礦用防爆柴油機廢氣處理箱結構設計【獨家畢業(yè)課程設計含任務書+開題報告+外文翻譯+中期報告+答辯PPT】

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It is s is of is in is a on is of in to of of a 73 mm 31 500 to 500 is to at As a it it MW on 8 .8 MW to a 8 to no to it to be to to of by a by of of be by a by is If of it As on of by of at as as at At is is 96 it in 64 93, it an to a 3is so 96 it to SX is of 93 A: 000 B: 5000of C: 800 of he of is in of If a on is In of is a of as in To to as a on at is to be is a is If we , we an of as of so As a is To of an is a to be 3 To in if is on is is To up is to to or we At is be to of to On at at is to so at is At a in of of in At a to a to of he it is on 進氣和排氣 進氣歧管 首先介紹了梅賽德斯 300954、進氣歧管是不是一個新技術。這里討論的只是因為它的原則是有用的，我們進一步研究可變進氣歧管。世紀 50 年代以前，工程師們認為短進氣歧管是發(fā)動機呼吸的最佳選擇。然后，他們發(fā)現(xiàn)，在某些條件下，長進氣歧管實際上可以提高產(chǎn)量，由于所謂的“增壓效應”。這是怎么做的？讓我們看看下面的插圖： 當新鮮空氣吸入燃燒室時，它在進氣歧管中聚集速度和動量。當入口閥門關閉時，快速移動的空氣撞擊閥門并壓縮，產(chǎn)生高壓。沒有地方去，這種高壓反彈，沿著進氣歧管，擊中在另一側的全會和反彈回來。這樣，高壓來回沿進氣歧管到進氣閥再次打開，創(chuàng) 建 壓力波。 現(xiàn)在有趣的是：如果進氣閥在壓力波回來的時候完全打開，壓力波會因為高壓而幫助燃燒室充電。這與用輕增壓器增壓燃燒室不同，因此我們稱之為增壓效應。 為了匹配閥門開啟的時間，壓力波的頻率應與發(fā)動機轉速同步，明顯。這個頻率取決于進氣歧管的長度（ L 在圖中）。長度越長，壓力波恢復的時間越長，壓力波的頻率越低。其結果是，較長的進氣歧管導致增壓效果在較低的發(fā)動機轉速。較短的歧管導致增壓效應在更高的轉速。通過選擇合適的歧管長度，我們可以得到所需的功率特性。 計算發(fā)現(xiàn)，為了實現(xiàn)有益的增壓 效果，進氣歧管應異常長。如果太短，壓力波會在閥門開啟之前多次在歧管中來回跳動，這時高壓會大大降低。因此，調諧進氣歧管應該是長的。 不幸的是，調諧進氣歧管只工作在一個狹窄的轉速帶。如果發(fā)動機轉速超過波段，壓力波到達進氣行程太晚，貢獻不充電。如果發(fā)動機運行低于轉速帶，壓力波將到達進氣閥打開之前。在這兩種情況下，壓力波的低壓區(qū)甚至可以對氣缸充電，阻礙轉矩輸出。 跑車發(fā)動機可以采用較短的調諧進氣歧管優(yōu)化其輸出在高轉速（費用低到中等轉速輸出）。與此相反，一個沉重的轎車 或商用面包車發(fā)動機可以選擇一個較長的流形，有利于低轉速輸出的價格高轉速輸出。正如你所看到的，流形長度的選擇總是一種折衷。這就是為什么許多現(xiàn)代發(fā)動機轉向可變進氣歧管? 可變進氣歧管（進氣） 自上世紀 90 年代中期以來，可變進氣歧管在自然吸氣式發(fā)動機上得到了廣泛的應用，主要用于拓寬扭矩曲線，或者提高發(fā)動機的靈活性。傳統(tǒng)的調諧進氣歧管集中在一個狹窄的轉速范圍。與此相反，提供了 2 個或更多的進氣配置階段，以處理不同的發(fā)動機轉速。這聽起來很像可變氣門正時，但一般來說生產(chǎn)成本較低，因為它只涉及一些 鑄造或塑料歧管和一些電動閥。這解釋了為什么它被應用到更便宜和更小的發(fā)動機 紅之前。今天，許多發(fā)動機采用這兩種功能，以達到最佳效果。 然而，可變進氣歧管是很少使用渦輪增壓或增壓引擎 是因為強迫感應已經(jīng)提供了很強的增壓作用。這在很大程度上降低了成本效益，因此其額外的成本和重量難以自圓其說。隨著越來越多的汽車轉向渦輪增壓發(fā)動機，預計在未來可預見的未來，汽車的普及將會降溫。有兩種類型：可變長度型和諧振型。 可變長度進氣歧管（ 變長進氣歧管是直接調節(jié)傳統(tǒng)進氣歧管的缺點。如果一個固定長度的進氣歧管進行了優(yōu)化，一個非常狹窄的轉速波段，為什么不給它 2 套進氣歧管，一個短管，以高轉速，而另一個長管，以低轉速？通過使用簡單的蝶閥，長和短管道之間的切換是容易的。 