防爆柴油機自動保護裝置檢測系統工藝的優化設計

楊巖

（1.河北煤炭科學研究院有限公司，河北 邢臺 054000；2.河北邁安檢測服務有限公司，河北 邢臺 054000）

1 概況

根據相關國家標準要求，當防爆柴油機出現以下情況時必須能夠發生聲光報警，并在1 min 內自動停機功能：①柴油機的排氣溫度最高超過70 ℃時；②柴油機的冷卻水溫度超過95 ℃時；③柴油機的表面溫度最高超過150 ℃時；④柴油機的機油壓力低于設定最低值時；⑤瓦斯濃度達到1%（有煤（巖） 與瓦斯突出礦井和瓦斯噴出區域中瓦斯濃度達到0.5%） 時；⑥柴油機冷卻水箱中水位低于最低水位時。因此，礦井下運行的防爆柴油機必須具有自動保護裝置，該裝置集合了顯示、報警、保護等功能，為礦山安全提供可靠的保障。目前防爆柴油機自動保護裝置檢測存在人為誤差大、自動化程度低等問題，因此本文對現有的自動保護裝置檢測系統進行優化改進，此設計中使用的電子元件及連接方式均遵照國家防爆標準，其他未標明配件也按照國家防爆標準。

2 自動保護裝置檢測系統優化設計

2.1 溫度（排氣溫度、表面溫度、冷卻水溫度）檢測系統的優化設計

由于需要對溫度（排氣溫度、表面溫度、冷卻水溫度） 進行檢測，而檢測最高溫度可以到達150 ℃以上，傳統檢測流程采用超級恒溫槽進行加熱，并保證超級恒溫槽內部每個部分的溫度都是一致的，但當溫度增加到100 ℃以上時，超級恒溫槽內部用來支撐標準表和送檢表的支架就會發生高溫氧化反應，嚴重的甚至能影響電路，存在安全隱患。

針對這一情況，此次優化設計思路采用耐腐蝕、耐高溫的無極材料層把超級恒溫槽進行包裹，并在支架鋪一層無機材料，解決高溫帶來的問題。

2.2 水位檢測系統的優化設計

在對水箱中水位進行檢測時，需要檢測員手動調節送檢保護水位探頭上的浮球，同時需另一名檢測員手持秒表記錄報警時間和目測自動保護裝置動作位置，不僅工作量大，人為因素帶來的誤差也較多。

針對這一情況，經過分析研究，設計了一種專為檢測送檢水位探頭的水箱，結構如圖1所示。

圖1 檢測水位水箱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，可以實現自動控制，水位傳感器25 上部有固定接口26 用于連接防爆柴油機自動保護裝置水位探頭。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的水位值。

對防爆柴油機自動保護裝置水位檢測時，實驗開始前，水位傳感器上面連接防爆柴油機自動保護裝置水位探頭，放水閥關閉，通過加水口加水，直至水位達到規定值。實驗開始，打開電磁閥門進行放水，當水位低到防爆柴油機自動保護裝置設定值時，自動保護裝置發出聲光報警，聲控開關中的聲音檢測電路檢測到報警聲音，聲控開關中的輸出電路控制時間計時器開始計時，同時關閉放水電磁球閥，此時顯示器顯示水箱內標準水位傳感器的水位值，便于記錄。當防爆柴油機停機，自動保護裝置報警系統停止時，會發出一個電信號，利用繼電器進行捕捉，連接時間計時器，控制計時器停止，并記錄自動保護裝置報警時間。實驗做完，打開電磁球閥開始排水。

2.3 瓦斯濃度檢測系統的優化設計

對甲烷濃度進行檢測時，需要把標準表和送檢表一起放入密閉空間，向密閉空間充甲烷氣體，記錄自動保護裝置報警時甲烷濃度值和報警時間。但由于甲烷濃度比空氣濃度低，無法確保密閉空間內的甲烷氣體是均勻充滿的，因此當自動保護裝置動作時，無法確定此時密閉空間內的甲烷氣體濃度均勻分布值，測量誤差較大。

針對這一情況，設計了一種專門檢測甲烷濃度氣體的收納箱，結構如圖2所示。

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

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

對防爆柴油機自動保護裝置甲烷濃度檢測時，把自動保護裝置中機油甲烷傳感器放置在支架上，開始實驗時，打開電磁閥門，標準氣體瓶開始往甲烷收納箱通氣，同時打開電動風扇開關，使甲烷快速均勻充滿甲烷收納箱。當甲烷濃度達到報警規定值后，防爆柴油機自動保護裝置開始報警，聲控開關中的聲音檢測電路檢測到報警聲音，聲控開關中的輸出電路控制時間計時器開始計時，同時關閉電磁球閥，此時顯示器顯示標準甲烷濃度傳感器中的甲烷值。當實驗做完，關閉電動風扇開關和電磁球閥，手動打開閥門開始排氣。該設計在很大程度上減少了人工工作量和人為誤差，基本實現自動化檢測。

2.4 延時停機時間檢測系統的優化設計

原有的自動保護裝置檢測延時停機時間是通過聲音控制繼電器和電秒表的計時控制方式實現的，但都相對獨立，無法與其他模塊同步動作，不僅增加人工工作量，也產生了一定的時間誤差。針對此問題，設計了延時停機時間檢測系統，由顯示屏、聲控開關、時間計時器組成，如圖3所示。

圖3 延時停機時間檢測系統Fig.3 Delay down time detection system

聲控開關503 特性包括聲音檢測電路504（專指檢測防爆柴油機自動保護裝置的報警聲音） 和5條輸出電路506、507、508、509、510。聲音檢測電路504 與5 條輸出電路電性連接，聲控開關第一條輸出電路508 與時間計時器502 輸入電路相連接，第二條輸出電路506 與超級恒溫槽總體開關電路相連接，第三條輸出電路507 與檢測水位模塊中電磁球閥控制電路相連接，第四條輸出電路509 與檢測機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 與標定溫度傳感器、標定水位傳感器、標定壓力傳感器、標定甲烷傳感器相連接，實時顯示檢測參數變化值和報警時顯示值。

優化設計后，延時停機時間檢測檢測系統可以與其他模塊同步動作，同時顯示各個檢測模塊的報警信息，方便記錄。

3 應用效果

運用本文設計的自動保護裝置監測系統優化方案，對昆山晉樺豹的ZBC3/24 型防爆柴油機車用保護裝置進行了檢測，結果見表1，并與之前相同設備的自動保護裝置檢測系統進行對比，如圖4所示。

表1 自動保護裝置檢測結果Table 1 Automatic protection device test results

圖4 檢測自動保護裝置所需時間Fig.4 Time required to detect automatic protection device

表1數據表明，檢測結果均在誤差范圍內。由圖1可知，與之前檢測系統進行對比，優化后單臺設備全程檢測時間減少了30%以上，這是因為之前的設備檢測項目需要逐項進行，并且需要大量人工操作；改進后可以在檢測前把所有檢測項目安裝在優化后的設備上進行檢測，減少了中間更換儀器設備的時間，并且各個檢測模塊自動化程度顯著提高，降低了人工操作量，節約了時間，也減少了人為誤差，檢測效率大幅提升。

4 結語

原有礦用防爆柴油機自動保護裝置檢測系統經過以上一系列工藝優化設計后，新的防爆柴油機自動保護裝置監測系統自動化程度高，操作更方便，有效降低了檢測時間和人員數量，節約了成本，提高了檢測效率。