目 錄 摘 要 1 英文 摘要 2 1 緒論 3 礦用防爆柴油機(jī)水洗箱的研究的背景及意義 3 防爆柴油機(jī)水洗箱國(guó)外的研究現(xiàn)狀 5 防爆柴油機(jī)水洗箱國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 6 設(shè)計(jì)要解決的主要問題及預(yù)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 7 2 關(guān)于防爆柴油機(jī)水洗箱的設(shè)計(jì)要求 9 防爆柴油機(jī)水洗箱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 9 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 9 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 12 防爆柴油機(jī)水洗箱水容量計(jì)算 12 防爆柴油機(jī)水 洗箱阻煙板設(shè)計(jì) 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(diǎn) 17 3 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理 22 3 1 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 22 防爆柴油機(jī)水洗箱外殼設(shè)計(jì) 22 防爆柴油機(jī)水洗箱進(jìn)排氣管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 23 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 23 防爆柴油機(jī)水洗箱工作原理 24 防爆柴油機(jī)水洗箱工作原理 24 防爆柴油機(jī)水洗箱工作特點(diǎn) 26 防爆柴油機(jī)水洗箱優(yōu)缺點(diǎn) 27 參考文獻(xiàn) 28 致謝 29 第 1 頁(yè) 共 31 頁(yè) 礦用防爆柴油機(jī)廢氣處理箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘要 ： 以某種型號(hào)的防爆柴油機(jī)的排氣水洗箱為研究對(duì)象，建立了排氣水洗箱內(nèi)部基本結(jié)構(gòu)的模型，然后對(duì)水洗箱的結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行了適當(dāng)?shù)膬?yōu)化。然后運(yùn)用三維制圖軟件 排氣水洗箱的結(jié)構(gòu)的進(jìn)行了基本的設(shè)計(jì)和建模，得到排氣水洗箱的內(nèi)部結(jié)構(gòu)以及雙阻煙板在水洗箱內(nèi)部的分布情況。最后結(jié)果表明：防爆柴油機(jī)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(dāng)前礦井中的生產(chǎn)要求。 關(guān)鍵詞 ： 防爆柴油機(jī)；水洗箱； 第 2 頁(yè) 共 31 頁(yè) of of a of as of a of of is of is is to of of of in of of in 第 3 頁(yè) 共 31 頁(yè) 1 緒論 中國(guó)是一個(gè)以煤炭為主要能源的國(guó)家，煤礦安全生產(chǎn)成為大多數(shù)人的共同期待，因?yàn)椴裼蜋C(jī)具有體積小，做工精湛，使用方便、靈活等特點(diǎn)，在煤礦的優(yōu)勢(shì)，適應(yīng)性強(qiáng)，所以礦用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，但也帶來了一系列的副作用。柴油機(jī)在運(yùn)行過程中的兩個(gè)特點(diǎn)：操作過程中會(huì)釋放出大量的 氧化物和固體顆粒和其他有害物質(zhì)，造成了巨大的傷害在這個(gè)高污染工作的煤礦工人長(zhǎng)期健康的環(huán)境下；礦井通風(fēng)條件不好，礦井下瓦斯長(zhǎng)時(shí)間積聚，不能完全排出，與普通柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(diǎn)火失敗的地下天然氣。針對(duì)以上 兩點(diǎn)，防爆柴油機(jī)必須解決防爆、冷卻、廢氣凈化等問題。 礦用防爆柴油機(jī)通用技術(shù)條件中規(guī)定防爆柴油機(jī)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(jī)排氣溫度達(dá)到 650 攝氏度，排氣歧管的溫度，排氣管在（ 300 500）攝氏度，如果應(yīng)用于礦井，其表面溫度和排氣溫度過高，會(huì)點(diǎn)燃?xì)怏w爆炸所造成的環(huán)境。為了達(dá)到礦用防爆柴油機(jī)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(jī)改造的需要，如輔助冷卻裝置礦用防爆柴油機(jī)排氣系統(tǒng)的安裝（如排氣排氣柵欄設(shè)備如洗箱）。在柴油機(jī)進(jìn)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(jī)的工作安全性。 目前，在國(guó)際上對(duì)柴油機(jī)排氣處理箱進(jìn)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(shè)計(jì)，但仍有許多不足之處，需要改進(jìn)我們的優(yōu)化方案。