòng)保護(hù)Keywords: diesel engine，explosion-proof，automation protection1 引言我國是一個(gè)以煤炭為主要能源的國家，目前煤炭在能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占70% 以上，在今后相當(dāng)長的一段時(shí)期內(nèi)，煤炭仍

4、將是我國能源的支柱產(chǎn)業(yè)。但是與發(fā)達(dá)國家相比我國煤礦安全供應(yīng)、主要技術(shù)裝備等性能指標(biāo)仍落后10至15年。值得一提的是這幾年我國煤礦在運(yùn)輸機(jī)械上做了大量工作并取得很大效，目前國內(nèi)已經(jīng)成功開發(fā)應(yīng)用了不同種類的井下柴油機(jī)車。柴油機(jī)為動(dòng)力的機(jī)車具有體積小巧，使用方便、靈活，在煤礦井下適應(yīng)性強(qiáng)，使用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)。但是要想使井下柴油機(jī)車得到大量的應(yīng)用，必須解決好柴油機(jī)的防爆、廢氣凈化、自動(dòng)保護(hù)等難題。2 防爆在瓦斯煤塵濃度大的礦井中，柴油機(jī)是否具有防爆能力直接關(guān)系礦工的生命安全。而影響柴油機(jī)的防爆因素主要有：材料、隔爆接合面、進(jìn)（排）氣系統(tǒng)、溫度及電氣系統(tǒng)。材料在柴油機(jī)運(yùn)行和維修期間，有可能受到撞擊的零部件

5、的外殼都不允許使用輕金屬材料制造。通常柴油機(jī)的機(jī)體缸蓋進(jìn)氣管排氣管飛輪殼齒輪室及齒輪室蓋水泵等主要零部件采用鑄鐵制造；汽缸蓋罩殼風(fēng)扇等零部件采用薄鋼板制造；燃油泵柴油濾清器等殼體為鋁質(zhì)材料的零部件，其外表面必須噴涂不小于厚防護(hù)層或設(shè)置鋼質(zhì)罩殼保護(hù)措施；皮帶等非金屬材料的零部件采用電阻小于1×109的不燃或阻燃性材料制造；進(jìn)氣管墊片排氣管墊片及氣缸蓋墊片等用于防爆接合面密封的墊襯使用帶有金屬骨架或金屬包封的不燃材料制造；燃油系統(tǒng)中油管盡量采用鋼絲防護(hù)內(nèi)層膠管。隔爆接合面隔爆接合面部位主要有缸蓋與機(jī)體之間進(jìn)（排）氣系統(tǒng)與缸蓋之間齒輪室蓋上加油口與加油螺塞之間油底殼上放油口與放油螺塞之間油

6、底殼與機(jī)油套管之間噴油器與缸頭之間等。現(xiàn)行的相關(guān)規(guī)定中對各隔爆接合面尺寸要求：缸蓋與機(jī)體之間隔爆接合面的有效寬度不小于9mm，平面度不大于；進(jìn)排氣系統(tǒng)與缸蓋的隔爆接合面有效寬度不小于13mm；隔爆接合面的內(nèi)部邊沿到螺栓孔的邊沿有效寬度大于9 mm；噴油器與缸頭的配合間隙應(yīng)不大于0.2 mm，軸向長度應(yīng)不小于25 mm；加油螺塞放油螺塞機(jī)油標(biāo)尺套管最小擰入深度不小于12.5 mm，最小嚙合扣數(shù)不少于6扣；水夾層排氣管隔爆接合面內(nèi)部到水道通孔邊沿的有效寬度不小于不小于5 mm；各隔爆接合面的表面粗糙度不小于。進(jìn)（排）氣系統(tǒng)柴油機(jī)進(jìn)（排）氣系統(tǒng)必須配置有空氣濾清器和阻火器，阻火器用于阻斷柴油機(jī)可能的

