CN108869119B - 撞击窒息节能式火焰熄灭装置及控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置及控制方法，属于发动机进气火焰熄灭的技术领域，包括壳体、水雾喷头、集成控制装置、防爆水泵、低压总管、高压总管和水箱；壳体内设置有空气进气腔、火焰熄灭腔、水雾冷却腔以及空气出气腔；水雾喷头设置在火焰熄灭腔内，水雾喷头处水压最小为1MPa；集成控制装置包括氧气浓度传感器、温度传感器、控制器、与防爆水泵连接的隔爆动力源、防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀以及压力补偿阀。该装置及控制方法既能提高火焰熄灭效率，又不影响发动机进气的通气量，而且对于在恶劣工作环境下的进气携带的固体粉粒能起到沉淀过滤的作用。
Description
技术领域
本发明涉及发动机进气火焰熄灭的技术领域，特别是涉及一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置及控制方法。
背景技术
防爆胶轮车是目前煤矿井下无轨辅助运输的主要设备，其主要动力源为防爆柴油机。目前国内防爆柴油机的进气系统的火焰阻隔大部分采用金属材料制造的板式或网式阻火器，其结构虽然简单但却存在着很多问题：1、金属网式阻火器熄灭火焰的能力有限；2、恶劣的工作环境下，含有少量固体粉粒的空气容易造成金属板式或网式阻火器的堵塞；3、金属板式或网式阻火器的通气能力较差，容易造成进气量不足，从而造成发动机燃烧环境恶劣，动力不足。
发明内容
本发明的目的在于提供一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置及控制方法，既提高火焰熄灭效率，又不影响发动机进气的通气量，而且对于在恶劣工作环境下的进气携带的固体粉粒能起到沉淀过滤的作用。
为实现上述目的，本发明提供一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置，包括壳体、水雾喷头、集成控制装置、防爆水泵、低压总管、高压总管和水箱；壳体内设置有与空气连通的空气进气腔、与空气进气腔连通的火焰熄灭腔、与火焰熄灭腔连通的水雾冷却腔以及与水雾冷却腔连通的空气出气腔；水雾喷头设置在火焰熄灭腔内，水雾喷头处水压最小为1MPa；集成控制装置包括用于检测火焰熄灭腔内氧气浓度的氧气浓度传感器、用于检测火焰熄灭腔内温度的温度传感器、分别与氧气浓度传感器和温度传感器电连接的控制器、与防爆水泵连接的隔爆动力源、防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀以及压力补偿阀；防爆水泵的进水口通过低压总管与水箱连接，出水口通过高压总管与防爆电磁换向阀的P口连接；防爆电磁换向阀与控制器电连接，A口与水箱连通，B口与防爆电比例减压阀的2口连接；防爆电比例流量阀与控制器电连接，P口与防爆电比例减压阀的1口连接，A口与压力补偿阀的P口连接；压力补偿阀与控制器电连接，A口与水雾喷头连接。
进一步地，火焰熄灭腔包括窒息腔、连通空气进气腔和窒息腔进气口的前置阻隔腔以及连通水雾冷却腔与窒息腔出气口的后置阻隔腔；水雾喷头设置在窒息腔内。
进一步地，水雾冷却腔和空气出气腔之间设置有过渡腔。
进一步地，空气进气腔内设置有引流板；和/或
前置阻隔腔、后置阻隔腔、水雾冷却腔和过渡腔内均设置有引流弯板。
进一步地，撞击窒息节能式火焰熄灭装置还包括冷却装置；水雾冷却腔的下方设置有与水雾冷却腔连通的集水腔；冷却装置的进水口与集水腔连接，出水口与水箱连接。
进一步地，低压总管上设置有过滤器。
进一步地，高压总管上设置有单向阀。
进一步地，防爆水泵、过滤器、低压总管、单向阀、防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀和压力补偿阀为水路通道；水路通道的数量为多条；水雾喷头的数量与水路通道的数量相同，每个水雾喷头通过高压支管与多个水路通道内的压力补偿阀的A口连接。
进一步地，壳体由不锈钢板焊接而成；水雾喷头为不锈钢水雾喷头。
本发明还提供一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置的控制方法，以上述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置为基础实施，包括下述步骤：
S1，检测火焰熄灭腔内的氧气浓度和温度；
