第七章

礦山空氣壓縮設備第一節(jié)

概述現(xiàn)代企業(yè)中，使用壓縮氣體的機器愈來愈多，例如：化工、石油、冶金、輕工、紡織及采礦等，許多工業(yè)中無不廣泛使用各種各類的氣體壓縮機。因此，氣體壓縮機是近代工業(yè)生產中不可缺少的通用機械。

第七章空氣壓縮設備第一節(jié)概述一、空氣壓縮設備的構成、用途壓縮空氣一直是礦山所采用的原動力之一，用以帶動鑿巖機、風鎬及其它風動機械進行。由于像鑿巖機這類風動工具的沖擊力強，適用于鉆削堅硬的巖石，而且風動工具結構簡單、重量輕、操作方便，尤其在有瓦斯和煤層爆炸危險的礦井里，使用這種動力比電力安全。雖然整個氣力系統(tǒng)（包括壓縮空氣的生產和輸送，以及在風動機具中的使用）的效率很低，成本較高，但目前礦山采掘工作，仍然普遍采用風動工具來鑿巖和落煤?？諝鈮嚎s設備是指壓縮和輸送氣體的整套設備。包括空氣壓縮機（簡稱空壓機）、輸氣管路和附屬設備。1.礦山空壓機站的組成礦山空壓機站主要包括：空壓機、電動機及電控設備、冷卻泵站、附屬設備、管路等。2.空壓機的分類現(xiàn)代工業(yè)中使用的壓縮機種類很多，按其結構型式不同，分類如下：

速度型壓力的提高是由于氣體的速度轉化而形成的。分：軸流式、離心式、混流式。容積型壓力的提高是由于氣缸中容積的變化使氣體體積被壓縮而密度增大的結果。分：回轉式（滑片式、螺桿式、轉子式）往復式（活塞式、膜式）目前礦山最廣泛使用的是低壓（p≤106Pa）活塞式壓縮機，近年來螺桿式和滑片式壓縮機的使用也逐漸增多。二、活塞式壓縮機有以下幾種：1、按氣缸中心線的相對位置分

可分為立式、臥式、角式（可分為V型、L型、W型）三種。立式：氣缸垂直放置臥式：氣缸水平放置角式：氣缸中心線之間成一定角度。2、按壓縮級數(shù)分

可分為單級、雙級、多級三種。3、按活塞往復一次作用次數(shù)分

可分為單作用、雙作用。單作用：活塞往復一次，工作一次。雙作用；活塞往復一次，工作兩次4、按冷卻方式分

可分為水冷式、風冷式。5、按氣缸數(shù)分可分為單缸、多缸2.活塞式空氣壓縮機的類型按氣缸相對位置分臥式：氣缸水平放置。單缸雙缸對稱平衡式立式：氣缸垂直放置。角式：氣缸中心線間成一定角度。立缸L缸V缸W缸二、活塞式空氣壓縮機的工作原理及其結構（一）活塞式空氣壓縮機的工作原理1-氣缸；2-活塞；3-活塞桿；4-十字頭；5-連桿；6-曲柄；7-吸氣閥；8-排氣閥；9-彈簧1324657891吸氣吸氣結束壓縮排氣膨脹排氣終了余隙容積綜上,空氣壓縮機的工作過程有以下四個過程:(1)吸氣過程活塞移動時，氣缸的容積增大，壓力降低，當氣缸中氣體壓力低于缸外大氣壓力時，吸氣閥被打開，空氣在大氣壓力作用下進入氣缸內的過程.(2)壓縮過程活塞返行時，吸入氣缸內的空氣被壓縮，這時吸氣閥被關閉，氣缸的容積逐漸縮小，壓力逐漸升高的過程.

(3)排氣過程當氣缸內的空氣壓力升高到略大于排氣管內的壓力時，則推開排氣閥，壓縮空氣排到排氣管內的過程.

(4)膨脹過程

排氣結束，排氣閥關閉，殘留于氣缸余隙容積內的壓縮空氣開始膨脹，而壓力逐漸降低，直至壓力降到低于吸氣壓力時，便開始吸氣的過程。PV活塞式空壓機的壓容圖:將一個循環(huán)過程中氣缸內的空氣壓力P和容積V之間的變化關系，用曲線圖表示出來，這個曲線圖就稱為活塞式空壓機的壓容圖，如圖所示。P1—吸入空氣的壓力；P2—排氣管內壓縮空氣的壓力；1～2—直線段為理論吸氣線；1′～2′—曲線段為實際吸氣線；2～3—曲線段為理論壓縮線；2′～3′—曲線段為實際壓縮線；3～4—直線段為理論排氣線；3′～4′—曲線段為實際排氣線；4～1—曲線段為理論膨脹線；4′～1′—曲線段為實際膨脹線活塞式空壓機氣缸中空氣狀態(tài)變化的壓容圖

1、余隙容積Vo2、進氣壓力要略低于大氣壓力。

3、排氣壓力要略高于風包內的壓力。

4、實際吸氣線1′～2′和實際排氣線3′～4′的起點處有凸出和波動。

5、實際膨脹線4′～1′和實際壓縮線2′～3′要比理論膨脹線4～1

和理論壓縮線2～3

的彎曲度要大些。

6、活塞式空壓機的壓容圖所包圍的面積，表示在一個循環(huán)過程中可消耗功率的多少，故又稱為“示功圖”。實際工作過程中，活塞式空壓機的壓容圖的具有以下特點：第二節(jié)