一些早期的 統(tǒng)，這樣福特 6，用單獨的長和短的管道，這是很明顯的在這里。短管到最近的氣缸組，而長管轉到相反的銀行。這樣的安排是空間嚙合。空間的缺乏導致使用的管道變窄，因此它不是非常適合高性能發(fā)動機。這就是為什么 大多數(shù) 統(tǒng)，像這樣一個在本田 擎，有長、短進氣路徑共享同一流形。在低轉速時，空氣流經(jīng)長歧管；在高轉速時，閥門打開一個捷徑路徑，從而空氣加入歧管在稍后階段。 三級可變長度進氣歧管 如果 2 個階段不夠好，以擴大扭矩曲線，為什么不使用 3 個階段？ 這里顯示的是奧迪 40 閥 在上世紀 90 年代末到 2000， 統(tǒng)位于 統(tǒng)內有兩個襟翼。兩個封閉的，新鮮的空氣貫穿歧管的全長。一個皮瓣打開，空氣通過一個捷徑路徑。一瓣 打開，一個更短的路徑建立。 以下的扭矩曲線顯示的 階段的影響：三級系統(tǒng)是更復雜一點，空間嚙合比二級系統(tǒng)。最終被放棄，當奧迪推出雙連續(xù)可變氣門正時及 大扭矩曲線。連續(xù)可變長度進氣歧管 馬的 分可變進氣）系統(tǒng)首次引入到 擎在 7 系列 2001。它是世界上第一個連續(xù)可變長度進氣歧管。原理簡單。各缸的進氣歧管安裝在圓形和半凹進壁實際上是一個轉子，入口位于其上。當轉子旋轉，在關系到歧管外殼進風口移動位置。這不同的進氣管的有效長度，從最大 673 毫米至 231 毫米。 低于 3500轉，使用最大的流形長度優(yōu)化低端扭矩。超過 3500 轉，轉速逐漸降低根據(jù)長度，保持在最佳水平 增壓效果。作為主角需要一個圓形建筑，它占用更多的空間（特別是高度）比其他 阻止它成為流行。就連寶馬本身也不熱衷于這項技術。當 擎擴大到 額外的扭矩允許寶馬為簡單兩 統(tǒng)放棄 一代 至切換到渦輪增壓，所以女主角沒有希望返回。今天，它仍然是唯一的連續(xù)可變進氣歧管以往任何時候都生產(chǎn)。 諧振進氣歧管 拳擊手發(fā)動機和 V 型發(fā)動機可以采用共振進氣歧管擴大扭矩曲線。每個氣缸由一個共同的增壓室通過單獨的管道供給。由兩個不同直徑的管道相互連接的兩個增壓室。其中一個管路可由發(fā)動機管理系統(tǒng)控制的閥門關閉。點火順序布置使氣缸從每個腔室交替地呼吸，在它們之間產(chǎn)生壓力波。如果壓力波的頻率匹配轉速，它可以幫助填充氣缸，從而提高了呼吸效率。由于頻率也取決于互連管的橫截面面積，通過關閉其中一個在低轉速，面積以及頻率降低，從而提高輸出在較低轉速。在高轉速時，閥門打開，從而提高了高速氣缸灌裝。 這是保時捷 996 諧振進氣系統(tǒng)。注意，它有 2 管， 2 室之間的連接。 諧振進氣系統(tǒng)已經(jīng)廣泛應用于各種保時捷從 964 993，保時捷將其與一個額外的可變長度的歧管形成三級進氣系統(tǒng)的名字 而，該系統(tǒng)消耗的空間（見右下圖），所以從 996 轉發(fā)回復只有諧振進氣系統(tǒng)，雖然保時捷一直使用的名稱 田 諧振進氣系統(tǒng)的另一種罕見的應用。 保時捷 統(tǒng) 993 答：低于 5000 轉：長管；共 振進氣禁用。 B： 5000：長管加短管諧振進氣，一連接管的諧振進氣關閉。 C： 5800 轉以上：長管加短管共振進氣，兩個相互連接的管道的共振口打開。 調整排氣和可變背壓排氣 排氣歧管的設計與進氣歧管不同。廢氣以高壓脈沖的形式排出。如果你對脈搏有一個微觀的分析，你會發(fā)現(xiàn)脈搏并不總是高壓的。事實上，在第一次壓力激增后不久，有一段負壓（即低于大氣壓力或 1 巴），如下圖所示。為什么？由于氣體脈沖具有質量和動量。為了讓你更容易理解， 想象的氣體脈沖作為一個大卡車運行在公路上，你站在路邊。當卡車經(jīng)過你的時候，你的頭發(fā)很可能被拖到公路上，因為卡車后面有一個低壓區(qū)域。卡車運行速度越快，壓力越低。 如果我們可以收集所有的排氣管的排氣脈沖相同長度的排氣歧管（或“頭”），我們將得到一個均勻分布的脈沖串。有趣的是，這種均勻分布的脈沖串實際上有助于吸入廢氣的燃燒室，作為一個脈沖的低壓尾吸下一個脈沖，所以。當進氣閥和排氣閥在重疊期間打開時，上述效果甚至有助于吸入新鮮空氣進入燃燒室。其結果是，這種效應被稱為“反向增壓”或“清除”。 為了充分利用掃氣效果，必須采用等長排氣歧管。此外，減少各缸的排氣脈沖之間的干擾，個人管應長。這解釋了為什么大多數(shù)賽車發(fā)動機和高性能發(fā)動機采用調整排氣歧管與非常 長和奇怪的路由管道。 調整排氣歧管（頭）寶馬 8。注意收集器前的各個管子長而等長。 為了達到清除效果，排氣歧管中的氣體流量應足夠快。再次乘坐我們的卡車的例子，如果卡車在高速公路上緩慢巡航，幾乎沒有任何真空效果，你可以感受到。排氣脈沖相同。為了加速氣流，顯然，最好的方法是在整個排氣系統(tǒng)中使用窄排氣管，包括歧管、收集器和消聲器。然而，狹窄的管道也會產(chǎn)生更多的氣體流動阻力，或者我們稱之為“背壓”。在高轉速的廢氣率是巨大的，背壓將大到足以超過清除效果的好處。