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1、第三章 矿山压缩空气设备,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。,一、矿山空压机站的组成 矿山空压机站主要包括：空压机、电动机及电控设备、冷却泵站、附属设备、管路等。
2、二、空压机的分类（Pg96）现代工业中使用的压缩机种类很多，按其结构型式不同，分类如下：,空压机的主要结构：（Pg107，L型，气缸直角式布置）,机身（Pg111）,过去矿山最广泛使用的是低压（p106Pa）活塞式压缩机，目前螺杆式和滑片式压缩机以基本替代活塞式。常见的活塞式压缩机有以下几种：,1、按气缸中心线的相对位置分 可分为立式、卧式、角式（可分为V型、L型、W型）三种。2、按压缩级数分 可分为单级、双级、多级三种。3、按活塞往复一次作用次数分 可分为单作用、双作用。4、按冷却方式分 可分为水冷式、风冷式。,空气压缩机的两级压缩1、定义两级压缩是将气体的压缩过程分两级，在第一级压缩后，将
3、气体导入中间冷却器进行冷却，再经第二级压缩后排出以供使用。2、采用两级压缩的原因（1）容积系数的减小 限制了压缩比的提高；（2）排气温度增高限制了压缩比的提高；（3）煤矿安全规程规定：空压机排气温度，单缸不得超过190oC，双缸不得超过160oC。以此为条件，可计算出在最不利的情况下（即绝热压缩），单级压缩的极限压缩比约为5。（4）矿用空压机属中压空压机，排气压力为（0.70.8）MPa，其压缩比为78，所以必须采用两级压缩。高压空压机还有采用多级压缩的。,两级压缩的工作系统（Pg105）图9-6两级压缩的优点1、节省功耗。采用两级压缩除了可以提高空压机排气量和降低排气温度外，还可以节省功率的
4、消耗；图9-72、降低排气温度；3、提高空压机的排气量；4、可以降低活塞力；采用两级压缩还能大大地降低活塞上的最大气体作用力。使运动机构轻巧，机械效率改善。5、中间冷却器可以分离一部分油和水，提高压气的质量。,三、冷却系统与润滑系统1、空压机冷却的意义和方式（1）意义（Pg101，按等温压缩最有利）（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（见图9-12）空压机的水冷系统由气缸水套、中间冷却器（见
5、图9-13）、后冷却器、水泵、管路以及冷却水池（或冷却水塔）组成。,1冷却系统（1）作用：降低压气的温度。（2）组成：由冷却水管、气缸水套、中间冷却器和后冷却器等组成。,图14-16 两级空压机串联冷却系统1-一级缸；2-中间冷却器；3-二级缸；4-后冷却器；5-闸阀图中“”为气流方向；“”为冷却水流方向,2润滑系统 空压机有两套润滑系统。一套靠齿轮泵输送润滑油润滑曲轴、连杆、十字头等传动系统，润滑油池位于机架内底部，润滑油通过粗过滤器、油冷却器后被吸进齿轮泵，增压后通过精过滤器进入空压机内润滑部位，最后又流回油池。另一套靠注油器将空压机油压入气缸进行润滑，油进入气缸后即随着压气排走。图14-
6、17为L型空压机润滑系统。,图14-17 L型空压机润滑系统原理图1-曲轴；2-传动空心轴；3-蜗轮蜗杆；4-外壳；5-从动轮；6-主动轮；7-油压调节阀；8-螺帽；9-调节螺钉；12-回油管；13-压力表；14-滤油器；13-连杆；14-十字头；15-十字头销；16-气缸；17-凸轮；18-杠杆；19-柱塞阀；20-球阀；21-吸油管；22-油槽；23-顶杆,四、排气量调整机构1、停止空压机工作n=0，则Q=0。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，应根据空压机的功率，电网容量，以及启动的次数，来选择电动机及启动
7、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。（见 图914和图915）,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
8、，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（图916）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。
9、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。,五、安全保护装置 温、水、油、压的保护。防止超温、断水、断油、超压。,六、活塞式空压机的附属设备（Pg115）,（一）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。,（二）储气罐1、作用1）稳压2）
10、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。,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
11、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。,七、压气设备选型设计（Pg125）,一、设计的原始资料(1)采掘机械配置图，同时使用的风动机具的型号和台数；(2)机修厂、井口及井底车场使用的风动接卸的型号和台数，或用风的数量；(3)地面工业广场的平面图，巷道开拓系统图；(4)最远采区的距离，各水平及井口标高；(5)