活塞式空壓機的基本理論一、熱力學的基本參數(shù)在熱力學中用壓力ρ、比容ν、溫度T來描述氣體的狀態(tài)，所以稱ρ、ν、T為氣體的狀態(tài)參數(shù)。又稱為基本狀態(tài)能數(shù)。（一）壓力ρ容器內氣體分子對容器壁單位面積上的垂直作用力。單位N/m2（二）比容ν單位質量的氣體所占有的容積。單位m3/kg.比容的倒數(shù)就是密度。（三）溫度T標志物體冷熱程序的參數(shù)。溫度的高低，反映了氣體內部大量分子熱運動的強弱程度。在熱力學計算中，采用熱力學溫度T，其單位為K。它與攝氏溫度的關系為T=t+273二、一級活塞式空壓機的工作循環(huán)（一）一級活塞式空壓機的理論工作循環(huán)所謂理論工作循環(huán)是指以下幾點假設：（1）無余隙容積；(氣缸內被壓縮的氣體全部無遺地排出)（2）在整個吸氣過程，氣缸內空氣的狀態(tài)保持不變并與周圍大氣狀態(tài)相同；（3）氣缸不漏氣，氣閥、吸排氣管道無阻力；在吸、排氣過程中沒有壓力損失。（4）壓縮過程為等溫過程、絕熱過程或多變過程，但壓縮指數(shù)保持不變。在上述假設條件下，空壓機的工作循環(huán)稱為理論工作循環(huán)。它由吸氣、壓縮和排氣三個基本過程組成，只有壓縮過程是熱力過程。其工作循環(huán)可用示功圖表示。（

圖9—4）示功圖的橫坐標表示氣缸容積V，縱坐標表示空氣壓力。

當活塞自左向右移動時，氣體以壓力ρ1進入氣缸，0～1為吸氣過程；當活塞自右向左移動時，氣體被壓縮，1～2為壓縮過程；當氣體壓力達到排氣壓力ρ2后，氣體被活塞推出氣缸，2～3為排氣過程?？諌簷C把空氣從低壓壓縮至高壓，需要消耗能量，空壓機完成一個理論循環(huán)所消耗的功W等于吸氣功Wx、壓縮功Wy和排氣功Wp的總和。1、吸氣過程2、壓縮過程

當活塞返回行程時，吸氣呈封閉狀態(tài)，空壓機進入壓縮過程，隨著活塞向左移動，氣缸的容積不斷減小，氣體壓力逐漸升高。此時屬于熱力過程，其壓縮規(guī)律為等溫、絕熱、多變三種情況。（1）按等溫規(guī)律壓縮3、排氣過程4、理論循環(huán)功（二）一級活塞式空壓機的實際工作循環(huán)

1、實際工作循環(huán)圖圖9—52.由圖看出實際工作循環(huán)與理論工作循環(huán)有以下區(qū)別：（1）實際工作循環(huán)的工作過程：吸氣、壓縮、排氣、膨脹等四個過程，比理論工作循環(huán)多一個膨脹過程。（2）實現(xiàn)吸氣線低于理論吸氣線，實現(xiàn)排氣線高于理論排氣線。（3）實現(xiàn)壓縮過程線1～2與絕熱壓縮線1’～2’相交于一點，可見，實現(xiàn)的壓縮指數(shù)n在整個壓縮過程中并非常數(shù)三、影響空壓機實際工作循環(huán)的因素分析（1）余隙容積的影響（2）吸、排氣阻力的影響（3）壓縮過程中壓縮規(guī)律變化的影響（4）其它因素的影響三、影響空壓機實際工作循環(huán)的因素分析（1）余隙容積的影響余隙容積是排氣終了時，未非盡的剩余壓氣所占的容積。由于余隙容積的存在，排氣終止于點4時，仍有體積等于余隙容積V0的壓氣存于缸中。因缸內余氣的壓力大于吸氣管中空氣的壓力，所以吸氣過程不是從活塞行程的起點4開始，而要待天氣缸內的壓力降為p1時，即活塞行至點1時才開始吸氣，這時余隙容積V0膨脹，所以吸入氣缸的空氣體積不是Vg而是Vx，顯然，余隙容積的存在，減少了空壓機的排氣量。（2）吸、排氣阻力的影響在吸氣過程中，外界大氣需要克服濾風器、進氣管道及吸氣閥通道內的阻力后才能進入氣缸內，所以實際吸氣壓力低于理論吸氣壓力；而在排氣過程中，壓氣需要克服排氣閥通道、排氣管道和排氣管道上閥門等處的壓力后才向風包自氣，所以實際的排氣壓力高于理論排氣壓力。（3）吸氣溫度的影響（4）漏氣的影響（5）空氣濕度的影響四、活塞式空氣壓縮機的排氣量和供氣效率活塞式空壓機的排氣量，是指單位時間內空壓機最末一級排出的壓氣，換算到最末1級的進氣壓力和溫度時的氣體體積。單位m3/min

四、活塞式空氣壓縮機的排氣量和供氣效率（一）排氣量的計算理論排氣量是指單位時間內活塞所掃過的容積。由氣缸的尺寸的曲軸的轉速確定對于單作用氣缸的理論排氣量對于雙作用氣缸的理論排氣量四、活塞式空氣壓縮機的排氣量和供氣效率實際排氣量Qp由于各種因素的影響，空壓機的實際排氣量總是小于理論排氣量。Qp=λQTλ----排氣系數(shù)，它等于實際排氣量與理論排氣量之比（二）功率和效率單位時間內消耗的功稱為功率NL1.理論功率空壓機按理論工作循環(huán)所需的功率,叫理論功率WVi-----第i級氣缸按一定壓縮規(guī)律壓縮1m3空氣所需的循環(huán)功,j/m3

