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1、第三章第三章 矿山紧缩空气设备矿山紧缩空气设备 紧缩空气不断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展。由于像凿岩机这类风开工具的冲击力强，适用于钻削巩固的岩石，而且风开工具构造简单、分量轻、操作方便，尤其在有瓦斯和煤层爆炸危险的矿井里，运用这种动力比电力平安。虽然整个气力系统包括紧缩空气的消费和保送，以及在风动机具中的运用的效率很低，本钱较高，但目前矿山采掘任务，依然普遍采用风开工具来凿岩和落煤。 空气紧缩设备是指紧缩和保送气体的整套设备。包括空气紧缩机简称空压机、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
2、设备、管路等。二、空压机的分类Pg96现代工业中运用的紧缩机种类很多，按其构外型式不同，分类如下：n n空压机的主要构造：Pg107，L型，气缸直角式布置机身机身Pg111Pg111 过去矿山最广泛运用的是低压p106Pa活塞式紧缩机，目前螺杆式和滑片式紧缩机以根本替代活塞式。常见的活塞式紧缩机有以下几种：1、按气缸中心、按气缸中心线的相的相对位置分位置分 可分可分为立式、卧式、立式、卧式、角式可分角式可分为V型、型、L型、型、W型三种。型三种。2、按、按紧缩级数分数分 可分可分为单级、双、双级、多、多级三种。三种。3、按活塞往复一次作用次数分、按活塞往复一次作用次数分 可分可分为单作用、双作
3、用。作用、双作用。4、按冷却方式分、按冷却方式分 可分可分为水冷式、水冷式、风冷式。冷式。n n空气紧缩机的两级紧缩空气紧缩机的两级紧缩n n1、定义、定义n n两两级级紧紧缩缩是是将将气气体体的的紧紧缩缩过过程程分分两两级级，在在第第一一级级紧紧缩缩后后，将将气气体体导导入入中中间间冷冷却却器器进进展展冷冷却，再经第二级紧缩后排出以供运用。却，再经第二级紧缩后排出以供运用。n n2、采用两级紧缩的缘由、采用两级紧缩的缘由n n1容积系数的减小容积系数的减小 限制了紧缩比的提高；限制了紧缩比的提高；n n2排气温度增高限制了紧缩比的提高；排气温度增高限制了紧缩比的提高；n n3规规定定：空空压
4、压机机排排气气温温度度，单单缸缸不不得得超超越越190oC，双双缸缸不不得得超超越越160oC。以以此此为为条条件件，可可计计算算出出在在最最不不利利的的情情况况下下即即绝绝热热紧紧缩缩，单单级级紧紧缩缩的的极极限限紧紧缩比约为缩比约为5。 n n4矿矿用用空空压压机机属属中中压压空空压压机机，排排气气压压力力为为0.70.8MPa，其其紧紧缩缩比比为为78，所所以以必必需需采采用用两两级级紧紧缩缩。高高压压空空压压机机还还有有采采用多级紧缩的。用多级紧缩的。两级紧缩的任务系统Pg105图9-6两级紧缩的优点1、节省功耗。采用两级紧缩除了可以提高空压机排气量和降低排气温度外，还可以节省功率的耗
5、费；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；采用两级紧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、中间冷却器可以分别一部分油和水，提高压气的质量。三、冷却系统与光滑系统1、空压机冷却的意义和方式1意义Pg101，按等温紧缩最有利2方式 空压机的冷却方式可分为风冷式和水冷式两种，风冷是使紧缩过程放出的热量由气缸壁辐射，发散于大气中。为了添加发散面积，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。普通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
6、、水泵、管路以及冷却水池或冷却水塔组成。 n n1冷却系统n n1作用：降低压气的温度 。n n2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n n2光滑系统 n n空压机有两套光滑系统。一套靠齿轮泵保送光滑油光滑曲轴、连杆、十字头等传动系统，光滑油池位于机架内底部，光滑油经过粗过滤器、油冷却器后被吸进齿轮泵，增压后经过精过滤器进入空压机内光滑部位，最后又流回油池。另一套靠注油器将空压机油压入气缸进展光滑，油进入气缸后即随着压气排走。图14-17为