因 此，窄的排氣管只有利于低轉速輸出。與此相反，大直徑排氣管降低背壓在高轉速，提高頂端功率，但在低轉速的廢氣流量太慢，以產(chǎn)生清除效果，所以它的輸出在低轉速。這就是為什么許多性能車選擇 可變回壓排氣。在低轉速時，排氣通過消聲器中的一個狹窄的路徑，它由多個階段的消聲器。這返回相對較高的背壓，但狹窄的路徑導致流速高，因此良好的清除效果。在高轉速時，旁路閥開啟至第二路徑，使氣體逸出，減少背壓，提高輸出功率。可變背壓排氣原理旁通也改變聲音的質量，使它越來越“運動”。因此可變背壓排氣是流行的跑車。 目 錄 摘 要 ?????????????????????????? 1 英文 摘要 ???????????????????????? 2 1 緒論 ?????????????????????????? 3 礦用防爆柴油機水洗箱的研究的背景及意義???????? 3 防爆柴油機水洗箱國外的研究現(xiàn)狀???????????? 5 防爆柴油機水洗箱國內的研究現(xiàn)狀???????????? 6 設計要解決的主要問題及預期社會經(jīng)濟效益???????? 7 2 關于防爆柴油機水洗箱的設計要求 ????????????? 9 防爆柴油機水洗箱國際標準以及國內標準????????? 9 防爆柴油機水洗箱結構設計原則????????????? 9 防爆柴油機水洗箱結構簡介??????????????? 12 防爆柴油機水洗箱水容量計算?????????????? 12 防爆柴油機水 洗箱阻煙板設計?????????????? 15 阻煙板孔徑及密度的確定??????????????? 15 阻煙板的工作原理?????????????????? 17 阻煙板的優(yōu)缺點??????????????????? 17 3 防爆柴油機水洗箱結構設計及工作原理 ??????????? 22 3． 1 防爆柴油機水洗箱結構設計??????????????? 22 防爆柴油機水洗箱外殼設計????????????? 22 防爆柴油機水洗箱進排氣管結構設計????????? 23 防爆柴油機水洗箱結構特點????????????? 23 防爆柴油機水洗箱工作原理??????????????? 24 防爆柴油機水洗箱工作原理?????????????? 24 防爆柴油機水洗箱工作特點?????????????? 26 防爆柴油機水洗箱優(yōu)缺點??????????????? 27 參考文獻 ????????????????????????? 28 致謝 ???????? ??????????????????? 29 第 1 頁 共 31 頁 礦用防爆柴油機廢氣處理箱結構設計 摘要 ： 以某種型號的防爆柴油機的排氣水洗箱為研究對象，建立了排氣水洗箱內部基本結構的模型，然后對水洗箱的結構模型進行了適當?shù)膬?yōu)化。然后運用三維制圖軟件 排氣水洗箱的結構的進行了基本的設計和建模，得到排氣水洗箱的內部結構以及雙阻煙板在水洗箱內部的分布情況。最后結果表明：防爆柴油機排氣水洗箱不僅在功能上有所提升，在其的體積以及外觀上更加符合當前礦井中的生產(chǎn)要求。 關鍵詞 ： 防爆柴油機；水洗箱； 第 2 頁 共 31 頁 of of a of as of a of of is of is is to of of of in of of in 第 3 頁 共 31 頁 1 緒論 中國是一個以煤炭為主要能源的國家，煤礦安全生產(chǎn)成為大多數(shù)人的共同期待，因為柴油機具有體積小，做工精湛，使用方便、靈活等特點，在煤礦的優(yōu)勢，適應性強，所以礦用柴油發(fā)動機，但也帶來了一系列的副作用。柴油機在運行過程中的兩個特點：操作過程中會釋放出大量的 氧化物和固體顆粒和其他有害物質，造成了巨大的傷害在這個高污染工作的煤礦工人長期健康的環(huán)境下；礦井通風條件不好，礦井下瓦斯長時間積聚，不能完全排出，與普通柴油發(fā)動機的排氣溫度在 650° C，高溫高壓的廢氣排放的燃燒火焰，有很多火花點火失敗的地下天然氣。針對以上 兩點，防爆柴油機必須解決防爆、冷卻、廢氣凈化等問題。 《 礦用防爆柴油機通用技術條件》中規(guī)定防爆柴油機任一表面溫度不得超過 150℃，排氣溫度不得超過 70℃ [1]。傳統(tǒng)的柴油機排氣溫度達到 650 攝氏度，排氣歧管的溫度，排氣管在（ 300～ 500）攝氏度，如果應用于礦井，其表面溫度和排氣溫度過高，會點燃氣體爆炸所造成的環(huán)境。為了達到礦用防爆柴油機性能、排氣溫度和表面溫度的排氣系統(tǒng)，一系列基于傳統(tǒng)柴油機改造的需要，如輔助冷卻裝置礦用防爆柴油機排氣系統(tǒng)的安裝（如排氣排氣柵欄設備如洗箱）。在柴油機進排氣系統(tǒng)中，可大量排 放防爆排氣、防爆柵欄等輔助部件，提高防爆柴油機的工作安全性。 目前，在國際上對柴油機排氣處理箱進行了大量的研究，無論是在使用，或以上都有優(yōu)秀的形狀優(yōu)化設計，但仍有許多不足之處，需要改進我們的優(yōu)化方案。