四篇壓氣設備

第四篇

礦山壓縮空氣設備遼寧工程技術大學第十六章

概述§16-1空氣壓縮機的用途及類型一、壓縮空氣的應用：1）做動力源驅(qū)動風動機械和工具；2）科學研究和生產(chǎn)實驗（氣密性）；3）管道清掃；4）分離稀有氣體（O2、N2）。

二、氣體壓縮機:

化工、石油、冶金、輕工、紡織及采礦等工業(yè)中廣泛使用各種各類的氣體壓縮機。氣體壓縮機是近代工業(yè)生產(chǎn)中不可缺少的通用機械。（一）容積式往復式：活塞式回轉(zhuǎn)式：滑片式、螺桿式（二）速度式軸流式、離心式

三、空壓機在礦山中的作用：生產(chǎn)壓縮空氣，為各種風動機具提供動力源。與電力比較的優(yōu)點：1）不產(chǎn)生電火花，無觸電危險，安全性高；2）速度高、沖擊力強的要求；3）過負荷能力大；4）排出的空氣可有利于改善工作環(huán)境；5）對工作環(huán)境要求不高。

缺點：效率低，運行費用高。四、礦山空壓機站的設備組成：電動機及電控設備、空壓機、濾風器、附屬設備（后冷卻器、風包）、管路、冷卻泵站等?！?6-2壓縮機的類型及特點目前礦山最廣泛使用的是低壓（p≤106Pa）活塞式壓縮機，近年來螺桿式和滑片式壓縮機的使用也逐漸增多。一、活塞式壓縮機1、工作原理：空氣在氣缸內(nèi)被往復運動的活塞壓縮使壓力升高。2、活塞式壓縮機分類：1）按氣缸的中心線位置分：立式（Z）、臥式（N）、角度式（V、W、L、S）2）按作用方式分：單作用、雙作用3）按壓縮級數(shù)分：單級、雙級、多級4）按冷卻方式分：水冷式、風冷式3、特點：1、流量、壓力使用范圍大；2、背壓穩(wěn)定；3、結(jié)構(gòu)比較完善；4、結(jié)構(gòu)復雜，易損件多，維修量大。二、無油潤滑活塞式壓縮機密封元件（活塞環(huán)和密封環(huán)）材料：充填聚四氟乙烯——結(jié)晶性高分子聚合物（具有自潤滑性能）。充填材料：青銅粉、石墨、碳、二硫化鉬、玻璃纖維、二氧化硅。無油潤滑的優(yōu)點：1)節(jié)省大量的潤滑油；2)由于F4的摩擦系數(shù)小，改善了氣缸相關件的磨損情況，延長了使用壽命；3)凈化了壓縮空氣，保證了風動機具的安全使用，并且改善了環(huán)境衛(wèi)生；4)氣缸實現(xiàn)了無油潤滑，避免了由于氣缸過熱引起潤滑油燃燒、氣缸爆炸的危險，有利于安全運轉(zhuǎn)；5)取消了注油器潤滑系統(tǒng)，避免了跑油、漏油事故，減少了維修量。三、雙螺桿式壓縮機：1、工作原理和工作過程：氣缸：截面呈∞形氣缸內(nèi)：平行裝置兩個轉(zhuǎn)子——

陽轉(zhuǎn)子(又稱陽螺桿)和陰轉(zhuǎn)子(又稱陰螺桿)2、類型：無油（干式）、噴油3、特點：1）體積小，運輸、安裝方便；2）結(jié)構(gòu)簡單，易損件少，維護方便，使用年限長；3）壓縮排氣連續(xù)進行，排出的氣體沒有脈動現(xiàn)象；4）比功率較大，效率較低；5）運轉(zhuǎn)中噪音大；6）轉(zhuǎn)子形狀復雜，要求加工精度高、制造困難等。無油螺桿壓縮機Q=3-1000m3/min；單級壓比1.5-3.5