NL=∑Nli=∑

（二）功率和效率

2.指示功率空壓機的指示功率，指氣缸內活塞加于氣體的功率，也就是空壓機按實際循環(huán)所需的功率。理論功率與指示功率之比,叫做指示效率即ηj=

3.軸功率N原動機傳遞給空壓機主軸的功率即主軸上的功率。ηm=0.9-0.95(大中型壓縮機)，機械效率ηm=0.85-0.9(小型壓縮機)。理論功率與軸功率之比,叫做空壓機的工作效率或全效率η=ηjηm4.驅動功率

驅動功率是原動機（大多采用電動機）驅動空壓機所需的功率：5.比功率比功率是單位排氣量所消耗的軸功率．即：五、活塞式空壓機的性能參數(shù)1、排氣量（V）是指單位時間內空壓機最末一級排出的壓氣，換算到最末1級的進氣壓力和溫度時的氣體體積。單位m3/min

2、排氣壓力（p）空壓機出口的壓力稱為空壓機的排氣壓力，用相對壓力度量（理論計算時采用絕對壓力）。單位Pa。3、吸、排氣溫度空壓機吸入氣體與排出氣體的溫度。用T1、T2表示，單位K。4、比功率（Nb）當吸入的空氣為標準狀態(tài)時，其軸功率與排氣量之比稱為空壓機的比功率。單位Kw/m3/min。六、活塞式空壓機的兩級壓縮（一）采用兩級壓縮的原因1、壓縮比受余隙容積的限制由于余隙容積的存在,隨著排氣壓力的提高,吸氣量將不斷減少.當排氣壓力增大到某一值時,吸氣過程就完全被殘留在余隙容積中的壓氣的膨脹過程所代替,使吸氣量為零.因此,為保證有一定的排氣量,壓縮比不能過大,即終壓力不宜過高.否則,空壓機的工作效率就會過低.2、壓縮比受氣缸潤滑油溫的限制（1）限制油溫的原因為保證活塞在氣缸內的快速往復運動和減少機械摩擦損失，就必須向缸內注油。但隨著壓縮比的增加，壓縮終了時的溫度也將增加。若增高到潤滑油閃點溫度，便有發(fā)生爆炸的危險。為了避免這類事故發(fā)生，《煤礦安全規(guī)程》規(guī)定：空氣壓縮機的排氣溫度單缸不得超過1900C，雙缸不得超過1600C。依此為條件，可求得在最不利條件下（按絕熱壓縮），單級壓縮的極限壓縮比。（2）單級壓縮的極限壓縮比取吸氣溫度：T1=273+20=293K極限排氣溫度：T2=273+190=463Kn=K=1.4

K-----絕熱系數(shù)因此，大型空壓機的壓縮比，一般限制在5左右，當需要壓力較高時，一般采用兩級或多級壓縮。

六、兩級壓縮六、兩級壓縮（二）兩級壓縮的工作系統(tǒng)圖9-6（三）兩級壓縮的優(yōu)點1、節(jié)省功耗；圖9-72、降低排氣溫度；3、提高空壓機的排氣量；4、可以降低活塞力；5、中間冷卻器可以分離一部分油和水，提高壓氣的質量。第三節(jié)

活塞式空壓機的主要

工作原理和主要結構一、活塞式空壓機的工作原理當電動機通過曲軸、連桿、十字頭帶動活塞由左向右移動時，氣缸左腔容積逐漸增大，壓力減小而產生部分真空，于是，外部空氣在大氣壓力作用下推開吸氣閥進入氣缸，開始吸氣；直至活塞移動到右端時，吸氣閥關閉，吸氣過程結束。當活塞開始反向移動時，氣缸左腔的被壓縮，壓力升高。當壓力升高到某一值時，推開排氣閥開始排氣；活塞繼續(xù)移至左端點時，排氣完成?；钊俅斡乙茣r，缸內殘留的壓縮氣體開始膨脹，直到吸氣閥重新打開為止。它屬于容積式空壓機。二、L型空壓機及其結構

L型空壓機是兩級、雙缸、復動、水冷式空壓機。它主要由壓縮機構、傳動機構、潤滑機構、冷卻機構、排氣量調整機構和安全保護裝置等六部分組成。型號意義：一、壓縮機構1、氣缸部件氣缸是空壓機中組成壓縮容積的主要部分，根據排氣壓力、排氣量、結構方案、氣體性質以及所用材料，氣缸的結構有各種型式。L型空壓機的氣缸為開式鑄鐵氣缸，水冷雙層壁結構。2、氣閥部件在空壓機運行中，氣閥為主要易損件，處于較為苛刻工況，每分鐘啟閉1000次左右。一臺轉數(shù)為400r/min（4L—20/8型）的空壓機，氣閥每年啟閉21000萬次以上。氣閥將承受拉伸、壓縮、沖擊、扭曲、彎曲、磨損、高溫變化的潛在破壞。因此，氣閥能否正常工作，直接影響空壓機的排氣量，功率消耗以及運轉的可靠性。氣閥有兩大類：一類稱為強制閥，它的啟閉是由專門機構控制，而與氣缸內壓力變化無關；這類閥結構復雜，啟閉時間固定，不適于變工況運轉，故很少采用。目前空壓機采用隨缸內和管路中氣體壓力變化而自行啟閉的自動閥。自動閥有許多型式，如環(huán)狀閥、網狀閥、舌簧閥、蝶閥和直流閥。L型空壓機的排氣閥和吸氣閥均為單層環(huán)狀閥。

