1、,矿山固定机械与运输设备,空气压缩设备,学习目标： 通过本章学习，了解矿井空压设备，特别是活塞式空压机的作用、特点、分类、结构、组成、性能及工况分析，掌握矿井排水设备的选型计算。能够维护、检查它们的运行，并能解决运行中遇到的基本问题。 重点：活塞式空压机的工作循环及排气量的调节方法。,学习目标、重点与难点,本章内容,第四节 其他类型空压机简介,第五节 刮板输送机的安装、运转、维护及故障处理,第三节 活塞式空压机的工作循环及排气量的调节,第二节 活塞式空压机的结构,第一节 概述,第五节 空气压缩机的安装与试用转,第六节 空压机的安全运行,第七节 空气 压缩机的维护和故障处理,第一节 空气压缩设备
2、概述,空气压缩机概述,现代企业中，使用压缩气体的机愈来愈多，例如：化工、石油、冶金、轻工、纺织及采矿等，许多工业中无不广泛使用各种各类的气体压缩机。因此，气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机械。压缩空气一直是矿山所采用的原动力之一，用以带动凿岩机、风镐及其它风动机械进行。由于像凿岩机这类风动工具的冲击力强，适用于钻削坚硬的岩石，而且风动工具结构简单、重量轻、操作方便，尤其在有瓦斯和煤层爆炸危险的矿井里，使用这种动力比电力安全。虽然整个气力系统（包括压缩空气的生产和输送，以及在风动机具中的使用）的效率很低，成本较高，但目前矿山采掘工作，仍然普遍采用风动工具来凿岩和落煤。空气压缩设备是指压缩
3、和输送气体的整套设备。包括空气压缩机（简称空压机）、输气管路和附属设备。,1 一电动机2 一空压机3 一滤风器4 一风包 5 一输气管道 6 一风动工具,定义：空气压缩机是产生压缩空气的机器，其实质上是消耗机械功以产生高压空气的转换装置，简称空压机。,用途: 煤矿空压机是矿生产所需主要的动力设备之一。由空压机生产的压缩空气（简称压气）用以带动风镐、风钻以及其他风动机械进行工作。矿山空压机站一般设在井上，用管道把压缩空气送到井下，沿大巷和上、下山到工作面，带动风动工具工作。,空气压缩机定义及分类,按排气量分为： 微型压缩机 10=100 m3/min,而煤矿用的绝大多数是活塞式（往复式）和回转式
4、，尤以活塞式（往复式）为最多。,按原理和结构不同： 活塞式（往复式） 回转式 离心式 轴流式,第二节 活塞式空压机的结构,以4L 一20 / 8 型活塞式空压机为例： 型号含义： 4 设计序号 L 结构型式代号 20 额定排气量 （米3 分钟） 8 额定排气压力 （公斤厘米2）,活塞式空压机的主要结构,4L 一20 / 8 型活塞式空压机,活塞式空压机的结构,滑动轴承一般都制成可分式。卧式和对称平衡式压缩机的轴瓦制成两瓣。卧式压缩机的轴瓦可分成四瓣。轴瓦按相对壁厚，又氛围薄壁瓦和厚壁瓦。,气缸部件：气缸是空压机中组成压缩容积的主要组成部分，根据排气压力、排气量、结构方案、气体性质以及所用材料，
5、气缸的结构有各种形式。L型空压机的气缸为开式铸铁气缸，水冷双层壁结构。,吸排气阀,安全阀,气阀,一、润滑机构在空压机中，具有相对运动的部位如活塞环与气缸壁、填料与活塞杆、曲轴与轴承、连杆大小头、连杆小头衬套及十字滑道等处，都必须注润滑油以达到以下目的：1）减轻滑动部件的磨损，延长零件寿命；2）减少摩擦功耗；3）润滑油有冷却作用，可带走摩擦热，使零件的工作温度正常，同时保证滑动部分必要的运转间隙，防止滑动部件过热或咬死；4）密封气缸的工作容积以提高活塞和填料箱的密封性。,活塞式空压机的附属装置,空压机的润滑包括两部分：一是气缸内部的润滑，二是传动系统 （运动部件）的润滑。 1、运动部件的润滑系统
