四篇压气设备

第四篇

矿山压缩空气设备辽宁工程技术大学第十六章

概述§16-1空气压缩机的用途及类型一、压缩空气的应用：1）做动力源驱动风动机械和工具；2）科学研究和生产实验（气密性）；3）管道清扫；4）分离稀有气体（O2、N2）。

二、气体压缩机:

化工、石油、冶金、轻工、纺织及采矿等工业中广泛使用各种各类的气体压缩机。气体压缩机是近代工业生产中不可缺少的通用机械。（一）容积式往复式：活塞式回转式：滑片式、螺杆式（二）速度式轴流式、离心式

三、空压机在矿山中的作用：生产压缩空气，为各种风动机具提供动力源。与电力比较的优点：1）不产生电火花，无触电危险，安全性高；2）速度高、冲击力强的要求；3）过负荷能力大；4）排出的空气可有利于改善工作环境；5）对工作环境要求不高。

缺点：效率低，运行费用高。四、矿山空压机站的设备组成：电动机及电控设备、空压机、滤风器、附属设备（后冷却器、风包）、管路、冷却泵站等。§16-2压缩机的类型及特点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。一、活塞式压缩机1、工作原理：空气在气缸内被往复运动的活塞压缩使压力升高。2、活塞式压缩机分类：1）按气缸的中心线位置分：立式（Z）、卧式（N）、角度式（V、W、L、S）2）按作用方式分：单作用、双作用3）按压缩级数分：单级、双级、多级4）按冷却方式分：水冷式、风冷式3、特点：1、流量、压力使用范围大；2、背压稳定；3、结构比较完善；4、结构复杂，易损件多，维修量大。二、无油润滑活塞式压缩机密封元件（活塞环和密封环）材料：充填聚四氟乙烯——结晶性高分子聚合物（具有自润滑性能）。充填材料：青铜粉、石墨、碳、二硫化钼、玻璃纤维、二氧化硅。无油润滑的优点：1)节省大量的润滑油；2)由于F4的摩擦系数小，改善了气缸相关件的磨损情况，延长了使用寿命；3)净化了压缩空气，保证了风动机具的安全使用，并且改善了环境卫生；4)气缸实现了无油润滑，避免了由于气缸过热引起润滑油燃烧、气缸爆炸的危险，有利于安全运转；5)取消了注油器润滑系统，避免了跑油、漏油事故，减少了维修量。三、双螺杆式压缩机：1、工作原理和工作过程：气缸：截面呈∞形气缸内：平行装置两个转子——

阳转子(又称阳螺杆)和阴转子(又称阴螺杆)2、类型：无油（干式）、喷油3、特点：1）体积小，运输、安装方便；2）结构简单，易损件少，维护方便，使用年限长；3）压缩排气连续进行，排出的气体没有脉动现象；4）比功率较大，效率较低；5）运转中噪音大；6）转子形状复杂，要求加工精度高、制造困难等。无油螺杆压缩机Q=3-1000m3/min；单级压比1.5-3.5

喷油螺杆压缩机Q=0.2

-100m3/min；单级压比14，排气压力2.5MPa四、单螺杆压缩机单螺杆压缩机:开式和半封闭式开式：电动机与压缩机分体，用联轴器直联，其通用性强，便于维护使用。半封闭式：电动机与压缩机安装在同一外壳内，集电动机与压缩机于一体。1．工作原理组成：机壳、一个螺杆与两个星轮。工作原理：螺杆的螺槽、机壳内表面和星轮齿面构成工作容积。运转时，由螺杆带动星轮旋转，气体由吸气腔进入螺槽内，经压缩后，通过机壳座上的排气孔口排入排气腔排出体外。机壳上开有喷油孔，将油喷入工作容积内，完成油的密封、冷却和润滑作用。螺杆有六个螺槽与两个星轮配合使用，单螺杆压缩机相当于一台六缸双作用的活塞式压缩机。2．工作过程（1）吸气过程（图a）：螺杆的螺槽在星轮齿尚未啮入前与吸气腔相同，处于吸气状态。当螺杆转到一定位置时，星轮齿面将螺槽封闭，此时吸气过程结束。（2）压缩过程（图b）：吸气过程结束后，螺杆继续转动，随着星轮齿沿着螺槽推进，封闭的工作容积逐渐减小，实现气体的压缩过程。当工作容积与排气孔连通时，压缩过程结束。（3）排气过程（图c）：工作容积与排气孔口连通后，随和螺杆继续转动，被压缩气体由排气孔输送至排气管道，直至星轮齿脱离螺槽为止。3．单螺杆压缩机结构特点（1）结构简单、体积小和无气阀组件等。（2）由于两个星轮在螺杆两侧对称配置，结构合理，具有理想的动力平衡性。（3）单机容量大，无余隙容积。（4）主机星轮材料采用特殊的高分子复合材料，具有自润滑性、耐磨性好、寿命长及能吸收振动等。（5）螺杆转速在3000r/min以下，螺杆与电动机直接联接，无变速器装置，不需加增速齿轮。（6）噪声低、振动小、对基础无特殊要求。五、滑片式空压机1、工作原理结构：转子中心与气缸中心的偏心距：（0.05-0.1）D气缸长度：（1.5-2.0）D滑片厚度：1-3mm片数：8-24片2、滑片式压缩机的特点：结构简单紧凑、易损件少、重量轻，寿命长。密封困难、效率低。适用于：Q=0.5-500m3/min；p=4.5MPa以下（二级）第十七章活塞式空压机的工作理论及结构§17-1活塞式空压机理论工作循环1、吸气过程2、压缩过程3、排气过程4、膨胀过程§17-2活塞式空压机实际工作循环§17-3活塞式空压机两级压缩§17-4活塞式空压机排气量、功率和效率§17-5活塞式空压机的构造活塞式空压机的典型代表：