所有型式的自動閥主要由四部分組成：（1）閥座

它具有能被閥片覆蓋的氣體信道，是與閥片一起閉鎖進氣（或排氣）信道，并承受氣缸內外壓力差的零件。（2）啟閉組件

它是交替地開啟與關閉座道的零件，通常制成片狀者稱為閥片。（3）彈簧

是關閉時推動閥片落向閥座，開啟時抑制閥片撞擊升程器的組件。（對于條狀閥，舌簧閥和直流閥等結構，閥片本身具有彈性，并起彈簧作用，故兩者合二為一）。（4）升程限制器

是限制閥片的升程，并作為承座彈簧的零件。3、活塞部件L型空壓機的活塞組件由活塞桿、活塞、活塞環(huán)及防松螺母等組成。（1）活塞L型空壓機為盤狀帶錐活塞，盤狀部分與氣缸配合?；钊没诣T鐵成空心以減輕重量，兩個端面用加強筋互相連接，以增加剛性。（2）活塞環(huán)活塞環(huán)是密封氣缸內缸內壁與活塞間隙的組件，同時兼有布油和導熱的作用。對活塞環(huán)的基本要求是：密封可靠并耐磨。

活塞環(huán)鑲嵌于活塞的環(huán)槽內。環(huán)的外緣緊貼氣缸鏡面，背向高壓氣體一側的端面緊壓在環(huán)槽上，由此阻塞間隙密封氣體；但是，常用的活塞環(huán)都采用金屬開口環(huán)的結構，因此，氣體能通過切口泄漏。此外，氣缸和活塞環(huán)都可能有不圓度，不柱度，環(huán)槽和環(huán)的端面有不平度，這些也是造成泄漏的因素。所以，活塞環(huán)常常不是一道，而是兩道或更多道同時使用，使氣體每通過一道環(huán)便產生一次節(jié)流作用，進一步達到減少泄漏的目的。由此可見，活塞環(huán)密封是阻塞密封和節(jié)流密封的組合?；钊h(huán)的開口形式有搭接開口、直開口和斜開口三種，搭接開口的環(huán)工作時漏氣少，性能較好，但制造工藝復雜，成本高；直開口的環(huán)漏氣較嚴重，使用性能差，但制造方便成本低；斜切口介于兩者之間，即能保證較好的使用性能，制造又簡單，開口斜角一般為38°～45°。L型空壓機采用斜開口密封環(huán)?；钊h(huán)的材料通常用灰鑄鐵。有時在鑄鐵環(huán)上嵌青銅，軸承合金，或填充聚四氟乙烯，防止氣缸拉毛并延長環(huán)的使用壽命。

二、傳動機構1、機身機身用鑄鐵制成，它的作用是：（1）作為氣缸的承座；（2）承受并傳遞作用力；（3）作為傳動機構的導向和定位。不同形式的空壓機具有不同形狀的機身。L型空壓機的機身，外形為正置的直角形，在垂直和水平頸部分別制成立列和臥列的十字頭滑道，十字頭就在其中作往復運動。頸部法蘭端面分別與高、低氣缸相連，機身兩側壁上的圓孔通過軸承座安裝曲軸軸承，取去前軸承座，即可方便地拆裝曲軸、連桿，機身下部曲軸箱兼作油池，同時用地腳螺栓與基礎固定。所有檢查孔蓋均墊以軟墊，以使機身密封。在機身立列頸部有通氣孔，通過細管與吸氣管連接，以防填料不嚴密時漏氣使機身內產生過高的壓力。

2、曲軸部件見圖9-9曲軸由球墨鑄鐵制成。L型空壓機的曲軸，它僅有一個曲拐，為高低壓缸兩連桿所共有，傳遞電動機的扭矩。曲柄上在曲拐的對面固定著兩塊平衡鐵，用來平衡曲柄部分的旋轉質量，曲軸的外伸端有錐度，可以方便地拆裝皮帶輪。在曲軸后端接有傳動齒輪油泵的小軸，并經過小軸上的蝸輪蝸桿機構傳動柱塞油泵。曲軸上鉆有油孔，以使齒輪油泵排出的潤滑油通過曲軸瓦，十字頭銷瓦等摩擦面進行潤滑。兩個或三個雙列徑向調心滾柱軸承緊配合于曲軸的兩側，一端軸承蓋與軸承間留有1.5～2.5的熱膨脹間隙。

3、連桿部件連桿由大頭，小頭和桿體組成。大頭分為開式，嵌有巴氏合金瓦，大頭的蓋子用連桿螺栓與曲柄組裝在一起，大頭的軸瓦間隙可以用墊片調節(jié)。小頭為整體式，在小頭內鑲有整圓的銅套，穿入十字銷與十字頭相連。桿體截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等，其材料通常為球墨鑄鐵，桿體內有貫穿大小頭的油孔，該孔把潤滑油輸送到十字頭，使曲柄銷和連桿，連桿和十字頭銷之間的相對運動部分得到潤滑。連桿的大頭與曲軸一起轉動，其小頭和十字頭一起作往復運動，連桿本身作平面擺動，其主要作用是變旋轉運動為往復運動。4、十字頭部件十字頭有整體式和分開式兩種。整體封閉式，用球墨鑄鐵制成，其一端螺孔與活塞桿相連，活塞桿擰入十字頭的長度可以變動，用以調節(jié)活塞和氣缸之間的間隙改變余隙容積。橫向的圓孔內裝有十字頭銷與連桿小頭相連，十字頭銷內有油孔，從連桿來的潤滑油經十字頭銷進入十字頭上下的滑履上，以潤滑滑履和滑道間的相對摩擦面，潤滑后的潤滑油流回曲軸箱，即油池。