6、一般由滤油器、润滑油冷却器、润滑油泵（一般用齿轮泵）、 油管、压力表和压力调节阀组成。润滑油流动路线：油池粗滤油器齿轮泵油冷却器滤 油器曲轴中心孔曲柄销和连杆大头瓦的配合面连杆中心孔 连杆小头瓦和十字销配合面十字头滑轨油池。油压的大小可通过油压调节阀来控制。,2、气缸部件润滑系统按润滑油达及气缸镜面的方式，气缸润滑可分为飞溅润滑 、压力润滑和喷雾润滑三种。飞溅润滑一般用于单作用式空压机。曲轴箱中被旋转的平 衡铁头部或拨油杆溅起的油雾及油滴，当活塞接近上止点时落 于气缸未被活塞遮盖的镜面，并在活塞的下一循环进入活塞环 槽中，再由活塞环分布至需要润滑的表面。低压的第一级，在 吸气过程中气缸里能产生
7、真空，润滑很易被吸入气缸内，并在 压缩气体高温度作用挥发，然后和压缩气体一起排出空压机， 所以，飞溅润滑往往容易出现压气中含油过多和耗油量过多的 现象。,喷雾润滑在空压机的气缸进气接管处，喷入一定量的润滑油，油和气体相混合一起进入气缸，然后一部分粘附在气缸镜面上供气缸润滑。飞溅润滑的优点是简单，缺点是耗油量难以控制。喷雾润滑的结构也很简单，且第一级进气阀可得到润滑，但油雾仅与气缸接触的一部分能粘附在缸壁上，其它部分仍和气体一起被排出气缸而得不到利用，同时增加压气的含油量，此外，油和空气密切混合容易氧化积炭。所以喷雾润滑目前应用不多。压力润滑是应用最广泛的润滑方式。润滑油由专门的多头注油器经油管
8、和注油逆止阀注入气缸及填料处。,空压机气缸的无油润滑：1973年在我国个别矿井开始应用，由于节约了润滑油，杜绝了积炭爆炸，断油烧缸等事故隐患，改善了环境卫生，减轻了相关零件的磨损，延长了气缸、活塞环的寿命，减少了维修量等，效果良好。实验表明，空压机气缸润滑方式的改变还可增加排气量，提高排气效率，降低电耗，减小比功率，从而改善空压机的性能。气缸无油润滑采用填充聚四氟乙烯固体材料的活塞环，代替油膜润滑的铸铁活塞环。,二、冷却系统 1、空压机冷却的意义和方式 （1）意义 （2）方式空压机的冷却方式可分为风冷式和水冷式两种，风冷是使压缩过程放出的热量由气缸壁辐射，发散于大气中。为了增加发散面积，通常在
9、气缸外壁制成许多散热薄片。但其散热效果很差，只限于小型空压机采用。一般空压机采用水冷方式。,2、空压机的水冷系统空压机的水冷系统由气缸水套、中间冷却器（见图9-13）、后冷却器、水泵、管路以及冷却水池（或冷却水塔）组成。,三、滤风器1、作用2、结构：滤风器的结构主要由壳体和滤芯组成。按滤芯材 料的不同分为许多种：如纸质的、织物的、泡沫塑料的、金属 的等。空压机中用得最普遍的是纸质和金属滤芯的滤风器。金属网滤风器的结构（见图9-18） ：机壳由筒体、两端 封头组成；筒内滤芯由多层波纹状铁丝做成筒形过滤网，表面 涂一层粘性油（一般用60%气缸油和40%柴油相混合），灰尘 粘于网上，空气得以过滤。,
10、四、储气罐1、作用：1）稳压；2）储气；3）分离压缩空气中的油和 水。2、结构：储气罐有立式和卧式两种。立式储气罐是用锅 炉钢板焊接的筒状密封容器，其高度约为直径D的23倍，进 气接管在下，排气接管在上，进气接管在罐内的一段呈弧形， 它的出气口向下倾斜且弯向罐壁，使气体进入罐内后产生旋 转，以便更好地分离空气中的油水，借助于空气把油水从排 泄阀排出。储气罐上设置清洗用的人孔及安装安全阀和压力计 的管接头等。,1）根据空压机的排气量计算当Q6m3/min时，Vc=0.2Q，m3；当Q=630m3/min时，Vc=0.15Q，m3；当Q30m3/min时，Vc=0.10Q，m3；2）根据压缩比计算
