1、防爆柴油机改造方法防爆柴油机改造方法武汉理工大学武汉理工大学 2011年年10月月总体目标总体目标 防爆性能防爆性能必须绝对保证！必须绝对保证！动力性能动力性能满足使用要求满足使用要求 排放性能排放性能符合相关法规符合相关法规第一部分：防爆性能第一部分：防爆性能 国家防爆规程的规定：国家防爆规程的规定：1）防爆柴油机任一部位表面温度不得超过150 2）柴油机最终排气温度不得超过70 3）任何通气部位不得有明火明火喷出1.1普通柴油车存在的防爆隐患普通柴油车存在的防爆隐患 1.热表面热表面：排气系统热表面300-500；其他元件表面温度也超过了起燃温度 2.火焰火星和热气体火焰火星和热气体：排气
2、温度高达650；火焰可能通过进气系统高速回流至大气；柴油机零部件结合面泄露的热气体和火焰、火星 3.机械火花机械火花：摩擦、碰撞产生 4.静电静电：非金属材料产生 5.电火花电火花：电气元件工作过程中产生的电弧和电火花1.2 消除各防爆隐患的对策消除各防爆隐患的对策 隐患隐患1：热表面：热表面 对策：对策：对于零部件表面温度过高，应采用适当的隔热和对于零部件表面温度过高，应采用适当的隔热和水冷方式使表面温度下降水冷方式使表面温度下降 1.2 消除各防爆隐患的对策消除各防爆隐患的对策 隐患隐患2：火焰火星和热气体：火焰火星和热气体 对策：对策：设置进排气口的阻火装置（如阻火器，又称防爆栅栏）设置
3、进排气口的阻火装置（如阻火器，又称防爆栅栏）设置火焰消除装置（如废气净化水箱）设置火焰消除装置（如废气净化水箱）设置防爆结合面设置防爆结合面 关于防爆结合面关于防爆结合面柴油机成为潜在的引燃源柴油机成为潜在的引燃源,其中燃烧室是源头。其中燃烧室是源头。燃烧室并不燃烧室并不是一个独立的、完全密闭的空间是一个独立的、完全密闭的空间,它是由缸盖和缸体通过螺它是由缸盖和缸体通过螺栓联结构成燃烧室固定元件栓联结构成燃烧室固定元件,再与运动的活塞顶部包围构成再与运动的活塞顶部包围构成,而且气缸盖上还有进气门、排气门、喷油器孔与燃烧室相而且气缸盖上还有进气门、排气门、喷油器孔与燃烧室相通。在柴油机的工作过程
4、中通。在柴油机的工作过程中,燃烧室内产生的火焰火星和热燃烧室内产生的火焰火星和热气体，均有可能从这些结合面泄露到大气中，所以必须对气体，均有可能从这些结合面泄露到大气中，所以必须对这些结合面的尺寸、配合进行特殊的设计，来抑制火焰火这些结合面的尺寸、配合进行特殊的设计，来抑制火焰火星和热气体泄漏到大气中。通常这种特殊的设计就称为防星和热气体泄漏到大气中。通常这种特殊的设计就称为防爆结合面，需要设置防爆结合面的部位有：爆结合面，需要设置防爆结合面的部位有：缸盖与机体之间缸盖与机体之间进排气管与缸盖之间进排气管与缸盖之间冷却水道通孔冷却水道通孔喷油器与缸头之间喷油器与缸头之间1.2 消除各防爆隐患的
5、对策消除各防爆隐患的对策 隐患隐患3：机械火花：机械火花 对策：对策：由于金属材料的摩擦、碰撞可能产生机械火花，由于金属材料的摩擦、碰撞可能产生机械火花，因此对其有如下要求：因此对其有如下要求：1.外露金属零件为避免碰撞产生电火花应尽量不外露金属零件为避免碰撞产生电火花应尽量不用轻金属。表面喷涂不小于用轻金属。表面喷涂不小于0.2mm的防护层或设的防护层或设置钢质防护罩；置钢质防护罩；2.含轻金属外壳的材料含轻金属外壳的材料,按质量百分比按质量百分比,铝、钛和铝、钛和镁的总含量不允许大于镁的总含量不允许大于15%,并且镁和钛的总含量并且镁和钛的总含量不允许大于不允许大于6%；1.2 消除各防爆
6、隐患的对策消除各防爆隐患的对策 隐患隐患4：静电：静电 对策：对策：由于非金属材料可能产生的静电，因此对这类由于非金属材料可能产生的静电，因此对这类零部件材料的要求如下：零部件材料的要求如下：1.外露的非金属零件为避免静电与燃烧，应该外露的非金属零件为避免静电与燃烧，应该采用不燃或阻燃材料，电阻值小于采用不燃或阻燃材料，电阻值小于10亿亿 2.用于密封的衬垫用于密封的衬垫,应使用带有金属骨架或金属应使用带有金属骨架或金属包封的不燃材料制造包封的不燃材料制造1.2 消除各防爆隐患的对策消除各防爆隐患的对策 隐患隐患5：电火花：电火花 对策：对策：所有电气元件必须符合所有电气元件必须符合GB383