12、矿井年产量及服务年限。二、设计的主要任务(1)选择空压机的型式并确定所需的台数；(2)选择电动机及电控设备；(3)选择空压机的辅助设备；,二、设计的主要任务(4)选择输气管道及附件；(5)提出级数经济指数；(6)绘制压缩空气站的设备布置图及管道布置图。三、选型设计的步骤和方法1供气方案的选择（1）地面集中供气在地面工业广场内集中设置一个空压机站，负责所有用气机械的供气。优点是供电方便，设备集中，冷却水可循环使用；缺点是离用气地点远，敷设的管道长，投资高，阻力损失大，远距离供气不及时。适用于用气量较集中的系统。,三、选型设计的步骤和方法1供气方案的选择（2）分区供气在地面分区或在井下设置空压机站
13、。若供气范围大而分散，可采用在地面设分区站房，低沼气矿井空压机可设置在井下。优点是离用气地点较近，敷设压气管道短，压损小，供气及时；缺点是供电费用高，空气湿度大，使空压机的排气量减少，冷却水不能循环使用。（3）移动式供气适用于用气量少而又分散的供气情形。,三、选型设计的步骤和方法2空压机型号和台数的确定（1）空压机站必须供气量的确定空压机站必须的供气量与所用的风动工具的耗气量有关。常用风动工具的耗气量和表14-1所列。空压机站必须的供气量卡按下式计算：Q123niqiki（1412）式中：1沿管路全长的漏气系数，表142；2风动机械磨损后，耗气量增加系数，取1.101.15；3海拔调度修正系数
14、，表143；ni用气量最大工作时间内同型号风动工具的台数；qi某类型风动工具的耗气量，m3/min；ki同型号风动工具的同时使用系数，见表14-4。,三、选型设计的步骤和方法2空压机型号和台数的确定（2）估算空压机必须的出口压力出口压力应保证工作地点的压力要比风动机械的额定压力高一个大气压外，同时还要考虑输气管路和工作面软管的最大压力损失。因此，空压机必须的出口压力 p应按下式计算：p pe+pi+0.1（1413）pe所用风动机具中最大的额定工作压力，MPa；pi估算的输气管道中最远一路的所有压力损失之和，MPa，可按1 km管长损失0.030.04 MPa进行计算；0.1考虑到橡胶软管、旧
15、管和上下山影响增加的压力损失，MPa,三、选型设计的步骤和方法2空压机型号和台数的确定（3）确定空压机的型号和台数在地面空压机站，选择台数时，一般所需空压机的总供气能力大于但尽可能接近矿井所需的供气量，空压机的台数一般不超过5台，同时还要考虑其中有一台备用空压机。在低沼气矿井井下的空压机站，可将其设在井下主要运输大巷中有新鲜风流通过的地方，但站内每台空压机的能力一般不大于20 m3/min，台数不超过3台，空压机和风包必须分别装设在两个硐室内。为了便于维修和管理，应尽可能选用同一型号、同一厂家的空压机。备用空压机一般为一台，备用供气量为总供气量的20%50%。如果选用不同型号的空压机，其备用量
16、应按最大一台检修时，其余各台空压机的总供气量仍能满足所需用气量的原则确定。,三、选型设计的步骤和方法3输气管道的选择（1）管材的选择输气管道从空压机站到采掘工作面，管路固定不动，一般选用焊接钢管或无缝钢管；工作面由于风动工具经常要移动，采用橡胶软管，由于胶管压力损失大，其长度一般不大于15m。（2）管径的选择根据输气管路布置和各用气点的耗气量，确定出每一管段的流量Qi，再计算各管段的直径di，根据钢管规格表选取标准管径di。,三、选型设计的步骤和方法4计算管路的压力损失（1）计算各管段的压力损失式中：pi各管段的压力损失，MPa；di计算管段的内径，m；Li计算管段的管长，Li=1.15L，m
17、；L计算管段的实际长度，m；Qi通过该计算管段的压气量，m3/min。,三、选型设计的步骤和方法4计算管路的压力损失（2）确定最不利管路及其总压力损失pi计算在枝状管网中，空压机的供气压力要根据管网中所需能量最大的分支来确定。一般情况下，把管路压力损失与所在用气点风动机械额定工作压力之和最大的分支称为最不利管路，其所需能量最多。（3）计算实际所需的空压机出口压力 p pe+pi+0.1（1415）若计算得出的压力值大于所选空压机的额定排气压力，应适当调整管路各管段管径。,表14-2 沿管路全长漏气系数表,表14-3 海拔高度修正系数,表14-4 风动机具的同时使用系数,煤矿安全规程的规定,第四
18、百三十七条 空气压缩机必须有压力表和安全阀。压力表必须定期校准。安全阀和压力调节器必须动作可靠，安全阀动作压力不得超过额定压力的1.1倍。使用油润滑的空气压缩机必须装设断油保护装置或断油信号显示装置。水冷式空气压缩机必须装设断水保护装置或断水信号显示装置。,第四百三十八条,空气压缩机的排气温度单缸不得超过190、双缸不得超过160。必须装设温度保护装置，在超温时能自动切断电源。空气压缩机吸气口必须设置过滤装置。空气压缩机必须使用闪点不低于215的压缩机油。,第四百三十九条,空气压缩机的风包，在地面应设在室外阴凉处，在井下应设在空气流畅的地方。在井下，固定式压缩机和风包应分别设置在2个硐室内。风包内的温度应保持在120以下，并装有超温保护装置，在超温时可自动切断电源和报警。风包上必须装有动作可靠的安全阀和放水阀，并有检查孔。必须定期清除风包内的油垢。新安装或检修后的风包，应用1.5倍空气压缩机工作压力做水压试验。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。,
