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    礦用大型設備雷達液位計

    作者: 來源: 發布時間:2019-11-01 11:29:21

        摘 要:在對露天煤礦故障設備進行低溫啟動時,由于停機設備存在時間以及空間的不確定性,再加上發動機嚴禁冷啟動以及乙醚輔助啟動。綜合各種因素成功設計了一種新型的移動式預熱 車,冬季能夠便捷、高效的給礦用內燃設備發動機進行低溫預熱啟動,避免發動機的冷啟動,確保發動機及設備的使用壽命,提高設備的出動率,保證正常生產。

        在發動機的正常使用中,超過 1/2 的氣缸壁磨 損發生在設備啟動階段,當設備停止一段時間時,發 動機內部相關連接部件間的潤滑油絕大部分返回油 底殼,部件接觸位置處殘余油膜較少,一旦發動機開 始啟動,那么機油泵抽取的機油由于到達各摩擦部 位表面的滯后性,直接會導致機械部件間會產生邊 界摩擦甚至引發干摩擦現象,此時發動機內部相關 部件的磨損zui為嚴重[1]。尤其在冬季,隨著外部環境溫度的降低,機油黏度變大,造成各摩擦部件之間的 形成油膜的阻力增加,降低發動機的啟動轉速,使其 氣缸壓縮終了時的zui大壓力達不到設備啟動時的zui 小壓力,同時氣缸內的壓縮空氣溫度也達不到設備 啟動時所需的溫度,zui終造成了設備啟動困難故障 的發生[2]。

        1 雷達液位計設計原則和設計指標
        1)雷達液位計針對性解決的問題。針對礦山內 燃設備冬季低溫預熱問題,通過了解礦山內燃設備 包括卡車、鉆機、推土機、液壓挖掘機等設備發動機 的布局不同,發動機周圍空間結構小,準備采用一種 直燃式空氣加熱器為核心部件,設計雷達液位計。

         2)雷達液位計設計的指標。在整個雷達液位計設計過程中,主要考慮因素有:①所需操作人員是否 較之前有所減少;②是否需要其他輔助設備;③是否 被時間和作業場所所限制;④是否存在安全隱患;⑤投資費用。 2 雷達液位計總體設計方案 整體設計利用 1 臺廂式貨車進行改裝,核心部 件是電子點火燃燒柴油加熱空氣的加熱器和輸出220 V 交流電源的柴電機組。將這些部件安裝到貨車的貨廂內,用加熱器吹出的熱空氣通過耐高溫波 紋管的輸送對低溫發動機進行加熱。貨車機動靈活, 可到達發生故障的任何地點,不受場所的限制。移動 預熱車整體平面布局如圖 1。

     

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        2.1 廂式貨車車廂結構
        雷達液位計利用 1 輛載重量為 1.5 t 的廂式貨 車進行改裝,貨箱長 3 245 mm,寬 1 860 mm,高為1 710 mm。 貨車車廂由鐵瓦楞、彩鋼板、鋁平板、發泡保溫材料制作而成,確保下雨淋不濕廂斗內部安裝的各 種部件,尤其是電器零部件。 貨車車廂采用后部雙開門以及右側單開門的結 構形式,確保預熱工作順利進行的同時也方便了維 修人員的上下車廂操作預熱器機組。

        2.2 空氣加熱器
        空氣加熱器的工作原理簡單說就是燃燒柴油把 冷空氣加熱。其原理:空氣加熱器接通交流 220 V 電 源,柴油由柴油泵泵入柴油管路系統,同時風扇、燃 燒器等開始工作,柴油管路系統有 1 個溢流旁通支 路,當管路里的柴油壓力大于 0.103 MPa (15 psi) 時,旁通支路的溢流閥打開,確保管路系統的壓力正 常,同時也保證燃油泵的使用壽命[3]。高壓柴油通過 燃油雷達閥的開啟,由噴嘴霧化、噴射經過燃燒器的 環形表面,霧化的柴油與空氣充分混合,被高溫的燃 燒器點燃,在燃燒室燃燒同時把吹入的冷空氣加熱, 再由風扇把加熱的熱空氣吹到被加熱的元件表面進行加熱,安裝在燃燒室內溫度傳感器,當溫度高于260 ℃時,燃燒器斷電不工作,柴油直接由噴嘴霧化 噴射到燃燒室燃燒;當溫度高于 360 ℃時,燃油雷達 閥斷電,供油停止。