注意：十字頭銷在十字頭內的位置不能調換，若方向裝反，油路完全切斷，十字頭滑履得不到供油會造成摩擦面燒毀的機械事故。三、潤滑機構在空壓機中，具有相對運動的部位如活塞環(huán)與氣缸壁、填料與活塞桿、曲軸與軸承、連桿大小頭、連桿小頭襯套及十字滑道等處，都必須注潤滑油以達到以下目的：1）減輕滑動部件的磨損，延長零件壽命；2）減少摩擦功耗；3）潤滑油有冷卻作用，可帶走摩擦熱，使零件的工作溫度正常，同時保證滑動部分必要的運轉間隙，防止滑動部件過熱或咬死；4）密封氣缸的工作容積以提高活塞和填料箱的密封性。空壓機的潤滑包括兩部分：一是氣缸內部的潤滑，二是傳動系統(tǒng)（運動部件）的潤滑。

1、運動部件的潤滑系統(tǒng)一般由濾油器、潤滑油冷卻器、潤滑油泵（一般用齒輪泵）、油管、壓力表和壓力調節(jié)閥組成。潤滑油流動路線：油池→粗濾油器→齒輪泵→油冷卻器→濾油器→曲軸中心孔→曲柄銷和連桿大頭瓦的配合面→連桿中心孔→連桿小頭瓦和十字銷配合面→十字頭滑軌→油池。油壓的大小可通過油壓調節(jié)閥來控制。2、氣缸部件潤滑系統(tǒng)按潤滑油達及氣缸鏡面的方式，氣缸潤滑可分為飛濺潤滑、壓力潤滑和噴霧潤滑三種。飛濺潤滑一般用于單作用式空壓機。曲軸箱中被旋轉的平衡鐵頭部或撥油桿濺起的油霧及油滴，當活塞接近上止點時落于氣缸未被活塞遮蓋的鏡面，并在活塞的下一循環(huán)進入活塞環(huán)槽中，再由活塞環(huán)分布至需要潤滑的表面。低壓的第一級，在吸氣過程中氣缸里能產生真空，潤滑很易被吸入氣缸內，并在壓縮氣體高溫度作用揮發(fā)，然后和壓縮氣體一起排出空壓機，所以，飛濺潤滑往往容易出現(xiàn)壓氣中含油過多和耗油量過多的現(xiàn)象。噴霧潤滑——在空壓機的氣缸進氣接管處，噴入一定量的潤滑油，油和氣體相混合一起進入氣缸，然后一部分粘附在氣缸鏡面上供氣缸潤滑。飛濺潤滑的優(yōu)點是簡單，缺點是耗油量難以控制。噴霧潤滑的結構也很簡單，且第一級進氣閥可得到潤滑，但油霧僅與氣缸接觸的一部分能粘附在缸壁上，其它部分仍和氣體一起被排出氣缸而得不到利用，同時增加壓氣的含油量，此外，油和空氣密切混合容易氧化積炭。所以噴霧潤滑目前應用不多。壓力潤滑是應用最廣泛的潤滑方式。潤滑油由專門的多頭注油器經油管和注油逆止閥注入氣缸及填料處。（圖9—11）空壓機氣缸的無油潤滑：1973年在我國個別礦井開始應用，由于節(jié)約了潤滑油，杜絕了積炭爆炸，斷油燒缸等事故隱患，改善了環(huán)境衛(wèi)生，減輕了相關零件的磨損，延長了氣缸、活塞環(huán)的壽命，減少了維修量等，效果良好。實驗表明，空壓機氣缸潤滑方式的改變還可增加排氣量，提高排氣效率，降低電耗，減小比功率，從而改善空壓機的性能。氣缸無油潤滑采用填充聚四氟乙烯固體材料的活塞環(huán)，代替油膜潤滑的鑄鐵活塞環(huán)。四、冷卻系統(tǒng)1、空壓機冷卻的意義和方式（1）意義（2）方式空壓機的冷卻方式可分為風冷式和水冷式兩種，風冷是使壓縮過程放出的熱量由氣缸壁輻射，發(fā)散于大氣中。為了增加發(fā)散面積，通常在氣缸外壁制成許多散熱薄片。但其散熱效果很差，只限于小型空壓機采用。一般空壓機采用水冷方式。2、空壓機的水冷系統(tǒng)（見圖9-12）空壓機的水冷系統(tǒng)由氣缸水套、中間冷卻器（見圖9-13）、后冷卻器、水泵、管路以及冷卻水池（或冷卻水塔）組成。

五、排氣量調整機構1、停止空壓機工作n=0，則Q=0。此法雖能節(jié)省電能消耗，但電動機經常啟動和停止，對于電路負荷極為不利。因此，只能用于小容量的空壓機調節(jié)。采用此法調節(jié)時，應根據空壓機的功率，電網容量，以及啟動的次數(shù)，來選擇電動機及啟動方式。2、關閉吸氣管調節(jié)關閉吸氣管調節(jié)裝置由減荷閥和壓力調節(jié)器。（見