S2，若氧气浓度和温度的检测值均在预设范围内，控制器不向防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀和压力补偿阀输出电信号；防爆电磁换向阀的P口和A口相通，防爆水泵提供的水经过防爆电磁换向阀的P口和A口，流回水箱；
S3，若氧气浓度或温度的检测值超出预设范围，控制器根据检测值向防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀和压力补偿阀输出电信号，防爆电磁换向阀的P口和B口相通，防爆水泵提供的水经过防爆电磁换向阀的P口和B口，流入防爆电比例减压阀的2口，防爆电比例减压阀根据控制器输出的电信号将水压控制在相应的压力值，防爆电比例流量阀根据控制器输出的电信号调节P口到A口的开度，压力补偿阀比较防爆电比例流量阀P口压力和A口压力并作出相应的随动，使压力补偿阀A口的压力与防爆电比例流量阀P口的压力相同，从防爆电比例减压阀的1口流出的水流经防爆电比例流量阀和压力补偿阀进入水雾喷头发生碰撞形成水雾，从水雾喷头喷射入火焰熄灭腔。
本发明的有益效果是：
采用本发明提供的撞击窒息节能式火焰熄灭装置及控制方法，氧气浓度传感器和温度传感器检测到氧气浓度和温度的检测值均在预设范围内，控制器不向防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀和压力补偿阀输出电信号；防爆电磁换向阀的P口和A口相通，防爆水泵提供的水经过防爆电磁换向阀的P口和A口，流回水箱；
氧气浓度传感器和温度传感器检测到氧气浓度或温度的数值超出预设范围，控制器根据检测值向防爆电磁换向阀、防爆电比例减压阀、防爆电比例流量阀和压力补偿阀输出电信号，防爆电磁换向阀的P口和B口相通，防爆水泵提供的水经过防爆电磁换向阀的P口和B口，流入防爆电比例减压阀的2口，防爆电比例减压阀根据控制器输出的电信号将水压控制在相应的压力值，防爆电比例流量阀根据控制器输出的电信号调节P口到A口的开度，压力补偿阀比较防爆电比例流量阀P口和A口压力并作出相应的随动，使压力补偿阀A口的压力与防爆电比例流量阀P口的压力相同，从防爆电比例减压阀1口流出的水流经防爆电比例流量阀和压力补偿阀进入水雾喷头内，并在水雾喷头内发生撞击形成大量水雾，由水雾喷头喷出，瞬间充满火焰熄灭腔，降低火焰熄灭腔中氧气的浓度（氧气浓度可由20%下降至4-5%），使火焰熄灭，同时还可以降低空气的温度，起到中冷的作用；空气和水雾从火焰熄灭腔进入水雾冷却腔，水雾遇到水雾冷却腔的腔壁后受冷变成水珠与空气分离空，气流经空气出气腔进入防爆柴油机气缸中；
经过水雾冷却腔冷却的水流入集水腔中，经过冷却装置的冷却再流回水箱中，再次循环，形成闭合节能的水路系统，周而复始，达到了绿色环保节能的功效；
综上所述，与现有的板式或网式阻火器通过降温实现火焰熄灭相比，本发明提供的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，降低氧气浓度和降温同步进行，不但提高了了火焰熄灭的效率，而且不影响发动机进气的通气量，对于在恶劣工作环境中进气携带的固体粉粒，还具有沉淀过滤的作用，通过集成控制装置实现了智能监控灭火。
附图说明
图1为本发明实施例1提供的撞击窒息节能式火焰熄灭装置的结构示意图；
图2为图1所示撞击窒息节能式火焰熄灭装置的控制原理图。
图中：1-水雾喷头；2-防爆水泵；3-低压总管；4-高压总管；4.1-回水管；5-水箱；6.1-空气进气腔；6.2-水雾冷却腔；6.3-空气出气腔；6.4-窒息腔；6.5-后置阻隔腔；6.6-前置阻隔腔I；6.7-前置阻隔腔II；6.8-过渡腔；6.9-引流板；6.10-引流弯板；6.11-集水腔；6.12-进气口连接法兰；6.13-出气口连接法兰；6.14-出水口连接法兰；7.1-氧气浓度传感器；7.2-温度传感器；7.3-控制器；7.4-隔爆动力源；7.5-防爆电磁换向阀；7.6-防爆电比例减压阀；7.7-防爆电比例流量阀；7.8-压力补偿阀；7.9-过滤器；7.10-单向阀；8-冷却装置；9-高压支管。