7、回火引燃空氣中的可燃?xì)怏w。阻火器的安裝必須保證不受意外損壞，其結(jié)構(gòu)應(yīng)易于裝配檢驗(yàn)和清洗，且定位應(yīng)準(zhǔn)確。阻火器框架隔爆接合面寬度不小于25mm，不允許在阻火器框架隔爆接合面內(nèi)隨意鉆孔。阻火器一般分欄柵型阻火器和珠型阻火器：（1）欄柵型阻火器必須使用耐高溫防腐蝕耐磨損材料制造。欄柵板的厚度不小于1mm，平面度不大于，氣流方向的寬度不小于50mm，相鄰兩欄柵板之間的間隙不大于。（2）珠型阻火器的框架及擋板球型體，應(yīng)使用耐高溫耐腐蝕材料制造。裝配完整后的珠型阻火器，內(nèi)部球形體不得有松動(dòng)。采用直徑為5mm的球形體時(shí)，氣流方向的填充厚度不小于60mm，采用直徑為6mm的球形體時(shí)，氣流方向的填充厚度不小于9

8、0mm。進(jìn)（排）氣系統(tǒng)（圖1）中，進(jìn)氣系統(tǒng)在空氣濾清器和阻火器之間還要設(shè)置空氣關(guān)斷閥，以便事故時(shí)及時(shí)切斷空氣供應(yīng)使防爆柴油機(jī)停機(jī)；排氣系統(tǒng)在和廢氣處理箱和阻火器前設(shè)置水夾層排氣管，以便使排出的氣體溫度低于70。 圖1 進(jìn)（排）氣系統(tǒng)溫度：柴油機(jī)任一部分位表面溫度不得超過150，廢氣出口溫度不得超過70。目前多采用強(qiáng)化水冷卻循環(huán)（圖2），可使除排氣管外的其它零部件溫度低于150。排氣系統(tǒng)溫度一般為600左右，因此必須對排氣管進(jìn)行強(qiáng)制冷卻才能達(dá)到以上要求，一般采用水夾層排氣管來實(shí)現(xiàn)。電氣系統(tǒng)：柴油機(jī)上的電氣設(shè)備必須符合GB3836有關(guān)規(guī)定，并取得煤礦礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志證書。連接電氣設(shè)備的電纜線，除應(yīng)

9、符合MT818有關(guān)規(guī)定外，還應(yīng)具有耐油性能，并應(yīng)可靠牢固和保護(hù)。電纜的安裝應(yīng)保證在出現(xiàn)機(jī)械震動(dòng)（如磨擦，卡磨）時(shí)不會(huì)使絕緣體脫落，不會(huì)出現(xiàn)彎折過度而導(dǎo)致內(nèi)部的導(dǎo)體不導(dǎo)電。圖2 強(qiáng)化水循環(huán)系統(tǒng)3.廢氣凈化因井下空間狹小及通風(fēng)不暢等因素，柴油機(jī)在井下作業(yè)時(shí)不斷向巷道中排放CO、HC、NOX、SO2、煤煙等污染物，使作業(yè)環(huán)境不斷惡化、空氣質(zhì)量下降。當(dāng)柴油機(jī)排放廢氣濃度過高時(shí)，就可能使人中毒，因此柴油機(jī)尾氣必須進(jìn)行凈化處理。目前的凈化裝置種類較多，廢氣凈化效率各不相同，應(yīng)用最多的是使用催化反應(yīng)器和水洗箱組成的機(jī)外凈化裝置。催化反應(yīng)器是在催化劑的作用下，使排放中的HC,CO,NOX通過化學(xué)反應(yīng)，然后生成

