矿山机械与设备,第四篇煤矿压气设备1

1、1第四篇 煤矿压气设备2第一章第一章 概述概述一、作用：一、作用：压缩空气为压缩空气为许多矿用工许多矿用工具具提供动力提供动力源源。如风镐、。如风镐、风钻、风动风钻、风动装岩机、混装岩机、混凝土喷射机凝土喷射机锻钎机等风锻钎机等风动设备。动设备。1进气管;2空气过滤器;3调节装置;4低压缸;5中间冷却器;6高压缸;7压后冷却器;8逆止阀;9风包;10压气管路;11安全阀3压气机站一般安设在地面，在井口附近，这样主风管路可以短些，压降也可以小些。另外，站址应在空气洁净、通风良好，日照较弱、距矸石场及烟囱有一定距离并位于主导风流上方。还要便于安装，维修时的运输。只有用风量不大的低瓦斯矿井，在井下主

2、要进风巷道内才可设能力不大于20m3min的压气机，且压气机和风包应分别安装在两个硐室内。4空压机主轴由电机带动旋转，空气由吸气管经滤风器，经调节装置进入低压缸经过第一级压缩后，进入中间冷却器，经冷却后进入第二级缸，再经第二级压缩至要求的排气压力从排气管排出，然后经过冷却器和止回阀进入风包最后由风包处通过管道送至井上、下用风处。5附属设备及作用1、滤风器（金属丝网和金属芯上涂粘性油） 空气中含有大量悬浮的尘埃，进入空压机后与油气混合成为积垢，附着在气阀和气缸壁上，如 果附着在气阀表面，会破坏气阀的严密性；如果附着在活塞上，会造成拉缸现象，加速气缸壁面，活塞环的磨损，同时也降低空压机的排气量。6

3、2、储气罐（风包） 用锅炉钢板焊接而成，安装在空压机和管道之间。应设在室外阴凉处，与空压机的距离不大于1215 米，空压机和风包的连接管上不装闸阀，并应定期用盐酸溶液清洗。1）缓和由于空压机排气量的脉动而引起的压力脉动2）分离出压缩空气中所含的水分和润滑油3）储存一定量的压缩空气，供耗气量增大时使用。7二、使用压缩空气的特点二、使用压缩空气的特点最大优点是介质充足介质充足。安全安全 与电力相比，不产生火花。过负荷能力强过负荷能力强 容易实现冲击式机械的高往复速度，冲击强；改善井下的通风状况改善井下的通风状况。废气可通风降温。缺点缺点 空压机运转效率低、耗电量大、成本高。使用中提高空压机效率，减

4、少压气管道内的压力损失和泄漏，可节约压气的消耗。8三、空压机的分类空压机是产生压缩气体的设备，为井下风动设备提供动力源。空压机是产生压缩气体的设备，为井下风动设备提供动力源。按工作原理划分如下按工作原理划分如下速度式：首先使气体获得较高速度，然后再经扩散，使动能变成压能；速度式：首先使气体获得较高速度，然后再经扩散，使动能变成压能；容积式：气体在气缸内直接受活塞的压缩使容积缩小，压力增加。容积式：气体在气缸内直接受活塞的压缩使容积缩小，压力增加。9四、活塞式压缩机的主要工作原理一个循环包含：一个循环包含：1、吸气过程、吸气过程2、压缩过程、压缩过程3、排气过程、排气过程10 吸气过程：电机转动

5、时，通过曲柄和连杆机构，将转动变为活塞的往复运动，当活塞从气缸左端向右移动时，活塞左侧将呈现真空状态，外界空气推开进气阀进入气缸，随活塞的右移气体将充满气缸。压缩过程：当活塞返回运动的瞬间，吸气阀自动被封闭，随活塞的运动，气缸容积减小，空气被压缩，压力逐渐增大。排气过程：当空气压力增大到一定程度时，排气阀打开，压缩空气经排气阀进入排气管直到活塞移动左端为止，压缩空气被全部排出。11124L-20/8L型空压机排气量：20m3/min排气压力：8Mpa排气量大小序号13五、空压机的主要性能参数1、排气量Q（m3/min）：单位时间内由空压机排出的气体体积数，然后换算到空压机吸气状态下的体积数。2

