雷达液位计

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矿用大型设备雷达液位计

作者: 来源: 发布时间:2019-11-01 11:29:21

沙巴体育    摘 要:在对露天煤矿故障设备进行低温启动时,由于停机设备存在时间以及空间的不确定性,再加上发动机严禁冷启动以及乙醚辅助启动。综合各种因素成功设计了一种新型的移动式预热 车,冬季能够便捷、高效的给矿用内燃设备发动机进行低温预热启动,避免发动机的冷启动,确保发动机及设备的使用寿命,提高设备的出动率,保证正常生产。

沙巴体育    在发动机的正常使用中,超过 1/2 的气缸壁磨 损发生在设备启动阶段,当设备停止一段时间时,发 动机内部相关连接部件间的润滑油绝大部分返回油 底壳,部件接触位置处残余油膜较少,一旦发动机开 始启动,那么机油泵抽取的机油由于到达各摩擦部 位表面的滞后性,直接会导致机械部件间会产生边 界摩擦甚至引发干摩擦现象,此时发动机内部相关 部件的磨损最为严重[1]。尤其在冬季,随着外部环境温度的降低,机油黏度变大,造成各摩擦部件之间的 形成油膜的阻力增加,降低发动机的启动转速,使其 气缸压缩终了时的最大压力达不到设备启动时的最 小压力,同时气缸内的压缩空气温度也达不到设备 启动时所需的温度,最终造成了设备启动困难故障 的发生[2]。

    1 雷达液位计设计原则和设计指标
沙巴体育     1)雷达液位计针对性解决的问题。针对矿山内 燃设备冬季低温预热问题,通过了解矿山内燃设备 包括卡车、钻机、推土机、液压挖掘机等设备发动机 的布局不同,发动机周围空间结构小,准备采用一种 直燃式空气加热器为核心部件,设计雷达液位计。

     2)雷达液位计设计的指标。在整个雷达液位计设计过程中,主要考虑因素有:①所需操作人员是否 较之前有所减少;②是否需要其他辅助设备;③是否 被时间和作业场所所限制;④是否存在安全隐患;⑤投资费用。 2 雷达液位计总体设计方案 整体设计利用 1 台厢式货车进行改装,核心部 件是电子点火燃烧柴油加热空气的加热器和输出220 V 交流电源的柴电机组。将这些部件安装到货车的货厢内,用加热器吹出的热空气通过耐高温波 纹管的输送对低温发动机进行加热。货车机动灵活, 可到达发生故障的任何地点,不受场所的限制。移动 预热车整体平面布局如图 1。

 

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    2.1 厢式货车车厢结构
    雷达液位计利用 1 辆载重量为 1.5 t 的厢式货 车进行改装,货箱长 3 245 mm,宽 1 860 mm,高为1 710 mm。 货车车厢由铁瓦楞、彩钢板、铝平板、发泡保温材料制作而成,确保下雨淋不湿厢斗内部安装的各 种部件,尤其是电器零部件。 货车车厢采用后部双开门以及右侧单开门的结 构形式,确保预热工作顺利进行的同时也方便了维 修人员的上下车厢操作预热器机组。

    2.2 空气加热器
沙巴体育     空气加热器的工作原理简单说就是燃烧柴油把 冷空气加热。其原理:空气加热器接通交流 220 V 电 源,柴油由柴油泵泵入柴油管路系统,同时风扇、燃 烧器等开始工作,柴油管路系统有 1 个溢流旁通支 路,当管路里的柴油压力大于 0.103 MPa (15 psi) 时,旁通支路的溢流阀打开,确保管路系统的压力正 常,同时也保证燃油泵的使用寿命[3]。高压柴油通过 燃油雷达阀的开启,由喷嘴雾化、喷射经过燃烧器的 环形表面,雾化的柴油与空气充分混合,被高温的燃 烧器点燃,在燃烧室燃烧同时把吹入的冷空气加热, 再由风扇把加热的热空气吹到被加热的元件表面进行加热,安装在燃烧室内温度传感器,当温度高于260 ℃时,燃烧器断电不工作,柴油直接由喷嘴雾化 喷射到燃烧室燃烧;当温度高于 360 ℃时,燃油雷达 阀断电,供油停止。

    2.2.1 空气加热器的主要构成部件
    空气加热器主要由控制面板、燃油泵、燃烧室、 点火装置、风扇、电气线路及电子控制装置等部件组 成,空气加热器的结构示意图如图 2。

 

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    2.2.2 空气加热器的选型
    目前,准格尔矿区使用的内燃设备最大发动机 是康明斯 QSK60 机型,油底壳机油容积 280 L,其他设备如推土机等工程设备的发动机要比 QSK60 机型小,所以按 QSK60 机型与加热器生产厂家提供的技术系数进行选型。在整个空气加热器选型过程中, 主要依据质量及体积、热功率、输出热空气液位、温 度升高指标 4 条标准进行。

    1)质量及体积。由于厢式货车的额定载重只有
沙巴体育 1 t,车厢宽度仅有 1.86 m,还要安装 2 台加热器,因 此应该选择质量及体积不能过大的加热器。

    2)热功率。热功率是指在一段电路上因发热而 损耗的功率,其大小由流经导体的电流以及导体电 阻所决定。在选择热功率时,应该选择功率尽可能大 的加热器,这可以提高加热效率,进而提高生产效率。

    3)输出空气液位。输出空气液位的取值应该越 大越好,这样有利于加快预热温度的提升。空气经过 风扇吹动之后的流态为紊流,液位 G 为:

 