7、6.2爆炸性气体环境用电爆炸性气体环境用电器设备第器设备第2部分部分:隔爆型隔爆型“d”或或GB3836.4爆炸性气体爆炸性气体环境用电器设备第环境用电器设备第4部分部分:本质安全型本质安全型“i”的有关规定的有关规定,并并取得煤矿安全标志准用证。并且做到以下几点取得煤矿安全标志准用证。并且做到以下几点 1）采用隔爆型电气元件）采用隔爆型电气元件 2）采用本质安全型电气元件）采用本质安全型电气元件 3）尽量使用非电气元件替代）尽量使用非电气元件替代 4）连接电气设备的电缆）连接电气设备的电缆,除应符合除应符合MT818的有关规定外的有关规定外,还应具有耐油性能还应具有耐油性能,并应可靠固定和保
8、护并应可靠固定和保护 第二部分：动力性能第二部分：动力性能防爆柴油的防爆性能是关乎生产安全的硬性指标，为了满足防爆柴油的防爆性能是关乎生产安全的硬性指标，为了满足防爆性能必须对发动机会进行一系列的改造，这些改造会影防爆性能必须对发动机会进行一系列的改造，这些改造会影响到柴油车自身的动力性能，为了使防爆改造对柴油车性能响到柴油车自身的动力性能，为了使防爆改造对柴油车性能的影响降至最低，因而需要在此基础上对柴油车进行进一步的影响降至最低，因而需要在此基础上对柴油车进行进一步的改造和调整，总体而言，会涉及到以下几个方面：的改造和调整，总体而言，会涉及到以下几个方面：1.进气系统进气系统2.供油系统供
9、油系统3.配气相位配气相位2.1 进气系统进气系统 对进气、排气系统主要部件的改造和供油量的调对进气、排气系统主要部件的改造和供油量的调整可以改善发动机的动力性能和尾气的排放性能整可以改善发动机的动力性能和尾气的排放性能,但是这种改造始终无法摆脱其改造后柴油机进气、但是这种改造始终无法摆脱其改造后柴油机进气、排气系统的阻力大于原柴油机的进气、排气系统排气系统的阻力大于原柴油机的进气、排气系统的阻力的阻力,也就是无法接近或达到原柴油机的性能也就是无法接近或达到原柴油机的性能,因此可利用强制进气来代替自然吸气的形式。因此可利用强制进气来代替自然吸气的形式。措施：措施：自然吸气柴油机：增加扫气泵自然
10、吸气柴油机：增加扫气泵 增压柴油机：提高增压比增压柴油机：提高增压比2.2 供油系统供油系统 对柴油机进行防爆改造（增加进排气栅栏）后，对柴油机进行防爆改造（增加进排气栅栏）后，无论是进气阻力还是排气阻力都显著增加，如此无论是进气阻力还是排气阻力都显著增加，如此便使得气缸的进气压力下降，每次进入气缸的新便使得气缸的进气压力下降，每次进入气缸的新鲜空气量较改造前将会明显减少，即使加装了扫鲜空气量较改造前将会明显减少，即使加装了扫气泵或涡轮增压装置，仍然不能弥补这部分进气气泵或涡轮增压装置，仍然不能弥补这部分进气量的损失，因此，为了使得柴油机燃烧更加充分，量的损失，因此，为了使得柴油机燃烧更加充分
11、，需要对供油量和供油提前角进行调整。需要对供油量和供油提前角进行调整。措施：措施：防爆发动机的供油量需适当减小（具体实验确定）防爆发动机的供油量需适当减小（具体实验确定）供油提前角的调整须由实验确定。供油提前角的调整须由实验确定。2.3 配气相位配气相位 为了改善柴油机的性能，应从增加柴油机的充量为了改善柴油机的性能，应从增加柴油机的充量系数入手，即对其进排气系统进行适当的改造，系数入手，即对其进排气系统进行适当的改造，配气相位的改变就是其中重要的一部分。配气相位的改变就是其中重要的一部分。前已述及，发动机的防爆改造会造成其进气阻力前已述及，发动机的防爆改造会造成其进气阻力的增加，进气流速会下
