防爆柴油机现状及发展方向

1、目 录1 国内外防爆柴油机发展状况21.1国外防爆柴油机的发展现状21.2我国煤矿用防爆柴油机发展现状22 国内防爆柴油机存在的问题32.1 设计及制造水平低下32.2 防爆“改造”不彻底32.3 防爆电器件开发滞后、可靠性差32.4 行业标准落后，亟需提升33 防爆柴油机的发展方向43.1引入整体设计思想43.2开发更为环保的电控防爆柴油机53.3新技术，新工艺的广泛应用53.4 集约化生产，安全性及可靠性能进一步提升54 结语5参考文献5防爆柴油机现状及发展方向杨建伟 【摘要】 分析了国内外煤矿用防爆柴油机的应用和发展趋势，结合矿用防爆柴油机通用技术条件，针对煤矿井下辅助运输设备动力装置的

2、特殊要求，从系统设计匹配的角度出发，提出了具体发展思路。 关键词：防爆柴油机 辅助运输 系统 匹配 防爆柴油机，泛指用于潜在爆炸性气体、可燃性气体、蒸汽机粉尘环境的柴油机。这种柴油机具有防爆性能，在爆炸性环境中工作不会点燃环境气体、蒸汽和粉尘，且排放气体指标符合特殊环境规定的要求。煤矿用防爆柴油机是存在甲烷或可燃性粉尘的地下矿区巷道用类内燃机，用做煤矿井下各种固定或移动设备的防爆动力装置。适用于无轨胶轮车、单轨吊、轨道牵引车或齿轨车等辅助运输设备，目前主要应用于无轨胶轮车上。我国煤矿用防爆柴油机随着新的矿井建设和旧矿改造中辅助运输的发展而得以较大规模的推广应用，随着煤矿高产高效的发展，仍有很大

3、的发展空间。1 国内外防爆柴油机发展状况1.1国外防爆柴油机的发展现状 国外煤矿用防爆柴油机研究生产起步早，早在 20 世纪 30 年代就用于煤矿井下作为辅助运输的动力装置，20 世纪 5060 年代，一些主要采煤国家就着手解决煤矿井下辅助运输的机械化问题，到 7080 年代已相继建立了具有自己特色的煤矿辅助运输系统及装备，并产生了巨大的经济效益。德国在 1963 年研制出柴油机单轨吊，20 世纪 80 年代使用防爆柴油机辅助运输设备已达 400 台左右，主要使用有辅助运输设备、单轨吊和卡轨车；英国 20 世纪 80 年代开发了高速柴油机车和高速运人车辆；美国、澳大利亚和南非则是使用无轨胶轮车

4、较多的国家，有一系列的无轨运输定型产品。当前国外煤矿使用的高效辅助运输设备，主要有单轨吊、卡轨车、齿轨车和无轨胶轮车等 4 大类。其中无轨胶轮车的研制生产主要有德国、美国和澳大利亚等发达国家；著名的公司有 paus、dbt、joy、smv、pjb 及山特维克等公司。生产的车型涵盖人员运输，货物和设备搬运，巷道清理和维修服务等所有辅助运输领域，具有可靠性高、技术先进的特点，目前正向专业化、多功能方向发展。 国外在煤矿用防爆柴油机领域，到目前为止也已经积累了丰富的经验，形成了完备的产品开发、生产制造、质量控制和售后服务体系。尤其是欧美国家，从事防爆柴油机的生产的国外厂商设计生产的品种多，型号全，覆

5、盖范围广。开发的机型主要有美国卡特彼勒公司的 cat3306、cat3304 和 cat3304pc 机型；德国莫哈姆公司的 mwmd916-4、mwmd932-8 和 mwmd916-6 机型；英国珀金斯公司 (已与卡特彼勒公司合并) 的 1004-4、1006-6、new1004-4、new1006-6 和 1104c-44t 等机型。开发的防爆柴油机品牌多样，马力大，防爆后功率最高可以达到 300 kw 以上，并应用了包括最新的柴油机技术等机、电、液一体化技术，使得国外的防爆柴油机的产品具有功率大、污染小和经济性高的特点。 在产业化过程中，英国、法国、德国和澳大利亚都制定了相应的国家标准

