第七章矿山空气压缩设备

第七章

矿山空气压缩设备第一节

概述现代企业中，使用压缩气体的机器愈来愈多，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。

第七章空气压缩设备第一节概述一、空气压缩设备的构成、用途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。1.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.空压机的分类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：

速度型压力的提高是由于气体的速度转化而形成的。分：轴流式、离心式、混流式。容积型压力的提高是由于气缸中容积的变化使气体体积被压缩而密度增大的结果。分：回转式（滑片式、螺杆式、转子式）往复式（活塞式、膜式）目前矿山最广泛使用的是低压（p≤106Pa）活塞式压缩机，近年来螺杆式和滑片式压缩机的使用也逐渐增多。二、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。立式：气缸垂直放置卧式：气缸水平放置角式：气缸中心线之间成一定角度。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。单作用：活塞往复一次，工作一次。双作用；活塞往复一次，工作两次4、按冷却方式分

可分为水冷式、风冷式。5、按气缸数分可分为单缸、多缸2.活塞式空气压缩机的类型按气缸相对位置分卧式：气缸水平放置。单缸双缸对称平衡式立式：气缸垂直放置。角式：气缸中心线间成一定角度。立缸L缸V缸W缸二、活塞式空气压缩机的工作原理及其结构（一）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1324657891吸气吸气结束压缩排气膨胀排气终了余隙容积综上,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。PV活塞式空压机的压容图: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；1～2—直线段为理论吸气线；1′～2′—曲线段为实际吸气线；2～3—曲线段为理论压缩线；2′～3′—曲线段为实际压缩线；3～4—直线段为理论排气线；3′～4′—曲线段为实际排气线；4～1—曲线段为理论膨胀线；4′～1′—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

1、余隙容积Vo2、进气压力要略低于大气压力。

3、排气压力要略高于风包内的压力。

4、实际吸气线1′～2′和实际排气线3′～4′的起点处有凸出和波动。

5、实际膨胀线4′～1′和实际压缩线2′～3′要比理论膨胀线4～1

和理论压缩线2～3

的弯曲度要大些。

6、活塞式空压机的压容图所包围的面积，表示在一个循环过程中可消耗功率的多少，故又称为“示功图”。实际工作过程中，活塞式空压机的压容图的具有以下特点：第二节

活塞式空压机的基本理论一、热力学的基本参数在热力学中用压力ρ、比容ν、温度T来描述气体的状态，所以称ρ、ν、T为气体的状态参数。又称为基本状态能数。（一）压力ρ容器内气体分子对容器壁单位面积上的垂直作用力。单位N/m2（二）比容ν单位质量的气体所占有的容积。单位m3/kg.比容的倒数就是密度。（三）温度T标志物体冷热程序的参数。温度的高低，反映了气体内部大量分子热运动的强弱程度。在热力学计算中，采用热力学温度T，其单位为K。它与摄氏温度的关系为T=t+273二、一级活塞式空压机的工作循环（一）一级活塞式空压机的理论工作循环所谓理论工作循环是指以下几点假设：（1）无余隙容积；(气缸内被压缩的气体全部无遗地排出)（2）在整个吸气过程，气缸内空气的状态保持不变并与周围大气状态相同；（3）气缸不漏气，气阀、吸排气管道无阻力；在吸、排气过程中没有压力损失。（4）压缩过程为等温过程、绝热过程或多变过程，但压缩指数保持不变。在上述假设条件下，空压机的工作循环称为理论工作循环。它由吸气、压缩和排气三个基本过程组成，只有压缩过程是热力过程。其工作循环可用示功图表示。（

图9—4）示功图的横坐标表示气缸容积V，纵坐标表示空气压力。

当活塞自左向右移动时，气体以压力ρ1进入气缸，0～1为吸气过程；当活塞自右向左移动时，气体被压缩，1～2为压缩过程；当气体压力达到排气压力ρ2后，气体被活塞推出气缸，2～3为排气过程。空压机把空气从低压压缩至高压，需要消耗能量，空压机完成一个理论循环所消耗的功W等于吸气功Wx、压缩功Wy和排气功Wp的总和。1、吸气过程2、压缩过程

当活塞返回行程时，吸气呈封闭状态，空压机进入压缩过程，随着活塞向左移动，气缸的容积不断减小，气体压力逐渐升高。此时属于热力过程，其压缩规律为等温、绝热、多变三种情况。（1）按等温规律压缩3、排气过程4、理论循环功（二）一级活塞式空压机的实际工作循环