12、降，为了使柴油机更好的的增加，进气流速会下降，为了使柴油机更好的发挥其动力性能，因此需对进排气门的开闭时间发挥其动力性能，因此需对进排气门的开闭时间进行适当的调整。进行适当的调整。措施：措施：排气门晚关，即排气门的迟闭角适当推迟一个角度排气门晚关，即排气门的迟闭角适当推迟一个角度进气门早开：即进气门提前角相应提前一个角度，进气门早开：即进气门提前角相应提前一个角度，如此，进排气门的重叠角度增加可使废气的排出量增加，如此，进排气门的重叠角度增加可使废气的排出量增加，减少燃烧室中残余废气量，同时增加了新鲜空气的进入量，减少燃烧室中残余废气量，同时增加了新鲜空气的进入量，有效地提高充量系数。有效地提
13、高充量系数。第三部分：排放性能第三部分：排放性能 煤炭行业标准中对防爆柴油的排放性能有煤炭行业标准中对防爆柴油的排放性能有如下规定：如下规定：在防爆柴油机在标定输出功率范围内：在防爆柴油机在标定输出功率范围内：未经稀释排气中未经稀释排气中CO的排放浓度不得超过的排放浓度不得超过1000pm未经稀释排气中未经稀释排气中NOx的排放浓度不得超过的排放浓度不得超过800pm对发动机排放性能的改造一般从以下三个方面入手：对发动机排放性能的改造一般从以下三个方面入手：1.机前处理净化技术机前处理净化技术2.机内处理净化技术（改善燃烧）机内处理净化技术（改善燃烧）3.机外后处理净化技术（机外后处理净化技术
14、（DOC、废气处理箱、废气处理箱、EGR）3.1 机前处理净化技术机前处理净化技术-清洁燃料清洁燃料 燃油的品质对柴油机有害物的排放有着重要的影燃油的品质对柴油机有害物的排放有着重要的影响，减少燃油中氮、硫的含量，提高燃油十六烷响，减少燃油中氮、硫的含量，提高燃油十六烷值等措施均能降低柴油机有害物的排放。值等措施均能降低柴油机有害物的排放。其次在燃料中加入添加剂，能有效地降低炭烟。其次在燃料中加入添加剂，能有效地降低炭烟。燃油添加剂实际上是一种助燃剂，它促进燃烧过燃油添加剂实际上是一种助燃剂，它促进燃烧过程中炭分子的氧化。目前使用的消烟剂中以含锰程中炭分子的氧化。目前使用的消烟剂中以含锰的化合
15、物最为有效，含铁、镍、钴、铜等过渡类的化合物最为有效，含铁、镍、钴、铜等过渡类金属元素的有机物也能有效地降低炭烟。金属元素的有机物也能有效地降低炭烟。还有乳化油技术，即在柴油中掺入一定量的水，还有乳化油技术，即在柴油中掺入一定量的水，使柴油变为乳化油，也能降低柴油机有害物的排使柴油变为乳化油，也能降低柴油机有害物的排放。放。3.2 机内处理净化技术（改善燃烧）机内处理净化技术（改善燃烧）防爆柴油机改善燃烧围绕着一个核心展开，那就是针对防防爆柴油机改善燃烧围绕着一个核心展开，那就是针对防爆改造后带来的进排气阻力增加，如何提高进气量，并使爆改造后带来的进排气阻力增加，如何提高进气量，并使喷油系统和
16、目前的进气量，进气压力及流速匹配。如此，喷油系统和目前的进气量，进气压力及流速匹配。如此，便能很好的起到改善燃烧，降低排放的作用。便能很好的起到改善燃烧，降低排放的作用。1.使用扫气泵以增加进气量，提高进气压力和充量系数使用扫气泵以增加进气量，提高进气压力和充量系数2.使用涡轮增压中冷技术可以增加进入柴油机汽缸内的空气密度使用涡轮增压中冷技术可以增加进入柴油机汽缸内的空气密度和将压缩后的空气温度降低和将压缩后的空气温度降低,可以增加进气量、缩短滞燃期，在可以增加进气量、缩短滞燃期，在稀烯火焰熄灭区内积压的燃油量较少，从而减少排气中有害成分稀烯火焰熄灭区内积压的燃油量较少，从而减少排气中有害成分
17、碳氢化合物碳氢化合物(HC)和氮氧化物和氮氧化物(NOx)的生成的生成3.适当减少供油量，使喷入缸内的柴油充分燃烧以降低排放污染适当减少供油量，使喷入缸内的柴油充分燃烧以降低排放污染4.将供油提前角适当提前，可以明显降低将供油提前角适当提前，可以明显降低NOx的排放的排放5.提高喷油压力和喷油速率，降低提高喷油压力和喷油速率，降低NOx和颗粒和颗粒6.合理设置配气相位合理设置配气相位3.3 机外后处理装置机外后处理装置DOC 和普通柴油车上使用的和普通柴油车上使用的DOC没有区别。没有区别。3.3 机外后处理装置机外后处理装置EGR 废气再循环（废气再循环（EGR）作为控制柴油机排气污染的）作
