防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)系統(tǒng)工藝的優(yōu)化設(shè)計(jì)

楊巖

（1.河北煤炭科學(xué)研究院有限公司，河北 邢臺(tái) 054000；2.河北邁安檢測(cè)服務(wù)有限公司，河北 邢臺(tái) 054000）

1 概況

根據(jù)相關(guān)國家標(biāo)準(zhǔn)要求，當(dāng)防爆柴油機(jī)出現(xiàn)以下情況時(shí)必須能夠發(fā)生聲光報(bào)警，并在1 min 內(nèi)自動(dòng)停機(jī)功能：①柴油機(jī)的排氣溫度最高超過70 ℃時(shí)；②柴油機(jī)的冷卻水溫度超過95 ℃時(shí)；③柴油機(jī)的表面溫度最高超過150 ℃時(shí)；④柴油機(jī)的機(jī)油壓力低于設(shè)定最低值時(shí)；⑤瓦斯?jié)舛冗_(dá)到1%（有煤（巖） 與瓦斯突出礦井和瓦斯噴出區(qū)域中瓦斯?jié)舛冗_(dá)到0.5%） 時(shí)；⑥柴油機(jī)冷卻水箱中水位低于最低水位時(shí)。因此，礦井下運(yùn)行的防爆柴油機(jī)必須具有自動(dòng)保護(hù)裝置，該裝置集合了顯示、報(bào)警、保護(hù)等功能，為礦山安全提供可靠的保障。目前防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)存在人為誤差大、自動(dòng)化程度低等問題，因此本文對(duì)現(xiàn)有的自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改進(jìn)，此設(shè)計(jì)中使用的電子元件及連接方式均遵照國家防爆標(biāo)準(zhǔn)，其他未標(biāo)明配件也按照國家防爆標(biāo)準(zhǔn)。

2 自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)

2.1 溫度（排氣溫度、表面溫度、冷卻水溫度）檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

由于需要對(duì)溫度（排氣溫度、表面溫度、冷卻水溫度） 進(jìn)行檢測(cè)，而檢測(cè)最高溫度可以到達(dá)150 ℃以上，傳統(tǒng)檢測(cè)流程采用超級(jí)恒溫槽進(jìn)行加熱，并保證超級(jí)恒溫槽內(nèi)部每個(gè)部分的溫度都是一致的，但當(dāng)溫度增加到100 ℃以上時(shí)，超級(jí)恒溫槽內(nèi)部用來支撐標(biāo)準(zhǔn)表和送檢表的支架就會(huì)發(fā)生高溫氧化反應(yīng)，嚴(yán)重的甚至能影響電路，存在安全隱患。

針對(duì)這一情況，此次優(yōu)化設(shè)計(jì)思路采用耐腐蝕、耐高溫的無極材料層把超級(jí)恒溫槽進(jìn)行包裹，并在支架鋪一層無機(jī)材料，解決高溫帶來的問題。

2.2 水位檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

在對(duì)水箱中水位進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要檢測(cè)員手動(dòng)調(diào)節(jié)送檢保護(hù)水位探頭上的浮球，同時(shí)需另一名檢測(cè)員手持秒表記錄報(bào)警時(shí)間和目測(cè)自動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作位置，不僅工作量大，人為因素帶來的誤差也較多。

針對(duì)這一情況，經(jīng)過分析研究，設(shè)計(jì)了一種專為檢測(cè)送檢水位探頭的水箱，結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 檢測(cè)水位水箱Fig.1 Water level detection tank

從圖1中可以看出，支架24 焊接水箱底部，起到支撐、絕緣、去潮等作用，放水管23 通過電磁球閥27 操作，可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，水位傳感器25 上部有固定接口26 用于連接防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置水位探頭。水位傳感器25 輸出電路連接至電子顯示屏，用于顯示所述水箱內(nèi)的水位值。