噴油螺桿壓縮機Q=0.2

-100m3/min；單級壓比14，排氣壓力2.5MPa四、單螺桿壓縮機單螺桿壓縮機:開式和半封閉式開式：電動機與壓縮機分體，用聯(lián)軸器直聯(lián)，其通用性強，便于維護使用。半封閉式：電動機與壓縮機安裝在同一外殼內(nèi)，集電動機與壓縮機于一體。1．工作原理組成：機殼、一個螺桿與兩個星輪。工作原理：螺桿的螺槽、機殼內(nèi)表面和星輪齒面構(gòu)成工作容積。運轉(zhuǎn)時，由螺桿帶動星輪旋轉(zhuǎn)，氣體由吸氣腔進入螺槽內(nèi)，經(jīng)壓縮后，通過機殼座上的排氣孔口排入排氣腔排出體外。機殼上開有噴油孔，將油噴入工作容積內(nèi)，完成油的密封、冷卻和潤滑作用。螺桿有六個螺槽與兩個星輪配合使用，單螺桿壓縮機相當于一臺六缸雙作用的活塞式壓縮機。2．工作過程（1）吸氣過程（圖a）：螺桿的螺槽在星輪齒尚未嚙入前與吸氣腔相同，處于吸氣狀態(tài)。當螺桿轉(zhuǎn)到一定位置時，星輪齒面將螺槽封閉，此時吸氣過程結(jié)束。（2）壓縮過程（圖b）：吸氣過程結(jié)束后，螺桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，隨著星輪齒沿著螺槽推進，封閉的工作容積逐漸減小，實現(xiàn)氣體的壓縮過程。當工作容積與排氣孔連通時，壓縮過程結(jié)束。（3）排氣過程（圖c）：工作容積與排氣孔口連通后，隨和螺桿繼續(xù)轉(zhuǎn)動，被壓縮氣體由排氣孔輸送至排氣管道，直至星輪齒脫離螺槽為止。3．單螺桿壓縮機結(jié)構(gòu)特點（1）結(jié)構(gòu)簡單、體積小和無氣閥組件等。（2）由于兩個星輪在螺桿兩側(cè)對稱配置，結(jié)構(gòu)合理，具有理想的動力平衡性。（3）單機容量大，無余隙容積。（4）主機星輪材料采用特殊的高分子復合材料，具有自潤滑性、耐磨性好、壽命長及能吸收振動等。（5）螺桿轉(zhuǎn)速在3000r/min以下，螺桿與電動機直接聯(lián)接，無變速器裝置，不需加增速齒輪。（6）噪聲低、振動小、對基礎無特殊要求。五、滑片式空壓機1、工作原理結(jié)構(gòu)：轉(zhuǎn)子中心與氣缸中心的偏心距：（0.05-0.1）D氣缸長度：（1.5-2.0）D滑片厚度：1-3mm片數(shù)：8-24片2、滑片式壓縮機的特點：結(jié)構(gòu)簡單緊湊、易損件少、重量輕，壽命長。密封困難、效率低。適用于：Q=0.5-500m3/min；p=4.5MPa以下（二級）第十七章活塞式空壓機的工作理論及結(jié)構(gòu)§17-1活塞式空壓機理論工作循環(huán)1、吸氣過程2、壓縮過程3、排氣過程4、膨脹過程§17-2活塞式空壓機實際工作循環(huán)§17-3活塞式空壓機兩級壓縮§17-4活塞式空壓機排氣量、功率和效率§17-5活塞式空壓機的構(gòu)造活塞式空壓機的典型代表：

L型空壓機：兩級、雙缸、復動、水冷式

主要組成：壓縮機構(gòu)、傳動機構(gòu)、潤滑機構(gòu)、冷卻機構(gòu)、排氣量調(diào)整機構(gòu)、安全保護裝置等六部分

型號意義：一、空壓機主要部件1、機身材質(zhì)：鑄鐵作用：（1）氣缸的支承座；（2）承受作用力；（3）傳動機構(gòu)導向和定位。L型機身結(jié)構(gòu)：外形為正置的直角形；垂直、水平頸部：立列、臥列的十字頭滑道，頸部法蘭端面與高、低氣缸相連；機身兩側(cè)壁上的圓孔通過軸承座安裝曲軸軸承；機身下部曲軸箱兼作油池；機身用地腳螺栓與基礎固定。2、曲軸部件

材質(zhì)：球墨鑄鐵；

作用：傳遞電動機的扭矩；

結(jié)構(gòu)：有一個曲拐（高低壓缸兩連桿共用），曲柄上在曲拐的對面固定著兩塊平衡鐵（平衡曲柄部分的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量）；曲軸的外伸端有錐度，可以方便地拆裝皮帶輪；曲軸后端接有傳動齒輪油泵的小軸，并經(jīng)過小軸上的蝸輪蝸桿機構(gòu)傳動柱塞油泵。曲軸上鉆有油孔（使齒輪油泵排出的潤滑油通過曲軸瓦，十字頭銷瓦等摩擦面進行潤滑）；兩個或三個雙列徑向調(diào)心滾柱軸承緊配合于曲軸的兩側(cè)。