10、無害的CO2，H2O，N2。安裝催化凈化器應(yīng)盡量可能靠近發(fā)動(dòng)機(jī)排氣管道的出口，凈化器最好安裝在柴油機(jī)排氣管與消聲器之間，離出口700mm以內(nèi)。根據(jù)排氣凈化器上標(biāo)簽的流向箭頭來確定凈化器排氣流向。凈化器工作2000小時(shí)，要進(jìn)行清洗保養(yǎng)，保證排氣凈化器良好凈化效果。柴油機(jī)排氣中HC和CO較少，而PM和NOX 較高，所以柴油機(jī)采用催化轉(zhuǎn)化器的主要目的是降低PM和NOX 。一般采用催化氧化方法，常用催化劑主要有PtPdRh及作為涂層的AL2O3 。盡管柴油機(jī)排氣溫度低，使得微粒中的碳煙難以氧化，但氧化催化劑可以轉(zhuǎn)化可溶性有機(jī)組分中的大部分碳?xì)浠衔?，達(dá)到微粒排放降低的效果。同時(shí)HC和CO可進(jìn)一步降低，

11、圖3為轉(zhuǎn)化器剖視圖。 圖3轉(zhuǎn)化器剖視圖1.外殼 2.基質(zhì) 3.涂層這種氧化催化凈化系統(tǒng)工作機(jī)理如下：反應(yīng)方程式：2HC+5/2O2=H2O+2CO22CO+ O2= 2CO2水洗法是用水溶解廢氣中有刺激性的HC（醛酸酯類）高沸點(diǎn)的HCSO2及少量NOX等，同時(shí)使用炭煙沉淀；水洗還使排氣溫度下降。所采用的水洗裝置是在不銹鋼制的水洗箱內(nèi)安裝若干組噴管（如圖4）。發(fā)動(dòng)機(jī)排出的廢氣由收縮煙道5進(jìn)入若干組噴管4，從噴管4中高速射出，在吸水管2的出口處形成真空，水洗箱3中的水在大氣壓力作用下從吸水管射出，并被高速氣流噴射為細(xì)小的水滴，隨同廢氣在水箱上方的旋流器內(nèi)作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。廢氣中的可溶性有害氣體與水滴接觸

12、并溶解于水中。碳煙顆粒則在水接觸后凝聚為較大的顆圖4 水洗箱裝置1.終排管 2.吸水管 3.水洗箱 4.噴管 5.收縮煙道粒，從而加速碳煙的沉淀。較大的水滴在離心力作用下被甩向?qū)Я靼?，然后流回箱底。凈化后的廢氣由終排管1排出。水洗箱與阻火器的固定板應(yīng)使用耐腐蝕材料制造，水洗箱安裝在阻火器前的應(yīng)為隔爆結(jié)構(gòu)。各隔爆接合面的寬度應(yīng)不小于25mm，箱體內(nèi)邊沿到螺孔邊沿的寬度應(yīng)不小于9 mm。水洗箱應(yīng)設(shè)置水位標(biāo)記，如果在隔爆結(jié)構(gòu)的水洗箱上設(shè)置玻璃窗口式水位標(biāo)記，窗口部分應(yīng)小于25mm2，隔爆接合面寬度應(yīng)不小于9 mm，應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度，以免受到撞擊面損壞。采用噴淋冷卻的水洗箱可不設(shè)水位標(biāo)記，但噴水箱應(yīng)設(shè)

13、水位標(biāo)記。水洗箱注水孔應(yīng)采用螺紋隔爆結(jié)構(gòu)，孔蓋應(yīng)有系緊裝置。水洗箱容量應(yīng)能至少滿足柴油機(jī)四小時(shí)連續(xù)工作耗水。催化反應(yīng)器和水洗箱組成的機(jī)外凈化裝置經(jīng)過多種方案的分析比較和實(shí)際工程中的應(yīng)用，凈化效果明顯，其凈化總裝圖見圖5。 圖5總裝圖4.自動(dòng)保護(hù)柴油機(jī)在環(huán)境條件惡劣的煤礦井下使用，需要有一套完善的安全保護(hù)設(shè)施。為了確保達(dá)到我國煤礦安全中對排氣溫度、表面溫度、排出的各種有害氣體濃度等的規(guī)定，防爆柴油機(jī)附加了比較齊全的自動(dòng)檢測保護(hù)裝置，包括冷卻水溫、排氣溫度、機(jī)油溫度、機(jī)油壓力、空氣成分檢測保護(hù)裝置和急停保護(hù)裝置。自動(dòng)檢測保護(hù)裝置一般由兩個(gè)電磁閥傳達(dá)執(zhí)行：排氣溫度、空氣成分檢測保護(hù)裝置和急停保護(hù)裝置