11、,每台空压机通常单独设置储气罐，一般是随机配套供应。若遇特殊情况要用户自己选择储气罐容量时，可按下列两个经验公式计算：,式中 p1吸入空气的绝对压力，MPa；p2排出空气的绝对压力，MPa；如果是多台共用一个储气罐，上式Q为各机组排气量的总和。,当压力不超过1MPa时，要对储气罐用超过工作压力1.5倍的压力进行水压试验。储气罐须装设在地基之上，并装在空压机房外面靠近空压机房的阴凉地方，与空压机房的距离不超过1215m。装在机房外面是为了安全。在储气罐与空压机之间的排气管道上，不应装闸阀，因为闸阀关闭时启动空压机可能引起事故。如果必须装设闸阀，须在它的前面装设安全阀及通到调节器的小管。储气罐和排
12、气管道内部应定期清洗。可用盐酸溶液清洗，绝对禁止用火烧的办法来清洗。,每个储气罐上应装设以下附件：1）安全阀和释压阀；2）清理和检查用的人孔或手孔；3）指示储气罐内空气压力的压力表；4）储气罐底部应有排放油水的压力表。,五、安全保护装置,温、水、油、压的保护。防止超温、断水、断油、超压。,空压机工作原理图,第三节 活塞式空压机的工作循环及排气量的调节,活塞式空气压缩机的工作原理,活塞式空气压缩机的工作原理,1 -气缸；2 -活塞；3 -活塞杆；4 -十字头；5-连杆；6 -曲柄； 7 -吸气阀；8 -排气阀；9-弹簧,1,3,2,4,6,5,7,8,9,1,吸气,吸气结束,压缩排气,膨胀,排气
13、终了 余隙容积,综上, 空气压缩机的工作过程有以下四个过程:,(1) 吸气过程 活塞移动时，气缸的容积增大，压力降低，当气缸中气体压力低于缸外大气压力时，吸气阀被打开，空气在大气压力作用下进入气缸内的过程.,(2) 压缩过程 活塞返行时，吸入气缸内的空气被压缩，这时吸气阀被关闭，气缸的容积逐渐缩小，压力逐渐升高的过程.,(3) 排气过程当气缸内的空气压力升高到略大于排气管内的压力时，则推 开排气阀，压缩空气排到排气管内的过程.,(4) 膨胀过程排气结束，排气阀关闭，残留于气缸余隙容积内的压缩空气开始膨胀，而压力逐渐降低，直至压力降到低于吸气压力时，便开始吸气的过程。,P,V,活塞式空压机的压容
14、图: 将一个循环过程中气缸内的空气压力P 和容积V 之间的变化关系，用曲线图表示出来，这个曲线图就称为活塞式空压机的压容图，如图所示。,P1吸入空气的压力； P2排气管内压缩空气的压力； 12直线段为理论吸气线； 12曲线段为实际吸气线； 23曲线段为理论压缩线； 23曲线段为实际压缩线； 34直线段为理论排气线； 34曲线段为实际排气线； 41曲线段为理论膨胀线； 41曲线段为实际膨胀线,活塞式空压机气缸中空气状态变化的压容图,排气量调整机构1、停止空压机工作此法虽能节省电能消耗，但电动机经常启动和停止，对于电路负荷极为不利。因此，只能用于小容量的空压机调节。采用此法调节时，应根据空压机的功
15、率，电网容量，以及启动的次数，来选择电动机及启动方式。2、关闭吸气管调节关闭吸气管调节装置由减荷阀和压力调节器。,注意：1）调节器的动作压力，由微调螺管6控制弹簧4的压紧程度来实现。粗调螺管5的作用是调节阀开启的灵敏度，即阀芯的开启高度，此高度不宜过大，否则将引起调节器强烈的振动使调节器的动作压力改变。2）减荷阀上装有手轮，盘动手轮使螺杆上升或下降实现蝶形阀的关闭和开启。因此，可以实现空压机的空载启动和自动控制状态。,此种调节阀，在吸气管完全关闭时，空压机吸气量为零，只有残存在气缸余隙中的空气膨胀和压缩。由于活塞和气缸壁间有摩擦阻力，故消耗的功不为零。此时，空压机所消耗的功率只有额定功率的23