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置，如图1和图2所示，包括壳体、水雾喷头1、集成控制装置、防爆水泵2、低压总管3、高压总管4和水箱5；壳体内设置有与空气连通的空气进气腔6.1、与空气进气腔6.1连通的火焰熄灭腔、与火焰熄灭腔连通的水雾冷却腔6.2以及与水雾冷却腔6.2连通的空气出气腔6.3；水雾喷头1设置在火焰熄灭腔内，水雾喷头1处水压最小为1MPa，以保证水在水雾喷头1具有足够的压力发生撞击生成水雾；集成控制装置包括用于检测火焰熄灭腔内氧气浓度的氧气浓度传感器7.1、用于检测火焰熄灭腔内温度的温度传感器7.2、分别与氧气浓度传感器7.1和温度传感器7.2电连接的控制器7.3、与防爆水泵2连接的为防爆水泵2提供动力的隔爆动力源7.4、防爆电磁换向阀7.5、防爆电比例减压阀7.6、防爆电比例流量阀7.7以及压力补偿阀7.8；防爆水泵2的进水口通过低压总管3与水箱5连接，出水口通过高压总管4与防爆电磁换向阀7.5的P口连接；防爆电磁换向阀7.5与控制器7.3电连接，A口与水箱5连通，B口与防爆电比例减压阀7.6的2口连接；防爆电比例流量阀7.7与控制器7.3电连接，P口与防爆电比例减压阀7.6的1口连接，A口与压力补偿阀7.8的P口连接；压力补偿阀7.8与控制器7.3电连接，A口与水雾喷头1连接。
若氧气浓度传感器7.1和温度传感器7.2检测到氧气浓度和温度的检测值均在预设范围内，表明防爆柴油机工作正常，控制器7.3不向防爆电磁换向阀7.5、防爆电比例减压阀7.6、防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8输出电信号；防爆电磁换向阀7.5的P口和A口相通，防爆水泵2提供的水经过防爆电磁换向阀7.5的P口和A口，流回水箱5；若氧气浓度传感器7.1和温度传感器7.2检测到氧气浓度或温度的数值超出预设范围，表明防爆柴油机工作异常，控制器7.3根据检测值向防爆电磁换向阀7.5、防爆电比例减压阀7.6、防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8输出电信号，防爆电磁换向阀7.5的P口和B口相通，防爆水泵2提供的水经过防爆电磁换向阀7.5的P口和B口，流入防爆电比例减压阀7.6的2口，防爆电比例减压阀7.6根据控制器7.3输出的电信号将水压控制在相应的压力值，防爆电比例流量阀7.7根据控制器7.3输出的电信号调节P口到A口的开度以控制水的流量，压力补偿阀7.8比较防爆电比例流量阀7.7P口和A口压力并作出相应的随动，使压力补偿阀7.8A口的压力与防爆电比例流量阀7.7P口的压力相同，从防爆电比例减压阀7.6的1口流出的水流经防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8进入水雾喷头1并在水雾喷头1内发生撞击形成大量水雾，由水雾喷头1喷出，瞬间充满火焰熄灭腔，降低火焰熄灭腔中氧气的浓度，使火焰熄灭。其中，防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8的组合使用实现了水的流量的精确控制，同时也不会影响水的压力。
进一步地，如图1所示，火焰熄灭腔包括窒息腔6.4、连通空气进气腔6.1和窒息腔6.4进气口的前置阻隔腔以及连通水雾冷却腔6.2与窒息腔6.4出气口的后置阻隔腔6.5；水雾喷头1设置在窒息腔6.4内。通过设置前置阻隔腔和后置阻隔腔6.5将水雾灭火的过程尽量控制在窒息腔6.4，减小水雾对火焰熄灭腔外的其他腔室产生影响。
在本实施例中，具体地，如图1所示，前置阻隔腔的数量为两个，包括前置阻隔腔I6.6和前置阻隔腔II6.7。
进一步地，如图1所示，水雾冷却腔6.2和空气出气腔6.3之间设置有过渡腔6.8。经过水雾冷却腔6.2冷却的空气进入过渡腔6.8进行再次冷却除水，进一步地减小空气中的水含量。
进一步地，如图1所示，空气进气腔6.1内设置有引流板6.9，将气流分成多股平行气流，减少阻力；和/或
前置阻隔腔、后置阻隔腔6.5、水雾冷却腔6.2和过渡腔6.8内均设置有引流弯板6.10，以引到空气流向。
进一步地，如图1所示，撞击窒息节能式火焰熄灭装置还包括冷却装置8；水雾冷却腔6.2的下方设置有与水雾冷却腔6.2连通的集水腔6.11；冷却装置8的进水口与集水腔6.11连接，出水口与水箱5连接。经过水雾冷却腔6.2冷却的水流入集水腔6.11中，经过冷却装置8的冷却再流回水箱5中，再次循环，形成闭合节能的水路系统，周而复始，达到了绿色环保节能的功效。
进一步地，如图1所示，低压总管3上设置有过滤器7.9，对将要进入防爆水泵2的水进行过滤除杂，以保证水的清洁度。
进一步地，如图1所示，高压总管4上设置有单向阀7.10，以防止水反向流动。
进一步地，如图1所示，高压总管4上设置有连接防爆电磁换向阀7.5A口和水箱5的回水管4.1。