18、为控制柴油机排气污染的一种有效措施，已越来越受到人们的高度重视。一种有效措施，已越来越受到人们的高度重视。由于它使预混合燃烧峰值降低，滞燃期缩短，氧由于它使预混合燃烧峰值降低，滞燃期缩短，氧气浓度下降，火焰温度下降，因而它能显著地降气浓度下降，火焰温度下降，因而它能显著地降低低NOx。该系统可使。该系统可使NOx排放量降低排放量降低20%，对，对NOx的控制优于延迟喷油效果的控制优于延迟喷油效果3.3 机外后处理装置机外后处理装置废气处理箱废气处理箱 国内防爆柴油机尾气控制主要是国内防爆柴油机尾气控制主要是水洗法水洗法,是一种是一种尾气后处理方法。就是尾气排放到大气前要经过尾气后处理方法。就是
19、尾气排放到大气前要经过废气处理箱废气处理箱,处理箱内有一定高度的水处理箱内有一定高度的水,废气经过废气经过水以后排入到大气中水以后排入到大气中,因氮氧化物易溶于水因氮氧化物易溶于水,水洗水洗法主要用来净化氮氧化物法主要用来净化氮氧化物,其次对其次对CH化合物也起化合物也起净化作用（由于这些物质溶于水后会产生酸性物净化作用（由于这些物质溶于水后会产生酸性物质，因此适当在水中添加碱性溶剂会有利于增强质，因此适当在水中添加碱性溶剂会有利于增强其净化作用），还可以洗去油烟、碳粒及易溶于其净化作用），还可以洗去油烟、碳粒及易溶于水的其它有害物质及去掉排气中的气味。这种方水的其它有害物质及去掉排气中的气味
20、。这种方法结构简单、零件少法结构简单、零件少,可以起到废气净化效果可以起到废气净化效果废气处理箱的形式废气处理箱的形式废气处理箱的形式废气处理箱的形式第四部分：防爆柴油机各系统结构第四部分：防爆柴油机各系统结构为了满足防爆性能、动力性能和排放性能的要求，一台防爆柴油机所为了满足防爆性能、动力性能和排放性能的要求，一台防爆柴油机所需包含的各基本系统结构如下：需包含的各基本系统结构如下：第五部分：改造第五部分：改造 一款普通柴油机如果需要用作防爆发动机，一款普通柴油机如果需要用作防爆发动机，通常将会涉及到改变的部分有：通常将会涉及到改变的部分有：1.启动装置启动装置 2.进气系统进气系统 3.冷却
21、系统冷却系统 4.排气系统排气系统 5.报警控制系统报警控制系统 6.燃油系统燃油系统 7.各零部件所用到的材料各零部件所用到的材料5.1启动装置的改造启动装置的改造 煤矿用防爆柴油机技术检验规范煤矿用防爆柴油机技术检验规范中规定：中规定：柴油机的起动方式可采用柴油机的起动方式可采用 1.弹簧起动弹簧起动;2.液压起动液压起动;3.压缩空气起动等方式。压缩空气起动等方式。压缩空气起动压缩空气起动方式具有防爆性好、安全可靠、起动方式具有防爆性好、安全可靠、起动力矩大、可过载保护及动力清洁等优点。力矩大、可过载保护及动力清洁等优点。或者采用或者采用防爆电启动机防爆电启动机，这两者都是目前应用较多，
22、这两者都是目前应用较多的启动方式。的启动方式。5.2 进气系统的改造进气系统的改造 综合考虑防爆性、动力性和排放性能三个综合考虑防爆性、动力性和排放性能三个条件对柴油机的约束，对进气系统的改造条件对柴油机的约束，对进气系统的改造将会涉及到以下部分：将会涉及到以下部分：1.空气滤清器空气滤清器 2.进气防火栅栏进气防火栅栏 3.空气关断阀空气关断阀 4.扫气泵扫气泵 5.涡轮增压器涡轮增压器5.2.1 空气滤清器的改造空气滤清器的改造 一般柴油车上所采用的滤清器均为油润一般柴油车上所采用的滤清器均为油润式的湿式滤清器，由于其不符合防爆要式的湿式滤清器，由于其不符合防爆要求，一般不予采用，如有特殊