為此，我們對(duì)礦用防爆柴油機(jī)廢氣處理箱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了深入的研究和優(yōu)化，柴油機(jī)的尾氣排放達(dá)到國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，和礦用防爆柴油機(jī)排氣箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、小巧盡可能不影響柴油機(jī)的正常運(yùn)行，對(duì)確保礦工的安全。同時(shí)，提高井下空氣質(zhì)量監(jiān)測(cè)能力，增加通風(fēng)量，合理安排通風(fēng)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(jī)水洗箱的研究的背景及意義 新石器時(shí)代以來的六千至七千年前，中國(guó)已開始認(rèn)識(shí)和利用煤炭。宋元時(shí)期， 第 4 頁(yè) 共 31 頁(yè) 中國(guó)的煤炭產(chǎn)量和開采遠(yuǎn)遠(yuǎn)領(lǐng)先世界的技術(shù)，明和清朝是中國(guó)封建社會(huì)的最后階段，也是煤炭開發(fā)利用的鼎盛時(shí)期?？梢姷难莼桶l(fā)展，幾千年來中國(guó)社會(huì)的過程中，煤炭已成為中國(guó)源源不斷的、不可替代的能源，和煤炭工業(yè)的發(fā)展促進(jìn)了社會(huì)生產(chǎn)力的發(fā)展和人類文明進(jìn)步。煤炭工業(yè)在國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中起著重要的作用，促進(jìn)了我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)和社會(huì)的進(jìn)步。煤炭工業(yè)作為國(guó)民經(jīng)濟(jì)的傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)和基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起著舉足輕重的作用。煤炭是中國(guó)最豐富的 資源儲(chǔ)量，居世界第三位，產(chǎn)量居世界第一，山西省是在中國(guó)最大的煤炭大省，煤炭產(chǎn)業(yè)促進(jìn)當(dāng)?shù)厣鐣?huì)經(jīng)濟(jì)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(yīng)該知道，礦井通風(fēng)的條件有限，氣體在礦井積累不能及時(shí)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(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的科學(xué)技術(shù)或產(chǎn)品專利的煤炭生產(chǎn)使用中產(chǎn)生，也同時(shí)降低了社會(huì)勞動(dòng)的過程中，這些技術(shù)產(chǎn)品的許多負(fù)面影響。 廣泛使用的柴油 發(fā)動(dòng)機(jī)和柴油機(jī)的進(jìn)步使煤炭工業(yè)的發(fā)展，因?yàn)槭窡o前例，具有小巧、使用方便、使用靈活、煤礦等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)性強(qiáng)，因此在廣泛的領(lǐng)域在煤礦井下使用的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，但同時(shí)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(zhì)，造成了巨大的傷害在這個(gè)高污染工作的煤礦工人長(zhǎng)期健康的環(huán)境下；礦井通風(fēng)在有限的條件下，氣體積累在我不能及時(shí)和完全排出廢氣的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)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(jī)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(jī)排氣溫度的防爆柴油機(jī)排氣，減少有害物質(zhì)排放的有效途徑，凈化效果好，對(duì)柴油機(jī)排放的氮氧化物和碳?xì)浠衔铮€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(jié)構(gòu)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(shí)，結(jié)構(gòu)透氣性好、成本低、形式簡(jiǎn)單、拆卸方便，不會(huì)對(duì)柴油機(jī)的功率損耗影響顯著，這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)具有良好的實(shí)用價(jià)值；增加了篩網(wǎng)結(jié)構(gòu)，可有效減少?gòu)U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(gè)過濾器被溶解，進(jìn)一步減少?gòu)U氣中污染物的排放。 第 5 頁(yè) 共 31 頁(yè) 防爆柴油機(jī)水洗箱國(guó)外的研究現(xiàn)狀 防爆柴油機(jī)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?yàn)樵诂F(xiàn)象的回火過程中可能出現(xiàn)的柴油機(jī)進(jìn)氣，并含有高溫廢氣顆粒，易燃易爆氣體在工作場(chǎng)所容易燃燒。