1、实际工作循环图图9—52.由图看出实际工作循环与理论工作循环有以下区别：（1）实际工作循环的工作过程：吸气、压缩、排气、膨胀等四个过程，比理论工作循环多一个膨胀过程。（2）实现吸气线低于理论吸气线，实现排气线高于理论排气线。（3）实现压缩过程线1～2与绝热压缩线1’～2’相交于一点，可见，实现的压缩指数n在整个压缩过程中并非常数三、影响空压机实际工作循环的因素分析（1）余隙容积的影响（2）吸、排气阻力的影响（3）压缩过程中压缩规律变化的影响（4）其它因素的影响三、影响空压机实际工作循环的因素分析（1）余隙容积的影响余隙容积是排气终了时，未非尽的剩余压气所占的容积。由于余隙容积的存在，排气终止于点4时，仍有体积等于余隙容积V0的压气存于缸中。因缸内余气的压力大于吸气管中空气的压力，所以吸气过程不是从活塞行程的起点4开始，而要待天气缸内的压力降为p1时，即活塞行至点1时才开始吸气，这时余隙容积V0膨胀，所以吸入气缸的空气体积不是Vg而是Vx，显然，余隙容积的存在，减少了空压机的排气量。（2）吸、排气阻力的影响在吸气过程中，外界大气需要克服滤风器、进气管道及吸气阀通道内的阻力后才能进入气缸内，所以实际吸气压力低于理论吸气压力；而在排气过程中，压气需要克服排气阀通道、排气管道和排气管道上阀门等处的压力后才向风包自气，所以实际的排气压力高于理论排气压力。（3）吸气温度的影响（4）漏气的影响（5）空气湿度的影响四、活塞式空气压缩机的排气量和供气效率活塞式空压机的排气量，是指单位时间内空压机最末一级排出的压气，换算到最末1级的进气压力和温度时的气体体积。单位m3/min

四、活塞式空气压缩机的排气量和供气效率（一）排气量的计算理论排气量是指单位时间内活塞所扫过的容积。由气缸的尺寸的曲轴的转速确定对于单作用气缸的理论排气量对于双作用气缸的理论排气量四、活塞式空气压缩机的排气量和供气效率实际排气量Qp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。Qp=λQTλ----排气系数，它等于实际排气量与理论排气量之比（二）功率和效率单位时间内消耗的功称为功率NL1.理论功率空压机按理论工作循环所需的功率,叫理论功率WVi-----第i级气缸按一定压缩规律压缩1m3空气所需的循环功,j/m3

NL=∑Nli=∑

（二）功率和效率

2.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，也就是空压机按实际循环所需的功率。理论功率与指示功率之比,叫做指示效率即ηj=

3.轴功率N原动机传递给空压机主轴的功率即主轴上的功率。ηm=0.9-0.95(大中型压缩机)，机械效率ηm=0.85-0.9(小型压缩机)。理论功率与轴功率之比,叫做空压机的工作效率或全效率η=ηjηm4.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：5.比功率比功率是单位排气量所消耗的轴功率．即：五、活塞式空压机的性能参数1、排气量（V）是指单位时间内空压机最末一级排出的压气，换算到最末1级的进气压力和温度时的气体体积。单位m3/min

2、排气压力（p）空压机出口的压力称为空压机的排气压力，用相对压力度量（理论计算时采用绝对压力）。单位Pa。3、吸、排气温度空压机吸入气体与排出气体的温度。用T1、T2表示，单位K。4、比功率（Nb）当吸入的空气为标准状态时，其轴功率与排气量之比称为空压机的比功率。单位Kw/m3/min。六、活塞式空压机的两级压缩（一）采用两级压缩的原因1、压缩比受余隙容积的限制由于余隙容积的存在,随着排气压力的提高,吸气量将不断减少.当排气压力增大到某一值时,吸气过程就完全被残留在余隙容积中的压气的膨胀过程所代替,使吸气量为零.因此,为保证有一定的排气量,压缩比不能过大,即终压力不宜过高.否则,空压机的工作效率就会过低.2、压缩比受气缸润滑油温的限制（1）限制油温的原因为保证活塞在气缸内的快速往复运动和减少机械摩擦损失，就必须向缸内注油。但随着压缩比的增加，压缩终了时的温度也将增加。若增高到润滑油闪点温度，便有发生爆炸的危险。为了避免这类事故发生，《煤矿安全规程》规定：空气压缩机的排气温度单缸不得超过1900C，双缸不得超过1600C。依此为条件，可求得在最不利条件下（按绝热压缩），单级压缩的极限压缩比。（2）单级压缩的极限压缩比取吸气温度：T1=273+20=293K极限排气温度：T2=273+190=463Kn=K=1.4