进一步地，如图2所示，防爆水泵2、过滤器7.9、低压总管3、单向阀7.10、防爆电磁换向阀7.5、防爆电比例减压阀7.6、防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8为水路通道；水路通道的数量为多条；水雾喷头1的数量与水路通道的数量相同，每个水雾喷头1通过高压支管9与多个水路通道内的压力补偿阀7.8的A口连接。每个水雾喷头1均与多条水路通道连通，多条水路通道内流出的水在水雾喷头1内相互撞击，使雾化更为迅速和均匀。在本实施例中，如图1所示，具有两条水路通道和两个水雾喷头1，每个水雾喷头1均与两个水路通道连接。
进一步地，如图2所示，每条水路通道中设置有两个防爆水泵2，其中一个为备用水泵。
进一步地，壳体由不锈钢板焊接而成，保证了长期喷水雾而不生锈，结构独特新颖、安全可靠，符合井下防爆要求，十分适用于煤矿井下防爆柴油机；水雾喷头1为不锈钢水雾喷头。
进一步地，如图1所示，空气进气腔6.1的进气口上设置有进气口连接法兰6.12，空气出气腔6.3的出气口上设置有出气口连接法兰6.13，集水腔6.11的出水口上设置有出水口连接法兰6.14。
本实施例中的传感器、控制器、电磁阀和泵等，均以现有的结构为基础，根据实际工况（如防爆要求）购买或定制。
实施例2
本实施例提供一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置的控制方法，以实施例1所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置为基础实施，包括下述步骤：
S1，检测火焰熄灭腔内的氧气浓度和温度；
S2，若氧气浓度和温度的检测值均在预设范围内，控制器7.3不向防爆电磁换向阀7.5、防爆电比例减压阀7.6、防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8输出电信号；防爆电磁换向阀7.5的P口和A口相通，防爆水泵2提供的水经过防爆电磁换向阀7.5的P口和A口，流回水箱5；
S3，若氧气浓度或温度的检测值超出预设范围，控制器7.3根据检测值向防爆电磁换向阀7.5、防爆电比例减压阀7.6、防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8输出电信号，防爆电磁换向阀7.5的P口和B口相通，防爆水泵2提供的水经过防爆电磁换向阀7.5的P口和B口，流入防爆电比例减压阀7.6的2口，防爆电比例减压阀7.6根据控制器7.3输出的电信号将水压控制在相应的压力值，防爆电比例流量阀7.7根据控制器7.3输出的电信号调节P口到A口的开度，压力补偿阀7.8比较防爆电比例流量阀7.7P口压力和A口压力并作出相应的随动，使压力补偿阀7.8A口的压力与防爆电比例流量阀7.7P口的压力相同，从防爆电比例减压阀7.6的1口流出的水流经防爆电比例流量阀7.7和压力补偿阀7.8进入水雾喷头1发生碰撞形成水雾，从水雾喷头1喷射入火焰熄灭腔。
以上仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置，包括壳体、水雾喷头（1）、集成控制装置、防爆水泵（2）、低压总管（3）、高压总管（4）和水箱（5）；
所述壳体内设置有与空气连通的空气进气腔（6.1）、与所述空气进气腔（6.1）连通的火焰熄灭腔、与所述火焰熄灭腔连通的水雾冷却腔（6.2）以及与所述水雾冷却腔（6.2）连通的空气出气腔（6.3）；
所述水雾喷头（1）设置在所述火焰熄灭腔内；
所述防爆水泵（2）的进水口通过低压总管（3）与水箱（5）连接，出水口通过高压总管（4）与防爆电磁换向阀（7.5）的P口连接；
其特征在于，水雾喷头（1）处水压最小为1MPa；
所述集成控制装置包括用于检测火焰熄灭腔内氧气浓度的氧气浓度传感器（7.1）、用于检测火焰熄灭腔内温度的温度传感器（7.2）、分别与氧气浓度传感器（7.1）和温度传感器（7.2）电连接的控制器（7.3）、与防爆水泵（2）连接的隔爆动力源（7.4）、防爆电磁换向阀（7.5）、防爆电比例减压阀（7.6）、防爆电比例流量阀（7.7）以及压力补偿阀（7.8）；
所述防爆电磁换向阀（7.5）与控制器（7.3）电连接，防爆电磁换向阀（7.5）的A口与水箱（5）连通，防爆电磁换向阀（7.5）的B口与所述防爆电比例减压阀（7.6）的2口连接；