在柴油機(jī)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(jī)的安全性。國(guó)外煤礦用于防爆柴油機(jī)水洗箱的研究起步較早，在第二十世紀(jì) 30 40 煤礦井下的作用下，作為柴油機(jī)排氣冷卻裝置。從 50 到第二十世紀(jì) 60 年代，主要從事煤炭開采在一些國(guó)家已經(jīng)開始應(yīng)對(duì)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(guó)家都建立了礦用防爆柴油機(jī)排氣冷卻設(shè)備系統(tǒng)，有其自身的的特點(diǎn)，并具有重大的經(jīng)濟(jì)效益，如圖 1示為目前最常見的一種防爆柴油機(jī)。 圖 1防爆柴油機(jī)基本外形 目前，國(guó)外煤礦用防爆柴油機(jī)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(jī)排氣箱具有可靠性高、結(jié)構(gòu) 第 6 頁(yè) 共 31 頁(yè) 設(shè)計(jì)領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)的特點(diǎn)。 圖 1水洗法廢氣處理箱 防爆柴油機(jī)水洗箱國(guó)內(nèi)的研究現(xiàn)狀 在早期，由于其機(jī)械制造業(yè)在我國(guó)的落后，防爆膠輪車發(fā)展較晚、討厭落后。第二十世紀(jì) 90 年代以來，外資企業(yè)防爆膠輪車神東集團(tuán)首次推出，此后，國(guó)內(nèi)許多公司先后從澳大利亞、美國(guó)和德國(guó)引進(jìn)了一批防爆膠輪對(duì)中國(guó)煤炭工業(yè)的汽車有了質(zhì)的飛躍?！?75”期間，機(jī)械制造業(yè)在我國(guó)投資大背景下迅速發(fā)展。因此，我國(guó)防爆膠輪車的自主品牌已經(jīng)發(fā)展。 4105 型防爆柴油機(jī)是我國(guó)研制開發(fā)的，國(guó)家戰(zhàn)略 75 在研制的 6105 型防爆柴油機(jī)中，可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。煤炭科學(xué)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(jī)，如圖 1示， 車的橡膠； 爆裝載機(jī)， B 防爆柴油鏟運(yùn)機(jī)等。與國(guó)外企業(yè)建立合資企業(yè)，引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)技術(shù)。雖然國(guó)內(nèi)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(guó)許多煤礦開始比較防爆柴油機(jī)上的應(yīng)用，國(guó)際生產(chǎn)時(shí)間較晚，且應(yīng)用較少， 第 7 頁(yè) 共 31 頁(yè) 所以對(duì)防爆柴油機(jī)排氣水箱的研究與開發(fā)也慢 2 。 由于防爆柴油機(jī)水箱在小戶型領(lǐng)域的使用并不多，對(duì)國(guó)內(nèi)柴油機(jī)尾氣洗滌箱生產(chǎn)企業(yè)在這一領(lǐng)域形成不愿意投入過多的現(xiàn)象，國(guó)內(nèi)防爆柴油機(jī)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(jī)數(shù)量的增加，科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，對(duì)地下環(huán)境的要求越來越高，防爆柴油機(jī)的水洗箱的生產(chǎn)和開發(fā)也必須提高。 圖 1防爆柴油機(jī)無軌膠輪車 設(shè)計(jì)要解決的主要問題及預(yù)期社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益 中國(guó)是一個(gè)以煤為主要能源的國(guó)家，煤炭是中國(guó)最豐富的資源儲(chǔ)量，居世界第三位，產(chǎn)量居世界第一，煤炭生產(chǎn)的安全關(guān)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(chǔ)在幾千米甚至更深，所以大部分中國(guó)的煤礦地下開采。地下礦山深部礦井通風(fēng)，在有限的條件下，氣體積累在我不能及時(shí)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(jì)的家庭健康威脅到數(shù)以百萬計(jì)的人們。因此，我們只有通過科學(xué)技術(shù)，減少煤礦事故，廢氣防爆柴油機(jī)高溫 650 攝氏度，嚴(yán)重威 第 8 頁(yè) 共 31 頁(yè) 脅礦工的安全，減少?gòu)U氣溫度是主要問題的設(shè)計(jì)。 