K-----绝热系数因此，大型空压机的压缩比，一般限制在5左右，当需要压力较高时，一般采用两级或多级压缩。

六、两级压缩六、两级压缩（二）两级压缩的工作系统图9-6（三）两级压缩的优点1、节省功耗；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；5、中间冷却器可以分离一部分油和水，提高压气的质量。第三节

活塞式空压机的主要

工作原理和主要结构一、活塞式空压机的工作原理当电动机通过曲轴、连杆、十字头带动活塞由左向右移动时，气缸左腔容积逐渐增大，压力减小而产生部分真空，于是，外部空气在大气压力作用下推开吸气阀进入气缸，开始吸气；直至活塞移动到右端时，吸气阀关闭，吸气过程结束。当活塞开始反向移动时，气缸左腔的被压缩，压力升高。当压力升高到某一值时，推开排气阀开始排气；活塞继续移至左端点时，排气完成。活塞再次右移时，缸内残留的压缩气体开始膨胀，直到吸气阀重新打开为止。它属于容积式空压机。二、L型空压机及其结构

L型空压机是两级、双缸、复动、水冷式空压机。它主要由压缩机构、传动机构、润滑机构、冷却机构、排气量调整机构和安全保护装置等六部分组成。型号意义：一、压缩机构1、气缸部件气缸是空压机中组成压缩容积的主要部分，根据排气压力、排气量、结构方案、气体性质以及所用材料，气缸的结构有各种型式。L型空压机的气缸为开式铸铁气缸，水冷双层壁结构。2、气阀部件在空压机运行中，气阀为主要易损件，处于较为苛刻工况，每分钟启闭1000次左右。一台转数为400r/min（4L—20/8型）的空压机，气阀每年启闭21000万次以上。气阀将承受拉伸、压缩、冲击、扭曲、弯曲、磨损、高温变化的潜在破坏。因此，气阀能否正常工作，直接影响空压机的排气量，功率消耗以及运转的可靠性。气阀有两大类：一类称为强制阀，它的启闭是由专门机构控制，而与气缸内压力变化无关；这类阀结构复杂，启闭时间固定，不适于变工况运转，故很少采用。目前空压机采用随缸内和管路中气体压力变化而自行启闭的自动阀。自动阀有许多型式，如环状阀、网状阀、舌簧阀、蝶阀和直流阀。L型空压机的排气阀和吸气阀均为单层环状阀。

所有型式的自动阀主要由四部分组成：（1）阀座

它具有能被阀片覆盖的气体信道，是与阀片一起闭锁进气（或排气）信道，并承受气缸内外压力差的零件。（2）启闭组件

它是交替地开启与关闭座道的零件，通常制成片状者称为阀片。（3）弹簧

是关闭时推动阀片落向阀座，开启时抑制阀片撞击升程器的组件。（对于条状阀，舌簧阀和直流阀等结构，阀片本身具有弹性，并起弹簧作用，故两者合二为一）。（4）升程限制器

是限制阀片的升程，并作为承座弹簧的零件。3、活塞部件L型空压机的活塞组件由活塞杆、活塞、活塞环及防松螺母等组成。（1）活塞L型空压机为盘状带锥活塞，盘状部分与气缸配合。活塞用灰铸铁成空心以减轻重量，两个端面用加强筋互相连接，以增加刚性。（2）活塞环活塞环是密封气缸内缸内壁与活塞间隙的组件，同时兼有布油和导热的作用。对活塞环的基本要求是：密封可靠并耐磨。

活塞环镶嵌于活塞的环槽内。环的外缘紧贴气缸镜面，背向高压气体一侧的端面紧压在环槽上，由此阻塞间隙密封气体；但是，常用的活塞环都采用金属开口环的结构，因此，气体能通过切口泄漏。此外，气缸和活塞环都可能有不圆度，不柱度，环槽和环的端面有不平度，这些也是造成泄漏的因素。所以，活塞环常常不是一道，而是两道或更多道同时使用，使气体每通过一道环便产生一次节流作用，进一步达到减少泄漏的目的。由此可见，活塞环密封是阻塞密封和节流密封的组合。活塞环的开口形式有搭接开口、直开口和斜开口三种，搭接开口的环工作时漏气少，性能较好，但制造工艺复杂，成本高；直开口的环漏气较严重，使用性能差，但制造方便成本低；斜切口介于两者之间，即能保证较好的使用性能，制造又简单，开口斜角一般为38°～45°。L型空压机采用斜开口密封环。活塞环的材料通常用灰铸铁。有时在铸铁环上嵌青铜，轴承合金，或填充聚四氟乙烯，防止气缸拉毛并延长环的使用寿命。