23、情况需要求，一般不予采用，如有特殊情况需要采用的，必须配备防火液。采用的，必须配备防火液。通常为了使柴油机在煤尘较大的环境中通常为了使柴油机在煤尘较大的环境中工作时，进入气缸的空气清洁，最好采工作时，进入气缸的空气清洁，最好采用用双级干式滤清器双级干式滤清器这样可以延长柴油机这样可以延长柴油机使用寿命。使用寿命。5.2.2 进气防火栅栏进气防火栅栏燃烧室高温引起进气道中可燃混合空气着火迅速反扑向空气燃烧室高温引起进气道中可燃混合空气着火迅速反扑向空气滤清器，进而窜向外界有可燃气体的环境，增加滤清器，进而窜向外界有可燃气体的环境，增加进气栅栏可进气栅栏可以起到迅速阻熄此部分气体燃烧的作用。以起到
24、迅速阻熄此部分气体燃烧的作用。由于增加进气栅栏后会增加进气阻力，为了使这一影响降到由于增加进气栅栏后会增加进气阻力，为了使这一影响降到最低，进气栅栏灭火片进口端磨成椭圆或削成尖角以减小进最低，进气栅栏灭火片进口端磨成椭圆或削成尖角以减小进气阻力。并且在满足阻火器阻火功能的前提下，尽可能减小气阻力。并且在满足阻火器阻火功能的前提下，尽可能减小栅栏片的厚度和长度，这些改造可以有效减小尾气中有害气栅栏片的厚度和长度，这些改造可以有效减小尾气中有害气体的含量、提高柴油机动力性能。体的含量、提高柴油机动力性能。叠片宽不少于叠片宽不少于50mm（增加热传导面积）（增加热传导面积）叠片厚不低于叠片厚不低于1
25、.25mm（保证必要的换热能力）（保证必要的换热能力）两叠片间的间隙不大于两叠片间的间隙不大于0.5mm（利用狭隙效应迅速降温）（利用狭隙效应迅速降温）叠片间隙不能因为弯曲而使得间隙扩大（保证有效结构）叠片间隙不能因为弯曲而使得间隙扩大（保证有效结构）5.2.3 空气关断阀空气关断阀 空气关断阀是为了安全而设置的，它安装在前喇空气关断阀是为了安全而设置的，它安装在前喇叭口上。当柴油机关断柴油后还停不下车时（柴叭口上。当柴油机关断柴油后还停不下车时（柴油机在切断供油后进气中的瓦斯能使其继续运油机在切断供油后进气中的瓦斯能使其继续运转），则关闭此阀，断绝柴油机气缸进入空气，转），则关闭此阀，断绝柴
26、油机气缸进入空气，迫使柴油机停车。迫使柴油机停车。空气关断阀的安装位置一般是在进气栅栏之前。空气关断阀的安装位置一般是在进气栅栏之前。该阀的安装和密封应能在柴油机该阀的安装和密封应能在柴油机超过额定转速的超过额定转速的20%（有的也设计成（有的也设计成10%）时保证自动干脆地切）时保证自动干脆地切断空气的供给，使柴油机立即停车。断空气的供给，使柴油机立即停车。5.2.4 扫气泵扫气泵 原因：原因：对进、排气系统主要部件改造始终无法使改造后柴对进、排气系统主要部件改造始终无法使改造后柴油机进排气系统的阻力大于原柴油机的进、排气系统的阻油机进排气系统的阻力大于原柴油机的进、排气系统的阻力力,也就是
27、无法接近或达到原柴油机的性能。因此要想达到也就是无法接近或达到原柴油机的性能。因此要想达到原柴油机的性能必须增大柴油机的进气量原柴油机的性能必须增大柴油机的进气量。效果：效果：对于自然吸气式柴油机通过增加扫气泵增加进气的对于自然吸气式柴油机通过增加扫气泵增加进气的动力，克服进气道、进气栅栏所产生的阻力动力，克服进气道、进气栅栏所产生的阻力,使进气歧管内使进气歧管内新鲜气体的压力大于排气后期气缸内废气的压力新鲜气体的压力大于排气后期气缸内废气的压力,将气缸内将气缸内的废气充分排出气缸，提高充量系数。的废气充分排出气缸，提高充量系数。同时通过改变配气相位使进排气门的重叠角度增加同时通过改变配气相位
28、使进排气门的重叠角度增加,如此就如此就会有少量的新鲜空气随废气一起排出会有少量的新鲜空气随废气一起排出,这样不仅使气缸内的这样不仅使气缸内的残余废气尽可能减少残余废气尽可能减少,而且可以带走气缸内的部分热量而且可以带走气缸内的部分热量,改善改善燃烧室内的燃烧情况燃烧室内的燃烧情况。5.2.4扫气泵扫气泵5.2.5 涡轮增压器涡轮增压器 原因：原因：同上同上 效果：效果：增加进气量，提高进气压力和充量系数，降低进气温度，改善燃烧，增加进气量，提高进气压力和充量系数，降低进气温度，改善燃烧，增加动力，减少排放。增加动力，减少排放。注意：注意：若增加增压器，则需对其表面温度加以控制，最可靠的方式是用
