防爆柴油机的防爆性改造方法研究开题报告

1.2.2我国煤矿用防爆柴油机的应用现状
国内煤矿用防爆柴油机研究机构少，起步较晚，应用也较少。早期曾有机械部、煤炭部“六五”攻关项目——4105防爆低污染柴油机和国家“七五”重大科技攻关项目——6105防爆低污染柴油机的研制，但都没能进行推广应用。随后几年，少数柴油机厂家才开始进行防爆柴油机的改造和生产，但是作为井下轨道牵引车的动力装置，由于销量太少，生产厂家仅停留在用普通的柴油机进行防爆改造，并没有对柴油机的燃油系统和配气机构等方面进行适应性研发。近几年随着煤矿集约高效开采的推进和大型矿井的建设，辅助运输系统也取得长足发展，应用范围得到进一步扩展，无轨辅助运输车辆开始大批量应用，成为众多大型矿井辅助运输的主力军。随着用量的增加，无轨辅助运输设备生产商明显增多，国内行业中的外国企业看到商机开始进入，国外设备生产商在产品出口我国的同时开始在我国独资或合资建厂。煤矿生产要求的提高、产业竞争态势的形成都对辅助运输设备配套的防爆柴油机提出了更高的要求。防爆柴油机产业也随之迅速发展壮大，参与企业明显增多，产品设计开发、生产制造和质量检验等方面都取得了进步：在设计开发方面，国内企业和科研机构进行了进气系统、排气系统及整机的温度场、压力场、流量和动力性以及燃油经济性的分析优化；防爆柴油机已经从现有地面柴油机的防爆改造进入部件适应性改造的新阶段，机型开发也从先前的单纯的自然吸气机型发展到现在的涡轮增压、增压中冷、空空中冷和双涡轮增压技术；配套的自动保护装置、启动系统、电气系统均实现了技术突破与升级。随着车辆在煤矿的大范围应用，在现场使用数据获取的基础上进一步优化性能；对元部件也进行了攻关，取得一定的成绩；在生产制造方面也随着国内工业生产水平的整体进步取得了长足的发展；随着应用量的扩大和参与企业的增多，我国也于2006年制定了相应的煤炭行业标准。但与国外相比仍有相当差距。
（2）广泛调研现有机型；广泛调研现有的及可发展的技术措施；
（3)安全性，这是至关重要的环节，所有厂家对防爆柴油机主机及进排气系统的防爆都比较重视，国外进口机型及国外厂商在国内的独资或合资企业具有较多的技术优势，应不断推动技术进步，通过健全市场准入制度，规范市场秩序等措施来保证。防爆电
气元件的设计将是今后防爆柴油机研究的主要工作之一[8]。
1.3国家防爆规程压不大于24 V,且应该安装为双极式布线,即正极接线和负极接线都与柴油机气缸体绝缘(仅2 G级内燃机要求双极式布线)[14]。电气设备中主要要求的是停机及报警功能,在出现以下情况时需有报警信号或报警声音:
(1)液冷系统冷却液超温;
(2)润滑油压力低;
(3)水基阻火器水位低;
[6]孟凡功．煤矿防爆柴油机轨道机车的应用[J]．煤炭科技，2004(4)：29-30．
[7]魏永刚，赵明岗，等．煤矿井下防爆柴油机尾气控制技术探讨[J]．煤炭科学技术，2008(12)：67-69．
[8]白雷．矿用防爆柴油发动机设计研究[J]．煤矿机械，2009(6)：32-34.