所述防爆电比例流量阀（7.7）与控制器（7.3）电连接，防爆电比例流量阀（7.7）的P口与防爆电比例减压阀（7.6）的1口连接，防爆电比例流量阀（7.7）的A口与压力补偿阀（7.8）的P口连接；
所述压力补偿阀（7.8）与控制器（7.3）电连接，压力补偿阀（7.8）的A口与水雾喷头（1）连接。
2.根据权利要求1所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述火焰熄灭腔包括窒息腔（6.4）、连通空气进气腔（6.1）和窒息腔（6.4）进气口的前置阻隔腔以及连通水雾冷却腔（6.2）与窒息腔（6.4）出气口的后置阻隔腔（6.5）；
所述水雾喷头（1）设置在窒息腔（6.4）内。
3.根据权利要求2所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述水雾冷却腔（6.2）和空气出气腔（6.3）之间设置有过渡腔（6.8）。
4.根据权利要求3所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述空气进气腔（6.1）内设置有引流板（6.9）；和/或
所述前置阻隔腔、后置阻隔腔（6.5）、水雾冷却腔（6.2）和过渡腔（6.8）内均设置有引流弯板（6.10）。
5.根据权利要求4所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，还包括冷却装置（8）；
所述水雾冷却腔（6.2）的下方设置有与水雾冷却腔（6.2）连通的集水腔（6.11）；
所述冷却装置（8）的进水口与所述集水腔（6.11）连接，出水口与水箱（5）连接。
6.根据权利要求1-5任一项所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述低压总管（3）上设置有过滤器（7.9）。
7.根据权利要求6所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述高压总管（4）上设置有单向阀（7.10）。
8.根据权利要求7所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述防爆水泵（2）、过滤器（7.9）、低压总管（3）、单向阀（7.10）、防爆电磁换向阀（7.5）、防爆电比例减压阀（7.6）、防爆电比例流量阀（7.7）和压力补偿阀（7.8）为水路通道；
所述水路通道的数量为多条；
所述水雾喷头（1）的数量与水路通道的数量相同，每个水雾喷头（1）通过高压支管（9）与多个水路通道内的压力补偿阀（7.8）的A口连接。
9.根据权利要求5所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置，其特征在于，所述壳体由不锈钢板焊接而成；
所述水雾喷头（1）为不锈钢水雾喷头。
10.一种撞击窒息节能式火焰熄灭装置的控制方法，其特征在于，以权利要求1-9任一项所述的撞击窒息节能式火焰熄灭装置为基础实施，包括下述步骤：
S1，检测火焰熄灭腔内的氧气浓度和温度；
S2，若氧气浓度和温度的检测值均在预设范围内，控制器（7.3）不向防爆电磁换向阀（7.5）、防爆电比例减压阀（7.6）、防爆电比例流量阀（7.7）和压力补偿阀（7.8）输出电信号；防爆电磁换向阀（7.5）的P口和A口相通，防爆水泵（2）提供的水经过防爆电磁换向阀（7.5）的P口和A口，流回水箱（5）；
S3，若氧气浓度或温度的检测值超出预设范围，控制器（7.3）根据检测值向防爆电磁换向阀（7.5）、防爆电比例减压阀（7.6）、防爆电比例流量阀（7.7）和压力补偿阀（7.8）输出电信号，防爆电磁换向阀（7.5）的P口和B口相通，防爆水泵（2）提供的水经过防爆电磁换向阀（7.5）的P口和B口，流入防爆电比例减压阀（7.6）的2口，防爆电比例减压阀（7.6）根据控制器（7.3）输出的电信号将水压控制在相应的压力值，防爆电比例流量阀（7.7）根据控制器（7.3）输出的电信号调节P口到A口的开度，压力补偿阀（7.8）比较防爆电比例流量阀（7.7）P口压力和A口压力并作出相应的随动，使压力补偿阀（7.8）A口的压力与防爆电比例流量阀（7.7）P口的压力相同，从防爆电比例减压阀（7.6）的1口流出的水流经防爆电比例流量阀（7.7）和压力补偿阀（7.8）进入水雾喷头（1）发生碰撞形成水雾，从水雾喷头（1）喷射入火焰熄灭腔。
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