對(duì)防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置水位檢測(cè)時(shí)，實(shí)驗(yàn)開始前，水位傳感器上面連接防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置水位探頭，放水閥關(guān)閉，通過加水口加水，直至水位達(dá)到規(guī)定值。實(shí)驗(yàn)開始，打開電磁閥門進(jìn)行放水，當(dāng)水位低到防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置設(shè)定值時(shí)，自動(dòng)保護(hù)裝置發(fā)出聲光報(bào)警，聲控開關(guān)中的聲音檢測(cè)電路檢測(cè)到報(bào)警聲音，聲控開關(guān)中的輸出電路控制時(shí)間計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)關(guān)閉放水電磁球閥，此時(shí)顯示器顯示水箱內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)水位傳感器的水位值，便于記錄。當(dāng)防爆柴油機(jī)停機(jī)，自動(dòng)保護(hù)裝置報(bào)警系統(tǒng)停止時(shí)，會(huì)發(fā)出一個(gè)電信號(hào)，利用繼電器進(jìn)行捕捉，連接時(shí)間計(jì)時(shí)器，控制計(jì)時(shí)器停止，并記錄自動(dòng)保護(hù)裝置報(bào)警時(shí)間。實(shí)驗(yàn)做完，打開電磁球閥開始排水。

2.3 瓦斯?jié)舛葯z測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

對(duì)甲烷濃度進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，需要把標(biāo)準(zhǔn)表和送檢表一起放入密閉空間，向密閉空間充甲烷氣體，記錄自動(dòng)保護(hù)裝置報(bào)警時(shí)甲烷濃度值和報(bào)警時(shí)間。但由于甲烷濃度比空氣濃度低，無法確保密閉空間內(nèi)的甲烷氣體是均勻充滿的，因此當(dāng)自動(dòng)保護(hù)裝置動(dòng)作時(shí)，無法確定此時(shí)密閉空間內(nèi)的甲烷氣體濃度均勻分布值，測(cè)量誤差較大。

針對(duì)這一情況，設(shè)計(jì)了一種專門檢測(cè)甲烷濃度氣體的收納箱，結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 檢測(cè)甲烷濃度氣體裝置Fig.2 Device for detecting methane concentration gas

從圖2中可以看出，電動(dòng)風(fēng)扇焊接在容納箱正中間，此裝置最大亮點(diǎn)是打開電動(dòng)風(fēng)扇使甲烷氣體濃度快速均勻充滿容納箱。支架402 焊接在標(biāo)準(zhǔn)氣體容器401 底部，起到支撐作用。標(biāo)定甲烷傳感器406 和被檢防爆柴油機(jī)甲烷傳感器一起放在容納箱405 中，管道403 連接容納箱405 和標(biāo)準(zhǔn)氣體收納瓶401，放氣管道408 位于容納箱左下側(cè)穿過檢測(cè)箱，球閥409 控制所述放氣管道408 的開關(guān)，標(biāo)定甲烷傳感器406 的輸出電路連接至電子顯示屏，用于顯示容納箱405 內(nèi)甲烷濃度值，電磁球閥404 是控制管道403 的開關(guān)。

對(duì)防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置甲烷濃度檢測(cè)時(shí)，把自動(dòng)保護(hù)裝置中機(jī)油甲烷傳感器放置在支架上，開始實(shí)驗(yàn)時(shí)，打開電磁閥門，標(biāo)準(zhǔn)氣體瓶開始往甲烷收納箱通氣，同時(shí)打開電動(dòng)風(fēng)扇開關(guān)，使甲烷快速均勻充滿甲烷收納箱。當(dāng)甲烷濃度達(dá)到報(bào)警規(guī)定值后，防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置開始報(bào)警，聲控開關(guān)中的聲音檢測(cè)電路檢測(cè)到報(bào)警聲音，聲控開關(guān)中的輸出電路控制時(shí)間計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，同時(shí)關(guān)閉電磁球閥，此時(shí)顯示器顯示標(biāo)準(zhǔn)甲烷濃度傳感器中的甲烷值。當(dāng)實(shí)驗(yàn)做完，關(guān)閉電動(dòng)風(fēng)扇開關(guān)和電磁球閥，手動(dòng)打開閥門開始排氣。該設(shè)計(jì)在很大程度上減少了人工工作量和人為誤差，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化檢測(cè)。