圖9—14和圖9—15）注意：1）調節(jié)器的動作壓力，由微調螺管6控制彈簧4的壓緊程度來實現(xiàn)。粗調螺管5的作用是調節(jié)閥開啟的靈敏度，即閥芯的開啟高度，此高度不宜過大，否則將引起調節(jié)器強烈的振動使調節(jié)器的動作壓力改變。2）減荷閥上裝有手輪，盤動手輪使螺桿上升或下降實現(xiàn)蝶形閥的關閉和開啟。因此，可以實現(xiàn)空壓機的空載啟動和自動控制狀態(tài)。此種調節(jié)閥，在吸氣管完全關閉時，空壓機吸氣量為零，只有殘存在氣缸余隙中的空氣膨脹和壓縮。由于活塞和氣缸壁間有摩擦阻力，故消耗的功不為零。此時，空壓機所消耗的功率只有額定功率的2～3%，所以此種調節(jié)方法具有較好的經濟性。不過減荷閥切斷進氣口后，吸氣壓力過分降低接近真空，如果背壓不變，在活塞前后所形成的壓差會造成吸氣時峰值增加，這種情況下啟動空壓機會出現(xiàn)困難。3、壓開吸氣閥調節(jié)利用一個壓開裝置，把吸氣閥強制壓開，使吸氣閥全部或部分地喪失正常工作能力，吸進的空氣在壓縮和排氣行程中仍回到吸氣管路，不向排氣管道輸送壓氣，以達到調節(jié)排氣量的目的。壓開吸氣閥調節(jié)裝置由壓力調節(jié)器和壓開叉兩部分構成，壓開叉的動作由壓力調節(jié)器控制。壓開吸氣閥的調節(jié)裝置可分為兩種形式：（1）完全壓開吸氣閥調節(jié)時，在空壓機的全部行程中吸氣閥始終處于壓開狀態(tài)，吸進的氣體將全部自吸氣閥返回到吸氣管中，故排氣量為零，屬間斷調節(jié)。壓開吸氣閥時，空壓機處于空運行狀態(tài)，因為僅需克服吸氣閥阻力造成的功耗，故調節(jié)的經濟性較好。

壓開叉因其驅動機構不同分為隔膜式壓開叉和活塞式壓開叉（圖9—16）兩種。對于兩級空壓機，各級吸氣閥均應設置壓開叉，調節(jié)時各級吸氣閥應同時壓開。根據氣量變化，壓開一側或兩側的吸氣閥，可以實現(xiàn)排氣量100%、50%、0%三級調節(jié)。氣量的變化是通過雙壓力調節(jié)器來控制壓開叉動作。調節(jié)壓力調節(jié)器中彈簧的預緊力，可以改變壓力調節(jié)器的開閉壓力。2）部分行程壓開吸氣閥調節(jié)當進氣行程結束時，氣閥仍被強制頂開，在進入壓縮行程后氣體從氣缸中回入進氣管，但到行程的一定時候強制作用取消，吸氣閥關閉，在剩余的行程中氣體受到壓縮并排出。按照吸氣閥在壓縮行程中壓開時間的長短，可以得到連續(xù)的多級調節(jié)。壓開吸氣閥調節(jié)，運轉經濟性好，但閥開因受額外的負荷（彎曲與沖擊），壽命較短，密封性差。

4、余隙容積調節(jié)法余隙容積的調節(jié)一般通過連通補助容積，補助容積可以采用不同的連通方式（1）連續(xù)接通補助容積，其補助缸中的補助容積可以改變。調節(jié)時，先打開接通補助容積的閥門，再打開旁通閥，使高壓氣體也通至補助缸活塞的背面，使活塞兩邊壓力平衡。調節(jié)補助缸中的絲桿，可使活塞移動以改變補助容積的大小，對排氣量進行連續(xù)地調節(jié)。（2）分級接入補助容積，逐個地接入一定的補助容積，便可得到分級的排氣量調節(jié)。這種調節(jié)方法經濟性好；但這種調節(jié)裝置結構復雜，且增大了氣缸尺寸，只用于大型空壓機。六、安全保護裝置溫、水、油、壓的保護。防止超溫、斷水、斷油、超壓。§9—4活塞式空壓機的附屬設備

一、濾風器1、作用2、結構濾風器的結構主要由殼體和濾芯組成。按濾芯材料的不同分為許多種：如紙質的、織物的、泡沫塑料的、金屬的等?？諌簷C中用得最普遍的是紙質和金屬濾芯的濾風器。金屬網濾風器的結構（見圖9-18）：機殼由筒體、兩端封頭組成；筒內濾芯由多層波紋狀鐵絲做成筒形過濾網，表面涂一層粘性油（一般用60%氣缸油和40%柴油相混合），灰塵粘于網上，空氣得以過濾。

二、儲氣罐1、作用1）穩(wěn)壓2）儲氣3）分離壓縮空氣中的油和水2、結構儲氣罐有立式和臥式兩種。立式儲氣罐是用鍋爐鋼板焊接的筒狀密封容器，其高度約為直徑D的2～3倍，進氣接管在下，排氣接管在上，進氣接管在罐內的一段呈弧形，它的出氣口向下傾斜且彎向罐壁，使氣體進入罐內后產生旋轉，以便更好地分離空氣中的油水，借助于空氣把油水從排泄閥排出。儲氣罐上設置清洗用的人孔及安裝安全閥和壓力計的管接頭等。1）根據空壓機的排氣量計算當Q〈6m3/min時，Vc=0.2Q，m3；當Q=6～30m3/min時，Vc=0.15Q，m3；當Q〉30m3/min時，Vc=0.10Q，m3；2）根據壓縮比計算每臺空壓機通常單獨設置儲氣罐，一般是隨機配套供應。若遇特殊情況要用戶自己選擇儲氣罐容量時，可按下列兩個經驗公式計算：