6、；欧盟也制定了相应的欧洲标准，用于指导和规范防爆柴油机的开发和应用。1.2我国煤矿用防爆柴油机发展现状 防爆无轨胶轮车其核心部分是防爆柴油机。我国煤矿无轨运输设备从上个世纪八十年代研制开始，到现在已经经历了二三十年的发展历程，但发展依旧缓慢，主要表现为它的牵引动力防爆柴油机的研制还没有形成系统的理论，国内真正从事防爆柴油机研制的机构很少，近年来，少数煤矿维修单位及部分特种车辆厂家才开始进行防爆柴油机的改造和生产，但是作为井下辅助运输的胶轮车辆，由于销量太少，生产厂家仅停留在用普通的柴油机进行防爆改造，其参照的标准也是早年移植的国外标准矿用防爆柴油机通用技术条件，并没有对柴油机的燃油系统和工况特

7、性方面进行适应性研发，仅仅依照技术条件进行逐项表象改造，再加上防爆柴油机的应用领域及其狭窄，使用单位少，开发成本高、周期长等因素，造成国内柴油机生产企业对此领域不愿过多的投入，使得国内防爆柴油机呈现出品种单一，动力性、排放性能差的特点，无法满足煤矿井下实际工作环境要求。 近几年随着煤矿高产高效的发展和大型矿井的开发建设，辅助运输系统也取得长足发展，应用范围得到进一步拓展，无轨辅助运输车辆开始大批量应用，成为众多大型矿井辅助运输的主力军。随着用量的增加，无轨辅助运输设备生产商明显增多，不少特种车生产企业开始涉入，国外设备生产商在产品出口我国的同时开始在我国独资或合资建厂。由于煤矿生产要求的进一步

8、提高、产业竞争态势的形成都对辅助运输设备配套的防爆柴油机提出了更高的要求，防爆柴油机产业也随之迅速发展壮大，参与企业明显增多，在产品设计开发、生产制造和质量检验等方面都取得了进步，但由于没有专业的柴油机厂家参与，不能从防爆柴油机系统设计开发的角度出发，加上行业标准的低下及不完整性，开发与制造水平与国外产品还是有相当大的差距。2 国内防爆柴油机存在的问题2.1 设计及制造水平低下 防爆柴油机的开发是一个系统工程，存在诸多难点，其主要原因：一方面，在国内防爆柴油机的研发处于起步阶段，没有成熟的理论和经验可以借鉴；另一方面，防爆柴油机的防爆降温实质是“违背”能量守恒原则，希望得到最大的动力性的同时又

9、要抑制柴油机表面产生的热量，因此，防爆柴油机的表面降温成为最大的难点。国内诸多规模较小的企业，不能从柴油机系统一体化设计思想进行设计开发，仅仅依照技术条件进行逐条改造，因此开发出来的防爆柴油机虽然从各分系统看“满足”了标准要求，但其外特性工况往往是不能满足煤矿井下路况要求的，不但动力性大大下降，油耗也十分高，排放污染严重。 另外，由于不少厂家为降低生产成本，追求最大化利益，往往在制造上偷工减料，毛毛糙糙，尤其焊接件的外观十分差，与国外进口件有较大差异，这样生产出的产品不仅质量可靠性差，同时对产品价值也大打折扣。2.2 防爆“改造”不彻底 一方面受行业标准的限制，另一方面，国内的防爆柴油机厂家均

10、从改造入手去开发防爆柴油机，缺乏整体设计思想，因此对标准未涉及或模糊不清的项目均不做改造，如风扇、含铝镁元素的轻金属部件等，不少厂家就蒙混过关，因为像材质成分方面安标检测中心也没有检测手段，“改造”不彻底的防爆柴油机进入煤矿领域使用，这对煤矿安全生产是一个极大的隐患。2.3 防爆电器件开发滞后、可靠性差 随着我国煤矿开采技术的发展以及辅助运输设备制造水平的提高，煤炭企业用户对井下辅助运输设备的要求也是越来越高，“以人为本”的理念也在煤矿井下体现。在辅助运输设备满足其功能性的前提下，其舒适性、便捷性、美观性也越来越受到用户的重视。如隔爆型电启动机、隔爆空调装置、隔爆型升降玻璃等等，其不仅操作便捷

11、，同时可给用户带来舒适的驾乘感受。但像隔爆空调装置、隔爆升降机构在国内尚属空白，隔爆电起动机虽然有产品应用，但可靠性能十分低，也是煤矿用户不能接受的。2.4 行业标准落后，亟需提升 标准，是为了在一定范围内获得最佳秩序，经协商一致制定并由公认机构批准，共同使用的和重复使用的一种规范性文件。因此，产品标准制定的高与低直接影响着产品设计、制造质量的高低。mt990-2006矿用防爆柴油机通用技术条件虽然从各系统给出了防爆柴油机的技术要求，但鉴于时间的久远以及制定标准之时的检测手段局限性等因素，也存在不少漏洞，这样一方面给了部分小企业钻空子的机会，另一方面也对用户安全使用造成一定威胁。具体表现在如下

