煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)特點(diǎn)分析

侯衛(wèi)紅

摘要：煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是針對(duì)煤礦井下瓦斯?jié)舛却蟆⒖臻g小、通風(fēng)不順暢環(huán)境特點(diǎn)所引進(jìn)的一種特殊發(fā)動(dòng)機(jī)，其設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，一旦操作失誤容易引發(fā)安全隱患。為此，文章在闡述柴油機(jī)原理、過程、構(gòu)造的基礎(chǔ)上，結(jié)合一般性柴油發(fā)動(dòng)機(jī)使用缺陷來分析煤礦井下防爆柴油機(jī)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，并從溫度、電氣元件、火星消除、零部件材料的選擇應(yīng)用幾個(gè)方面具體分析如何優(yōu)化煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)。

Abstract： Coal mine explosion proof diesel engine is a large space for the coal mine gas concentration small ventilation is not smooth environmental characteristics by introducing a special motor， its design structure is complex， once the error is easy to cause potential safety hazard to this end， this article expounds the principle of diesel engine， on the basis of process structure， combined with the general diesel engine using defects to the advantage of application of the coal mine explosion-proof diesel and temperature electrical components from Mars to eliminate of the component materials application aspects specific analysis how to optimize the design of the coal mine explosion-proof diesel engine.

關(guān)鍵詞：煤礦井;防爆;柴油發(fā)動(dòng)機(jī);設(shè)計(jì)

Key words： coal mine well;explosion-proof;diesel engines;design

中圖分類號(hào)：TM357? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?   ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）05-0121-02

0? 引言

我國(guó)是世界上以煤炭作為重要能源的國(guó)家，煤炭在總體能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中占據(jù)七成以上的比例，且在未來很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)煤炭都會(huì)是我國(guó)發(fā)展的重要能源支柱產(chǎn)業(yè)，但是和發(fā)達(dá)國(guó)家的煤炭開采設(shè)備相比我國(guó)的煤炭加工生產(chǎn)技術(shù)以及設(shè)備使用處于落后的狀態(tài)。柴油機(jī)作為動(dòng)力機(jī)車，具備體積小、使用方便、適應(yīng)性強(qiáng)、使用范圍廣的特點(diǎn)，但是想要實(shí)現(xiàn)井下柴油機(jī)車的大范圍使用需要著重解決好柴油機(jī)的爆炸、廢氣凈化和自動(dòng)保護(hù)等問題。從實(shí)際應(yīng)用情況來看，由于煤礦井下環(huán)境的特殊，一般的柴油機(jī)無法在煤礦井下工作，只有具備了防爆性能的柴油機(jī)才能夠在煤礦井下使用。為此，文章結(jié)合煤礦資源開采實(shí)際要求就煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)問題進(jìn)行探究。

1? 柴油機(jī)工作原理分析

柴油和空氣在一定的環(huán)境作用下會(huì)燃燒產(chǎn)生熱能，熱能在累積到一定數(shù)量之后會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。在柴油機(jī)的圓筒型氣缸中存在活塞，在活塞稍和活塞鉸的配合下完成連桿操作，柴油機(jī)的下端和曲軸連接在一起，會(huì)將直線來回運(yùn)動(dòng)的活塞和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的曲軸聯(lián)系在一起，順利將熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。

柴油機(jī)在工作的時(shí)候，燃燒室的燃燒氣體溫度最高可以達(dá)到兩千到兩千五攝氏度，燃燒的過程中還會(huì)產(chǎn)生熱量，其中也會(huì)有一少部分轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械功，在機(jī)械功的作用下實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，另外一部分的熱量會(huì)通過多個(gè)類型的傳熱方式傳送到對(duì)應(yīng)柴油機(jī)的組件上，之后伴隨氣體溫度的升高會(huì)被排放到大氣環(huán)境中。柴油機(jī)在工作的時(shí)候會(huì)涉及到比較多的混合氣體，在這個(gè)過程中會(huì)產(chǎn)生高溫。

2? 煤礦井下防爆柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)概述

根據(jù)煤礦井下防爆柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣和排氣原理不難發(fā)現(xiàn)在主機(jī)進(jìn)氣口上借助空氣濾清器和進(jìn)氣箱會(huì)將外界的空氣提供給柴油機(jī)，徹底過濾干凈煤礦環(huán)境中的粉塵污染物。同時(shí)，在主機(jī)的排氣口廢氣處理箱內(nèi)部會(huì)放置一定數(shù)量水，廢氣經(jīng)過廢水過濾再次排出，高溫廢氣和廢氣中的火星會(huì)通過廢氣處理箱內(nèi)部的水進(jìn)行降溫處理，經(jīng)過處理后的廢氣排放會(huì)達(dá)到防爆的作用。