為此，我們對礦用防爆柴油機廢氣處理箱的結構進行了深入的研究和優(yōu)化，柴油機的尾氣排放達到國際標準，和礦用防爆柴油機排氣箱結構簡單、小巧盡可能不影響柴油機的正常運行，對確保礦工的安全。同時，提高井下空氣質量監(jiān)測能力，增加通風量，合理安排通風系統(tǒng)，是保證煤礦安全生產(chǎn)和職工健康工作的基本途徑。 礦用防爆柴油 機水洗箱的研究的背景及意義 新石器時代以來的六千至七千年前，中國已開始認識和利用煤炭。宋元時期， 第 4 頁 共 31 頁 中國的煤炭產(chǎn)量和開采遠遠領先世界的技術，明和清朝是中國封建社會的最后階段，也是煤炭開發(fā)利用的鼎盛時期?？梢姷难莼桶l(fā)展，幾千年來中國社會的過程中，煤炭已成為中國源源不斷的、不可替代的能源，和煤炭工業(yè)的發(fā)展促進了社會生產(chǎn)力的發(fā)展和人類文明進步。煤炭工業(yè)在國民經(jīng)濟發(fā)展中起著重要的作用，促進了我國經(jīng)濟的快速增長和社會的進步。煤炭工業(yè)作為國民經(jīng)濟的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和基礎產(chǎn)業(yè)，對國民經(jīng)濟的發(fā)展起著舉足輕重的作用。煤炭是中國最豐富的 資源儲量，居世界第三位，產(chǎn)量居世界第一，山西省是在中國最大的煤炭大省，煤炭產(chǎn)業(yè)促進當?shù)厣鐣?jīng)濟的發(fā)展，越來越多的人選擇從事煤炭行業(yè)，由于山西煤炭資源和自然位置地理位置。煤炭開采形式單一，地下開采生產(chǎn)。你也應該知道，礦井通風的條件有限，氣體在礦井積累不能及時徹底清除，在高溫度和高壓力的情況下，很容易發(fā)生爆炸事故，瓦斯爆炸事故是煤礦生產(chǎn)中的事故發(fā)生頻率最高，隨著社會的發(fā)展，科學技術的進步，越來越多的科學技術或產(chǎn)品專利的煤炭生產(chǎn)使用中產(chǎn)生，也同時降低了社會勞動的過程中，這些技術產(chǎn)品的許多負面影響。 廣泛使用的柴油 發(fā)動機和柴油機的進步使煤炭工業(yè)的發(fā)展，因為史無前例，具有小巧、使用方便、使用靈活、煤礦等優(yōu)點，適應性強，因此在廣泛的領域在煤礦井下使用的柴油發(fā)動機，但同時也帶來了一系列問題。柴油引擎將釋放大量的 操作過程中，氮氧化物和固體顆粒和其他有害物質，造成了巨大的傷害在這個高污染工作的煤礦工人長期健康的環(huán)境下；礦井通風在有限的條件下，氣體積累在我不能及時和完全排出廢氣的柴油發(fā)動機大多在 650℃的高溫，高溫高壓的廢氣大量失敗的恒星燃燒的火花包裹排出，容易引燃爆炸氣體在煤礦，造成煤礦職工人身安全，瓦斯爆炸是無法保證的 ，所以即將防爆柴油機排氣水洗箱及發(fā)明使用。水洗氣的方法有效地減少了防爆柴油機排氣溫度的防爆柴油機排氣，減少有害物質排放的有效途徑，凈化效果好，對柴油機排放的氮氧化物和碳氫化合物，還可以清洗油煙、煙塵和其他有害可溶于水的增加，煙氣阻力板材料；結構可以顯著降低火焰和火花的排除，避免光線在空氣中易燃、易爆氣體，造成不必要的事故；同時，結構透氣性好、成本低、形式簡單、拆卸方便，不會對柴油機的功率損耗影響顯著，這種結構的設計具有良好的實用價值；增加了篩網(wǎng)結構，可有效減少廢氣排放過程中產(chǎn)生的氣泡量，降低噪音，并能最大限 度地發(fā)揮水的作用，固體兩個過濾器被溶解，進一步減少廢氣中污染物的排放。 第 5 頁 共 31 頁 防爆柴油機水洗箱國外的研究現(xiàn)狀 防爆柴油機一般用于地下開采的地下，在那里的工作通?？赡苁且兹家妆瑲怏w，因為在現(xiàn)象的回火過程中可能出現(xiàn)的柴油機進氣，并含有高溫廢氣顆粒，易燃易爆氣體在工作場所容易燃燒。在柴油機排氣系統(tǒng)中，如排氣水洗箱等冷卻防爆輔助裝置可有效降低排出氣體的溫度，從而提高防爆型柴油機的安全性。國外煤礦用于防爆柴油機水洗箱的研究起步較早，在第二十世紀 30～ 40 煤礦井下的作用下，作為柴油機排氣冷卻裝置。從 50 到第二十世紀 60 年代，主要從事煤炭開采在一些國家已經(jīng)開始應對高溫和高壓的煤礦事故引起了一系列的煤礦瓦斯爆炸，直到 70 年代，大多 數(shù)國家都建立了礦用防爆柴油機排氣冷卻設備系統(tǒng)，有其自身的的特點，并具有重大的經(jīng)濟效益，如圖 1示為目前最常見的一種防爆柴油機。 圖 1防爆柴油機基本外形 目前，國外煤礦用防爆柴油機的排氣冷卻裝置（水洗箱）主要是基于濕式冷卻。水洗箱生產(chǎn)是水冷卻裝置的主要類型（見圖 1干氣冷卻裝置，冷卻阻尼型廢氣處理罐和空氣兩相式冷卻裝置，防爆柴油機排氣箱具有可靠性高、結構 第 6 頁 共 31 頁 設計領域的先進技術的特點。 圖 1水洗法廢氣處理箱 防爆柴油機水洗箱國內的研究現(xiàn)狀 在早期，由于其機械制造業(yè)在我國的落后，防爆膠輪車發(fā)展較晚、討厭落后。