3、連桿部件材質(zhì)：球墨鑄鐵；作用：其主要作用是變旋轉(zhuǎn)運動為往復運動；連桿的大頭與曲軸一起轉(zhuǎn)動，其小頭和十字頭一起作往復運動，連桿本身作平面擺動，結(jié)構(gòu)：連桿由大頭，小頭和桿體組成。大頭：開式，嵌有巴氏合金瓦，大頭的蓋子用連桿螺栓與曲柄組裝在一起，大頭的軸瓦間隙可以用墊片調(diào)節(jié)。小頭：整體式，在小頭內(nèi)鑲有整圓的銅套，穿入十字銷與十字頭相連。桿體：截面有圓形、環(huán)形、矩形、工字形等，桿體內(nèi)有貫穿大小頭的油孔，把潤滑油輸送到十字頭，使曲柄銷和連桿，連桿和十字頭銷之間的相對運動部分得到潤滑。

4、十字頭部件材質(zhì)：球墨鑄鐵；作用：連接小頭和活塞桿，并一起作往復運動

；結(jié)構(gòu)：整體式、分開式兩種；整體封閉式：一端螺孔與活塞桿相連，活塞桿擰入十字頭的長度可以變動，用以調(diào)節(jié)活塞和氣缸之間的間隙改變余隙容積。橫向的圓孔內(nèi)裝有十字頭銷與連桿小頭相連，十字頭銷內(nèi)有油孔，從連桿來的潤滑油經(jīng)十字頭銷進入十字頭上下的滑履上，以潤滑滑履和滑道間的相對摩擦面，潤滑后的潤滑油流回曲軸箱，即油池。注意：十字頭銷在十字頭內(nèi)的位置不能調(diào)換，若方向裝反，油路完全切斷，十字頭滑履得不到供油會造成摩擦面燒毀的機械事故。

5、活塞組件

活塞組件：活塞桿、活塞、活塞環(huán)及防松螺母等組成。（1）活塞

L型空壓機為盤狀帶錐活塞，盤狀部分與氣缸配合。活塞用灰鑄鐵成空心以減輕重量，兩個端面用加強筋互相連接，以增加剛性。（2）活塞環(huán)

活塞環(huán)是密封氣缸內(nèi)缸內(nèi)壁與活塞間隙的組件，同時兼有布油和導熱的作用。對活塞環(huán)的基本要求是：密封可靠并耐磨?；钊h(huán)鑲嵌于活塞的環(huán)槽內(nèi)。環(huán)的外緣緊貼氣缸鏡面，背向高壓氣體一側(cè)的端面緊壓在環(huán)槽上。

活塞環(huán)的開口形式有搭接開口、直開口和斜開口三種。L型空壓機采用斜開口密封環(huán)。6、氣缸部件材質(zhì)：灰鑄鐵；作用：形成一定壓縮容積；結(jié)構(gòu)：L型空壓機的氣缸為開式鑄造氣缸，水冷雙層壁結(jié)構(gòu)。（根據(jù)排氣壓力、排氣量、結(jié)構(gòu)方案、氣體性質(zhì)以及所用材料，氣缸的結(jié)構(gòu)有各種型式）7、氣閥組件

氣閥受力狀況：拉伸、壓縮、沖擊、扭曲、彎曲、磨損、高溫變化。氣閥類型：兩大類

強制閥：啟閉由專門機構(gòu)控制，而與氣缸內(nèi)壓力變化無關；特點：這類閥結(jié)構(gòu)復雜，啟閉時間固定，不適于變工況運轉(zhuǎn)，故很少采用。

自動閥：啟閉靠缸內(nèi)和管路中氣體壓力變化而自行的完成。自動閥型式：環(huán)狀閥、網(wǎng)狀閥、舌簧閥、蝶閥和直流閥。

L型空壓機：單層環(huán)狀閥

自動閥主要由四部分組成：（1）閥座

它具有能被閥片覆蓋的氣體信道，是與閥片一起閉鎖進氣（或排氣）信道，并承受氣缸內(nèi)外壓力差的零件。（2）啟閉組件

它是交替地開啟與關閉座道的零件，通常制成片狀者稱為閥片。（3）彈簧

是關閉時推動閥片落向閥座，開啟時抑制閥片撞擊升程器的組件。（對于條狀閥，舌簧閥和直流閥等結(jié)構(gòu)，閥片本身具有彈性，并起彈簧作用，故兩者合二為一）。（4）升程限制器