目前，礦用防爆柴油機(jī)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(xué)技術(shù)的進(jìn)步，越來越多的使用 ，對(duì)環(huán)境的要求也越來越高，礦用防爆柴油機(jī)尾氣水洗箱也需要一些進(jìn)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(shè)備提出了更高的要求，大大提高了成都煤炭設(shè)備行業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)形成防爆柴油機(jī)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(huì)的發(fā)展，科學(xué)技術(shù)越來越發(fā)達(dá)，煤礦對(duì)產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)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(jī)排氣水箱具有更高的標(biāo)準(zhǔn)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(yè) 共 31 頁(yè) 2 關(guān)于防爆柴油機(jī)排氣水洗箱的設(shè)計(jì)要求 防爆柴油機(jī)排氣水洗箱國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)以及國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn) 一種礦用防爆柴油機(jī)廢氣處理箱（水洗箱）的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，為中國(guó)致力于將其產(chǎn)品推向市場(chǎng)的國(guó)際化，更廣闊的市場(chǎng)，所以防爆柴油機(jī)水箱在國(guó)內(nèi)和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)幾乎一致，即標(biāo)準(zhǔn)排氣水箱設(shè)計(jì)規(guī)范中國(guó)防爆柴油機(jī)以下幾個(gè)方面： 1）爆炸之前，柴油機(jī)的廢氣應(yīng)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(yīng)采用耐腐蝕的材料； 2）冷卻凈化水箱安裝在阻火器應(yīng)隔爆結(jié)構(gòu)，連接避雷器隔爆接合面寬度不應(yīng)小于 25一個(gè)隔爆接合面寬度應(yīng)不小于 13體邊緣到邊緣的孔寬度應(yīng)不小于 93 ； 3）冷卻凈化水箱應(yīng)設(shè)置水位，如果冷卻凈化水箱設(shè)置玻璃窗型水痕防爆結(jié)構(gòu)，窗口部分應(yīng)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(yīng)設(shè)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(yīng)設(shè)置水痕。冷卻系統(tǒng)的往凈化水箱注水的孔應(yīng)使用螺紋隔爆結(jié)構(gòu)，并且要蓋緊固裝置； 4）礦用防爆柴油機(jī)通用規(guī)范規(guī)定，防爆柴油機(jī)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(jī)排氣水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則 防爆柴油機(jī)水洗箱的設(shè)計(jì)是柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)的關(guān)鍵，主要是確定其結(jié)構(gòu)形式、形狀、尺寸、材料等。防爆柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)組成如圖 2示： 第 10 頁(yè) 共 31 頁(yè) 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(hù)裝置傳感器 防爆柴油機(jī)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(yè) 共 31 頁(yè) 圖 2排氣水洗箱安裝位置 防爆柴油機(jī)尾氣洗滌箱形狀根據(jù)柴油機(jī)的用途和功能，排氣水洗箱的設(shè)計(jì)風(fēng)道或進(jìn)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(dòng)之間的隔膜排出來這個(gè)盒子后，有利于廢氣冷卻。防火欄應(yīng)設(shè)計(jì)和安裝在箱以上，必須設(shè)計(jì)，以防止冷卻水流出的空氣。防火柵欄的位置和固定方法應(yīng)易于拆卸，以便以后清洗和更換。進(jìn)水口設(shè)計(jì)，方便隨時(shí)加水，方便隨時(shí)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(dòng)造成的自來水過多現(xiàn)象。在水洗箱的設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮內(nèi)積碳要清洗方便。防爆板和壓力水箱的要求將嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)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(zhì)鋼的其他部分，讓箱體更耐用，延長(zhǎng)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(jī)在加強(qiáng)筋設(shè)置以增加強(qiáng)度。導(dǎo)氣道或?qū)庹直诤裨?3 毫米到 4 毫米之間就足夠了。 排氣管道防爆柴油機(jī)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(shè)計(jì)為 10 毫米，滿足設(shè)計(jì)要求。