12、方面：隔爆结合面尺寸要求不合理 标准规定要求进排气系统各部件之间的隔爆结合面，进排气系统与缸盖之间的隔爆结合面有效宽度不小于13mm，但实际普通柴油机的缸盖与排气歧管结合面有效宽度一般均不足13mm，而普通柴油机在煤矿井下使用也不在少数，但也未有因该处隔爆尺寸不足引起的事故，关键的一点是，如果为了满足该尺寸，需要重新开发缸盖的模具，这将给开发带来极大投入，因此，能否进行试验验证有待证实。 表面温度150与排气温度70没有科学依据 降温是目前防爆柴油机技术要求的一大关键指标，同时也是一个难点，因为柴油机是靠燃烧燃料，由热能转化成动能的，如果一味降低排气系统温度，同时也就降低了排气能量，这样势必会

13、造成功率的大大下降以及排放性能的降低，究竟70摄氏度的排气温度能否点燃外界瓦斯，或者80的排气就一定危险，值得验证。材料要求不明确，不合理 标准要求：在防爆柴油机运转和维修期间，有可能受到撞击的零部件外壳均不允许使用轻金属制造，这句话很模糊，究竟哪些件能够受到撞击呢，难于分清。另外对于非金属部件要求：防爆柴油机及其配套的非金属材料零部件，应采用电阻值小于1x109的不然或阻燃性材料制造，那么，对于防爆柴油机上的各种水管、液压管路是否需要阻燃及抗静电材料呢？像多楔带，如果需要的话，标准又在哪里呢？阻火器要求苛刻，未考虑对柴油机性能影响 标准要求在防爆柴油机的进气口和排气口应设置阻火器，其实对于柴

14、油机而言，气门的杆套配合已经具备阻火功能了，增加一个进气阻火器似乎有些多余，关键是对柴油机的进气造成巨大影响。另外，对阻火器的结构要求用栅栏状及珠型，而阻火器的定义为“安装在隔爆外壳开口处，允许可燃性气体和空气混合物通过，但能防止火焰穿过的一种装置”，并未说明结构，这与国外以及石油行业的“蜂窝状”结构阻火器有冲突，是否可以采用“蜂窝状”结构，有待论证。冷却净化水箱要求显得有些矛盾 标准术语中定义“冷却净化水箱”为在排气系统中，用水做介质，起到消焰、降温剂降低烟尘作用的装置。那么，如果排气阻火栅放置在水洗箱之前，而排气温度又能控制在70之下，是否就可以不要冷却净化水箱呢？同时，对于干式冷却是否可

15、以采用也未作说明。废气成分标准不准确 标准仅仅要求对co及nox进行检测控制，试想，煤矿井下本身就相对狭小及闭塞，更应该对烟度、颗粒物等控制，但同时又要考虑，工程用柴油机排放相对陆用发动机就差一些，加上进排气系统的阻力，排放自然就会更差，标准过于严格又偏离了实际，因此，需要认证商榷论证。标准不完善 防爆柴油机本体上装有发电机、断油装置及诸多传感器，因此也需要进行隔爆处理，而标准未对这部分提及。另外，因矿井下空气质量较差，像空滤器是至关重要的一个部件，也未作要求；防爆柴油机作为特殊环境中的一种动力装置，对外表颜色也应该做统一要求。3 防爆柴油机的发展方向3.1引入整体设计思想 防爆柴油机的设计开

16、发是一个复杂的系统化工程，应由专业的规模化的柴油机生产厂家系统设计开发，并采用模型化设计及cae分析手段，在满足标准要求的同时，以煤矿进行工作路况为依据，进行合理的燃油系统、进排气系统匹配，在充分发挥柴油机动力的同时，降低了燃油消耗也提高了排放性能。3.2开发更为环保的电控防爆柴油机 从长远的角度考虑，应尽快开发更为环保的电控防爆柴油机。这要求在防爆柴油机的研发上学习国外先进的思想理念，要在技术上不断创新、完善，在关键零部件的选用上，尽量选用国外较为成熟和性能优异的产品，从而保证整机的技术先进性和性能的可靠性。电控防爆柴油机的开发要提前进行相关标准的拟定工作。3.3新技术，新工艺的广泛应用 防爆柴油机某些系统暂未形成成熟的理论体系，不少部件仅仅为概念性东西，造成各个厂家生产的部件大相径庭。为便于资源优化，最大程度提高用户使用的便捷性，应当大力鼓励创新型运用，对新技术、新工艺应大力推广，以促进行业水平又好