7、L型空压机光滑系统。图14-17 L型空压机光滑系统原理图1-曲轴；2-传动空心轴；3-蜗轮蜗杆；4-外壳；5-从动轮；6-自动轮；7-油压调理阀；8-螺帽；9-调理螺钉；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、停顿空压机任务n=0，那么Q=0。此法虽能节省电能耗费，但电动机经常启动和停顿，对于电路负荷极为不利。因此，只能用于小容量的空压机调理。采用此法调理时，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
8、、封锁吸气管调理封锁吸气管调理安装由减荷阀和压力调理器。见 图914和图9153 3 3 3、压压开吸气开吸气开吸气开吸气阀调阀调理理理理 利利利利用用用用一一一一个个个个压压开开开开安安安安装装装装，把把把把吸吸吸吸气气气气阀阀强强强强迫迫迫迫压压开开开开，使使使使吸吸吸吸气气气气阀阀全全全全部部部部或或或或部部部部分分分分地地地地丧丧失失失失正正正正常常常常任任任任务务才才才才干干干干，吸吸吸吸进进的的的的空空空空气气气气在在在在紧紧缩缩和和和和排排排排气气气气行行行行程程程程中中中中仍仍仍仍回回回回到到到到吸吸吸吸气气气气管管管管路路路路，不不不不向向向向排排排排气气气气管管管管道保送道
9、保送道保送道保送压压气，以到达气，以到达气，以到达气，以到达调调理排气量的目的。理排气量的目的。理排气量的目的。理排气量的目的。 压压开开开开吸吸吸吸气气气气阀阀调调理理理理安安安安装装装装由由由由压压力力力力调调理理理理器器器器和和和和压压开开开开叉叉叉叉两两两两部分构成，部分构成，部分构成，部分构成，压压开叉的开叉的开叉的开叉的动动作由作由作由作由压压力力力力调调理器控制。理器控制。理器控制。理器控制。 压压开吸气开吸气开吸气开吸气阀阀的的的的调调理安装可分理安装可分理安装可分理安装可分为为两种方式：两种方式：两种方式：两种方式：1 1 1 1完全完全完全完全压压开吸气开吸气开吸气开吸气阀
10、阀 调调理理理理时时，在在在在空空空空压压机机机机的的的的全全全全部部部部行行行行程程程程中中中中吸吸吸吸气气气气阀阀一一一一直直直直处处于于于于压压开开开开形形形形状状状状，吸吸吸吸进进的的的的气气气气体体体体将将将将全全全全部部部部自自自自吸吸吸吸气气气气阀阀前前前前往往往往到到到到吸吸吸吸气管中，故排气量气管中，故排气量气管中，故排气量气管中，故排气量为为零，属延零，属延零，属延零，属延续调续调理。理。理。理。 压压开开开开吸吸吸吸气气气气阀阀时时，空空空空压压机机机机处处于于于于空空空空运运运运转转形形形形状状状状，由由由由于于于于仅仅需需需需抑抑抑抑制制制制吸吸吸吸气气气气阀阀阻阻阻
11、阻力力力力呵呵呵呵斥斥斥斥的的的的功功功功耗耗耗耗，故故故故调调理理理理的的的的经经济济性性性性较较好。好。好。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，调理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%三级调理。气量的变化是经过双压力调理器来控制压开叉动作。 调理压力调理器中弹簧的预紧力，可以改动压力调理器的开闭压力。2部分行程压开吸气阀调理 当进气行程终了时，气阀仍被强迫顶开，在进入紧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迫作用取消，吸气阀封锁，在剩余
12、的行程中气体遭到紧缩并排出。按照吸气阀在紧缩行程中压开时间的长短，可以得到延续的多级调理。 压开吸气阀调理，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、平安维护安装五、平安维护安装 温、水、油、压的维护。防止超温、水、油、压的维护。防止超温、断水、断油、超压。温、断水、断油、超压。六、活塞式空压机的附属设备Pg115 一滤风器一滤风器1 1、作用、作用2 2、构造、构造 滤滤风风器器的的构构造造主主要要由由壳壳体体和和滤滤芯芯组组成成。按按滤滤芯芯资资料料的的不不同同分分为为许许多多种种：如如纸纸质质的的、织织物物的的、泡泡沫沫塑塑料料的的、金金属属的的等等。空空压