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    式中:G 为液位,kg/s;F为节流孔流通面积,cm2; p0 为孔前绝对压力,kg/cm2;p1 为孔后绝对压力,kg/cm2;T为孔前绝对温度,℃;R 为空气的气体常数,取
沙巴体育 2 930;μ为液位系数,取 0.8;g为重力加速度,m/s2。

沙巴体育    4)温度升高指标。温度升高指标是用来衡量加 热速度的重要指标,通常情况下,温度升高指标越大,加热速度越快,预热时间越短。因此,在选用加热 器时,应该尽量选用温度升高指标大的空气加热器。

    综合上述 4 种参数,最终选用 BV170E 型直燃式空气加热器,BV170E 加热器技术参数见表 1。

 

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    2.2.3 加热器安全保护装置
    在空气加热器上设计了 1 个光电控制器,将变 送器与接收器之间的光强度改变为电流的变化,达 到检测的目的,采用集成电路技术和 SMT 表面安装 工艺而制造的新一代光电开关器件,具有延时、展宽、外同步、抗相互干扰、可靠性高、工作区域稳定和 自诊断等智能化功能。这种新颖的光电开关是 1 种 采用脉冲调制的主动式光电探测系统型电子开关, 它所使用的冷光源有红外光、红色光、绿色光和蓝色光等,可非接触,快速控制各种固体、液体、透明体及 烟气等物质及状态,用于检测加热器的工作状态,如 果操作异常,加热器将自动关闭。

    1)过热保护。加热器过热保护电路图如图 3。当进出风口堵塞或风机停止工作,导致加热器燃烧室 温度升高并达到最大允许值,可变电阻 R1 阻值变 小,LM324 运算放大器给 SG3525 波形控制器 1 个信 号,Q3、Q4、Q5、Q6 三极管断电,雷达阀也断电,切断柴 油的输入,关闭加热器[4]。

 

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    2)延时保护。加热器延时保护电路图如图 4。当 关闭加热器时,点火装置断电关闭,柴油供给切断, 燃烧停止。但是风扇电机还不能断电,继电器HK4100 线圈失电,继电器触点 3 和 5 导通,12 VDC电压供给支路稳压二极管 D2 到光电二极管 BPW36/TO 的集电极 C,和另一支路电阻 R2,通过 R2 的电压 经过下拉电阻 R1 和滤波电容 C1 供给光电二极管BPW36/TO 的基极 B,光电二极管 BPW36/TO 工作, 发射极 E 接地,散热风扇需继续工作 3 ~ 5 min,冷却燃烧室,待燃烧室完全冷却,才完全关闭加热器电 源[5]。

 

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    2.3 柴电机组
    安装于雷达液位计车厢内的柴电机组为空气加 热器提供 240 V 的持续电源,是整套系统的能源供 给装置。柴油发电机作为一种小型发电装置,依靠发 动机曲轴的转动来驱动发电机的转子旋转。柴电机 组具有自我保护功能,当电压达到或者超过预定值 时,电气控制装置将会自动切断电路,使得柴电机组停止工作[6]。在这个过程中,传感器起到了良好的信 息收集作用,其将接收到的数据及时的反馈给电气控制系统。由于发电机的转子与柴油机的曲轴同轴 安装,当曲轴转动时,转子也跟着旋转,切割了定子 周围的磁场,根据“雷达感应”的原理,发电机就会产 生感应电动势,如果外加负载的回路接通,其回路内 就会产生电流。要想输出稳定的电压,还需在回路内 设置 1 个稳压装置[7]。在柴油机汽缸内,清洁空气与 雾化柴油形成的油气混合物在燃烧室内点燃,由于 气体体积膨胀,作用在活塞上的推力经过连杆变成 了推动曲轴转动的动力,从而带动曲轴旋转[8]

    KDE5000T 发电机组中的柴油机与发电机之间 采用的是高强度螺栓的刚性连接,同时设置有各种 传感器,将整个机组的工作状态反映到控制面板上, 以便操作人员实时的监测[9]。

沙巴体育    根据加热器的电流、电压、电机功率,选择与其匹配的型号均为 KDE5000T 的发电机和发动机所组 成的柴电机组,是整个雷达液位计的核心部件。在工作过程中,柴油机主要用来驱动发电机输出 220V的电源。

    2.4 柴油箱
    由于冬季天冷,单次对停机设备预热时间较长, 对燃油的消耗也较大,因此设计 2 个独立的柴油箱,1 个供给柴电机组的发动机(容积为 90 L),另 1 个 供给空气加热器使用(容积为 250 L)。

    2.5 波纹管
    在对矿用机械设备进行预热时,要求波纹管满 足防尘、防水、防油、防乳剂和化学药品的必要条件,同时在制作波纹管时将其做成波纹状,使其有良好的伸缩性,使用时可拉伸,长度达 10 m;不用时可收缩放置到货箱里,同时要求波纹管没有沙眼,防止热 量散失。中间夹钢骨架是用坚硬的钢丝圈支撑,能 在-40 ~ 110 ℃的温度范围内正常工作。确保波纹管 的通风面积不被挤压变小,确保通风顺畅。
 
   3 启动调试
   按照设备说明书要求加注合适的柴油、润滑机 油。检查电缆、油管连接正常,无渗漏现象,蓄电池电压正常。启动柴电机组,检查电压输出正常,空载运 行 5 min 后,分别启动 2 台加热器,运行 5 min 正 常,检查出风口温度达到 100 ℃。关闭加热器,准备 到生产现场进行测试。然后同时启动 2 台加热器测 试,运行正常。
 
    4 结 语
    针对矿用设备冬季启动困难故障进行分析,综合原有预热设备的利弊,最终设计出了移动式预热 车,该设备的研发,成功解决了矿用设备预热环节在时间、空间上的不确定性,提高了检修效率,同时也提升了设备的出动率。

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