二、传动机构1、机身机身用铸铁制成，它的作用是：（1）作为气缸的承座；（2）承受并传递作用力；（3）作为传动机构的导向和定位。不同形式的空压机具有不同形状的机身。L型空压机的机身，外形为正置的直角形，在垂直和水平颈部分别制成立列和卧列的十字头滑道，十字头就在其中作往复运动。颈部法兰端面分别与高、低气缸相连，机身两侧壁上的圆孔通过轴承座安装曲轴轴承，取去前轴承座，即可方便地拆装曲轴、连杆，机身下部曲轴箱兼作油池，同时用地脚螺栓与基础固定。所有检查孔盖均垫以软垫，以使机身密封。在机身立列颈部有通气孔，通过细管与吸气管连接，以防填料不严密时漏气使机身内产生过高的压力。

2、曲轴部件见图9-9曲轴由球墨铸铁制成。L型空压机的曲轴，它仅有一个曲拐，为高低压缸两连杆所共有，传递电动机的扭矩。曲柄上在曲拐的对面固定着两块平衡铁，用来平衡曲柄部分的旋转质量，曲轴的外伸端有锥度，可以方便地拆装皮带轮。在曲轴后端接有传动齿轮油泵的小轴，并经过小轴上的蜗轮蜗杆机构传动柱塞油泵。曲轴上钻有油孔，以使齿轮油泵排出的润滑油通过曲轴瓦，十字头销瓦等摩擦面进行润滑。两个或三个双列径向调心滚柱轴承紧配合于曲轴的两侧，一端轴承盖与轴承间留有1.5～2.5的热膨胀间隙。

3、连杆部件连杆由大头，小头和杆体组成。大头分为开式，嵌有巴氏合金瓦，大头的盖子用连杆螺栓与曲柄组装在一起，大头的轴瓦间隙可以用垫片调节。小头为整体式，在小头内镶有整圆的铜套，穿入十字销与十字头相连。杆体截面有圆形、环形、矩形、工字形等，其材料通常为球墨铸铁，杆体内有贯穿大小头的油孔，该孔把润滑油输送到十字头，使曲柄销和连杆，连杆和十字头销之间的相对运动部分得到润滑。连杆的大头与曲轴一起转动，其小头和十字头一起作往复运动，连杆本身作平面摆动，其主要作用是变旋转运动为往复运动。4、十字头部件十字头有整体式和分开式两种。整体封闭式，用球墨铸铁制成，其一端螺孔与活塞杆相连，活塞杆拧入十字头的长度可以变动，用以调节活塞和气缸之间的间隙改变余隙容积。横向的圆孔内装有十字头销与连杆小头相连，十字头销内有油孔，从连杆来的润滑油经十字头销进入十字头上下的滑履上，以润滑滑履和滑道间的相对摩擦面，润滑后的润滑油流回曲轴箱，即油池。

注意：十字头销在十字头内的位置不能调换，若方向装反，油路完全切断，十字头滑履得不到供油会造成摩擦面烧毁的机械事故。三、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。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和注油逆止阀注入气缸及填料处。（图9—11）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。四、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（见图9-13）、后冷却器、水泵、管路以及冷却水池（或冷却水塔）组成。

五、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9—14和图9—15）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2～3%，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（图9—16）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。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方式（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；但这种调节装置结构复杂，且增大了气缸尺寸，只用于大型空压机。六、安全保护装置温、水、油、压的保护。防止超温、断水、断油、超压。§9—4活塞式空压机的附属设备

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）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2～3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Q〈6m3/min时，Vc=0.2Q，m3；当Q=6～30m3/min时，Vc=0.15Q，m3；当Q〉30m3/min时，Vc=0.10Q，m3；2）根据压缩比计算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12～15m。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。

第四节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。1.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。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：1.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：α1——沿管路全长的漏气系数；

α2——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（m3／min）;ki——同型号风动机具的同时工作系数。2.压缩空气站总的供气量

1）

2）α2＝1.1～l.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。2.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=0.83台：Ki=0.64台：Ki=0.53．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。三、选择电动机和电控设备四、选择冷却设备

