矿用防爆柴油机进气系统数值模拟实践与优化.pdf
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1、206/矿业装备 MINING EQUIPMENT装 备0 引言矿用防爆柴油机在井下作业生产中具有重要的作用,相比于普通柴油机而言,由于井下作业环境较为复杂,存在着爆炸安全隐患,所以在柴油机中增加了能够全面提升井下生产作业安全性的防爆技术。进气系统作为矿用防爆柴油机的重要组成部分,主要包括空气滤清器、空气关断阀、进气阻火器等组成,该系统运行情况会对矿用防爆柴油机产生直接影响,所以需要做好进气系统的模拟实践,结合模拟结果对其进行改造与优化调整。1 矿用防爆柴油机构成矿油防爆柴油机的主要系统包括进气系统、排气系统、冷却系统、电气系统以及液压系统。在进气系统中,进气阻火器是为了防止柴油机气缸可能返回
2、火焰直接通向大气,将经进气阻火器的火焰熄灭,不致引燃工作环境中的可燃气体。空气关断阀是为紧急停机而设置的,在柴油机发生不正常现象时,关闭油门,关断空气,柴油机可迅速停止运转。空气滤清器应定期清扫和更换滤芯。在排气系统中,一级冷凝器起到冷却尾气的作用。排气阻火器是为了防止尾气中的火焰直接通入大气,将经排气阻火器的火焰熄灭,不致引燃工作环境中的可燃气体。二级冷凝器起到再次冷却尾气的作用。尾气稀释装置再次冷却尾气,使得排出的尾气温度更低;冷却系统作用是防止在汽缸中燃烧所产生热量引起发动机各部分温度过高,并且冷却尾气。该系统采取了排气冷却管夹层中的冷却水与柴油机冷却系统的冷却水连通的形式,形成封闭循环
3、系统,使柴油机表面温度不超过 150,并使发动机尾气得到冷却。液压系统将动力源的负载敏感变量柱塞泵的压力油口和信号控制油口连接到掘进机多路阀(控制行走马达的多路阀)对应的进油口和信号控制油口连接,再将多路阀的减压油口引出接到掘进机驾驶室内的行走控制手柄的进油口1。2 矿用防爆柴油机现状某煤矿设备回撤(主要指综掘机、液压钻车)一直以来面临“掘进快、回撤慢”的问题,以往巷道在施工完成后,综掘机、液压钻车、巷修机大型设备回撤过程烦琐,需频繁接电、托电缆,功效低、用工多、人员劳动强度大,制约了设备回撤速度,延缓了采掘接续,造成生产被动。为了降低劳动强度,改善施工环境,提高安全性,对原有防爆柴油机进行改
4、造,采用了全新的矿矿用防爆柴油机进气系统数值模拟实践与优化田红卫 马超智 刘慧勇 王计兵 马将(山西天地王坡煤业有限公司,山西晋城 048021)摘要:在我国现代煤矿生产力不断提升的背景下,多项生产开采技术得以全面创新,且井下应用的设备制造水平也在不断提升。在煤矿生产过程中,矿用防爆柴油机具有重要的作用,能够为井下机械设备提供动力。为了进一步提升矿用防爆柴油机的性能与安全性,需要做好进气系统的优化设计。以某企业研发的产品为例,进行矿用防爆柴油机进气系统数值模拟,并结合实践经验总结一些措施,以期能够对相关人员有所帮助。关键词:矿用防爆柴油机;进气系统;数值模拟;产品特点;优化策略2023.7 矿
5、业装备/207用防爆柴油机设备。防爆柴油机动力装置能够为掘进机行走提供一个移动的液压源,通过 85kW 防爆柴油机带动负载敏感柱塞泵给掘进机的行走马达提供液压动力,从而驱动掘进机行走。整个防爆柴油机系统和液压系统所有零部件布置在 MINCA6A 车厢上,以方便运输。在掘进机行走过程中,MINCA6A 车跟随掘进机一起行走。防爆柴油机系统使用 JHP4105ZLDFB-G 防爆柴油机,这款发动机已取得煤安认证,并被成功应用在 MINCA4AJ多功能铲运机和 MINCA6A 自卸车上多年,获得矿方的一致认可。液压系统采用负载敏感液压系统,即动力源启动后没有操作时,行走主泵处于低压待命状态;操纵行走
6、液控手柄后,接通行走马达的负载信号,主泵即时根据负载情况供给行走马达压力油液。对接方式简单易操作,动力源前方设置 4 组对接接头。该矿油防爆柴油机的基本参数见表 1。3 矿用防爆柴油机的运行工况试验本次试验以 JHP4105ZLDFB-G 矿用防爆柴油机为试验对象,试验采用设备包括发动机台架测功机、烟度计、气体分析仪、油耗仪、油管压力传感器、转速传感器以及矿用柴油机车保护监控仪等。在实验过程中,对矿用防爆柴油机的性能参数进行记录,结合试验结果来看,加装防爆装置的矿用柴油机,扭矩最大降低幅度为 25.68%,输出功率最大降低幅度为 20.66%,然后消耗率最大上升幅度为 0.85%;在发动机转速
7、为 12002400r/min 范围时,防爆改造前后运行情况较为接近,转速过低的情况下,发动机功率下降幅度较大;转速过大的情况下,发动机扭矩下降幅度最大,燃油消耗率提升幅度逐渐增加。4 矿用防爆柴油机的进气系统数值模拟实践4.1 防爆进气系统模拟软件在本次模拟试验中,采用 FLUENT 软件,该软件在汽车、航空航天以及石油化工等领域中具有广泛的应用。该软件主要用在计算流体传动与传热方面,软件功能齐全,能够模拟高超音流场、传热与相变以及多相流等复杂的流动问题。采用该软件进行流体的流动与传热模拟计算,通过GAMBIT 构建流动区域几何形状、与边界类型,并生成网格,之后将 GAMBIT 中的网格文件
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