29、发动若增加增压器，则需对其表面温度加以控制，最可靠的方式是用发动机冷却水对增压器进行冷却机冷却水对增压器进行冷却,但这样涉及到对增压器构造的改变，会但这样涉及到对增压器构造的改变，会增加增压器的制造难度。整体而言，如果是自然吸气式柴油机，增加增加增压器的制造难度。整体而言，如果是自然吸气式柴油机，增加涡轮增压器对柴油机造成较大改动涡轮增压器对柴油机造成较大改动5.3 冷却系统的改造冷却系统的改造 柴油机气缸内燃料燃烧散出的能量约有30%作为热量通过气缸套、缸盖等传递给冷却介质，约有30%的热量被排气带走，柴油机的冷却系统主要对以上2部分热量进行冷却，包括气缸冷却、机油冷却、排气冷却等 5.3
30、冷却系统的改造冷却系统的改造 综合考虑防爆性、动力性和排放性能三个条件对综合考虑防爆性、动力性和排放性能三个条件对柴油机的约束，对冷却系统的改造将会涉及到以柴油机的约束，对冷却系统的改造将会涉及到以下部分：下部分：排气歧管和排气管的水套排气歧管和排气管的水套 冷却水箱冷却水箱 风扇和热交换器（散热器）风扇和热交换器（散热器）喷水装置喷水装置 涡轮增压器的水套涡轮增压器的水套5.3.1排气歧管和排气管的水套排气歧管和排气管的水套 原因：原因：柴油机排气温度高达柴油机排气温度高达650，排气歧管和，排气歧管和排气管的温度排气管的温度300-500，超过了很多物质的着，超过了很多物质的着火点，不能满
31、足防爆性能的要求，因此需对排气火点，不能满足防爆性能的要求，因此需对排气管歧及排气管内的气体进行降温，保证柴油机表管歧及排气管内的气体进行降温，保证柴油机表面温度低于面温度低于150 形式：形式：在排气歧管和排气管外面设计冷却水套在排气歧管和排气管外面设计冷却水套 夹层的水与柴油机冷却系统连通，采取封闭强制夹层的水与柴油机冷却系统连通，采取封闭强制冷却，因此这部分水套的增加涉及到整个发动机冷却，因此这部分水套的增加涉及到整个发动机水循环系统的改造水循环系统的改造5.3.2 冷却水箱冷却水箱 普通柴油机普通柴油机气缸内燃料燃烧散出的能量约有气缸内燃料燃烧散出的能量约有30%作为热量传递给冷却系统
32、，另外作为热量传递给冷却系统，另外30%的热量的热量被排气带走。被排气带走。防爆柴油机防爆柴油机需要同时对上述两部分进行冷却，需要同时对上述两部分进行冷却，换热量的增加带来了冷却介质的增加，所以，对换热量的增加带来了冷却介质的增加，所以，对水箱的改造集中在通过计算确定换热量，进而计水箱的改造集中在通过计算确定换热量，进而计算出需要的水箱体积。算出需要的水箱体积。5.3.3风扇和热交换器（散热器）风扇和热交换器（散热器）前已述及，防爆柴油机由于防爆特性的要求需要前已述及，防爆柴油机由于防爆特性的要求需要通过冷却系统带走大量的热量，如何及时的将冷通过冷却系统带走大量的热量，如何及时的将冷却水中存储
33、热量交换到外界去是冷却系统需要面却水中存储热量交换到外界去是冷却系统需要面对的一个重要问题，其主要的方法就是通过加强对的一个重要问题，其主要的方法就是通过加强换热，如增加换热面积，加强热对流与热传导等。换热，如增加换热面积，加强热对流与热传导等。应用于发动机上主要通过以下方法：应用于发动机上主要通过以下方法：1.强化风扇的功率，达到加强热对流的目的强化风扇的功率，达到加强热对流的目的 2.对散热器结构进行优化以增加换热效率对散热器结构进行优化以增加换热效率 3.增加散热器的体积以增加换热面积增加散热器的体积以增加换热面积 4.再加一个散热器再加一个散热器5.3.4 喷水装置喷水装置 喷水装置喷