式中p1——吸入空氣的絕對壓力，MPa；p2——排出空氣的絕對壓力，MPa；如果是多臺共用一個儲氣罐，上式Q為各機組排氣量的總和。

當壓力不超過1MPa時，要對儲氣罐用超過工作壓力1.5倍的壓力進行水壓試驗。儲氣罐須裝設在地基之上，并裝在空壓機房外面靠近空壓機房的陰涼地方，與空壓機房的距離不超過12～15m。裝在機房外面是為了安全。在儲氣罐與空壓機之間的排氣管道上，不應裝閘閥，因為閘閥關閉時啟動空壓機可能引起事故。如果必須裝設閘閥，須在它的前面裝設安全閥及通到調節(jié)器的小管。儲氣罐和排氣管道內部應定期清洗?？捎名}酸溶液清洗，絕對禁止用火燒的辦法來清洗。每個儲氣罐上應裝設以下附件：1）安全閥和釋壓閥；2）清理和檢查用的人孔或手孔；3）指示儲氣罐內空氣壓力的壓力表；4）儲氣罐底部應有排放油水的壓力表。

第四節(jié)壓縮空氣設備的選型設計一、設備選擇的原則與要求

選擇礦山壓縮空氣設備的原則是，必須保證在整個礦井服務年限內，在用風量最多、輸氣距離最遠的情況下，供給足夠數(shù)量和壓力的壓縮空氣。同時在設計中要充分考慮設備使用的效能，以便為設備運轉的經濟性打下有利的基礎，要投資少，操作及維修方便。

1.選型設計時必須的資料

1）采掘機械配置圖，同時使用的風動機具的型號和臺數(shù)。

2）機修廠、井口及井底車場使用的風動機械的型號和臺數(shù)，或用風數(shù)量。

3）地面工業(yè)廣場的平面圖，巷道開拓系統(tǒng)圖。1.選型設計時必須的資料

4）最遠采區(qū)的距離，各水平及井口標高；

5）礦井年產量及服務年限。

2．選型設計的主要任務

1）選擇空壓機的型式并確定所需的臺數(shù)；

2）選擇電動機及電控設備；

3）選擇空壓機的輔助設備；

4）選擇輸氣管道及附件；

5）提出技術經濟指數(shù)；

6）繪制壓縮空氣站的設備布置圖及管道布置圖。二、選擇空氣壓縮機型式和臺數(shù)空壓機型式的選擇和臺數(shù)的確定，是依據礦井所需的供氣量及供氣壓力。由于礦井生產年限較長，考慮到空氣壓縮機的使用年限，故沒有必要礦井生產末期的采掘工作所需的風量，作為設計的依據（服務年限較短的礦井除外）。

通?？砂吹V井生產達到設計產量時，需要的供氣量和壓力設計，并適當考慮后期機站有擴建的場所。選型的步驟和方法大致如下：1.確定壓縮空氣站位置及輸氣管路系統(tǒng)壓縮空氣站一般立在地面集中設站，或分散設站。輸氣管路系統(tǒng)的確定：在保證各用風點有足夠的風量條件下，布局要合理且盡量縮短管路長度，同時要考慮管道拆裝和維護方便等要求。

2.壓縮空氣站總的供氣量

式中：α1——沿管路全長的漏氣系數(shù)；

α2——風動機具磨損后，耗氣量增加的系數(shù)；

y——海拔高度修正系數(shù)；

ni——在一個工作班內同型號風動機具的臺數(shù)；

qi——一臺風動機具的耗氣量（m3／min）;ki——同型號風動機具的同時工作系數(shù)。2.壓縮空氣站總的供氣量

1）

2）α2＝1.1～l.15。

3）

4）在同一工作面上風鎬和鑿巖機，不可能同時開動,計算耗氣量時按鑿巖機的工作臺數(shù)計算。2.壓縮空氣站總的供氣量

5）ki是考慮風動機具都不是連續(xù)工作，從而使耗氣量減少的因素。對于錨噴機的臺數(shù)及同時工作系數(shù)，應按實際情況計算。因為在一個支管中錨噴機和其它風動機具是錯開使用的，當無可靠資料時，大型礦井按4臺計算，同時工作系數(shù)可按：

2臺：Ki=0.83臺：Ki=0.64臺：Ki=0.53．估算空壓機必須的出口壓力

4．選擇空壓機型式和臺數(shù)壓縮空氣站內空壓機的型號，一般采用一種型號，安設臺數(shù)不超過五臺，其中備用臺數(shù)為一臺。如果選用不同型號時，其備用量應按最大一臺檢修外，其余各臺的總供氣量仍應能滿足所需耗氣量為原則來確定。三、選擇電動機和電控設備四、選擇冷卻設備

任務：水泵及拖動水泵的電動機以及水管的選型計算。

1）水泵必須的排水量壓縮空壓站一般設置三臺水泵，一臺冷水泵，一臺熱水泵；另一臺作為備用。冷卻水泵必須的排水量：式中n——同時工作的空壓機臺數(shù)。

Qi——每臺空壓機的耗水量。四、選擇冷卻設備

2）水泵所需的揚程（1）冷水泵的揚程H式中Hx——水泵吸水高度。一般為2.0～2.5（m）；Hp——排水高度，即水泵軸線至空壓機冷卻系統(tǒng)最高位置的垂直高度（m）Hj——空壓機本身冷卻系統(tǒng)的阻力損失，即自空壓機冷卻水進口經中間冷卻器至水套出口的阻力損失。設計時可取1.5～3（m）ΣΔH——供水管路的阻力損失，四、選擇冷卻設備