第一，柴油機(jī)本體、防爆柴油機(jī)所用氣缸蓋。柴油機(jī)本體、防爆柴油機(jī)所用氣缸蓋需要按照規(guī)范的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)的過程中還需要對(duì)燃油箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成、基本材質(zhì)、呼吸器的結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入的分析，在分析之后總結(jié)出能夠確保系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行的方法。第二，隔爆進(jìn)排氣系統(tǒng)。①安裝在隔爆外殼開口的位置上，進(jìn)出排氣系統(tǒng)和外界相連的部分要額外安裝阻火器和排火阻火器。②水夾層排氣管和廢氣處理箱。在灌水層、夾水層的作用下將柴油機(jī)內(nèi)部的廢氣排出，進(jìn)排氣系統(tǒng)連接法蘭接口和螺紋接口，所有接口都需要使用隔爆結(jié)構(gòu)。第三，防爆柴油機(jī)防爆電氣系統(tǒng)一般由隔離發(fā)電機(jī)、隔爆啟動(dòng)機(jī)、隔爆電源箱共同組成，整個(gè)系統(tǒng)安全可靠，在自動(dòng)保護(hù)裝置的作用下能夠保證柴油機(jī)表面溫度、排氣溫度、冷卻水的溫度在規(guī)定的范圍內(nèi)。柴油機(jī)的防爆結(jié)構(gòu)能夠?yàn)檎麄€(gè)機(jī)車系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行提供支持，隔爆和安全結(jié)構(gòu)會(huì)在最大限度上避免因?yàn)榛鸹óa(chǎn)生可能引起的爆炸問題，自動(dòng)保護(hù)隔離裝置還能夠避免柴油機(jī)表面溫度高可能引發(fā)的一系列機(jī)械動(dòng)力不足、水位不到位等情況，進(jìn)而避免因?yàn)椴裼蜋C(jī)表面溫度過熱而引爆周圍的可燃?xì)怏w。對(duì)于一些自動(dòng)保護(hù)裝置還需要額外設(shè)置瓦斯傳感器，應(yīng)用器械密切監(jiān)測(cè)瓦斯傳感器的使用，在巷道內(nèi)部的瓦斯?jié)舛瘸^規(guī)定的數(shù)值就及時(shí)啟動(dòng)應(yīng)急停止裝置，及時(shí)停止防爆柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。第四，柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)。柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)在氣缸中燃燒所產(chǎn)生的熱量會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)各個(gè)部位的溫度提升。從實(shí)際構(gòu)成上來看，柴油機(jī)由散熱器、風(fēng)扇、水泵、溫度節(jié)省器等共同構(gòu)成，在實(shí)際運(yùn)作的時(shí)候要求氣缸防爆柴油機(jī)表面的溫度不能夠超過150攝氏度，因?yàn)橐坏┎裼蜋C(jī)表面溫度超過規(guī)定的數(shù)值就會(huì)使得整個(gè)機(jī)械設(shè)備產(chǎn)生比較多的破壞環(huán)境的氣體。

3? 普通柴油機(jī)出現(xiàn)燃燒爆炸的因素

第一，熱表面。如果柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的溫度在300攝氏度到500攝氏度，如果氣體關(guān)聯(lián)元件表面的溫度超過了這個(gè)溫度范圍就會(huì)使得柴油機(jī)的表面的溫度過高由此會(huì)引發(fā)燃燒的問題。第二，火焰和熱氣體。柴油機(jī)發(fā)出的廢氣會(huì)包含一些火花，排氣管排除的廢氣溫度會(huì)達(dá)到650攝氏度左右，這個(gè)時(shí)候柴油機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)和燃燒室連接，火焰會(huì)通過進(jìn)氣其系統(tǒng)影響周圍的大氣，并借助柴油機(jī)零件面滲漏到外界的大氣環(huán)境中。第三，機(jī)械設(shè)備摩擦產(chǎn)生的電火花。第四，電火花。電氣元件在運(yùn)作過程中不可避免的會(huì)產(chǎn)生一些電弧和電火花。

4? 煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)優(yōu)化

煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)本身具備防爆的基本性能，在使用的時(shí)候會(huì)消除柴油機(jī)在工作過程中潛在的容易引起燃燒爆炸的因素。煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)在一般性柴油機(jī)的基礎(chǔ)上會(huì)進(jìn)一步控制熱表面和排出廢氣的溫度，將溫度控制在安全溫度以下，并在這個(gè)過程中消除向空氣中可能釋放的火焰和火花。為了能夠更進(jìn)一步提升煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的防爆性能，需要在以往機(jī)器的基礎(chǔ)上進(jìn)行更深入的防爆設(shè)計(jì)，具體包含以下幾個(gè)方面的工作：