34、水装置主要由喷水泵、喷水嘴和水箱等组成。主要由喷水泵、喷水嘴和水箱等组成。其作用是用来冷却和净化废气。水嘴安装在排气其作用是用来冷却和净化废气。水嘴安装在排气弯管上，喷雾方向应对着废气流方向弯管上，喷雾方向应对着废气流方向 喷水装置具有有结构紧凑、排气阻力小、燃油消喷水装置具有有结构紧凑、排气阻力小、燃油消耗低、废气净化较好等特点耗低、废气净化较好等特点 由于此装置与散热器由于此装置与散热器+废气处理箱的功能比较接近，废气处理箱的功能比较接近，所以在功能上比较所以在功能上比较“鸡肋鸡肋”。如果对散热器进行如果对散热器进行了改进，则这一装置没有必要增加。了改进，则这一装置没有必要增加。5.3.5
35、 涡轮增压器的水套涡轮增压器的水套 防爆柴油机如果配备防爆柴油机如果配备涡轮增压器涡轮增压器，则需，则需对其表面温度加以控制，最可靠的方式对其表面温度加以控制，最可靠的方式是用发动机冷却水对增压器进行冷却是用发动机冷却水对增压器进行冷却,但但这样涉及到对增压器构造的改变，会增这样涉及到对增压器构造的改变，会增加增压器的制造难度加增压器的制造难度5.3.6 冷却系统示意图冷却系统示意图5.4 排气系统改造排气系统改造 综合考虑防爆性、动力性和排放性能三个条件对综合考虑防爆性、动力性和排放性能三个条件对柴油机的约束，对排气系统的改造将会涉及到以柴油机的约束，对排气系统的改造将会涉及到以下部分：下部
36、分：排气管路排气管路 废气处理箱废气处理箱 排气防爆栅栏排气防爆栅栏5.4.1 排气管路排气管路 为了降低柴油车排气温度与排气系统热表面温度，为了降低柴油车排气温度与排气系统热表面温度，需要对柴油车排气系统进行冷却，但由于排气流需要对柴油车排气系统进行冷却，但由于排气流速快、温度高。如果排气管路的长度不作改变，速快、温度高。如果排气管路的长度不作改变，那么排气所携带的热量将来不及与冷却液进行充那么排气所携带的热量将来不及与冷却液进行充分的换热，达不到需要的冷却效果。分的换热，达不到需要的冷却效果。因此，考虑到换热的充分性，需要对原柴油机的因此，考虑到换热的充分性，需要对原柴油机的排气管路与冷却
37、系统综合考虑进行重新设计，而排气管路与冷却系统综合考虑进行重新设计，而不是简单的在排气歧管和排气管外包裹水套。不是简单的在排气歧管和排气管外包裹水套。5.4.2 废气处理箱废气处理箱 在前面排放性能的部分已经对废气处理箱的净化在前面排放性能的部分已经对废气处理箱的净化功能进行了一部分的介绍，下面介绍其功能进行了一部分的介绍，下面介绍其冷却功能冷却功能如图所示，当排气通过如图所示，当排气通过A口（通常为了增口（通常为了增加换热面积加换热面积A口会被设计成许多分隔的小口会被设计成许多分隔的小口）进入废气处理箱之后，为了使气体与口）进入废气处理箱之后，为了使气体与水接触时间足够长，通常进气管会伸入水
38、水接触时间足够长，通常进气管会伸入水箱靠底部的位置，由于密度和压力的差异，箱靠底部的位置，由于密度和压力的差异，气体将逐渐浮出水面，这时，为了增加气气体将逐渐浮出水面，这时，为了增加气体在水中的时间和接触面积，可采取设置体在水中的时间和接触面积，可采取设置隔网和隔板的方式，将气泡打碎。最后，隔网和隔板的方式，将气泡打碎。最后，冷却后的气体随着水蒸气一同排出净化水冷却后的气体随着水蒸气一同排出净化水箱，这时气体的温度已经只有箱，这时气体的温度已经只有100左右左右了。再通过后面管段以及排气防爆栅栏的了。再通过后面管段以及排气防爆栅栏的冷却，便能达到排温不超过冷却，便能达到排温不超过70的要求。的
39、要求。5.4.3 排气防爆栅栏排气防爆栅栏 来自排气系统的来自排气系统的火焰和炽热粒子的热辐射火焰和炽热粒子的热辐射可使环可使环境可燃气体爆燃，排气防爆栅栏可以起到迅速阻境可燃气体爆燃，排气防爆栅栏可以起到迅速阻熄此部分火焰和使热粒子迅速降温的作用。熄此部分火焰和使热粒子迅速降温的作用。排气防爆栅栏一般安装在废气处理箱后面，进一排气防爆栅栏一般安装在废气处理箱后面，进一步对已经冷却至步对已经冷却至100左右的排气再次降温。左右的排气再次降温。增加排气栅栏后会增加排气栅栏后会增加排气背压增加排气背压，排气背压增加，排气背压增加所带来的影响在此不再赘述所带来的影响在此不再赘述5.5 报警控制系统报