16、%，所以此种调节方法具有较好的经济性。不过减荷阀切断进气口后，吸气压力过分降低接近真空，如果背压不变，在活塞前后所形成的压差会造成吸气时峰值增加，这种情况下启动空压机会出现困难。,3、压开吸气阀调节利用一个压开装置，把吸气阀强制压开，使吸气阀全部或部分地丧失正常工作能力，吸进的空气在压缩和排气行程中仍回到吸气管路，不向排气管道输送压气，以达到调节排气量的目的。压开吸气阀调节装置由压力调节器和压开叉两部分构成，压开叉的动作由压力调节器控制。压开吸气阀的调节装置可分为两种形式：,（1）完全压开吸气阀调节时，在空压机的全部行程中吸气阀始终处于压开状 态，吸进的气体将全部自吸气阀返回到吸气管中，故排气
17、量为 零，属间断调节。压开吸气阀时，空压机处于空运行状态，因为仅需克服 吸气阀阻力造成的功耗，故调节的经济性较好。,压开叉因其驱动机构不同分为隔膜式压开叉和活塞式压开叉两种。对于两级空压机，各级吸气阀均应设置压开叉，调节时各级吸气阀应同时压开。根据气量变化，压开一侧或两侧的吸气阀，可以实现排气量100%、50%、0%三级调节。气量的变化是通过双压力调节器来控制压开叉动作。调节压力调节器中弹簧的预紧力，可以改变压力调节器的开闭压力。,2）部分行程压开吸气阀调节当进气行程结束时，气阀仍被强制顶开，在进入压缩行程后气体从气缸中回入进气管，但到行程的一定时候强制作用取消，吸气阀关闭，在剩余的行程中气体
18、受到压缩并排出。按照吸气阀在压缩行程中压开时间的长短，可以得到连续的多级调节。压开吸气阀调节，运转经济性好，但阀开因受额外的负荷（弯曲与冲击），寿命较短，密封性差。,4、余隙容积调节法余隙容积的调节一般通过连通补助容积，补助容积可以采用不同的连通 的方法（1）连续接通补助容积，其补助缸中的补助容积可以改变。调节时，先打开接通补助容积的阀门，再打开旁通阀，使高压气体也通至补助缸活塞的背面，使活塞两边压力平衡。调节补助缸中的丝杆，可使活塞移动以改变补助容积的大小，对排气量进行连续地调节。（2）分级接入补助容积，逐个地接入一定的补助容积，便可得到分级的排气量调节。这种调节方法经济性好；但这种调节装置
19、结构复杂，且增大了气缸尺寸，只用于大型空压机,活塞式空气压缩机安全保护装置,二 释压阀,一 安全阀,空气压缩机必须有压力表和安全阀。安全阀是保护空压机在额定压力下安全运转的保护装置。一旦系统中的压力超过其整定压力时，安全阀就自动开启，把多余的压缩空气排掉，使系统中的压力降到正常的工作压力，保证机器安全运转。,二级压缩的空压机每一级都设有安全阀，一级安全阀安 装在中间冷却器上，二级装在排气管路或风包上。,释压阀的特点大口径的安全突破口。释压阀在爆炸气浪的冲击下能立即 瞬间打开泄压，从而保护气缸、排气管、储气罐等不被损坏。 煤矿安全规程 规定： 在风包出口管路上必须加装释压阀，释压阀的口径不得小于