L型空压机：两级、双缸、复动、水冷式

主要组成：压缩机构、传动机构、润滑机构、冷却机构、排气量调整机构、安全保护装置等六部分

型号意义：一、空压机主要部件1、机身材质：铸铁作用：（1）气缸的支承座；（2）承受作用力；（3）传动机构导向和定位。L型机身结构：外形为正置的直角形；垂直、水平颈部：立列、卧列的十字头滑道，颈部法兰端面与高、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；机身下部曲轴箱兼作油池；机身用地脚螺栓与基础固定。2、曲轴部件

材质：球墨铸铁；

作用：传递电动机的扭矩；

结构：有一个曲拐（高低压缸两连杆共用），曲柄上在曲拐的对面固定着两块平衡铁（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；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（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。

3、连杆部件材质：球墨铸铁；作用：其主要作用是变旋转运动为往复运动；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，结构：连杆由大头，小头和杆体组成。大头：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：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，杆体内有贯穿大小头的油孔，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。

4、十字头部件材质：球墨铸铁；作用：连接小头和活塞杆，并一起作往复运动

；结构：整体式、分开式两种；整体封闭式：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。

5、活塞组件

活塞组件：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。

活塞环的开口形式有搭接开口、直开口和斜开口三种。L型空压机采用斜开口密封环。6、气缸部件材质：灰铸铁；作用：形成一定压缩容积；结构：L型空压机的气缸为开式铸造气缸，水冷双层壁结构。（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）7、气阀组件

气阀受力状况：拉伸、压缩、冲击、扭曲、弯曲、磨损、高温变化。气阀类型：两大类

强制阀：启闭由专门机构控制，而与气缸内压力变化无关；特点：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。

自动阀：启闭靠缸内和管路中气体压力变化而自行的完成。自动阀型式：环状阀、网状阀、舌簧阀、蝶阀和直流阀。

L型空压机：单层环状阀

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。8、填料装置作用：阻止活塞杆与气缸间的气体泄漏。结构：金属密封高压缸的金属密封结构：由垫圈、隔环、密封圈、挡油圈、弹簧等组成，两个垫圈和隔环分隔成两室，前室(靠近气缸侧)内放置两道密封圈。后室(靠近机架侧)放置两道挡油圈，防止传动系统的润滑油进入气缸。密封圈采用三瓣等边三角形结构，外缘沟槽内放有拉力弹簧扣紧，使它们的内圆面紧贴在活塞杆上，当内圈磨损后，借助弹簧的力量，使密封圈自动收紧，确保密封。密封室内的两个密封圈，其切口方向相反，放置时切口互相错开。挡油圈的结构形式和密封圈相似，只是内圆处开有斜槽，以便把活塞杆上的油刮下来不使其进入气缸。特点：自紧式，允许活塞杆产生一定的绕度，而不致影响密封性能。二、空压机的附属设备：1、滤风器1）作用：

过滤空气，以阻止空气中的灰尘和杂质进入气缸。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：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：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。

2、风包（储气罐）作用：稳压、储气、分离压缩空气中的油和水结构：立式、卧式两种。筒状密封容器：用锅炉钢板焊接，高度约为直径D的2～3倍、进气接管（在下）、排气接管（在上）、人孔（清洗和检查用）、安全阀、释压阀和压力表的管接头等、底部排放油水管。

每台空压机通常单独设置风包，一般是随机配套供应。

储气罐须装设在地基之上，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。3、冷却系统1）空压机冷却方式冷却方式：风冷式和水冷式两种，风冷：压缩过程放出的热量由气缸壁辐射，散发到大气中。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。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、后冷却器、水泵、管路以及冷却水池（或冷却水塔）组成。

4、润滑机构

润滑目的：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，二是传动机构（运动部件）的润滑。1）传动机构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。

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。三种润滑方式的比较：飞溅润滑：优点：简单，缺点：耗油量难以控制。喷雾润滑：

优点：结构也很简单，且第一级进气阀可得到润滑，

缺点：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：适用各种情况，但需增加压力设备。

5、排气量调节机构1）关闭吸气管法：

动作原理：当风包压力过高时，由与风包相连接的压力调节器动作，使减荷阀关闭。调节装置结构：减荷阀、压力调节器特点：（1）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。

（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。（3）调节级数少，只限于小排气量压缩机上。

2）压开吸气阀法：

动作原理：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结构：压力调节器、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。

压开吸气阀调节特点：

运转经济性好；调节级数较多（3级）；但阀开因受额外的负荷（弯曲与冲击），寿命较短；密封性差。

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