40、警控制系统 与普通柴油车相比，防爆柴油车还需加设下面一些报警停与普通柴油车相比，防爆柴油车还需加设下面一些报警停车装置才能保证在其工作场合安全、正常的工作。车装置才能保证在其工作场合安全、正常的工作。瓦斯超限报警 柴油车超速报警 表面温度超过150 报警 排气温度超过70 报警 润滑系统机油油压过低报警1kgf/cm2时 废气控温水箱储水过少报警 柴油机冷却系统缺水报警 强制冷却水温度超过95时报警5.6 燃油系统燃油系统 矿用防爆柴油机不同于道路用柴油机，其长时间矿用防爆柴油机不同于道路用柴油机，其长时间工作带来的热负荷增加会提高运行风险。而尾气工作带来的热负荷增加会提高运行风险。而尾气排放
41、在矿下相对封闭环境中对人体的健康也有很排放在矿下相对封闭环境中对人体的健康也有很大影响，所以其一般工作时间不会超过大影响，所以其一般工作时间不会超过8小时，小时，对燃油箱的设计也就要求其对燃油箱的设计也就要求其容量不超过容量不超过8小时油小时油耗耗，除此之外还应注意以下几点：，除此之外还应注意以下几点：油箱远离热源至少油箱远离热源至少50mm 通过通过0.3bar水压密封性试水压密封性试 需有通气孔，防倾倒装置需有通气孔，防倾倒装置 布置应能防止撞击布置应能防止撞击 用非燃性材料制造用非燃性材料制造5.7 各零部件材料的选用各零部件材料的选用 为了避免防爆柴油机的零部件在运行和维修过为了避免防
42、爆柴油机的零部件在运行和维修过程中撞击产生火花，不允许使用轻金属材料制程中撞击产生火花，不允许使用轻金属材料制造，通常缸盖、进气管、排气管、中冷器等采造，通常缸盖、进气管、排气管、中冷器等采用铸铁制造。用铸铁制造。外露金属零件为避免碰撞产生电火花应外露金属零件为避免碰撞产生电火花应尽量不尽量不用轻金属用轻金属。对更换材料困难的零件表面喷涂不。对更换材料困难的零件表面喷涂不小于小于0.2mm的的防护层防护层，或设置，或设置钢质防护罩钢质防护罩 含轻金属外壳的材料含轻金属外壳的材料,按质量百分比按质量百分比,铝、钛和镁铝、钛和镁的总含量不允许大于的总含量不允许大于15%,并且镁和钛的总含量并且镁和
43、钛的总含量不允许大于不允许大于6%5.7 各零部件材料的选用各零部件材料的选用 外露的零部件外露的零部件,如水管、进气软管、输送带等非如水管、进气软管、输送带等非金属材料的零部件，由于非金属材料一般易产金属材料的零部件，由于非金属材料一般易产生静电和易燃烧的特性，应采用电阻值小于生静电和易燃烧的特性，应采用电阻值小于1109的的不燃或阻燃性材料不燃或阻燃性材料制造。制造。发电机、传感器及电磁控制器等电气元件在工发电机、传感器及电磁控制器等电气元件在工作过程中，不可避免地产生电弧和电火花，为作过程中，不可避免地产生电弧和电火花，为了控制和消除电火花了控制和消除电火花,在防爆柴油机设计中，需在防爆
44、柴油机设计中，需将电气元件设计成将电气元件设计成隔爆型或本质安全型隔爆型或本质安全型，或者，或者是采用是采用非电气元件代替电气元件非电气元件代替电气元件。第六部分第六部分：其他安保措施：其他安保措施 防爆柴油机的改造除了在前面述及的方面进行重防爆柴油机的改造除了在前面述及的方面进行重新设计、优化和改造外，还有许多细节方面的东新设计、优化和改造外，还有许多细节方面的东西需要考虑到。比如西需要考虑到。比如 1.曲轴箱呼吸管口需加设小防爆栅栏：曲轴箱的曲轴箱呼吸管口需加设小防爆栅栏：曲轴箱的通气孔要加设滤网装置通气孔要加设滤网装置,并且滤网至少五层并且滤网至少五层,滤网的滤网的孔目不小于孔目不小于144目目/cm2 2.进排气管需通过压力试验进排气管需通过压力试验 3.机油加油口需车有螺纹并配有螺纹盖火螺塞机油加油口需车有螺纹并配有螺纹盖火螺塞 4.进排气防爆栅栏需通过防爆模拟试验进排气防爆栅栏需通过防爆模拟试验 5.由于考虑到隔离与密封进排气管路将会比较长，由于考虑到隔离与密封进排气管路将会比较长，需加强强度，避免震动断裂需加强强度，避免震动断裂 6.