是限制閥片的升程，并作為承座彈簧的零件。8、填料裝置作用：阻止活塞桿與氣缸間的氣體泄漏。結(jié)構(gòu)：金屬密封高壓缸的金屬密封結(jié)構(gòu)：由墊圈、隔環(huán)、密封圈、擋油圈、彈簧等組成，兩個墊圈和隔環(huán)分隔成兩室，前室(靠近氣缸側(cè))內(nèi)放置兩道密封圈。后室(靠近機架側(cè))放置兩道擋油圈，防止傳動系統(tǒng)的潤滑油進入氣缸。密封圈采用三瓣等邊三角形結(jié)構(gòu)，外緣溝槽內(nèi)放有拉力彈簧扣緊，使它們的內(nèi)圓面緊貼在活塞桿上，當內(nèi)圈磨損后，借助彈簧的力量，使密封圈自動收緊，確保密封。密封室內(nèi)的兩個密封圈，其切口方向相反，放置時切口互相錯開。擋油圈的結(jié)構(gòu)形式和密封圈相似，只是內(nèi)圓處開有斜槽，以便把活塞桿上的油刮下來不使其進入氣缸。特點：自緊式，允許活塞桿產(chǎn)生一定的繞度，而不致影響密封性能。二、空壓機的附屬設備：1、濾風器1）作用：

過濾空氣，以阻止空氣中的灰塵和雜質(zhì)進入氣缸。2）結(jié)構(gòu)：

濾風器的結(jié)構(gòu)主要由殼體和濾芯組成。按濾芯材料的不同分為：紙質(zhì)的、織物的、泡沫塑料的、金屬的等?？諌簷C中用得最普遍的是紙質(zhì)和金屬濾芯的濾風器。

金屬網(wǎng)濾風器：機殼由筒體、兩端封頭組成；筒內(nèi)濾芯由多層波紋狀鐵絲做成筒形過濾網(wǎng)，表面涂一層粘性油（一般用60%氣缸油和40%柴油相混合），灰塵粘于網(wǎng)上，空氣得以過濾。

2、風包（儲氣罐）作用：穩(wěn)壓、儲氣、分離壓縮空氣中的油和水結(jié)構(gòu)：立式、臥式兩種。筒狀密封容器：用鍋爐鋼板焊接，高度約為直徑D的2～3倍、進氣接管（在下）、排氣接管（在上）、人孔（清洗和檢查用）、安全閥、釋壓閥和壓力表的管接頭等、底部排放油水管。

每臺空壓機通常單獨設置風包，一般是隨機配套供應。

儲氣罐須裝設在地基之上，裝在空壓機房外面靠近空壓機房的陰涼地方，與空壓機房的距離不超過12～15m。3、冷卻系統(tǒng)1）空壓機冷卻方式冷卻方式：風冷式和水冷式兩種，風冷：壓縮過程放出的熱量由氣缸壁輻射，散發(fā)到大氣中。通常在氣缸外壁制成許多散熱薄片。但其散熱效果很差，只限于小型空壓機采用。2）空壓機的水冷系統(tǒng)空壓機的水冷系統(tǒng)由氣缸水套、中間冷卻器、后冷卻器、水泵、管路以及冷卻水池（或冷卻水塔）組成。

4、潤滑機構(gòu)

潤滑目的：1）減輕滑動部件的磨損，延長零件壽命；2）減少摩擦功耗；3）潤滑油有冷卻作用，可帶走摩擦熱，使零件的工作溫度正常，同時保證滑動部分必要的運轉(zhuǎn)間隙，防止滑動部件過熱或咬死；4）密封氣缸的工作容積以提高活塞和填料箱的密封性?？諌簷C的潤滑包括兩部分：一是氣缸內(nèi)部的潤滑，二是傳動機構(gòu)（運動部件）的潤滑。1）傳動機構(gòu)的潤滑系統(tǒng)一般由濾油器、潤滑油冷卻器、潤滑油泵（一般用齒輪泵）、油管、壓力表和壓力調(diào)節(jié)閥組成。潤滑油流動路線：油池→粗濾油器→齒輪泵→油冷卻器→濾油器→曲軸中心孔→曲柄銷和連桿大頭瓦的配合面→連桿中心孔→連桿小頭瓦和十字銷配合面→十字頭滑軌→油池。油壓的大小可通過油壓調(diào)節(jié)閥來控制。

2）氣缸部件潤滑系統(tǒng)

按潤滑油達及氣缸鏡面的方式，氣缸潤滑可分為飛濺潤滑、壓力潤滑和噴霧潤滑三種。

飛濺潤滑（一般用于單作用式空壓機）：曲軸箱中被旋轉(zhuǎn)的平衡鐵頭部或撥油桿濺起的油霧及油滴，當活塞接近上止點時落于氣缸未被活塞遮蓋的鏡面，并在活塞的下一循環(huán)進入活塞環(huán)槽中，再由活塞環(huán)分布至需要潤滑的表面。低壓的第一級，在吸氣過程中氣缸里能產(chǎn)生真空，潤滑很易被吸入氣缸內(nèi)，并在壓縮氣體高溫度作用揮發(fā)，然后和壓縮氣體一起排出空壓機，所以，飛濺潤滑往往容易出現(xiàn)壓氣中含油過多和耗油量過多的現(xiàn)象。