6、、排气压力P(Pa):空压机出口压力，用相对压力表示。3、吸、排气温度T1、T2（K）空压机吸入和排出的气体温度。4、比功率NB（Kw/m3/min）：当吸入的空气为标准状态时，其轴功率与排气量之比。 NB=N/Q14六、活塞式空压机的理论工作过程为了分析单级往复空压机的理论工作过程，假定： （1）在吸气过程中，气体的状态不变； （2）气缸内被压缩的气体全部无遗地排出（即空压机没有余隙容积）； （3）在排气过程中，压缩空气状态保持不变； （4）空压机内没有能量损失和漏气损失，吸 、 排气阀无阻力。15六、活塞式空压机的理论工作过程设：活塞对外作功为正，外界对活塞作功为负。每一工作循环消耗的总功

7、等于吸气功与压缩功、排气功的代数和。322114VVVVVVpdVpdVpdVL221112VPpdVVPLVV16六、活塞式空压机的理论工作过程对绝热过程PV k=C1111211kkPPVPkkL对多变过程PV n=C1111211nnPPVPnnL对等温过程PV=C1211lnPPVPL 17空气的初压力 P1 105 Pa，终压力P2 5*105 Pa，空气的初始温度 t1=15，试求1m3空气按照等温、绝热和多变压缩时的终温度和理论循环功。多变指数n=1.25。 解 等温压缩时： t1=15，L=161 kJ 绝热压缩时： t1=187，L=210 kJ 多变压缩时： t1=125，

8、L=188 kJ因此，要加强对压缩机气缸的冷却，使压缩过程放出的热量尽快被冷却因此，要加强对压缩机气缸的冷却，使压缩过程放出的热量尽快被冷却水带走，从而降低温升，尽量接近等温过程，使消耗的功最小。水带走，从而降低温升，尽量接近等温过程，使消耗的功最小。18七、活塞式空压机的实际工作循环1实际压缩过程2实际排气过程3实际膨胀过程4实际吸气过程V419理论工作循环和实际工作循环的比较过程理论工作循环实际工作循环压缩，n=常数 n常数，开始时是吸热压缩，然后是放热压缩。排气状态不变状态变化，压力降低且波动，温度降低。膨胀无有（余隙容积）， m常数，开始时是放热膨胀，然后是吸热膨胀。吸气状态不变状态变

9、化，压力降低且波动，温度升高。nPVCnPVCmPVC20八、活塞式空气压缩机的排气量活塞式空压机的理论排气量，即每分钟所吸入的气体量QT。对于单作用气缸的理论排气量SniDQT24对于双作用气缸的理论排气量SnidDQT222421由于各种因素的影响，空压机的实际排气量总是小于理论排气量。这些影响因素是：（1）余隙容积的影响。（2）吸气阻力的影响。（3）吸气温度的影响。（4）气体湿度的影响。（5）漏气的影响。VVVN SVVVNTSTVVV吸气系数VVTVVVTllVVV容积效率排气系数VVlvNVVpsNV VTTSVVTVVllV V22VVl90. 075. 0lTpvlTSTNSNV

10、VVVVVVVVV120192. 082. 011ppVVmv98. 095. 011ppp98. 092. 011TTT98. 09 . 0l98. 0122211ppppppss23九、活塞式空压机的功率和效率1. 指示功率空压机的指示功率，指气缸内活塞加于气体的功率，也就是空压机的实际循环功率。 确定空压机的指示功率可根据：等温或绝热压缩时的理论功率并加以修正；在空压机试验中所测得的示功图的面积直接求取。 等温理论循环功为：如果空压机的排气量为Q，则等温理论功率为：21 11lnzdPLPVP1241ln60 10006 10zdzdL QPQPNP241. 指示功率如果空压机的排气量为

11、Q，则绝热理论功率为：1124116 101kkzjPQPkNkP94. 09 . 08 . 07 . 0zjzzjzjzdzzdzdNNNN251. 指示功率amFLizkwnLNzz100060测取示功图面积Fi cm2m：示功图容积座标比例尺m3/cma：示功图压力座标比例尺Nm-2/cm262. 轴功率 空压机的轴功率即主轴上的功率。NNzm21mmjNNNN m=0.9-0.95(大中型压缩机)， m=0.85-0.9(小型压缩机)。273.驱动功率 驱动功率是原动机（大多采用电动机）驱动空压机所需的功率：4. 比功率比功率是单位排气量所消耗的轴功率即：cgKNNmin)/m/(kw