20、出风管 的直径，释放压力应为空气压缩机最高工作压力的1.251.4倍。,压风管路释压阀安装位置图,1 一安全阀，2 一压力表，3 、 4 、5 一闸板阀，6 一释压阀，7 一风包,空气压缩机的吸气口，必须设置过滤装置，保持吸入空气清洁。,除以上安全保护装置外，为保证机器可靠润滑和冷却，防 止烧缸和气缸爆炸事故，在使用油润滑的空气压缩机时，应装 设断油保护或断油信号；水冷式空气压缩机，应有断水保护或 断水信号。一旦出现断油或断水，则自动切断电源或发出警报 信号。,对于风包，在地面应设在室外阴凉处，在井下应设在空气流畅 的地方。,第四节 其他类型空压机简介,螺杆压缩机简介,20世纪30年代，瑞典工
21、程师Alf Lysholm在对燃气轮机进行研究时，希望找到一种作回转运动的压缩机，要求其转速比活塞压缩机高得多，以便可由燃气轮机直接驱动，并且不会发生喘振。为了达到上述目标，他发明了螺杆压缩机。在理论上，螺杆压缩机具有他所需要的特点，但由于必须具有非常大的排气量，才能满足燃气轮机工作的要求，螺杆压缩机并没有在此领域获得应用。尽管如此，Alf Lysholm及其所在的瑞典SRM公司，对螺杆压缩机在其它领域的应用，继续进行了深入的研究。 1937年，Alf Lysholm 在SRM公司研制成功了两类螺杆压缩机试验样机，并取得了令人满意的测试结果。1946年，位于苏格兰的英国 James Howde
22、n 公司，第一个从瑞典SRM公司获得了生产螺杆压缩机的许可证。随后，欧洲、美国和日本的多家公司也陆续从瑞典SRM公司获得了这种许可证，从事螺杆压缩机的生产和销售。 最先发展起来的螺杆压缩机是无油螺杆压缩机，1957年喷油螺杆空气压缩机投入了市场应用，1961年又研制成功了喷油螺杆制冷压缩机和螺杆工艺压缩机。经过随后持续的基础理论研究和产品开发试验，通过对转子型线的不断改进和专用转子加工设备的开发成功，螺杆压缩机的优越性能得到了不断的发挥。,螺杆压缩机特点,可靠性高。无故障运行时间可达4-8万小时； 振动小、噪声低，不需要基础； 操作方便。自动化程度高，可实现无人值守。,螺杆压缩机应用,固定式和
23、移动式空气压缩机； 开启式和封闭式制冷压缩机； 天然气等工艺压缩机。 压力一般不大于14Bar，就空气压缩机来讲，目前排气量可达100m3/min,螺杆压缩机主机技术关键,转子型线； 啮合间隙； 转子加工； 轴承设计； 孔口设计； 机壳加工。,螺杆压缩机机组技术关键,容量调节； 控制系统； 润滑油及其分离、冷却和过滤； 空气过滤； 联结管道、气液控制回路； 原动机及联轴器。,第五节 空压机的安装与试用转,正确的管道连接,第六节 空压机的安全运行,( 1 ) 进行外部检查，检查螺栓、螺母、垫圈、开口销、护罩等 是否齐全完整、紧固； ( 2 ) 人工盘车2 3 转，检查传动部分是否灵活，有无卡阻现
24、象； ( 3 ) 检查润滑油量是否充足，同时转动注油枪，向气缸注油； ( 4 ) 开动冷却水泵，向冷却系统供水，并在漏斗处或流量计上检 查冷却水量是否充足； ( 5 ) 关闭卸荷阀，把空气压缩机调整到空载起动位置；( 6 ) 打开空气压缩机与逆止阀之间的放空阀；( 7 ) 检查各仪表的指针是否指示在规定的位置上。,1 、起动前的准备工作,（1 ）按照控制设备的操作顺序起动电动机，注意观察电动机 的转动方向是否正确。如果有独立供油系统时，应先起动油泵， 待油压上来以后再起动主电动机。（2 ）逐渐打开减荷阀，关闭放空阀，使空压机进入负荷运转。（3 ）起动时同时观察各仪表读数，注油 器供油和机器声音