并在 第 12 頁(yè) 共 31 頁(yè) 設(shè)計(jì)時(shí)，必要時(shí)，設(shè)置波紋管，以避免沖擊進(jìn)入排氣水箱。 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 在防爆柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)中，排氣洗滌箱的主體結(jié)構(gòu)為帶有氣體入口和 氣體導(dǎo)流管、煙氣出口、箱體和底座擋板結(jié)構(gòu) 5 的等各種零部件構(gòu)成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的排氣水洗箱，如圖 2示。 圖 2排氣水洗箱基本結(jié)構(gòu)圖 當(dāng)防爆柴油機(jī)，高溫?zé)煔鈮翰钔ㄟ^煙氣入口進(jìn)入排氣水箱，然后沿著導(dǎo)流管的煙氣流動(dòng)，與冷卻水箱直接接觸，冷卻水導(dǎo)流管出口以下，煙氣和冷卻水可以充分接觸。箱內(nèi)冷卻水冷卻冷卻后，煙氣沿著外導(dǎo)流管上升，最終從煙氣出口排出 6 。 防爆柴油機(jī)水洗箱水容量計(jì)算 排氣水洗箱的冷卻水的關(guān)鍵是水容量。洗滌箱的水容量應(yīng)控制在適當(dāng)?shù)姆秶?第 13 頁(yè) 共 31 頁(yè) 內(nèi)，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(guó)內(nèi)外對(duì)柴油機(jī)排氣洗滌箱的水量和柴油機(jī)滿負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間沒有精確的調(diào)節(jié)和計(jì)算方法。 正常情況下，根據(jù)現(xiàn)有條件大致推理的計(jì)算方法，并針對(duì) 66爆柴油機(jī)清洗水箱容量計(jì)算、操作簡(jiǎn)單的推理。根據(jù)礦井下的運(yùn)輸要求，一般負(fù)荷不得超過 1 小時(shí)，加上一些特殊情況，應(yīng)確保在 時(shí)內(nèi)，水箱不會(huì)被消耗。洗水箱的水量可以根據(jù)熱量的大小來計(jì)算，通過進(jìn)入洗滌水洗滌箱的熱量可以轉(zhuǎn)化為水蒸氣。計(jì)算柴 油機(jī)發(fā)熱量，燃料消耗量。 柴油熱值， 42483 油耗， h。 柴油機(jī)滿載運(yùn)行時(shí)單位小時(shí)柴油放熱為： Q = 42483 ×66 723398h 1當(dāng)柴油機(jī)滿載柴油釋放的熱量單位小時(shí)：冷卻水系統(tǒng)散熱的散熱器的散熱包括柴油機(jī)水套排氣管，和水夾層 13 15 倍高于普通柴油發(fā)動(dòng)機(jī)。 水套的散熱量 q× 比散熱量 q， 取 3424h； 柴油機(jī)功率 采用 66 3424 × 66 = 225966h 廢氣管水夾層的散熱量相當(dāng)于水套的 ，取 1 = 225966 × 316353h 2 = 3600 3600 ×66 = 237569 h 第 14 頁(yè) 共 31 頁(yè) 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(biāo)不超限，故此值應(yīng)乘以一個(gè)系數(shù)，一般取 式中取 = 103 × 139 升 因此， 66油機(jī)排氣罐將被評(píng)為 140 公升的水容量。通過實(shí)驗(yàn)， 140 升的排氣水箱容量會(huì)更好 66油機(jī)排氣溫度降低，以達(dá)到制冷標(biāo)準(zhǔn)。 防爆柴油機(jī)水洗箱阻煙板設(shè)計(jì) 在我國(guó)煤礦的在大多數(shù)情況下，防爆柴油機(jī)在礦井下的通風(fēng)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(shí)的排出礦井外，排氣溫度高，防爆柴油機(jī)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(guó)的煤礦安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)的一致性，對(duì)煤礦工人的安全受到嚴(yán)重威脅。因此，為了達(dá)到安全標(biāo)準(zhǔn)，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(dòng)機(jī)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(shè)計(jì)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(yè) 共 31 頁(yè) （ 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(jié)構(gòu)圖 1 補(bǔ)水口 2 煙氣進(jìn)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(gè)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(shè)計(jì)原則應(yīng)以防止煙氣正常流動(dòng)為原則，在煙氣循環(huán)順暢時(shí)不能增加排氣阻力。圖 2示了隔爆型柴油機(jī)排氣水洗箱處理槽的通用模型。