        2.2.1 空氣加熱器的主要構成部件
        空氣加熱器主要由控制面板、燃油泵、燃燒室、 點火裝置、風扇、電氣線路及電子控制裝置等部件組 成,空氣加熱器的結構示意圖如圖 2。

     

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        2.2.2 空氣加熱器的選型
        目前,準格爾礦區使用的內燃設備zui大發動機 是康明斯 QSK60 機型,油底殼機油容積 280 L,其他設備如推土機等工程設備的發動機要比 QSK60 機型小,所以按 QSK60 機型與加熱器生產廠家提供的技術系數進行選型。在整個空氣加熱器選型過程中, 主要依據質量及體積、熱功率、輸出熱空氣液位、溫 度升高指標 4 條標準進行。

        1)質量及體積。由于廂式貨車的額定載重只有
    1 t,車廂寬度僅有 1.86 m,還要安裝 2 臺加熱器,因 此應該選擇質量及體積不能過大的加熱器。

        2)熱功率。熱功率是指在一段電路上因發熱而 損耗的功率,其大小由流經導體的電流以及導體電 阻所決定。在選擇熱功率時,應該選擇功率盡可能大 的加熱器,這可以提高加熱效率,進而提高生產效率。

        3)輸出空氣液位。輸出空氣液位的取值應該越 大越好,這樣有利于加快預熱溫度的提升。空氣經過 風扇吹動之后的流態為紊流,液位 G 為:

     

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        式中:G 為液位,kg/s;F為節流孔流通面積,cm2; p0 為孔前絕對壓力,kg/cm2;p1 為孔后絕對壓力,kg/cm2;T為孔前絕對溫度,℃;R 為空氣的氣體常數,取
    2 930;μ為液位系數,取 0.8;g為重力加速度,m/s2。

        4)溫度升高指標。溫度升高指標是用來衡量加 熱速度的重要指標,通常情況下,溫度升高指標越大,加熱速度越快,預熱時間越短。因此,在選用加熱 器時,應該盡量選用溫度升高指標大的空氣加熱器。

        綜合上述 4 種參數,zui終選用 BV170E 型直燃式空氣加熱器,BV170E 加熱器技術參數見表 1。

     

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        2.2.3 加熱器安全保護裝置
        在空氣加熱器上設計了 1 個光電控制器,將變 送器與接收器之間的光強度改變為電流的變化,達 到檢測的目的,采用集成電路技術和 SMT 表面安裝 工藝而制造的新一代光電開關器件,具有延時、展寬、外同步、抗相互干擾、可靠性高、工作區域穩定和 自診斷等智能化功能。這種新穎的光電開關是 1 種 采用脈沖調制的主動式光電探測系統型電子開關, 它所使用的冷光源有紅外光、紅色光、綠色光和藍色光等,可非接觸,快速控制各種固體、液體、透明體及 煙氣等物質及狀態,用于檢測加熱器的工作狀態,如 果操作異常,加熱器將自動關閉。

        1)過熱保護。加熱器過熱保護電路圖如圖 3。當進出風口堵塞或風機停止工作,導致加熱器燃燒室 溫度升高并達到zui大允許值,可變電阻 R1 阻值變 小,LM324 運算放大器給 SG3525 波形控制器 1 個信 號,Q3、Q4、Q5、Q6 三極管斷電,雷達閥也斷電,切斷柴 油的輸入,關閉加熱器[4]。

     