任务：水泵及拖动水泵的电动机以及水管的选型计算。

1）水泵必须的排水量压缩空压站一般设置三台水泵，一台冷水泵，一台热水泵；另一台作为备用。冷却水泵必须的排水量：式中n——同时工作的空压机台数。

Qi——每台空压机的耗水量。四、选择冷却设备

2）水泵所需的扬程（1）冷水泵的扬程H式中Hx——水泵吸水高度。一般为2.0～2.5（m）；Hp——排水高度，即水泵轴线至空压机冷却系统最高位置的垂直高度（m）Hj——空压机本身冷却系统的阻力损失，即自空压机冷却水进口经中间冷却器至水套出口的阻力损失。设计时可取1.5～3（m）ΣΔH——供水管路的阻力损失，四、选择冷却设备

2）水泵所需的扬程ΣΔH——供水管路的阻力损失，λ——沿程阻力系数（约为0.02～0.03）L——供水管实际长度（m）L’——供水管上各种管件的折算长度的总和（m）；d——供水管内径（m）v——供水管内水流速度（m／s）。（2）热水泵所需的扬程H式中：Hp——排水高度。即泵轴线至喷水池喷嘴之间的垂直高度，约为2～4m；或泵轴线至冷却水塔上喷嘴（或淋水装置）之间的垂直高度，一般约为4～6m；Hb——喷嘴的工作水头4~6m。

(3）选择水泵型式冷水泵和热水泵所需的扬程可能不同，但以选用相同型号的水泵为宜，一般选用单级离心泵。拖动水泵的电动机，通常由厂家配套供应，无需计算。

（4）选择冷却水管冷却水管直径可按下式计算：

五、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15m。

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，

1）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。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.校验压力损失5．年电耗空压机站总耗电量包括空压机耗电量、冷却水泵耗电量及机站照明以及维修用电量（后两项耗电量，可按实际需要量计算或估算）。

1）空压机年耗电量：式中：K——空压机负荷系数，等于空压机实际排气量与额定排气量的比值；

Z——同时工作空压机的台数，

Nk——空压机轴功率，可取之产品技术规范；

t—空压机每天的工作小时数，三班工作制取21；

d——空压机年工作天数；

2）水泵年耗电量式中Nd——水泵轴功率。

3）总电耗

E=E1+E2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（M1～M4），准备6个头（N1～N6），集中巷采用喷射混凝土支护，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。1．计算矿井所需的供气量：98.37

m3/min2.计算出口压力

L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3490m3.选择空压机的型式和台数选用四台5L—40／8型空压机，该机配用TDKll8/24－16型同步电动机及4.6m3的储气罐。4．选择各段管道直径4．选择各段管近直径支管L=100+386+253+450+300+250+250=1989m干管L=100+386+253+450+300+250+250+1500=3489m5.校验空压机的排气压力一、矿山气压缩设备的安全运行和操作（一）矿山气压缩设备的安全运行（二）矿山气压缩设备的操作步骤1.操作检查检查：螺栓、电气设备、传动部分、润滑油、冷却水量、安全装置。关闭减荷阀等，使空压机调至空载启动位置。隔离开关、断路器等启动设备应在断开位置；人工盘车2-3转，检查运动部分有无卡阻、异常现象。第五节矿山气压缩设备的操作、运行、维护与故障处理2.操作顺序(1)启动:启动辅助设施开启冷却水按要求操作有关闸阀,人为卸荷注润滑油启动电动机电机达到正常转速后,解除人为卸荷进入正常工作状态.(2)停机:人为卸荷---断电停止电动机运转----解除人为卸荷-----关闭冷却水和辅助设施.3.正常操作(1)空压机必须无负荷启动.(2)启动(或操作)辅助设施第五节矿山气压缩设备的操作、运行、维护与故障处理①开启冷却水路,观察回水漏斗是否有充足的水流过;②打开空压机与储气罐间排气管道上的闸阀;③对卸荷器进行人为卸荷,有压力调节器的将三通阀通大气,使气缸余隙解除封闭;④用手摇泵将缸润滑油打入气缸、十字头、轴承及曲轴轴瓦等处；3.启动电动机:①同步电动机异步启动后增速至额定,异步转速时,及时励磁牵入同步,励磁可以调至过激,以改善网路功率因数,但过激电流、电压应符合所用励磁装置的工作曲线。②绕线式异步电动机采用变阻器启动时，电机滑环手把应在“启动”位置。