25、是否都正常，水路是否畅通无阻。,2 、起动,（1 ）各机件运行时有无异常声响与震动，尤其要经常注意气阀的声响。（ 2 ）注意观察各压力表读数是否正常；压力表必须定期校验。一般对于终端压力为8 公斤厘米2的二级空压机，一级排气压力不得超过2 . 5 公斤/厘米2，二级排气压力不得超过8 公斤厘米2对于终端压力为7 公斤厘米2，二级排气压力不超过7 公斤厘米2。,3 、运转中注意事项,（3 ）各部油位是否正常。 （4 ）各温度计读数是否正常。,单缸的排气温度不得超过190 ，双缸的排气温度不得超过160 ，移动式的排气温度不得超过180 。对各级排气温度应装设保护装置，在超温时能自动切断电源。,机
26、身油池内油温不得超过60 。,冷却水出水温度不超过40 ，出入水温差一般在6 12 之间。,经常检查或摸试电动机、空压机各部位的温度是否正常。,（5）各电气仪表的读数是否正常。 （6）各种安全防护装置是否可靠。 （7）空压机每工作2 小时（尤其在夏季），需将中间和后冷却器中 的凝水排放一次，每天排放风包中的油水1 2 次，并经常注意 冷却水是否中断。,( 1 ) 按操作规程顺序停机。 ( 2 ) 排放中间冷却器、后冷却器、压力调节器和风包中的油水。( 3 ) 停机时间较长时，应放掉各部分的存水，以防锈蚀和冻裂。 ( 4 ) 停机10 天以上时，应向各摩擦表面充分注油。停机一个月以上应作封存，排
27、放各处的油水，拆出所有气阀吹洗干净，擦净气缸 镜面， 活塞端面、曲轴表面及所有非配合表面，并进行油封。,压力表、电流表指示超限。 空压机、电动机突然发生异常声响或震动。 空压机发生严重漏气，润滑油突然中断。 空压机和电动机的任何部位的温度超限。 冷却水中断，若断水后机器运转较长时间，切不可立即向气缸水 套内注入新冷却水，须待气缸自行冷却后再供水。,(8 )在运转中一旦发生下列情况，应立即停机检查处理：,4 停机,第七节 空气压缩机的维护与 故障处理,1 一般维修：由司机进行的自检自修（每工作350 一400 小时进行） ( 1 ) 清洗并检查各级吸气阀和排气阀，检查阀片与阀座的密封性， 更换阀
28、片、弹簧或整组气阀。 ( 2 ) 清洗滤油器，更换过滤纱网。 ( 3 ) 清洗滤风器。 ( 4 ) 用铅压法测量气缸的上下死点间隙，同时检查和紧固十字头与 活塞杆连接螺母背帽。 ( 5 ) 检查连杆螺栓和十字头销轴是否松动。 ( 6 ) 检查安全阀是否灵活。,定期检修，由检修工进行,( 1 ) 清洗并检查气缸、活塞涨圈、活塞杆、更换损坏的零件。 ( 2 ) 检查十字头滑板间隙。 ( 3 ) 检查曲轴、连杆有无裂纹，并调整曲轴轴瓦间隙。( 4 ) 检查调整压力调整器。 ( 5 ) 清洗油池注油器和油泵部件，并更换润滑油。( 6 ) 清扫冷却器和冷却水池。,小修：,( 1 ）清扫风包和进出风管内的
29、油垢，并打压试验。新安装或检修后的风包，应用1 . 5 倍工作压力做水压试验。( 2 ) 检查校对压力表、安全阀、压力调整器。( 3 ) 检查更换各气阀。( 4 )调整十字头间隙或更换滑板。( 5 ) 清洗气缸水套。( 6 ) 清扫滤风器（间隔期不大于3 个月）。( 7 ) 检修不能保持到下次中修，而小修又不能处理的各部机件。,中修：,它包括小修的全部检修内容，同时还进行下列项目：,( 1 ) 更换活塞。 ( 2 ) 搪缸或更换缸套，并打水压试验。 ( 3 ) 更换十字头。 ( 4 ) 检查主轴、机座、拉杆、并更换损坏零件。( 5 ) 检查机座水平和基础螺栓。( 6 ) 检修或更换冷却器，并进行水压试验。( 7 ) 作性能试验。( 8 ) 检修不能保持到下次大修，而中修又不能处理的机件。,大修：,三 常见故障及处理,