14、與主執(zhí)行組件電磁閥串聯(lián)，當(dāng)瓦斯?jié)舛?、排氣溫度等關(guān)鍵參數(shù)超限時(shí)或駕駛員發(fā)現(xiàn)緊急情況斷開急停保護(hù)裝置，電磁閥都失效釋放，進(jìn)而關(guān)閉柴油機(jī)的油門開關(guān)，使柴油機(jī)熄火制動(dòng)。冷卻水溫、機(jī)油溫度、機(jī)油壓力與運(yùn)行電磁閥串聯(lián)，當(dāng)冷卻水溫、機(jī)油溫度、機(jī)油壓力等參數(shù)超限時(shí)，運(yùn)行電磁閥斷電，停止整車行使?fàn)顟B(tài)而柴油機(jī)自身處于空載怠速下運(yùn)轉(zhuǎn)以便風(fēng)扇自冷卻。圖6為某新型自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)示意圖，該系統(tǒng)對原有Y型保護(hù)系統(tǒng)進(jìn)行簡化，主要由一個(gè)電源箱組成，必需的外部配套設(shè)施與原Y型系統(tǒng)相同。電源箱中4塊電源板設(shè)有雙重過流，過壓，穩(wěn)定保護(hù)，其工作原理與Y型自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)電源箱的5塊電源板相同，另外的喇叭音頻發(fā)生板，工作原理與Y型系統(tǒng)操作箱的

15、線路原理相同。外部運(yùn)行參數(shù)保護(hù)電路，設(shè)在端子箱內(nèi)下部，線路只設(shè)有排氣溫度水溫機(jī)油壓力急停4種保護(hù)，且都是與唯一的執(zhí)行組件電磁閥串聯(lián)，其中任一傳感器或繼電器采集到的運(yùn)行參數(shù)超限，或司機(jī)發(fā)現(xiàn)緊急境況斷開急停開關(guān)，電磁閥都要失電釋放，從而關(guān)閉柴油機(jī)的油門開關(guān)，使柴油機(jī)停車制動(dòng)。指示燈組線路簡單巧妙，只用幾個(gè)不同規(guī)格的電阻，二極管與三個(gè)故障指示燈合理混合聯(lián)在12V的回路中，就實(shí)現(xiàn)了不同故障對應(yīng)指示的功能，以便司機(jī)檢修準(zhǔn)確判斷。圖6 某新型自動(dòng)保護(hù)系統(tǒng)示意圖1.備用電源板 2.瓦斯電源板 3.喇叭電源板 4.喇叭音頻發(fā)生板 5.保護(hù)電源板 6.電源箱 7.瓦斯探頭 8.直流發(fā)電機(jī) 9.蓄電池 10.前燈 11后燈 12.端子箱 13.指示燈 14.前喇叭 15.后喇叭 1625依次接檢測按鈕1 開關(guān)按鈕1和2 電磁閥 排氣溫度傳感器 水溫傳感器 機(jī)油壓力傳感器 檢測按鈕2 喇叭按鈕1和25結(jié)語煤礦井下柴油機(jī)在我國開發(fā)研制和推廣應(yīng)用勢頭良好，種類不斷拓展，性能指標(biāo)不斷提高。展望未來，隨著井下柴油機(jī)操作和維護(hù)人員技術(shù)水平的不斷提高，必將促使機(jī)車安全高效地使用，為我國煤炭事業(yè)多做貢獻(xiàn)。參考文獻(xiàn)1 MT990-2006.礦用