2.4 延時(shí)停機(jī)時(shí)間檢測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)化設(shè)計(jì)

原有的自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)延時(shí)停機(jī)時(shí)間是通過聲音控制繼電器和電秒表的計(jì)時(shí)控制方式實(shí)現(xiàn)的，但都相對(duì)獨(dú)立，無法與其他模塊同步動(dòng)作，不僅增加人工工作量，也產(chǎn)生了一定的時(shí)間誤差。針對(duì)此問題，設(shè)計(jì)了延時(shí)停機(jī)時(shí)間檢測(cè)系統(tǒng)，由顯示屏、聲控開關(guān)、時(shí)間計(jì)時(shí)器組成，如圖3所示。

圖3 延時(shí)停機(jī)時(shí)間檢測(cè)系統(tǒng)Fig.3 Delay down time detection system

聲控開關(guān)503 特性包括聲音檢測(cè)電路504（專指檢測(cè)防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置的報(bào)警聲音） 和5條輸出電路506、507、508、509、510。聲音檢測(cè)電路504 與5 條輸出電路電性連接，聲控開關(guān)第一條輸出電路508 與時(shí)間計(jì)時(shí)器502 輸入電路相連接，第二條輸出電路506 與超級(jí)恒溫槽總體開關(guān)電路相連接，第三條輸出電路507 與檢測(cè)水位模塊中電磁球閥控制電路相連接，第四條輸出電路509 與檢測(cè)機(jī)油壓力模塊的電磁球閥控制電路相連接，第五條輸出電路510 與檢測(cè)甲烷濃度模塊中的電磁球閥控制電路相連接。顯示屏501 與標(biāo)定溫度傳感器、標(biāo)定水位傳感器、標(biāo)定壓力傳感器、標(biāo)定甲烷傳感器相連接，實(shí)時(shí)顯示檢測(cè)參數(shù)變化值和報(bào)警時(shí)顯示值。

優(yōu)化設(shè)計(jì)后，延時(shí)停機(jī)時(shí)間檢測(cè)檢測(cè)系統(tǒng)可以與其他模塊同步動(dòng)作，同時(shí)顯示各個(gè)檢測(cè)模塊的報(bào)警信息，方便記錄。

3 應(yīng)用效果

運(yùn)用本文設(shè)計(jì)的自動(dòng)保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)優(yōu)化方案，對(duì)昆山晉樺豹的ZBC3/24 型防爆柴油機(jī)車用保護(hù)裝置進(jìn)行了檢測(cè)，結(jié)果見表1，并與之前相同設(shè)備的自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，如圖4所示。

表1 自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)結(jié)果Table 1 Automatic protection device test results

圖4 檢測(cè)自動(dòng)保護(hù)裝置所需時(shí)間Fig.4 Time required to detect automatic protection device

表1數(shù)據(jù)表明，檢測(cè)結(jié)果均在誤差范圍內(nèi)。由圖1可知，與之前檢測(cè)系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，優(yōu)化后單臺(tái)設(shè)備全程檢測(cè)時(shí)間減少了30%以上，這是因?yàn)橹暗脑O(shè)備檢測(cè)項(xiàng)目需要逐項(xiàng)進(jìn)行，并且需要大量人工操作；改進(jìn)后可以在檢測(cè)前把所有檢測(cè)項(xiàng)目安裝在優(yōu)化后的設(shè)備上進(jìn)行檢測(cè)，減少了中間更換儀器設(shè)備的時(shí)間，并且各個(gè)檢測(cè)模塊自動(dòng)化程度顯著提高，降低了人工操作量，節(jié)約了時(shí)間，也減少了人為誤差，檢測(cè)效率大幅提升。

4 結(jié)語

原有礦用防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置檢測(cè)系統(tǒng)經(jīng)過以上一系列工藝優(yōu)化設(shè)計(jì)后，新的防爆柴油機(jī)自動(dòng)保護(hù)裝置監(jiān)測(cè)系統(tǒng)自動(dòng)化程度高，操作更方便，有效降低了檢測(cè)時(shí)間和人員數(shù)量，節(jié)約了成本，提高了檢測(cè)效率。