在實(shí)際生產(chǎn)和生活中，廢氣處理箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)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(huì)增加排氣阻力，因此，阻煙板的厚度應(yīng)設(shè)置為 3氣孔徑的直徑也 設(shè)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(yè) 共 31 頁(yè) 圖 2阻煙板設(shè)計(jì)模型 圖 2邊界條件的設(shè)置 第 17 頁(yè) 共 31 頁(yè) 阻煙板的工作原理 防爆柴油機(jī)排放的廢氣通過煙道入口進(jìn)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(shí)間和水箱中的冷卻水較長(zhǎng)，氣體和冷卻水的熱交換更充分，冷卻效果會(huì)更好，所以考慮煙幕安裝使多孔，煙氣煙幕對(duì)網(wǎng)格劃分后進(jìn)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(chǔ)上，在導(dǎo)風(fēng)管之間安裝兩個(gè)環(huán)形抑煙板，并固定在水洗箱導(dǎo)水盒的壁上。阻煙板可對(duì)煙氣泡進(jìn)行裂解和細(xì)化，使氣體與水充分接觸。在設(shè)置防煙板結(jié)構(gòu)后，柴油機(jī)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(jié)構(gòu)圖 加裝煙板的優(yōu)缺點(diǎn) 根據(jù)廢氣處理箱的基本工作原理，結(jié)合現(xiàn)有廢氣處理箱的三維模型，選擇合適的流體計(jì)算域建立計(jì)算模型。在實(shí)際煙氣計(jì)算局部流場(chǎng)的研究，煙氣溫度或流 第 18 頁(yè) 共 31 頁(yè) 量的煙霧在煙幕與冷卻水分離出箱，從而簡(jiǎn)化模型，利用 處理軟件 示。 圖 2廢氣處理箱計(jì)算模型 計(jì)算模型采用 行了多次計(jì)算，計(jì)算結(jié)果穩(wěn)定可靠。利用 到了廢氣處理箱計(jì)算結(jié)果的相關(guān)云圖。 第 19 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 2廢氣處理箱溫度云圖 圖 2一個(gè)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(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 70 度標(biāo)準(zhǔn)。從圖 2b）中可以看出阻力在排煙屏清洗槽內(nèi)，出口洗滌箱出口溫度相對(duì)圖 2a）整體減少，最高溫度的氣體出口為 62，溫度限值為國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)值。同時(shí)，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(duì)促進(jìn)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(yè) 共 31 頁(yè) 圖 2 廢氣處理箱壓力云圖 圖 2一個(gè)廢氣處理箱計(jì)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(jìn)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(jìn)風(fēng)口與排氣口之間的壓力降急劇上升，表明排氣箱內(nèi)的進(jìn)氣阻力增大 7 ，且增加情況十分明顯。 利用 體計(jì)算軟件對(duì)水箱防爆柴油機(jī)排氣煙度與電阻屏幕前后排水槽模擬，結(jié)果表明， 電阻的煙幕，可有效降低防爆柴油機(jī)的排氣溫度，排氣溫度 第 21 頁(yè) 共 31 頁(yè) 可在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的范圍內(nèi)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(hù)的安全。因此，防爆柴油機(jī)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(duì)柴油機(jī)的尾氣排放有較大的阻力，最終會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率下降，需要進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)的問題。 第 22 頁(yè) 共 31 頁(yè) 3 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及工作原理 防爆柴油機(jī)水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在防爆柴油機(jī)的排氣系統(tǒng)中，排氣洗滌箱主要包括煙入口、出煙口、導(dǎo)流筒、箱體和擋板。排氣水洗盒的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 3示。當(dāng)防爆柴油機(jī)，高溫?zé)煔鈮翰钔ㄟ^煙氣入口進(jìn)入排氣水箱，然后沿著導(dǎo)流管的煙氣流動(dòng)，與冷卻水箱直接接觸，冷卻水導(dǎo)流管出口以下，煙氣和冷卻水可以充分接觸 8 。箱內(nèi)冷卻水冷卻冷卻后，煙氣沿外導(dǎo)流管上升，最后從煙氣出口排出。 圖 3原水箱結(jié)構(gòu) 1 進(jìn)氣管 2 導(dǎo)流管 3 外管 4 隔板 防爆柴油機(jī)水洗箱外殼設(shè)計(jì) 由于柴油機(jī)具有精致的優(yōu)點(diǎn)，使用方便、靈活，具有煤礦適應(yīng)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)，所以在煤礦的應(yīng)用廣泛 9 ，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，因此，在保證正常工作條件下的防爆柴油機(jī)水箱，設(shè)計(jì)巧妙，盡可能減少不必要的浪費(fèi)，節(jié)約能源，節(jié)約成本，提高經(jīng)濟(jì)效益。