12、QNNB35空压机的工作效率（1）等温效率（2）绝热效率mzdzzzdzddNNNNNNmzjzzzjzjjNNNNNN28十、两级压缩1221pp293311VpVp11112111nnPPVPnnL11134332nnPPVPnnL21LLL32pp 02dpdL4122ppp 2412pppp2130采用两级压缩的原因：p节省循环功p降低排气温度p提高容积系数3132第二章 L型空压机的构造L型空压机，由若干个具有特定作用的系统组成，它分别是：传动系统，气路系统，冷却系统，润滑系统，调节系统和控制保护系统。33一、传动系统 传动系统的主要部件有：曲轴、连杆、十字头、飞轮及机架等，其作用是

13、传递动力，把电机的旋转运动转变成活塞的往复运动。 1机身机身起连接、支承、定位和导向等作用。12342曲轴 曲轴的材料一般为球墨铸铁。它由两段轴颈、两块曲臂和一个曲拐组成。曲轴上有油孔，通过齿轮油泵供油润滑轴颈，同时向连杆供油。353连杆 连杆包括杆体、大头、小头三部分，大头采用剖分结构,连杆体内有一通孔，从曲轴得到的润滑油由大头通过孔到小头润滑十字头销。364十字头 十字头主要有十字头体和十字头销两部分，十字头体上有内螺纹孔以连接活塞杆，通过调节螺纹拧入深度可调节余隙容积。十字头穿过连杆小头与十字头体固结。375飞轮 由于活塞近似作简谐运动，整个传动机构与活塞的惯性力在旋转过程中很不均匀，另

14、外，在一个循环内气缸内的气体压力也是变化的，因而曲轴上的阻力矩也是变化的，为了使传动平稳，减少对电机的负荷波动，配置质量较大的皮带轮兼作飞轮。38二、气路系统 气路系统的主要部件有：空气过滤器、气缸、活塞、气阀、密封装置和风包等。 1. 气缸 392活塞 403. 气阀（a）（c）1、2级吸气阀；（b）（d）3、4级排气阀l阀座；2阀盖；3弹簧；4阀片；5一一螺帽；6螺栓；7开口销；8垫414. 填料及填料函填料是指密封气缸和活塞杆间隙的元件。它充填或装配在气缸体的填料函内。 空压机中的填料多用自紧式密封，按结构形状分为平面和锥形密封圈两种。424. 填料及填料函435. 风包 风包是L型活塞

15、式空压机必须配置的设备，一般竖立装在室外。风包概括起来有三个作用：稳压作用。贮存一定量压气，对风动机具用气的不均衡性起一定的调节作用。风包内可分高压缩空气中的油、水，提高气体质量。44三、冷却系统45四、润滑系统l曲轴；曲轴；2传动空心传动空心轴；轴；3蜗轮蜗杆；蜗轮蜗杆；4外壳；外壳；5从动轮；从动轮；6主动轮；主动轮；7油压调节阀；油压调节阀；8螺帽；螺帽；9调节螺钉；调节螺钉；10回油管；回油管；11压力压力表；表；12滤油器；滤油器；13连杆；连杆；14十字头；十字头；15十字头销；十字头销； 16气缸；气缸；17凸轮；凸轮；18杠杆；杠杆；19柱塞阀；柱塞阀；20球阀；球阀；21吸油

16、管；吸油管；22油槽；油槽；23顶杆顶杆46五、调节系统- 1.打开吸气阀调节部分行程打开吸气阀调节装置 l制动垫圈；2小弹簧；3压叉；4导轴；5大弹簧；6销；7弹簧座；8指针；9手轮472. 关闭进气管调节483.改变余隙容积调节493.改变余隙容积调节50六、控制保护装置1安全阀2释压阀3.压力继电器4.温度保护51七、压缩空气站一）压缩空气站的布置方案 1. 设置在矿井地面工业广场集中或分散。 2. 设在井下。 3. 井下移动。二）地面压缩空气站的布置1站址的选择。 2设备的布置。522设备的布置53第三章压缩空气设备的选型设计 一、设备选择的原则与要求 选择矿山压缩空气设备的原则是，必

17、须保证在整个矿井服务年限内，在用风量最多、输气距离最远的情况下，供给足够数量和压力的压缩空气。同时在设计中要充分考虑设备使用的效能，以便为设备运转的经济性打下有利的基础，要投资少，操作及维修方便。 1.选型设计时必须的资料 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机械的型号和台数， 或用风数量。 3）地面工业广场的平面图，巷道开拓系统图。 54一、选型设计时必须的资料 4）最远采区的距离，各水平及井口标高； 5）矿井年产量及服务年限。 2选型设计的主要任务 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