2）水泵所需的揚程ΣΔH——供水管路的阻力損失，λ——沿程阻力系數(shù)（約為0.02～0.03）L——供水管實際長度（m）L’——供水管上各種管件的折算長度的總和（m）；d——供水管內徑（m）v——供水管內水流速度（m／s）。（2）熱水泵所需的揚程H式中：Hp——排水高度。即泵軸線至噴水池噴嘴之間的垂直高度，約為2～4m；或泵軸線至冷卻水塔上噴嘴（或淋水裝置）之間的垂直高度，一般約為4～6m；Hb——噴嘴的工作水頭4~6m。

(3）選擇水泵型式冷水泵和熱水泵所需的揚程可能不同，但以選用相同型號的水泵為宜，一般選用單級離心泵。拖動水泵的電動機，通常由廠家配套供應，無需計算。

（4）選擇冷卻水管冷卻水管直徑可按下式計算：

五、選擇輸氣管路選擇輸氣管道主要是選擇管徑和管材，同時計算出壓氣在管道中的壓力損失。輸氣管道自空壓機站至采掘工作面管路固定不動，一般選用焊接鋼管或無縫鋼管，工作面由于風動機具經常要移動，采用橡膠軟管，由于膠管壓力損失大，其長度一般不大于15m。

1．管道直徑的選擇選擇輸氣管徑有兩種方法：一種是概算法；另一種查表法。工程上一般采用查表法，

1）概算法

L是計算管長。選擇干管管徑時，管路長度（L）應從礦井服務年限內最遠的工作面至空壓機站的距離考慮；而選擇支管管徑時，可按達到設計產量時采區(qū)工作面至空壓機站的距離考慮。支管L=100+386+253+450+300+250+250=1989m干管L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3489m2）查表法2.校驗壓力損失5．年電耗空壓機站總耗電量包括空壓機耗電量、冷卻水泵耗電量及機站照明以及維修用電量（后兩項耗電量，可按實際需要量計算或估算）。

1）空壓機年耗電量：式中：K——空壓機負荷系數(shù)，等于空壓機實際排氣量與額定排氣量的比值；

Z——同時工作空壓機的臺數(shù)，

Nk——空壓機軸功率，可取之產品技術規(guī)范；

t—空壓機每天的工作小時數(shù)，三班工作制取21；

d——空壓機年工作天數(shù)；

2）水泵年耗電量式中Nd——水泵軸功率。

3）總電耗

E=E1+E2某礦年產量120萬t，第一水平劃分為二個階段開采達到設計產量時，有10個巖巷掘進工作面，其中開拓4個頭（M1～M4），準備6個頭（N1～N6），集中巷采用噴射混凝土支護，各掘進工作面使用風動工具的型號和數(shù)量如圖所示。地面機廠設置一臺IR50型鍛釬機。井口標高為36米。輸氣管路各管段長度列于表中。1．計算礦井所需的供氣量：98.37

m3/min2.計算出口壓力

L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3490m3.選擇空壓機的型式和臺數(shù)選用四臺5L—40／8型空壓機，該機配用TDKll8/24－16型同步電動機及4.6m3的儲氣罐。4．選擇各段管道直徑4．選擇各段管近直徑支管L=100+386+253+450+300+250+250=1989m干管L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3489m5.校驗空壓機的排氣壓力一、礦山氣壓縮設備的安全運行和操作（一）礦山氣壓縮設備的安全運行（二）礦山氣壓縮設備的操作步驟1.操作檢查檢查：螺栓、電氣設備、傳動部分、潤滑油、冷卻水量、安全裝置。關閉減荷閥等，使空壓機調至空載啟動位置。隔離開關、斷路器等啟動設備應在斷開位置；人工盤車2-3轉，檢查運動部分有無卡阻、異常現(xiàn)象。第五節(jié)礦山氣壓縮設備的操作、運行、維護與故障處理2.操作順序(1)啟動:啟動輔助設施開啟冷卻水按要求操作有關閘閥,人為卸荷注潤滑油啟動電動機電機達到正常轉速后,解除人為卸荷進入正常工作狀態(tài).(2)停機:人為卸荷---斷電停止電動機運轉----解除人為卸荷-----關閉冷卻水和輔助設施.3.正常操作(1)空壓機必須無負荷啟動.(2)啟動(或操作)輔助設施第五節(jié)礦山氣壓縮設備的操作、運行、維護與故障處理①開啟冷卻水路,觀察回水漏斗是否有充足的水流過;②打開空壓機與儲氣罐間排氣管道上的閘閥;③對卸荷器進行人為卸荷,有壓力調節(jié)器的將三通閥通大氣,使氣缸余隙解除封閉;④用手搖泵將缸潤滑油打入氣缸、十字頭、軸承及曲軸軸瓦等處；3.啟動電動機:①同步電動機異步啟動后增速至額定,異步轉速時,及時勵磁牽入同步,勵磁可以調至過激,以改善網路功率因數(shù),但過激電流、電壓應符合所用勵磁裝置的工作曲線。②繞線式異步電動機采用變阻器啟動時，電機滑環(huán)手把應在“啟動”位置。