空气压缩设备.ppt

第九章矿山空气压缩设备,91概述现代企业中，使用压缩气体的机愈来愈多，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。,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。,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、附属设备、管路等。二、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,,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。常见的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。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。4、按冷却方式分可分为水冷式、风冷式。,三、活塞式空压机的工作原理图931、吸气过程2、压缩过程3、排气过程4、膨胀过程,92活塞式空压机的工作循环,一、活塞式空压机的性能参数1、排气量（V）在单位时间内测得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，称为空压机的排气量。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。,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几点假设（1）无余隙容积；（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）在整个排气过程，气缸内空气的状态保持不变并与风包中的空气状态相同；（4）气缸不漏气，气阀、吸排气管道无阻力；（5）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94）示功图的横坐标表示气缸容积V，纵坐标表示空气压力。,,,,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）按多变规律压缩,,,（2）按绝热规律压缩,,,,,,3、排气过程,4、理论循环功,按等温规律压缩时,按绝热规律压缩时,按多变规律压缩时,所以，等温压缩的循环功就是等温压缩的压缩功，压缩终了空气温度T2T1；,因此，,,,,,；,绝热压缩过程的循环功等于绝热压缩过程功的K倍，压缩终了空气温度；,多变压缩循环功等于多变压缩过程功的n倍，压缩终了温度。,（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95实际工作循环的工作过程吸气、压缩、排气、膨胀等四个过程。2、影响实际工作循环的因素（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,（其中一般α0.07～0.15，m多变膨胀指数，1〈m〈1.4〉,,,,三、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ε↑,令,则当,时,（,V0余隙容积，VT理论工作容积。），,m1时，可得最小的理论极限压缩比,,,2、压缩比受气缸润滑油温的限制（1）限制油温的原因（2）单级压缩的极限压缩比,取吸气温度T127320293K极限排气温度T2273190463KnK1.4,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。,（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。,93活塞式空压机的结构,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（4L20/8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911）,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n0，则Q0。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914和图915）,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916）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。,94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，Vc0.2Q，m3；当Q6～30m3/min时，Vc0.15Q，m3；当Q〉30m3/min时，Vc0.10Q，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。,