18、设备； 4）选择输气管道及附件； 5）提出技术经济指数； 6）绘制压缩空气站的设备布置图及管道布置图。55二、选择空气压缩机型式和台数 空压机型式的选择和台数的确定，是依据矿井所需的供气量及供气压力。由于矿井生产年限较长，考虑到空气压缩机的使用年限，故没有必要矿井生产末期的采掘工作所需的风量，作为设计的依据（服务年限较短的矿井除外）。通常可按矿井生产达到设计产量时，需要的供气量和压力设计，并适当考虑后期机站有扩建的场所。选型的步骤和方法大致如下：561. 确定压缩空气站位置及输气管路系统 压缩空气站一般立在地面集中设站，或分散设站。 输气管路系统的确定：在保证各用风点有足够的风量条件下，布局要

19、合理且尽量缩短管路长度，同时要考虑管道拆装和维护方便等要求。 2 . 压缩空气站总的供气量 式中：1沿管路全长的漏气系数； 2风动机具磨损后，耗气量增加的系数； y海拔高度修正系数； ni在一个工作班内同型号风动机具的台数； qi一台风动机具的耗气量（m3min）; ki同型号风动机具的同时工作系数。312/miniiiQynq km （）572 . 压缩空气站总的供气量1） 2）21.1l.15。 3）4）在同一工作面上风镐和凿岩机，不可能同时开动,计算耗气量时按凿岩机的工作台数计算。582 . 压缩空气站总的供气量5）ki是考虑风动机具都不是连续工作，从而使耗气量减少的因素。 对于锚喷机的

20、台数及同时工作系数，应按实际情况计算。因为在一个支管中锚喷机和其它风动机具是错开使用的，当无可靠资料时，大型矿井按4台计算，同时工作系数可按： 2台：Ki=0.8 3台：Ki=0.6 4台：Ki=0.5593估算空压机必须的出口压力4选择空压机型式和台数 压缩空气站内空压机的型号，一般采用一种型号，安设台数不超过五台，其中备用台数为一台。如果选用不同型号时，其备用量应按最大一台检修外，其余各台的总供气量仍应能满足所需耗气量为原则来确定。井下按规程要求考虑，数量一般不超过3台。0.06Mpa0.03Km，:1 . 0计算管长损失按每损失之和最远一路管道各段压力PMPaPPPePe所使用的各种风动

21、机械中，所需要的最大工作压力。60三、选择输气管路选择输气管道主要是选择管径和管材，同时计算出压气在管道中的压力损失。 输气管道自空压机站至采掘工作面管路固定不动，一般选用焊接钢管或无缝钢管，工作面由于风动机具经常要移动，采用橡胶软管，由于胶管压力损失大，其长度一般不大于 15 m。 1管道直径的选择 选择输气管径有两种方法：一种是概算法；另一种查表法。工程上一般采用查表法， 611）概算法L是计算管长。选择干管管径时，管路长度（L）应从矿井服务年限内最远的工作面至空压机站的距离考虑；而选择支管管径时，可按达到设计产量时采区工作面至空压机站的距离考虑。0.37040.26.51dQL m m2

22、0dQmm支管支管 L=100+386+253+450+300+250+250=1989 m干管干管 L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3489 m622）查表法632.校验压力损失852. 151215. 1102 . 1LLMPaQdLpiMPappnii1用风地点的供气压力要比风动机械工作压力高用风地点的供气压力要比风动机械工作压力高0.1MpaL_考虑局部损失在内的该管段折算长度，L是实际管长。64某矿年产量120万t，第一水平划分为二个阶段开采达到设计产量时，有10个岩巷掘进工作面，其中开拓4个头（M1M4），准备6个头（N1N6），集中巷采用喷射

23、混凝土支护，各掘进工作面使用风动工具的型号和数量如图所示。地面机厂设置一台IR50型锻钎机。井口标高为36米。输气管路各管段长度列于表中。1M4M651M4M661计算矿井所需的供气量：98.37m3/min2.计算出口压力 L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3490 m3.选择空压机的型式和台数选用四台 5L408型空压机，该机配用TDKll8/2416型同步电动机及4.6m3的储气罐。MPaPPPPHe73. 01 . 0490. 310004049. 01 . 0674选择各段管道直径1M4M684选择各段管近直径支管支管 L=100+386+253+450+300+250+250=1989 m干管干管 L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3489 m695.校验空压机的排