矿用胶轮车尾气颗粒净化系统的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明属于煤矿井下矿用胶轮车运输设备尾气排放的技术领域，具体涉及一种矿用胶轮车高效尾气颗粒净化系统。
【背景技术】
[0002]本发明为了主要解决了现有煤矿井下矿用胶轮车发动机排气碳烟颗粒排放严重超标问题；采用地面车辆所用颗粒捕捉器，必须增加可再生系统，然而井下严禁使用明火和表面温度高于150°C，因此无法安装再生系统，导致使用传统颗粒捕捉器堵塞严重、净化效率差，该系统可有效解决颗粒捕捉器堵塞和净化效率低的问题，增加被动再生周期，延长颗粒捕捉器的使用寿命提供了一种矿用胶轮车高效尾气颗粒净化系统。该系统用于矿用胶轮车尾气净化，采用分层递进方式捕捉吸收尾气中的碳烟颗粒物，高效降低碳烟排放，同时由于特殊井下环境无法实现颗粒捕捉器的自动再生，解决延长尾气颗粒净化装置的使用、再生周期；该系统采用显示及警报系统提醒矿用胶轮车驾驶员再生净化装置；为了防止尾气颗粒捕捉器堵塞影响发动机的正常工作，设计了排气安全装置，在排气背压超出设计压力时，自动打开安全装置，部分尾气直接排出，胶轮车行驶至安全区域后，将尾气颗粒捕捉器拆卸后，采用燃烧方式进行再生净化，净化后重新安装使用。
【发明内容】
[0003]本发明为了解决现有煤矿井下矿用胶轮车在运行过程中，尾气颗粒物排放性能严重超标，井下处于相对密闭的空间，造成井下矿工出现肺病的几率增加的问题；提高净化效率，延长颗粒捕捉器的再生周期和寿命，提供一种矿用胶轮车尾气颗粒净化系统；实现吸附沉积物就会堵塞捕捉器后，对驾驶员起到显示和警报作用。
[0004]本发明采取以下技术方案:一种矿用胶轮车尾气颗粒净化系统，包括排气管和排气尾管，还包括尾气颗粒净化装置和显示及警报系统，所述的尾气颗粒净化装置包括排气安全装置和设置在排气管和排气尾管之间的尾气颗粒捕捉器，所述的尾气颗粒捕捉器包括设置在壳体内依次排列的若干级捕捉器，每一级的捕捉器均采用若干由Fe-Cr-Al (CeO2)烧制而成不同孔径厚度为3 — 5mm的金属泡沫片叠加组成，每一级捕捉器内金属泡沫片的孔径递减。现阶段国内外柴油机尾气颗粒捕捉器芯体以堇青石蜂窝陶瓷和Fe-Cr-Al、N1-Cr-Al金属合金泡沫材料为主，堇青石蜂窝陶瓷为芯体制作的颗粒捕捉器其比表面积小，吸附能力较强；而金属合金泡沫采用泡沫结构增加了比表面积，然而其采用金属为主要成分其吸附性能与陶瓷相比较弱。本发明，采用以Fe、Cr、Al、Ce02为主，按一定配比烧制而成的金属泡沫片在增加了比表面积的情况下，增强了表面的吸附能力，大大提高了尾气中颗粒的捕捉能力。尾气颗粒捕捉器内部连通有中空的圆孔，排气安全装置安装于尾气颗粒捕捉器内圆孔的尾部。
[0005]所述的显示及警报系统包括与排气管连接的气动膜片式控制机构和压力指示表，气动膜片式控制机构分别与指示器、切断拨动阀和储气罐连接，切断拨动阀与蜂鸣器连接。
[0006]所述的气动膜片式控制机构包括气动控制阀和与排气管连接的增压控制缸，增压控制缸的膜片阀芯与气动控制阀的阀芯连接，气动控制阀由储气罐供气，气动控制阀分别与指示器和切断拨动阀连接。
[0007]所述的排气安全装置包括密封橡胶，密封阀体，回位弹簧和阀座，阀座安设于尾气颗粒捕捉器壳体内圆孔的尾部，阀座上设有密封阀体，阀座之间密封阀体设有回位弹簧，密封阀体上设有密封橡胶。
[0008]尾气颗粒捕捉器包括I级捕捉器、II级捕捉器、III级捕捉器和IV级捕捉器，I级捕捉器由20— 30片厚度为3mm的金属泡沫片组成，金属泡沫片滤孔直径为2800— 3000 μπι;II级捕捉器由20— 30片厚度为3mm金属泡沫片组成，金属泡沫片虑孔直径为2000—2200 μπι ;111级捕捉器由20— 30片厚度为3mm金属泡沫片组成，金属泡沫片虑孔直径为1400—1600 μπι ;IV级捕捉器由20— 30片厚度为3mm金属泡沫片组成，金属泡沫片虑孔直径为 450—600 μπι。
[0009]显示及警报系统通过管路与设置在排气管上的压力测试连接座连接。