[9]郑学志,陈钰,毕载俊.防爆阻火器[M].北京:中国石化出版社,1998
1.2国内外煤矿用防爆柴油机的应用现状
1.2.1国外辅助运输与防爆柴油机的现状
国外煤矿井下使用防爆柴油机己有60多年的历史了,20年代末期,柴油机就开始用
于煤矿井下,50年代有了较大发展,60年代到初年代国外是矿用柴油机设备飞跃发展的黄金代时.经数十年使用、验证,一致认为防爆柴油机在井下使用有安全、经济、灵活性等优点。国外实践证明,防爆柴油机用于煤矿井下采煤运输,可使生产效率提高50~60%.用于辅助运输,可提高人员和设备的利用率12%,可使采煤综合成本下降12%左右.与电力机车、蓄电池机车等比较,使用防爆柴油机车,事故率下降2/3。所以国外有种观气点“在地下煤矿开采时,要增加产量,降低成本并改善安全,最重要的是全面采用柴油机”[3]。国外煤矿用防爆柴油机研究生产起步早，早在20世纪30年代就用于煤矿井下作为辅助运输的动力装置，20世纪50～60年代，一些主要采煤国家就着手解决煤矿井下辅助运输的机械化问题，到70～80年代已相继建立了具有自己特色的煤矿辅助运输系统及装备，并产生了巨大的经济效益。德国在1963年研制出柴油机单轨吊，20世纪80年代使用防爆柴油机辅助运输设备已达400台左右，主要使用有辅助运输设备、单轨吊和卡轨车；英国20世纪80年代开发了高速柴油机车和高速运人车辆；美国、澳大利亚和南非则是使用无轨胶轮车较多的国家，有一系列的无轨运输定型产品。当前国外煤矿使用的高效辅助运输设备，主要有单轨吊、卡轨车、齿轨车和无轨胶轮车等4大类[4][5]。其中无轨胶轮车的研制生产主要有德国、美国和澳大利亚等发达国家；著名的公司有PAUS、DBT、JOY、SMV、PJB及山特维克等公司。国外在煤矿用防爆柴油机领域，到目前为止也已经积累了丰富的经验，形成了完备的产品开发、生产制造、质量控制和售后服务体系。尤其是欧美国家，从事防爆柴油机的生产的国外厂商设计生产的品种多，型号全，覆盖范围广。开发的防爆柴油机品牌多样，马力大，防爆后功率最高可以达到300 kW以上，并应用了包括最新的柴油机技术等机、电、液一体化技术，使得国外的防爆柴油机的产品具有功率大、污染小和经济性高的特点在产业化过程中，英国、法国、德国和澳大利亚都制定了相应的国家标准；欧盟也制定了相应的欧洲标准，用于指导和规范防爆柴油机的开发和应用。
我国在防爆柴油机方面的研制工作开展较晚，有轨运输现仍是我国井下主要的辅助运输方式[6]。但随着大型、特大型煤矿辅助运输方式的变革，大规模地引进国外防爆柴油机的技术和设备，为国内防爆柴油机的应用和技术进步提供了发展空间，从而使得我国在防爆柴油机研制领域有了较大的进步。
(1)技术先进性 在防爆柴油机的研制上，由于国际竞争的全面参与，对防爆柴油机的性能提出了很高的要求。不仅要求科学选型、匹配合理，而且要在技术上不断创新、完善，在关键原部件(如柴油机主机、保护装置、启动系统等)的选用上，也可以和国
（1)防爆柴油机任一部位表面温度不得超过150；
（2)柴油机最终排期温度不得超过70；
（3)人和通气部位不得有明火喷出。
1.4防爆柴油机零部件的防爆要求
1.4.1进排气系统的防爆要求