第二十世紀 90 年代以來，外資企業(yè)防爆膠輪車神東集團首次推出，此后，國內許多公司先后從澳大利亞、美國和德國引進了一批防爆膠輪對中國煤炭工業(yè)的汽車有了質的飛躍。“ 75”期間，機械制造業(yè)在我國投資大背景下迅速發(fā)展。因此，我國防爆膠輪車的自主品牌已經(jīng)發(fā)展。 4105 型防爆柴油機是我國研制開發(fā)的，國家戰(zhàn)略 75 在研制的 6105 型防爆柴油機中，可應用于實際生產(chǎn)中。煤炭科學研究院太原省煤炭研究所等來源。常州的 展研究與發(fā)展中心（一）， D） ，包括 炸防爆柴油機，如圖 1示， 車的橡膠； 爆裝載機， B 防爆柴油鏟運機等。與國外企業(yè)建立合資企業(yè)，引進國外先進技術。雖然國內防爆膠輪車有了很大的發(fā)展，但也暴露出許多問題，在使用中，最典型的是“三高一低”的低上座率，高污染、高油耗、噪聲大，這些問題都有待解決。在中國許多煤礦開始比較防爆柴油機上的應用，國際生產(chǎn)時間較晚，且應用較少， 第 7 頁 共 31 頁 所以對防爆柴油機排氣水箱的研究與開發(fā)也慢 ［ 2］ 。 由于防爆柴油機水箱在小戶型領域的使用并不多，對國內柴油機尾氣洗滌箱生產(chǎn)企業(yè)在這一領域形成不愿意投入過多的現(xiàn)象，國內防爆柴油機尾氣洗滌箱顯示類型單一，功能不全面、可靠性差。隨著防爆柴油機數(shù)量的增加，科學技術的進步，對地下環(huán)境的要求越來越高，防爆柴油機的水洗箱的生產(chǎn)和開發(fā)也必須提高。 圖 1防爆柴油機無軌膠輪車 設計要解決的主要問題及預期社會經(jīng)濟效益 中國是一個以煤為主要能源的國家，煤炭是中國最豐富的資源儲量，居世界第三位，產(chǎn)量居世界第一，煤炭生產(chǎn)的安全關系到生活中的幸福，因 為千千萬萬的人，大部分煤炭資源存儲在幾千米甚至更深，所以大部分中國的煤礦地下開采。地下礦山深部礦井通風，在有限的條件下，氣體積累在我不能及時和徹底清除，這不僅是煤礦工人的健康有很大的危害，在高溫高壓條件下容易發(fā)生瓦斯爆炸的情況下，生命安全，數(shù)以百萬計的家庭健康威脅到數(shù)以百萬計的人們。因此，我們只有通過科學技術，減少煤礦事故，廢氣防爆柴油機高溫 650 攝氏度，嚴重威 第 8 頁 共 31 頁 脅礦工的安全，減少廢氣溫度是主要問題的設計。 目前，礦用防爆柴油機尾氣水洗箱中有很多討論，但也有各種各樣的產(chǎn)品，但隨著科學技術的進步，越來越多的使用 ，對環(huán)境的要求也越來越高，礦用防爆柴油機尾氣水洗箱也需要一些進步的生產(chǎn)與發(fā)展。把水洗箱煤礦安全生產(chǎn)要求的輔助設備提出了更高的要求，大大提高了成都煤炭設備行業(yè)的市場競爭形成防爆柴油機匹配，不但有很高的要求的尺寸，功能更加全面、完善的要求。隨著社會的發(fā)展，科學技術越來越發(fā)達，煤礦對產(chǎn)品的經(jīng)濟效益也提出了更高的要求，盡可能地降低產(chǎn)品成本，提高收益。地下柴油機排氣水箱具有更高的標準和要求，尺寸為可能的產(chǎn)品發(fā)揮最大的作用和效率最高的要求的情況下盡量的小，但也嘗試探索更多的功能，一箱多效。 第 9 頁 共 31 頁 2 關于防爆柴油機排氣水洗箱的設計要求 防爆柴油機排氣水洗箱國際標準以及國內標準 一種礦用防爆柴油機廢氣處理箱（水洗箱）的設計標準，為中國致力于將其產(chǎn)品推向市場的國際化，更廣闊的市場，所以防爆柴油機水箱在國內和國際標準幾乎一致，即標準排氣水箱設計規(guī)范中國防爆柴油機以下幾個方面： 1）爆炸之前，柴油機的廢氣應通過冷卻和凈化池排出。冷卻凈化水箱可安裝在火焰避雷器前，和冷卻凈化水箱和阻火器的固定板應采用耐腐蝕的材料； 2）冷卻凈化水箱安裝在阻火器應隔爆結構，連接避雷器隔爆接合面寬度不應小于 25一個隔爆接合面寬度應不小于 13體邊緣到邊緣的孔寬度應不小于 93］ ； 3）冷卻凈化水箱應設置水位，如果冷卻凈化水箱設置玻璃窗型水痕防爆結構，窗口部分應小于 25果冷卻水凈化槽小，使用外置水箱水，冷卻凈化槽沒有水痕，但外罐應設置水痕；凈化罐可通過噴霧冷卻，這種方法冷卻而無水痕，但噴淋槽應設置水痕。冷卻系統(tǒng)的往凈化水箱注水的孔應使用螺紋隔爆結構，并且要蓋緊固裝置； 4）礦用防爆柴油機通用規(guī)范規(guī)定，防爆柴油機表面 溫度不得超過 150 攝氏度，和排氣溫度不得超過 70 攝氏度。 防爆柴油機排氣水洗箱結構設計原則 防爆柴油機水洗箱的設計是柴油機冷卻系統(tǒng)的關鍵，主要是確定其結構形式、形狀、尺寸、材料等。防爆柴油機冷卻系統(tǒng)組成如圖 2示： 第 10 頁 共 31 頁 圖 2排氣冷卻系統(tǒng) 1— 噴水泵 2— 排氣總管 3— 排氣彎管 4— 噴水嘴 5— 水箱 6— 廢氣處理箱 7— 膨脹箱 8— 分壓箱 9— 廢氣處理箱中冷卻水 10— 排氣出口 11— 防爆排氣柵欄 12— 溫度表 13— 超溫保護裝置傳感器 防爆柴油機排氣冷卻系統(tǒng)排氣水沖洗箱的安裝位置如圖 2示： 第 11 頁 共 31 頁 圖 2排氣水洗箱安裝位置 防爆柴油機尾氣洗滌箱形狀根據(jù)柴油機的用途和功能，排氣水洗箱的設計風道或進氣口，氣體在水箱底部以上 40 毫米到 80 毫米處通入廢氣，并在箱通過上下流動之間的隔膜排出來這個盒子后，有利于廢氣冷卻。