13、压机机中中用用得得最最普遍的是纸质和金属滤芯的滤风器。普遍的是纸质和金属滤芯的滤风器。 金金属属网网滤滤风风器器的的构构造造见见图图9-9-1818 ：机机壳壳由由筒筒体体、两两端端封封头头组组成成；筒筒内内滤滤芯芯由由多多层层波波纹纹状状铁铁丝丝做做成成筒筒形形过过滤滤网网，外外表表涂涂一一层层粘粘性性油油普普通通用用60%60%气气缸缸油油和和40%40%柴柴油油相相混混合合，灰尘粘于网上，空气得以过滤。灰尘粘于网上，空气得以过滤。 二储气罐二储气罐1 1、作用、作用1 1稳压稳压2 2储气储气3 3分别紧缩空气中的油和水分别紧缩空气中的油和水2 2、构造、构造 储储气气罐罐有有立立式式和
14、和卧卧式式两两种种。立立式式储储气气罐罐是是用用锅锅炉炉钢钢板板焊焊接接的的筒筒状状密密封封容容器器，其其高高度度约约为为直直径径D D的的2 23 3倍倍，进进气气接接纳纳在在下下，排排气气接接纳纳在在上上，进进气气接接纳纳在在罐罐内内的的一一段段呈呈弧弧形形，它它的的出出气气口口向向下下倾倾斜斜且且弯弯向向罐罐壁壁，使使气气体体进进入入罐罐内内后后产产生生旋旋转转，以以便便更更好好地地分分别别空空气气中中的的油油水水，借借助助于于空空气气把把油油水水从从排排泄泄阀阀排排出出。储储气气罐罐上上设设置置清清洗洗用用的的人人孔孔及及安安装装平安阀和压力计的管接头等。平安阀和压力计的管接头等。 当
15、压力不超越当压力不超越1MPa1MPa时，要对储气罐用超越任务压力时，要对储气罐用超越任务压力1.51.5倍的压力进展水压实验。储气罐须装设在地基倍的压力进展水压实验。储气罐须装设在地基之上，并装在空压机房外面接近空压机房的阴凉地之上，并装在空压机房外面接近空压机房的阴凉地方，与空压机房的间隔不超越方，与空压机房的间隔不超越121215m15m。装在机房。装在机房外面是为了平安。外面是为了平安。在储气罐与空压机之间的排气管道上，不应装闸阀，在储气罐与空压机之间的排气管道上，不应装闸阀，由于闸阀封锁时启动空压机能够引起事故。假设必由于闸阀封锁时启动空压机能够引起事故。假设必需装设闸阀，须在它的前
16、面装设平安阀及通到调理需装设闸阀，须在它的前面装设平安阀及通到调理器的小管。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，绝对制止用火烧的方法来清洗。清洗，绝对制止用火烧的方法来清洗。每个储气罐上应装设以下附件：每个储气罐上应装设以下附件：1 1平安阀和释压阀；平安阀和释压阀；2 2清理和检查用的人孔或手孔；清理和检查用的人孔或手孔；3 3指示储气罐内空气压力的压力表；指示储气罐内空气压力的压力表；4 4储气罐底部应有排放油水的压力表。储气罐底部应有排放油水的压力表。 七、七、 压气设备选型设计压气设备选型设计Pg125n n一、设计的
17、原始资料一、设计的原始资料n n(1)采采掘掘机机械械配配置置图图，同同时时运运用用的的风风动动机机具具的的型号和台数；型号和台数；n n(2)机机修修厂厂、井井口口及及井井底底车车场场运运用用的的风风动动接接卸卸的型号和台数，或用风的数量；的型号和台数，或用风的数量；n n(3)地面工业广场的平面图，巷道开辟系统图；地面工业广场的平面图，巷道开辟系统图；n n(4)最远采区的间隔，各程度及井口标高；最远采区的间隔，各程度及井口标高；n n(5)矿井年产量及效力年限。矿井年产量及效力年限。n n二、设计的主要义务二、设计的主要义务n n(1)选择空压机的型式并确定所需的台数；选择空压机的型式并
18、确定所需的台数；n n(2)选择电动机及电控设备；选择电动机及电控设备； n n(3)选择空压机的辅助设备；选择空压机的辅助设备；n n二、设计的主要义务二、设计的主要义务n n(4)选择输气管道及附件；选择输气管道及附件；n n(5)提出级数经济指数；提出级数经济指数；n n(6)绘制紧缩空气站的设备布置图及管道布置绘制紧缩空气站的设备布置图及管道布置图。图。 n n三、选型设计的步骤和方法三、选型设计的步骤和方法n n1供气方案的选择供气方案的选择n n1地面集中供气地面集中供气n n在地面工业广场内集中设置一个空压机站，担在地面工业广场内集中设置一个空压机站，担任一切用气机械的供气。任一
19、切用气机械的供气。 n n优点是供电方便，设备集中，冷却水可循环运优点是供电方便，设备集中，冷却水可循环运用用 ；n n缺陷是离用气地点远，敷设的管道长，投资高，缺陷是离用气地点远，敷设的管道长，投资高，阻力损失大，远间隔供气不及时。阻力损失大，远间隔供气不及时。 n n适用于用气量较集中的系统。适用于用气量较集中的系统。 n n三、选型设计的步骤和方法三、选型设计的步骤和方法n n1供气方案的选择供气方案的选择n n2分区供气分区供气n n在地面分区或在井下设置空压机站。假设供气在地面分区或在井下设置空压机站。假设供气范围大而分散，可采用在地面设分区站房，低范围大而分散，可采用在地面设分区站