若柴油机的进排气系统均在危险环境,则进排气系统应符合隔爆外壳的规定,并都需要加装阻火器,排气系统还应该在阻火器之后加装火星熄灭器。阻火器一般都是由能够通过气体的许多细小、均匀或不均匀的通道或孔隙的固体材质所组成,火焰进入阻火器后就分成许多细小的火焰流被熄灭。其机理是通过传热作用和器壁效应达到熄灭火焰的目的,其中器壁效应为阻火的主要机理[9]。在GB 20800爆炸性环境用往复式内燃机和防爆技术通则6中对阻火器和火星熄灭器就提出了详细的功能要求,并给出了相应的试验方法和试验依据,我们以此为最终的判定依据[10]。关于隔爆外壳中的隔爆接合面应满足GB3836.2所要求的最小宽度,但对于最大间隙应该多加注意。首先对进气系统,内腔为负压,若在接合面有间隙会吸入灰尘,既不利于柴油机的使用,还有可能堵塞接合面使防爆性能丧失;对排气系统,内燃机的排气温度很高,高温会引起最大试验安全间隙减小,按照防爆要求采用结合面间隙较小的外壳[11]。签于上面的两种情况,应安装金属衬垫或是金属包覆的符合ISO 1210规定的可压缩不燃材料的衬垫。在排气系统与柴油机气缸出气口结合的部分应增加水冷装置,以保证结合部分不会有过高的表面温度。
参考文献
[2]吴宗泽,刘莹.机械设计教程.北京机械工业出版社.2003
[3]何烈秋.防爆柴油机研制概况.湖南省动力机厂研究所.1991(4)
[4]濮良贵,纪名刚主编.机械设计第7版.北京高等教育出版社.2001
[5]姜汉军，陈焕英．加速我国煤矿辅助运输现代化建设的几个问题[J]．中国煤炭，2005(2)：12-16，18，7．
防爆柴油机的防爆性改造方法研究
毕业论文开题报告
1．选题依据：
1.1本课题研究的背景和目的意义
1.1.1防爆柴油机介绍
随着我国经济建设的快速发展，煤炭等工业不断朝着机械化自动化的方向发展，各种采煤和运输设备越来越广泛地应用于各种采煤施工中防爆柴油机，防爆柴油机泛指用于潜在爆炸性气体、可燃性气体、蒸汽及粉尘环境的柴油机[1]。这种柴油机具有防爆性能，在爆炸性环境中工作不会点燃环境气体、蒸汽和粉尘，且排放符合特殊环境规定的要求。煤矿用防爆柴油机是存在甲烷和(或)可然性粉尘的地下矿区巷道用Ⅰ类内燃机，用做煤矿井下各种固定和移动设备的防爆动力装置，适用于无轨胶轮车、单轨吊、轨道牵引车和齿轨车等辅助运输设备，主要应用于无轨胶轮车上[2]。我国煤矿用防爆柴油机随着新的矿井建设和旧矿改造中辅助运输的发展而得以较大规模的推广应用，随着煤矿集约高效开采工作的开展，仍有很大的发展空间。国外厂商在中国独资或合资建立生产基地形成的竞争态势进一步推动了防爆柴油机的技术进步和应用。
[10] GB 20800.1)2006,爆炸性环境用往复式内燃机防爆技术通则第1部分:可燃性气体和蒸气环境用II类内燃机[S].
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２．研究方案：
2.1论文的具体内容
（1）通过调研，掌握防爆柴油机目前的防爆性设计措施及产生的问题，探讨防爆设计发展的方向，并针对其中的部分结构及设计措施开展研究，为防爆柴油机的防爆性改造方法提供指导依据。
1.4.2对曲轴箱的防爆要求[12]
曲轴箱可以设计成能承受爆炸的隔爆型或能保证正压的型式。在柴油机工作时,总有一部分可燃混合气和废气经活塞环窜到曲轴箱内,窜到曲轴箱内的汽油蒸气凝结后将使机油变稀,性能变坏。废气内含有水蒸气和二氧化硫,水蒸气凝结在机油中形成泡沫,破坏机油供给;二氧化硫遇水生成亚硫酸,亚硫酸遇到空气中的氧生成硫酸,这些酸性物质的出现不仅使机油变质,而且也会使零件受到腐蚀。柴油机装有曲轴箱通风装置就可以避免或减轻上述现象,从此角度讲我们设计曲轴箱时应优先选择使其保证正压的形式,但正压取得过压值不应太大,正压过大会使机油从曲轴油封、曲轴箱衬垫等处渗出而流失[13]。
（2）进行归类、分析与总结，得到目前产品的常规设计方法及使用中出现的问题，进而提出可以发展的方向及技术手段；