防火欄應設計和安裝在箱以上，必須設計，以防止冷卻水流出的空氣。防火柵欄的位置和固定方法應易于拆卸，以便以后清洗和更換。進水口設計，方便隨時加水，方便隨時排水。在排氣水洗箱箱上方水位最高，也要留一定的空間高度，避免因初始啟動造成的自來水過多現(xiàn)象。在水洗箱的設計中，應考慮內積碳要清洗方便。防爆板和壓力水箱的要求將嚴格按照設計規(guī) 范，柵欄和洗箱接觸的地方盡量使用不銹鋼，選擇優(yōu)質鋼的其他部分，讓箱體更耐用，延長使用壽命，箱壁的厚度是 6 毫米至 8 毫米之間，需要使用可以滿足水洗箱，飛機在加強筋設置以增加強度。導氣道或導氣罩壁厚在 3 毫米到 4 毫米之間就足夠了。 排氣管道防爆柴油機排氣水箱必須采用層間水冷系統(tǒng)，與水箱連接的排氣管不建議采用水冷卻法的水層，水層厚度可設計為 10 毫米，滿足設計要求。并在 第 12 頁 共 31 頁 設計時，必要時，設置波紋管，以避免沖擊進入排氣水箱。 防爆柴油機水洗箱結構簡介 在防爆柴油機的排氣系統(tǒng)中，排氣洗滌箱的主體結構為帶有氣體入口和 氣體導流管、煙氣出口、箱體和底座擋板結構 ［ 5］ 的等各種零部件構成內部結構的排氣水洗箱，如圖 2示。 圖 2排氣水洗箱基本結構圖 當防爆柴油機，高溫煙氣壓差通過煙氣入口進入排氣水箱，然后沿著導流管的煙氣流動，與冷卻水箱直接接觸，冷卻水導流管出口以下，煙氣和冷卻水可以充分接觸。箱內冷卻水冷卻冷卻后，煙氣沿著外導流管上升，最終從煙氣出口排出 ［ 6］ 。 防爆柴油機水洗箱水容量計算 排氣水洗箱的冷卻水的關鍵是水容量。洗滌箱的水容量應控制在適當?shù)姆秶?第 13 頁 共 31 頁 內，一方面水洗箱的體積不能過大，另一方面，冷卻水不能充得次數(shù)太頻繁。目前，國內外對柴油機排氣洗滌箱的水量和柴油機滿負荷運行時間沒有精確的調節(jié)和計算方法。 正常情況下，根據(jù)現(xiàn)有條件大致推理的計算方法，并針對 66爆柴油機清洗水箱容量計算、操作簡單的推理。根據(jù)礦井下的運輸要求，一般負荷不得超過 1 小時，加上一些特殊情況，應確保在 時內，水箱不會被消耗。洗水箱的水量可以根據(jù)熱量的大小來計算，通過進入洗滌水洗滌箱的熱量可以轉化為水蒸氣。計算柴 油機發(fā)熱量，燃料消耗量。 柴油熱值， 42483 油耗， h。 柴油機滿載運行時單位小時柴油放熱為： Q = 42483 ×66＝ 723398h 1當柴油機滿載柴油釋放的熱量單位小時：冷卻水系統(tǒng)散熱的散熱器的散熱包括柴油機水套排氣管，和水夾層 13～ 15 倍高于普通柴油發(fā)動機。 水套的散熱量 q× 比散熱量 q， 取 3424h； 柴油機功率 采用 66 3424 × 66 = 225966h 廢氣管水夾層的散熱量相當于水套的 ，取 1 = 225966 × 316353h 2 = 3600 3600 ×66 = 237569 h 第 14 頁 共 31 頁 3 = Q－ 723298－ 316353－ 237569 = 169476 h 0℃的飽和水 W W = 汽化潛熱 r，取 2453 W = 1694762453 = 69 h 化水量： 69 × 103 103 升 考慮廢氣箱要保留一定水量水能使廢氣不直接排空，排氣指標不超限，故此值應乘以一個系數(shù)，一般取 式中取 = 103 × 139 升 因此， 66油機排氣罐將被評為 140 公升的水容量。通過實驗， 140 升的排氣水箱容量會更好 66油機排氣溫度降低，以達到制冷標準。 防爆柴油機水洗箱阻煙板設計 在我國煤礦的在大多數(shù)情況下，防爆柴油機在礦井下的通風條件非常有限，大量的有毒有害氣體和其它易燃易爆氣體的積累，并不能及時的排出礦井外，排氣溫度高，防爆柴油機排氣中又夾雜用火焰或火花放電，這種情況顯然是不能與中國的煤礦安全生產(chǎn)標準的一致性，對煤礦工人的安全受到嚴重威脅。因此，為了達到安全標準，我們必須安裝用于一些火焰火花安裝廢氣處理箱，可以有效的降低火焰和火花的成分，廢氣處理箱提高發(fā)動機冷卻水箱熄火性能添加其他活性成分，在排氣水洗箱中加裝雙阻煙板是最常見的一種設計方案。 阻煙板孔徑及密度的確定 利用三維 件建立了廢氣處理箱剖視圖如圖 2示。 第 15 頁 共 31 頁 （ a） 無阻煙板廢氣水箱 （ b） 帶阻煙板廢氣水箱 圖 2廢氣處理箱三維結構圖 1— 補水口 2— 煙氣進口 3— 煙氣出口 4— 阻煙網(wǎng)板 5— 隔熱板 在圖 2-5(a)和圖 2-5(b)所示的兩個模型中，除了多孔阻擋屏部分外，其它部分的尺寸和形狀是相同的。阻煙板的設計原則應以防止煙氣正常流動為原則，在煙氣循環(huán)順暢時不能增加排氣阻力。圖 2示了隔爆型柴油機排氣水洗箱處理槽的通用模型。