根據(jù)柴油機(jī)的用途，可以確定防爆柴油機(jī)的水洗箱的形狀。我們?cè)O(shè)計(jì)的防爆柴油機(jī)的外殼形狀是最簡(jiǎn)單方便的長(zhǎng)方體。這個(gè)長(zhǎng)方體模型是目前應(yīng)用最廣泛的形狀之一 10 。根據(jù)運(yùn)輸需要，一般負(fù)荷運(yùn)行時(shí)間不超過 1h，然后再考慮一 第 23 頁(yè) 共 31 頁(yè) 些其他的時(shí)間，就必須保證排氣水箱不能消耗在 第三和第四部分的計(jì)算，我們可以看 到， 66爆柴油機(jī)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(jìn)行氣體交換，最高水位以上，也應(yīng)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(duì)尾氣水洗箱防爆柴油機(jī)外殼體積：通過研究和計(jì)算，防爆柴油機(jī)尾氣洗滌箱殼設(shè)計(jì)為長(zhǎng) 、寬 1 米的長(zhǎng)方體。防爆柴油機(jī)尾氣洗滌箱選用優(yōu)質(zhì)鋼材，延長(zhǎng)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(shè)置，增加了箱體的強(qiáng)度，防止變 形或振動(dòng)沖擊變形，如圖 3示。 圖 3水洗箱外殼設(shè)計(jì) 防爆柴油機(jī)排氣水洗箱導(dǎo)氣管結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 在防爆柴油機(jī)排氣洗滌箱中，氣道有著非常重要的作用，可以說氣管對(duì)于整個(gè)排氣箱來說相當(dāng)于人體血管的重要性。因此，對(duì)于防爆柴油機(jī)排氣洗滌箱，氣 第 24 頁(yè) 共 31 頁(yè) 管的設(shè)計(jì)應(yīng)十分嚴(yán)謹(jǐn)。對(duì)防爆柴油機(jī)排氣水箱的設(shè)計(jì)要求如下： 1. 在導(dǎo)向管材料的選擇，應(yīng)采用耐高溫的材料，因?yàn)樵?650防爆柴油機(jī)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(zhì)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(dǎo)管時(shí)間浸泡在水中，容易生銹，氧化和腐蝕，因此對(duì)于導(dǎo)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(jìn)口和防爆柴油機(jī)排氣口之間的壓力降，柴油機(jī)尾氣排放有較大的阻力，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)功率有所下降。 在風(fēng)道設(shè)計(jì)圖 3示，防爆柴油機(jī)洗滌盒設(shè)計(jì)風(fēng)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(dòng)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(yīng)設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)如圖 3示。 圖 3排氣水洗箱導(dǎo)氣管 第 25 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3防爆柴油機(jī)進(jìn)排氣管結(jié)構(gòu)圖 防爆柴油機(jī)水洗箱工作原理 防爆柴油機(jī)水洗箱工作原理 從廢氣進(jìn)口水箱排出的氣體防爆柴油機(jī)所示，流經(jīng)內(nèi)管，底部直接進(jìn)入冷卻水和冷卻水，熱交換充分接觸，然后氣體沿導(dǎo)管之間的導(dǎo)管和內(nèi)夾層空間下的上行，通過兩層阻煙板，促進(jìn)排氣和冷卻水溫度開關(guān)，降低排氣溫度，排氣氣體排出沿導(dǎo)箱水，從煙氣出口。廢氣洗滌箱防爆柴油機(jī)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(shí)質(zhì)是增加接觸時(shí)間的氣體和氣體冷卻水之間的分區(qū)之間來回流動(dòng)在他們之間，所以有足夠的時(shí)間進(jìn)行熱交換，從而達(dá)到冷卻效果 13 。 第 26 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3排氣水洗箱氣體流通圖 防爆柴油機(jī)水洗箱工作特點(diǎn) 對(duì)防爆柴油機(jī)水箱的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)特性實(shí)際上與排氣水洗箱最普遍使用的是不同的，但相同的是對(duì)在折返迂回增加接觸時(shí)間之間的隔斷氣流，氣體和冷卻水的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造維修方便 14 。但同時(shí)，有不足的地方，因?yàn)闅怏w防爆柴油機(jī)排氣從導(dǎo)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(jī)工作困難造成的，直接影響柴油機(jī)的排放指標(biāo)和動(dòng)力指標(biāo)。