20、房，低沼气矿井空压机可设置在井下。优点是离用气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，供气及地点较近，敷设压气管道短，压损小，供气及时；缺陷是供电费用高，空气湿度大，使空压时；缺陷是供电费用高，空气湿度大，使空压机的排气量减少，冷却水不能循环运用。机的排气量减少，冷却水不能循环运用。n n3挪动式供气挪动式供气n n适用于用气量少而又分散的供气情形。适用于用气量少而又分散的供气情形。 n n三、三、选型型设计的步的步骤和方法和方法n n2空空压机型号和台数确机型号和台数确实定定n n1空空压机站必需供气量确机站必需供气量确实定定n n空空压机站必需的供气量与所
21、用的机站必需的供气量与所用的风开工具的耗开工具的耗气量有关。常用气量有关。常用风开工具的耗气量和表开工具的耗气量和表14-1所列。所列。 n n空空压机站必需的供气量卡按下式机站必需的供气量卡按下式计算：算：n nQ123niqiki 1412n n式中：式中：1沿管路全沿管路全长的漏气系数，表的漏气系数，表142；2风动机械磨机械磨损后，耗气量添加系数，后，耗气量添加系数，取取1.101.15；3海拔海拔调度修正系数，度修正系数，表表143；ni用气量最大任用气量最大任务时间内同型号内同型号风开工具的台数开工具的台数 ；qi某某类型型风开工具的耗开工具的耗气量，气量，m3/min ；ki同型
22、号同型号风开工具的同开工具的同时运用系数，运用系数，见表表14-4 。n n三、三、选型型设计的步的步骤和方法和方法n n2空空压机型号和台数确机型号和台数确实定定n n2估算空估算空压机必需的出口机必需的出口压力力n n出口出口压力力应保保证任任务地点的地点的压力要比力要比风动机械机械的的额定定压力高一个大气力高一个大气压外，同外，同时还要思索要思索输气管路和任气管路和任务面面软管的最大管的最大压力力损失。因此，失。因此，空空压机必需的出口机必需的出口压力力 p应按下式按下式计算：算：n np pe + pi +0.11413n npe所用所用风动机具中最大的机具中最大的额定任定任务压力，力
23、，MPa； n npi估算的估算的输气管道中最气管道中最远一路的一切一路的一切压力力损失之和，失之和，MPa，可按，可按1 km管管长损失失0.030.04 MPa进展展计算；算； n n0.1思索到橡胶思索到橡胶软管、旧管和上下山影响添管、旧管和上下山影响添加的加的压力力损失，失，MPan n三、选型设计的步骤和方法三、选型设计的步骤和方法n n2空压机型号和台数确实定空压机型号和台数确实定n n3确定空压机的型号和台数确定空压机的型号和台数n n在地面空压机站，选择台数时，普通所需空压在地面空压机站，选择台数时，普通所需空压机的总供气才干大于但尽能够接近矿井所需机的总供气才干大于但尽能够接
24、近矿井所需的供气量，空压机的台数普通不超越的供气量，空压机的台数普通不超越5台，同台，同时还要思索其中有一台备用空压机。在低沼时还要思索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颖风流经过的地方，但站要运输大巷中有新颖风流经过的地方，但站内每台空压机的才干普通不大于内每台空压机的才干普通不大于20 m3/min，台数不超越，台数不超越3台，空压机和风包必需分别装台，空压机和风包必需分别装设在两个硐室内。设在两个硐室内。n n为了便于维修和管理，应尽能够选用同一型号、为了便于维修和管理，应尽能够选用同一型号、同一厂家的
25、空压机。备用空压机普通为一台，同一厂家的空压机。备用空压机普通为一台，备用供气量为总供气量的备用供气量为总供气量的20%50%。假设。假设选用不同型号的空压机，其备用量应按最大选用不同型号的空压机，其备用量应按最大一台检修时，其他各台空压机的总供气量仍一台检修时，其他各台空压机的总供气量仍能满足所需用气量的原那么确定。能满足所需用气量的原那么确定。n n三、三、选型型设计的步的步骤和方法和方法n n3输气管道的气管道的选择 n n1管材的管材的选择n n输气管道从空气管道从空压机站到采掘任机站到采掘任务面，管路固定面，管路固定不不动，普通，普通选用用焊接接钢管或无管或无缝钢管；任管；任务面面由