[0010]尾气颗粒捕捉器主要由安放各级捕捉器和提供安装排气安全装置通道的壳体，I级捕捉器，II级捕捉器，III级捕捉器，IV级捕捉器和调整锁紧螺母等组成，I 一IV级捕捉器由过滤精度从小到大的金属泡沫过滤材料分别组成，利用调整锁紧螺母将其紧固安装于壳体中。防爆柴油机排气气流在通过尾气颗粒捕捉器时，分别与各级捕捉器产生惯性碰撞并收到捕捉器的拦截，较大颗粒吸附于I级捕捉器，中等颗粒吸附于II级捕捉器，尾气中颗粒依次由不同精度的捕捉器中，达到尾气颗粒的分层递进捕捉，实现尾气高效净化；同时采用不同位置的颗粒分步捕捉，实现颗粒均匀吸附于所有金属泡沫过滤材料中，延长了捕捉器的再生周期，进而减少了利用燃烧器加热对金属泡沫材料再生次数，延长了其使用寿命；另夕卜，捕捉器采用的金属泡沫材料可根据不同的烟度要求来选用不同精度金属泡沫材料和其安装数量，保证矿用胶轮车达到规定的烟度排放要求。
[0011]另外尾气颗粒净化系统增加了排气安全装置，该装置实现了防爆胶轮车在井下运行过程中，出现尾气颗粒捕捉器长时间连续使用，过多的沉积物、吸附颗粒就会堵塞捕捉器，无法现场进行再生处理时，排气安全装置自动打开，保证防爆柴油机的排气顺畅，确保防爆胶轮车动力性能，胶轮车能运行至安全位置后，驾驶员对捕捉器进行再生处理。
[0012]所述的气动膜片式控制机构由气动控制阀和增压控制缸集成，动增压控制缸膜片阀芯随着防爆柴油机排气管排气背压的增加，阀芯向左移动，推动气动控制阀阀芯，使蓄能器与控制指示器、蜂鸣器管路连通，实现报警功能。
[0013]所述的显示及警报系统，在系统中起到提醒、警示，为保证矿用胶轮车正常运行和减少井下污染起到至关重要的作用。
[0014]工作过程:防爆柴油机排气歧管与排气管连接，紧固螺栓、紧固螺母、放松垫圈将尾气颗粒捕捉器与排气管和排气尾管连接成为一条密封通道，尾气颗粒捕捉器中央安装排气安全装置。胶轮车在运行过程中，防爆柴油机尾气气流通过排气管，如图5、6尾气气流流向示意图中“捕捉器工作尾气气流流向示意图”所示，气流沿捕捉器轴向流动，通过I级捕捉器吸附较大颗粒物占总量25% — 35%，II级捕捉器吸附颗粒物占总量20% -30%，ΙΙΙ级捕捉器吸附较小颗粒物占总量10% _15%，IV级捕捉器吸附微小颗粒物，防爆柴油机碳烟等颗粒物经过四次过滤后烟度可降低80% — 90% ;尾气颗粒捕捉器较长时间使用后，吸附颗粒和沉积颗粒堵塞各级捕捉器的金属泡沫材料，导致防爆柴油机排气管压力升高，当背压超过25— 30KPa (可根据不同的防爆柴油机性能调节其开启压力)，尾气推动密封阀体，压缩回位弹簧，将尾气颗粒捕捉器内侧通孔打开，尾气气流沿尾气颗粒捕捉器内孔，通过排气安全装置，沿排气尾管直接排于外界(气流方向如图5、6尾气气流流向示意图中“捕捉器堵塞失效尾气气流流向示意图”所示)。排气安全装置保证防爆柴油机的排气顺畅，确保防爆胶轮车动力性能，胶轮车能运行至安全位置后，驾驶员对捕捉器进行再生处理。
[0015]尾气颗粒捕捉器长时间使用，排气背压超过35KPa后，对防爆柴油机动力性能和排放性能会产生较大影响，因此尾气颗粒捕捉器堵塞导致背压达到25KPa时，就需要对金属泡沫过滤材料进行净化再生，为了方便和提示驾驶员对尾气颗粒捕捉器及时再生操作，本发明设置显示及警报系统，该系统靠排气压力自动打开膜片式密封阀，保证排气的顺畅，保证矿用胶轮车短时正常运行；同时尾气颗粒捕捉器堵塞，排气背压增加，排气压力推动气动膜片式可调气控两位四通阀，将气源储气罐中的高压气体与指示器、蜂鸣器、压力指示表连通，驾驶员可通过指示器、压力指示表观测到排气压力超出设定指标和蜂鸣器鸣镝提醒驾驶员需要对尾气颗粒捕捉器再生处理，驾驶员驾驶胶轮车到合适位置后，拆卸尾气颗粒捕捉器进行再生净化。
[0016]与现有技术相比，本发明高效减少了防爆柴油机碳烟等颗粒物排放量，降低了井下巷道的污染，同时为了防止排气管路堵塞，影响防爆柴油机的运转性能增加显示及警报系统，提醒司机对净化装置进行被动再生。
[0017]本发明具有如下有益效果:
1、本发明尾气颗粒净化装置采用颗粒分层递进捕捉的方式，大大提高了矿用胶轮车碳烟颗粒的净化能力，有效减小了排气阻力；同时采用片装可拆卸过滤材料的结构，每片过滤材料能单独机外净化，保证了每片净化后的洁净度，确保净化长时间其净化能力不衰减；同时净化器采用多片过滤材料组合的方式，可根据客户对防爆胶轮车烟度排放不同的要求，调整过滤材料的数量和材料过滤等级，以适应市场需求、降低尾气颗粒净化装置的成本。
[0018]2、净化器采用Fe-Cr-Al (CeO2)金属泡沫片材料，在现有金属泡沫材料的配方中增加了一定量的&02化学成分，其大幅增加材料比表面积，实现了在