在實際生產(chǎn)和生活中，廢氣處理箱的結構設計可以有多種形式，但它們的基本工作原理是相同的，只是形式上的差異，如圖 2示。 在本章節(jié)的設計中不要使阻煙板的煙氣孔徑尺寸過大或過小，孔徑太大，使煙氣冷卻不充分，孔徑太小會增加排氣阻力，因此，阻煙板的厚度應設置為 3氣孔徑的直徑也 設置為 3阻煙板水洗箱清洗模型的建立，網(wǎng)格劃分和邊界條件 (見圖 2原水水洗模型相似。原水洗箱如圖 2示： 第 16 頁 共 31 頁 圖 2阻煙板設計模型 圖 2邊界條件的設置 第 17 頁 共 31 頁 阻煙板的工作原理 防爆柴油機排放的廢氣通過煙道入口進入排氣水箱，沖到箱排氣管的底部，在廢氣處理箱，冷卻水接觸換熱，廢氣處理通過煙氣出口箱。在理論上，如果能使氣體的接觸時間和水箱中的冷卻水較長，氣體和冷卻水的熱交換更充分，冷卻效果會更好，所以考慮煙幕安裝使多孔，煙氣煙幕對網(wǎng)格劃分后進入廢氣處理箱，與冷卻水充分接觸。如圖 2示，在原有排氣洗滌箱模型的基礎上，在導風管之間安裝兩個環(huán)形抑煙板，并固定在水洗箱導水盒的壁上。阻煙板可對煙氣泡進行裂解和細化，使氣體與水充分接觸。在設置防煙板結構后，柴油機的廢氣可以最大程度地冷卻和凈化。 圖 2雙阻煙板排氣水洗箱結構圖 加裝煙板的優(yōu)缺點 根據(jù)廢氣處理箱的基本工作原理，結合現(xiàn)有廢氣處理箱的三維模型，選擇合適的流體計算域建立計算模型。在實際煙氣計算局部流場的研究，煙氣溫度或流 第 18 頁 共 31 頁 量的煙霧在煙幕與冷卻水分離出箱，從而簡化模型，利用 處理軟件 示。 圖 2廢氣處理箱計算模型 計算模型采用 行了多次計算，計算結果穩(wěn)定可靠。利用 到了廢氣處理箱計算結果的相關云圖。 第 19 頁 共 31 頁 圖 2廢氣處理箱溫度云圖 圖 2一個廢氣處理箱的溫度分布云圖，從圖 2a）可以看出，在高溫廢氣洗滌箱沒有煙幕的出口，在最高溫度 97 攝氏度，高于國家標準 70 度標準。從圖 2b）中可以看出阻力在排煙屏清洗槽內，出口洗滌箱出口溫度相對圖 2a）整體減少，最高溫度的氣體出口為 62℃，溫度限值為國家標準值。同時，圖像可以直觀地看到，在煙幕中，氣體的溫度明顯下降，即煙幕對促進氣體和冷卻水的溫度、降低氣體交換的溫度起著非常重要的作用。 第 20 頁 共 31 頁 圖 2 廢氣處理箱壓力云圖 圖 2一個廢氣處理箱計算的壓力分布圖，圖 2示（一），沒有尾氣洗滌盒煙障屏，和入口和氣體出口之間的壓力降為 104 2b）顯示，在煙霧板排水箱，進口和出口氣體壓力下降到 104間，壓降比沒有煙幕的 以上，尤其在雙阻煙板安裝的位置，壓力變化尤其明顯。而且在進風口與排氣口之間的壓力降急劇上升，表明排氣箱內的進氣阻力增大 ［ 7］ ，且增加情況十分明顯。 利用 體計算軟件對水箱防爆柴油機排氣煙度與電阻屏幕前后排水槽模擬，結果表明， 電阻的煙幕，可有效降低防爆柴油機的排氣溫度，排氣溫度 第 21 頁 共 31 頁 可在國家標準規(guī)定的范圍內有效的控制，以確保礦井生產(chǎn)的成千上萬的煤礦工人的人身安全保護的安全。因此，防爆柴油機安裝防煙網(wǎng)板具有十分重要的意義。此外，加裝煙幕后，排氣洗滌箱的壓力下降，對柴油機的尾氣排放有較大的阻力，最終會導致發(fā)動機功率下降，需要進一步優(yōu)化和改進的問題。 第 22 頁 共 31 頁 3 防爆柴油機水洗箱結構設計及工作原理 防爆柴油機水洗箱結構設計 在防爆柴油機的排氣系統(tǒng)中，排氣洗滌箱主要包括煙入口、出煙口、導流筒、箱體和擋板。排氣水洗盒的內部結構如圖 3示。當防爆柴油機，高溫煙氣壓差通過煙氣入口進入排氣水箱，然后沿著導流管的煙氣流動，與冷卻水箱直接接觸，冷卻水導流管出口以下，煙氣和冷卻水可以充分接觸 ［ 8］ 。箱內冷卻水冷卻冷卻后，煙氣沿外導流管上升，最后從煙氣出口排出。 圖 3原水箱結構 1— 進氣管 2— 導流管 3— 外管 4— 隔板 防爆柴油機水洗箱外殼設計 由于柴油機具有精致的優(yōu)點，使用方便、靈活，具有煤礦適應性強的優(yōu)點，所以在煤礦的應用廣泛 ［ 9］ ，柴油發(fā)動機，因此，在保證正常工作條件下的防爆柴油機水箱，設計巧妙，盡可能減少不必要的浪費，節(jié)約能源，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟效益。根據(jù)柴油機的用途，可以確定防爆柴油機的水洗箱的形狀。我們設計的防爆柴油機的外殼形狀是最簡單方便的長方體。這個長方體模型是目前應用最廣泛的形狀之一 ［ 10］ 。根據(jù)運輸需要，一般負荷運行時間不超過 1h，然后再考慮一 第 23 頁 共 31 頁 些其他的時間，就必須保證排氣水箱不能消耗在 第三和第四部分的計算，我們可以看 到， 66爆柴油機排氣罐的需求至少 140 升的水容量連續(xù)工作 洗箱除了一定量的水，還需要一定量的空氣，以更好地進行氣體交換，最高水位以上，也應該有足夠的空間，以防止由于初始沖擊力的開始跑了太多的水 ［ 11］ 。