4.1 加強(qiáng)對(duì)溫度的控制

煤礦井下防爆柴油發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)溫度有著比較高的要求，在使用發(fā)動(dòng)機(jī)的過程中要著重從以下兩個(gè)方面控制溫度：第一，控制柴油機(jī)及其周圍附屬設(shè)備裝置表面的溫度。第二，控制廢氣排放到大氣環(huán)境之前的出口溫度。在防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì)的過程中需要對(duì)設(shè)備采取必要的隔熱處理，通過隔熱處理來滿足設(shè)備表面溫度的基本要求。柴油機(jī)的冷卻方式有兩個(gè)類型，分別是水冷和風(fēng)冷，水冷具備良好的冷卻能力，柴油機(jī)一般也會(huì)選擇水冷的方式。對(duì)于表面溫度比較高的零部件，在零部件溫度超過300攝氏度之后還需要額外采取隔熱措施使其滿足溫度控制要求。從實(shí)際應(yīng)用上來看，柴油機(jī)廢氣溫度最高可以達(dá)到650攝氏度，這個(gè)溫度超過了一些可燃性物質(zhì)的引燃溫度，因此，在廢氣排放到空氣環(huán)境中之前還需要對(duì)其進(jìn)行必要的降溫處理，在設(shè)計(jì)排氣系統(tǒng)的時(shí)候還需要額外設(shè)計(jì)廢氣冷卻裝置，加強(qiáng)對(duì)廢氣冷卻控制出口溫度的控制。

4.2 采取措施消除火焰和火星

為了能夠消除柴油機(jī)工作排放到空氣中的火焰和火星在防爆柴油機(jī)設(shè)計(jì)的過程要通過合理設(shè)計(jì)隔爆結(jié)合面和火焰消除裝置來抑制火星的產(chǎn)生。柴油機(jī)是一種潛在的引燃源，燃燒室是燃燒點(diǎn)源頭。燃燒室由缸蓋和缸體通過螺栓聯(lián)結(jié)構(gòu)組成，氣缸蓋的上面還會(huì)設(shè)計(jì)進(jìn)氣門、排氣門，噴油器孔和燃燒室密切關(guān)聯(lián)，在運(yùn)作過程中產(chǎn)生的火星都會(huì)透過這些結(jié)合面滲透到大氣環(huán)境中。為了能夠減少火星的產(chǎn)生需要對(duì)結(jié)合面進(jìn)行額外設(shè)計(jì)，由此來抑制火焰泄漏到大體環(huán)境中。柴油機(jī)燃燒的廢氣會(huì)通過排氣系統(tǒng)排放到空氣中，這些廢氣的氣體中會(huì)有一些火花，為了防止火花釋放到大氣環(huán)境中，在防爆柴油機(jī)上還需要額外設(shè)計(jì)隔離裝置。

4.3 電氣元件的設(shè)計(jì)

為了滿足柴油機(jī)的正常運(yùn)作，在柴油機(jī)上還會(huì)額外配置發(fā)電機(jī)、傳感器、電磁控制器元件，而這些元件在工作的時(shí)候會(huì)產(chǎn)生電火花。為了有效減少電火花的產(chǎn)生。為了能夠阻止火花釋放到大氣環(huán)境中，需要在防爆柴油機(jī)靠近進(jìn)氣口和出氣口的位置上設(shè)置阻火裝置。在時(shí)代的進(jìn)步發(fā)展下現(xiàn)代柴油機(jī)開始朝著電子控制方向發(fā)展，電子元件開始被人們廣泛的應(yīng)用在柴油機(jī)上。柴油機(jī)的電子化發(fā)展是防爆柴油機(jī)未來的一個(gè)發(fā)展方向。

4.4 合理選擇零部件材料

柴油機(jī)的主要構(gòu)成零部件有三百多種，涉及到金屬零件和非金屬零件。在選擇零部件的時(shí)候要著重注意以下幾個(gè)問題：第一，對(duì)于外露的零部件，比如鋼管、輸送管、進(jìn)氣軟管等需要做好防止燃燒的基本舉措，這些器械加工材料的電阻值需要在容易燃燒點(diǎn)界定的范圍以下，因?yàn)橹挥羞@樣才不會(huì)引起燃燒。第二，外露的零部件在使用的過程中有時(shí)候會(huì)受到撞擊，為了避免出現(xiàn)撞擊火花，在零部件設(shè)計(jì)的過程中要減少輕金屬材料的使用，對(duì)于一些更換比較麻煩的零件要在其表面上涂抹防護(hù)層、設(shè)置鋼材質(zhì)的防罩殼。

5? 結(jié)束語

綜上所述，煤礦井下柴油機(jī)在我國(guó)的開發(fā)和研制發(fā)展呈現(xiàn)出良好的態(tài)勢(shì)，相信在未來，伴隨井下柴油機(jī)操作人員水平的提高，煤礦井下防爆柴油機(jī)車安全保護(hù)系統(tǒng)將會(huì)更加完善。防爆柴油機(jī)在我國(guó)的研發(fā)制作屬于一個(gè)新的課題，以往的柴油機(jī)僅僅是使用了簡(jiǎn)單的防爆改造裝置，結(jié)構(gòu)復(fù)雜、附屬零件比較多，且改造之后出現(xiàn)了油耗高低不一、動(dòng)力下降、整車布置困難的問題。為了能夠更好的解決這個(gè)問題在設(shè)計(jì)柴油機(jī)的時(shí)候要充分考慮其防爆特征，將防爆設(shè)計(jì)引入到柴油機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)中，從而更好的提升防爆柴油機(jī)的使用性能。

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