由于排氣管都埋在水深處，當(dāng)柴油機(jī)啟動(dòng)時(shí)，對(duì)跑水現(xiàn)象最初形成的影響，或是因?yàn)橐婚_始不成功，那將導(dǎo)致飛輪反轉(zhuǎn) ，柴油機(jī)缸內(nèi)的水，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常工作時(shí)的情況。當(dāng)柴油機(jī)氣缸出現(xiàn)進(jìn)水現(xiàn)象時(shí)，柴油機(jī)就會(huì)失靈，影響井下的正常生產(chǎn)和生產(chǎn)。見圖3 第 27 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3水洗箱工作特點(diǎn)圖 防爆柴油機(jī)水洗箱優(yōu)缺點(diǎn) 防爆柴油機(jī)排氣洗滌箱是目前應(yīng)用最廣泛的水洗箱。它具有體積小、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、清洗維修方便、制造工藝簡(jiǎn)單快捷、成本低等優(yōu)點(diǎn) 15 。但同時(shí)，也有許多缺點(diǎn)，因?yàn)樗渑艢夤芘艢庵械乃?，?dǎo)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(jī)和柴油機(jī)防爆工作效率是嚴(yán)重的，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)反轉(zhuǎn)，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障，針對(duì)以 上問題，我們還需要進(jìn)行深入的探討和研究。具體水洗箱結(jié)構(gòu)圖如圖 4示。 第 28 頁(yè) 共 31 頁(yè) 圖 3水洗箱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)圖 第 29 頁(yè) 共 31 頁(yè) 參 考 文 獻(xiàn) 1戴紹，李世文高產(chǎn)高效綜合機(jī)械化采煤技術(shù)與裝備礦井開采技術(shù) M北京煤炭工業(yè)出版社 1998 2申進(jìn)杰 煤礦井下防爆柴油機(jī)排放污染的控表 J煤礦機(jī)械 2009 30（ 8）：573張棟林 地下鏟運(yùn)機(jī) M北京冶金工業(yè)出版社 2002 4藤田明廣，天竺茂 發(fā)動(dòng)機(jī)排氣系統(tǒng) P 1431390A 2003（ 7） 5劉龔俊 內(nèi)燃機(jī)的排放與控制 M北京機(jī)械工業(yè)出版社 2005： 6 15 6高夢(mèng)熊 地下裝載機(jī) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與應(yīng)用 M北京冶金工業(yè)出版社2002 7郭燕嬋 淺析防爆柴油機(jī) 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(guó)汽車報(bào) 2007（ 12） 9周磊，王伯光等 重型柴油車對(duì)空氣質(zhì)量的影響及其排放的控制 J環(huán)境科學(xué) 2011， 32（ 8）： 2179 10何烈秋 防爆柴油機(jī)研制概況 J湖北大學(xué)邵陽(yáng)分校學(xué)報(bào) 1991（ 5）17 19 11鞠子聰 爆柴油機(jī)的研制 J河北煤炭 1998（ 4） 39 46 12王桂梅，劉殿輝，段楠 防爆柴油機(jī)的研制現(xiàn)狀及需求 J礦山機(jī)械 2000（ 4）： 62 13馮茂林，李靜 防爆柴油機(jī)排氣系統(tǒng)研究 D北京北京科技大學(xué) 2007 14馬春泉 井下防爆軌道機(jī)車的特點(diǎn)和發(fā)展 J煤炭自動(dòng)化 1998（ 16） 15王桂梅，劉殿輝等 防爆柴油機(jī)炭煙排放預(yù)測(cè)模型 J煤炭學(xué)報(bào) 2001（ 4）：182 185 第 30 頁(yè) 共 31 頁(yè) 致 謝 時(shí)間飛逝，轉(zhuǎn)眼間，四年的大學(xué)生活也即將結(jié)束，同時(shí)也意味著我們論文答辯的日子也即將臨近，天際賽車場(chǎng)一行之后，我就決定選擇節(jié)能賽車作為我的畢業(yè)設(shè)計(jì)。剛開始，我們也很迷茫，也無從下手，不知道從哪做起。此時(shí)，韓老師就鼓勵(lì)我們?nèi)L試學(xué)更多我們不會(huì)的東西學(xué)習(xí)，所以這次我們準(zhǔn)備十分充分，希望能給我一些啟迪。經(jīng)過多次的深入交流，我們收獲滿滿。我們不僅對(duì)礦用防爆柴油機(jī)廢氣處理箱有一個(gè)全新的認(rèn)識(shí)，而且在一些關(guān)鍵技術(shù)有了很大突破。隨后我們?cè)?韓老師的指導(dǎo)下認(rèn)真的完成了自己的畢業(yè)設(shè)計(jì) ，在近一個(gè)月的努力下，我們終于成功的將礦用防爆柴油機(jī)廢氣處理箱設(shè)計(jì)了出來，在這個(gè)過程中，我們學(xué)到了很多，不僅將課本的知識(shí)重新溫習(xí)了一遍，而且學(xué)到了一些前沿科技，在此，十分感謝韓老師和我們的團(tuán)隊(duì)的專業(yè)指導(dǎo)。 最后，特別要感謝韓老師的悉心指導(dǎo)，韓老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)心態(tài)，淵博的學(xué)識(shí)給我留下了深刻的印象。同時(shí)感謝整個(gè)團(tuán)隊(duì)的辛勤付出，愿大家能繼續(xù)追逐自己的夢(mèng)想，風(fēng)雨兼程。