正常情況下，氣水比 1,5:1 能力，所以對尾氣水洗箱防爆柴油機外殼體積：通過研究和計算，防爆柴油機尾氣洗滌箱殼設計為長 、寬 1 米的長方體。防爆柴油機尾氣洗滌箱選用優(yōu)質鋼材，延長排氣水洗箱的使用壽命，箱壁的厚度是 6 毫米至 8 毫米，較大的平面腹板加勁肋的設置，增加了箱體的強度，防止變 形或振動沖擊變形，如圖 3示。 圖 3水洗箱外殼設計 防爆柴油機排氣水洗箱導氣管結構設計 在防爆柴油機排氣洗滌箱中，氣道有著非常重要的作用，可以說氣管對于整個排氣箱來說相當于人體血管的重要性。因此，對于防爆柴油機排氣洗滌箱，氣 第 24 頁 共 31 頁 管的設計應十分嚴謹。對防爆柴油機排氣水箱的設計要求如下： 1. 在導向管材料的選擇，應采用耐高溫的材料，因為在 650℃防爆柴油機的排氣溫度，在高溫、高壓的普通鋼容易變形，所以一定要選擇在上氣道優(yōu)質不銹鋼材料； 2. 氣道在材料的選擇上，而且耐腐蝕性。大多數(shù)氣體導管時間浸泡在水中，容易生銹，氧化和腐蝕，因此對于導料管生產(chǎn)必須耐腐蝕，或防止腐蝕，如防銹油； 3. 氣道壁厚度不增加進口和防爆柴油機排氣口之間的壓力降，柴油機尾氣排放有較大的阻力，將導致發(fā)動機功率有所下降。 在風道設計圖 3示，防爆柴油機洗滌盒設計風道，排氣在排氣水箱底部以上 40 毫米至 80 毫米的水，和周圍的流動在盒下兩煙排出洗衣板外箱后，有利于排放氣體冷卻 ［ 12］ 。并應設計在安裝阻水板的情況下，在排氣口，以防止冷卻水與氣體從外箱，氣道壁厚度在 3 毫米至 4 毫米之間，具 體設計如圖 3示。 圖 3排氣水洗箱導氣管 第 25 頁 共 31 頁 圖 3防爆柴油機進排氣管結構圖 防爆柴油機水洗箱工作原理 防爆柴油機水洗箱工作原理 從廢氣進口水箱排出的氣體防爆柴油機所示，流經(jīng)內管，底部直接進入冷卻水和冷卻水，熱交換充分接觸，然后氣體沿導管之間的導管和內夾層空間下的上行，通過兩層阻煙板，促進排氣和冷卻水溫度開關，降低排氣溫度，排氣氣體排出沿導箱水，從煙氣出口。廢氣洗滌箱防爆柴油機排氣水箱本研究的工作原理與工作原理排氣水最洗滌箱基本上是相同的氣體流程圖，其實質是增加接觸時間的氣體和氣體冷卻水之間的分區(qū)之間來回流動在他們之間，所以有足夠的時間進行熱交換，從而達到冷卻效果 ［ 13］ 。 第 26 頁 共 31 頁 圖 3排氣水洗箱氣體流通圖 防爆柴油機水洗箱工作特點 對防爆柴油機水箱的設計結構特性實際上與排氣水洗箱最普遍使用的是不同的，但相同的是對在折返迂回增加接觸時間之間的隔斷氣流，氣體和冷卻水的優(yōu)點是結構簡單，制造維修方便 ［ 14］ 。但同時，有不足的地方，因為氣體防爆柴油機排氣從導管底部排出，排氣阻力比較大，再加上雙抽板放電電阻由柴油機工作困難造成的，直接影響柴油機的排放指標和動力指標。由于排氣管都埋在水深處，當柴油機啟動時，對跑水現(xiàn)象最初形成的影響，或是因為一開始不成功，那將導致飛輪反轉 ，柴油機缸內的水，導致發(fā)動機不能正常工作時的情況。當柴油機氣缸出現(xiàn)進水現(xiàn)象時，柴油機就會失靈，影響井下的正常生產(chǎn)和生產(chǎn)。見圖3 第 27 頁 共 31 頁 圖 3水洗箱工作特點圖 防爆柴油機水洗箱優(yōu)缺點 防爆柴油機排氣洗滌箱是目前應用最廣泛的水洗箱。它具有體積小、結構簡單、清洗維修方便、制造工藝簡單快捷、成本低等優(yōu)點 ［ 15］ 。但同時，也有許多缺點，因為水箱排氣管排氣中的水，導致在困難氣道的排氣，排氣阻力增加，間接影響使用性能，柴油機和柴油機防爆工作效率是嚴重的，會導致發(fā)動機反轉，柴油發(fā)動機故障，針對以 上問題，我們還需要進行深入的探討和研究。具體水洗箱結構圖如圖 4示。 第 28 頁 共 31 頁 圖 3水洗箱結構設計圖 第 29 頁 共 31 頁 參 考 文 獻 [1]戴紹，李世文﹒高產(chǎn)高效綜合機械化采煤技術與裝備礦井開采技術 [M]﹒北京﹒煤炭工業(yè)出版社﹒ 1998﹒ [2]申進杰 ﹒ 煤礦井下防爆柴油機排放污染的控表 [J]﹒煤礦機械﹒ 2009﹒ 30（ 8）：573]張棟林 ﹒地下鏟運機 [M]﹒北京﹒冶金工業(yè)出版社﹒ 2002﹒ [4]藤田明廣，天竺茂 ﹒發(fā)動機排氣系統(tǒng) [P]﹒ 1431390A﹒ 2003（ 7）﹒ [5]劉龔俊 ﹒內燃機的排放與控制 [M]﹒北京﹒機械工業(yè)出版社﹒ 2005： 6— 15﹒ [6]高夢熊 ﹒地下裝載機 —— 結構設計與應用 [M]﹒北京﹒冶金工業(yè)出版社﹒2002﹒ [7]郭燕嬋 ﹒淺析防爆柴油機 排放 [J]﹒河北煤炭﹒ 2003（ 3）﹒ [8]郭晶青 ﹒在用柴油車治理 “ 戴口罩 ” 難治病 [J]﹒中國汽車報﹒ 2007（ 12）﹒ [9]周磊，王伯光等 ﹒重型柴油車對空氣質量的影響及其排放的控制 [J]﹒環(huán)境科學﹒ 2011， 32（ 8）： 2179﹒ 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