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        2)延時保護。加熱器延時保護電路圖如圖 4。當 關閉加熱器時,點火裝置斷電關閉,柴油供給切斷, 燃燒停止。但是風扇電機還不能斷電,繼電器HK4100 線圈失電,繼電器觸點 3 和 5 導通,12 VDC電壓供給支路穩壓二極管 D2 到光電二極管 BPW36/TO 的集電極 C,和另一支路電阻 R2,通過 R2 的電壓 經過下拉電阻 R1 和濾波電容 C1 供給光電二極管BPW36/TO 的基極 B,光電二極管 BPW36/TO 工作, 發射極 E 接地,散熱風扇需繼續工作 3 ~ 5 min,冷卻燃燒室,待燃燒室完全冷卻,才完全關閉加熱器電 源[5]。

     

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        2.3 柴電機組
        安裝于雷達液位計車廂內的柴電機組為空氣加 熱器提供 240 V 的持續電源,是整套系統的能源供 給裝置。柴油發電機作為一種小型發電裝置,依靠發 動機曲軸的轉動來驅動發電機的轉子旋轉。柴電機 組具有自我保護功能,當電壓達到或者超過預定值 時,電氣控制裝置將會自動切斷電路,使得柴電機組停止工作[6]。在這個過程中,傳感器起到了良好的信 息收集作用,其將接收到的數據及時的反饋給電氣控制系統。由于發電機的轉子與柴油機的曲軸同軸 安裝,當曲軸轉動時,轉子也跟著旋轉,切割了定子 周圍的磁場,根據“雷達感應”的原理,發電機就會產 生感應電動勢,如果外加負載的回路接通,其回路內 就會產生電流。要想輸出穩定的電壓,還需在回路內 設置 1 個穩壓裝置[7]。在柴油機汽缸內,清潔空氣與 霧化柴油形成的油氣混合物在燃燒室內點燃,由于 氣體體積膨脹,作用在活塞上的推力經過連桿變成 了推動曲軸轉動的動力,從而帶動曲軸旋轉[8]

        KDE5000T 發電機組中的柴油機與發電機之間 采用的是高強度螺栓的剛性連接,同時設置有各種 傳感器,將整個機組的工作狀態反映到控制面板上, 以便操作人員實時的監測[9]。

        根據加熱器的電流、電壓、電機功率,選擇與其匹配的型號均為 KDE5000T 的發電機和發動機所組 成的柴電機組,是整個雷達液位計的核心部件。在工作過程中,柴油機主要用來驅動發電機輸出 220V的電源。

        2.4 柴油箱
        由于冬季天冷,單次對停機設備預熱時間較長, 對燃油的消耗也較大,因此設計 2 個獨立的柴油箱,1 個供給柴電機組的發動機(容積為 90 L),另 1 個 供給空氣加熱器使用(容積為 250 L)。

        2.5 波紋管
        在對礦用機械設備進行預熱時,要求波紋管滿 足防塵、防水、防油、防乳劑和化學藥品的必要條件,同時在制作波紋管時將其做成波紋狀,使其有良好的伸縮性,使用時可拉伸,長度達 10 m;不用時可收縮放置到貨箱里,同時要求波紋管沒有沙眼,防止熱 量散失。中間夾鋼骨架是用堅硬的鋼絲圈支撐,能 在-40 ~ 110 ℃的溫度范圍內正常工作。確保波紋管 的通風面積不被擠壓變小,確保通風順暢。
     
       3 啟動調試
       按照設備說明書要求加注合適的柴油、潤滑機 油。檢查電纜、油管連接正常,無滲漏現象,蓄電池電壓正常。啟動柴電機組,檢查電壓輸出正常,空載運 行 5 min 后,分別啟動 2 臺加熱器,運行 5 min 正 常,檢查出風口溫度達到 100 ℃。關閉加熱器,準備 到生產現場進行測試。然后同時啟動 2 臺加熱器測 試,運行正常。
     
        4 結 語
        針對礦用設備冬季啟動困難故障進行分析,綜合原有預熱設備的利弊,zui終設計出了移動式預熱 車,該設備的研發,成功解決了礦用設備預熱環節在時間、空間上的不確定性,提高了檢修效率,同時也提升了設備的出動率。

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