噴霧潤滑：在空壓機的氣缸進氣接管處，噴入一定量的潤滑油，油和氣體相混合一起進入氣缸，然后一部分粘附在氣缸鏡面上供氣缸潤滑。

壓力潤滑：是應用最廣泛的潤滑方式。潤滑油由專門的多頭注油器經(jīng)油管和注油逆止閥注入氣缸及填料處。三種潤滑方式的比較：飛濺潤滑：優(yōu)點：簡單，缺點：耗油量難以控制。噴霧潤滑：

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)也很簡單，且第一級進氣閥可得到潤滑，

缺點：油霧僅與氣缸接觸的一部分能粘附在缸壁上，其它部分仍和氣體一起被排出氣缸而得不到利用，同時增加壓氣的含油量，此外，油和空氣密切混合容易氧化積炭。所以噴霧潤滑目前應用不多。壓力潤滑：適用各種情況，但需增加壓力設備。

5、排氣量調(diào)節(jié)機構(gòu)1）關閉吸氣管法：

動作原理：當風包壓力過高時，由與風包相連接的壓力調(diào)節(jié)器動作，使減荷閥關閉。調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)：減荷閥、壓力調(diào)節(jié)器特點：（1）在吸氣管完全關閉時，空壓機吸氣量為零，只有殘存在氣缸余隙中的空氣膨脹和壓縮。由于活塞和氣缸壁間有摩擦阻力，故消耗的功不為零。此時，空壓機所消耗的功率只有額定功率的2～3%，所以此種調(diào)節(jié)方法具有較好的經(jīng)濟性。

（2）減荷閥上裝有手輪，盤動手輪使螺桿上升或下降實現(xiàn)蝶形閥的關閉和開啟。因此，可以實現(xiàn)空壓機的空載啟動和自動控制狀態(tài)。（3）調(diào)節(jié)級數(shù)少，只限于小排氣量壓縮機上。

2）壓開吸氣閥法：

動作原理：利用一個壓開裝置，把吸氣閥強制壓開，使吸氣閥全部或部分地喪失正常工作能力，吸進的空氣在壓縮和排氣行程中仍回到吸氣管路，不向排氣管道輸送壓氣，以達到調(diào)節(jié)排氣量的目的。

壓開吸氣閥調(diào)節(jié)裝置結(jié)構(gòu)：壓力調(diào)節(jié)器、壓開叉兩部分構(gòu)成，壓開叉的動作由壓力調(diào)節(jié)器控制。壓開吸氣閥的調(diào)節(jié)裝置可分為兩種形式：（1）完全壓開吸氣閥調(diào)節(jié)時，在空壓機的全部行程中吸氣閥始終處于壓開狀態(tài)，吸進的氣體將全部自吸氣閥返回到吸氣管中，故排氣量為零，屬間斷調(diào)節(jié)。壓開吸氣閥時，空壓機處于空運行狀態(tài)，因為僅需克服吸氣閥阻力造成的功耗，故調(diào)節(jié)的經(jīng)濟性較好。

壓開叉因其驅(qū)動機構(gòu)不同分為隔膜式壓開叉和活塞式壓開叉兩種。對于兩級空壓機，各級吸氣閥均應設置壓開叉，調(diào)節(jié)時各級吸氣閥應同時壓開。根據(jù)氣量變化，壓開一側(cè)或兩側(cè)的吸氣閥，可以實現(xiàn)排氣量100%、50%、0%三級調(diào)節(jié)。氣量的變化是通過雙壓力調(diào)節(jié)器來控制壓開叉動作。調(diào)節(jié)壓力調(diào)節(jié)器中彈簧的預緊力，可以改變壓力調(diào)節(jié)器的開閉壓力。（2）部分行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)當進氣行程結(jié)束時，氣閥仍被強制頂開，在進入壓縮行程后氣體從氣缸中回入進氣管，但到行程的一定時候強制作用取消，吸氣閥關閉，在剩余的行程中氣體受到壓縮并排出。按照吸氣閥在壓縮行程中壓開時間的長短，可以得到連續(xù)的多級調(diào)節(jié)。

壓開吸氣閥調(diào)節(jié)特點：

運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性好；調(diào)節(jié)級數(shù)較多（3級）；但閥開因受額外的負荷（彎曲與沖擊），壽命較短；密封性差。

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