26、于由于风开工具开工具经常要挪常要挪动，采用橡胶，采用橡胶软管，由管，由于胶管于胶管压力力损失大，其失大，其长度普通不大于度普通不大于15m。n n2管径的管径的选择n n根据根据输气管路布置和各用气点的耗气量，确定气管路布置和各用气点的耗气量，确定出每一管段的流量出每一管段的流量Qi，再，再计算各管段的直径算各管段的直径di，根据，根据钢管管规格表格表选取取规范管径范管径di。n n三、三、选型型设计的步的步骤和方法和方法n n4计算管路的算管路的压力力损失失n n1计算各管段的算各管段的压力力损失失n n式中：式中：pi各管段的各管段的压力力损失，失，MPa； di计算管段的内径，算管段的内
27、径，m；Li计算管段的管算管段的管长，Li=1.15L，m； L计算管段的算管段的实践践长度，度，m； Qi经过该计算管段的算管段的压气量，气量，m3/min。 n n三、三、选型型设计的步的步骤和方法和方法n n4计算管路的算管路的压力力损失失n n2确定最不利管路及其确定最不利管路及其总压力力损失失pi计算算n n在枝状管网中，空在枝状管网中，空压机的供气机的供气压力要根据管力要根据管网中所需能量最大的分支来确定。普通情况网中所需能量最大的分支来确定。普通情况下，把管路下，把管路压力力损失与所在用气点失与所在用气点风动机械机械额定任定任务压力之和最大的分支称力之和最大的分支称为最不利管最不
28、利管路，其所需能量最多。路，其所需能量最多。n n3计算算实践所需的空践所需的空压机出口机出口压力力 n np pe + pi +0.11415n n假假设计算得出的算得出的压力力值大于所大于所选空空压机的机的额定排气定排气压力，力，应适当适当调整管路各管段管径。整管路各管段管径。表14-2 沿管路全长漏气系数表管路全管路全长长/km/km122 1 11.101.101.151.151.201.20表14-3 海拔高度修正系数海海拔拔高高度度4 40 00 05 50 00 06 60 00 07 70 00 08 80 00 09 90 00 0 31. 1.0 04 41. 1.0 05
29、 51. 1.0 06 61. 1.0 07 71. 1.0 08 81. 1.0 09 9海海拔拔高高度度1 10 00 00 01 11 10 00 01 12 20 00 01 13 30 00 01 14 40 00 01 15 50 00 0 31. 1.1 10 01. 1.1 11 11. 1.1 12 21. 1.1 13 31. 1.1 14 41. 1.1 15 5表14-4 风动机具的同时运用系数同型号同型号风风开工开工具运用具运用台数台数nini10101131130 03163160 0660 0同同时时运运用系数用系数kiki1.001.000.80.85 50.8
30、40.840.750.750.750.750.650.650.60.65 5的规定第四百三十七条 空气紧缩机必需有压力表和平安阀。压力表必需定期校准。平安阀和压力调理器必需动作可靠，平安阀动作压力不得超越额定压力的1.1倍。运用油光滑的空气紧缩机必需装设断油维护安装或断油信号显示安装。水冷式空气紧缩机必需装设断水维护安装或断水信号显示安装。第四百三十八条空气紧缩机的排气温度单缸不得超越190、双缸不得超越160。必需装设温度维护安装，在超温时能自动切断电源。空气紧缩机吸气口必需设置过滤安装。空气紧缩机必需运用闪点不低于215的紧缩机油。第四百三十九条空气空气紧缩紧缩机的机的风风包，在地面包，在
31、地面应设应设在室外阴凉在室外阴凉处处，在，在井下井下应设应设在空气流在空气流畅畅的地方。在井下，固定式的地方。在井下，固定式紧缩紧缩机和机和风风包包应应分分别设别设置在置在2 2个个硐硐室内。室内。风风包内的温度包内的温度应坚应坚持在持在120120以下，并装有超温以下，并装有超温维护维护安装，在超安装，在超温温时时可自可自动动切断切断电电源和源和报报警。警。风风包上必需装有包上必需装有动动作可靠的平安作可靠的平安阀阀和放水和放水阀阀，并有，并有检查检查孔。必需定期去除孔。必需定期去除风风包内的油垢。新安装或包内的油垢。新安装或检检修后的修后的风风包，运用包，运用1.51.5倍空气倍空气紧缩紧缩机任机任务压务压力做水力做水压实验压实验。在。在风风包出口管路上必需加装包出口管路上必需加装释压阀释压阀，释压释压阀阀的口径不得小于出的口径不得小于出风风管的直径，管的直径，释释放放压压力力应为应为空空气气紧缩紧缩机最高任机最高任务压务压力的力的1.251.251.41.4倍。倍。
