第三章礦山壓縮空氣設(shè)備壓縮空氣一直是礦山所采用的原動力之一，用以帶動鑿巖機、風(fēng)鎬及其它風(fēng)動機械進行。由于像鑿巖機這類風(fēng)開工具的沖擊力強，適用于鉆削堅硬的巖石，而且風(fēng)開工具結(jié)構(gòu)簡單、重量輕、操作方便，尤其在有瓦斯和煤層爆炸危險的礦井里，使用這種動力比電力平安。雖然整個氣力系統(tǒng)〔包括壓縮空氣的生產(chǎn)和輸送，以及在風(fēng)動機具中的使用〕的效率很低，本錢較高，但目前礦山采掘工作，仍然普遍采用風(fēng)開工具來鑿巖和落煤?？諝鈮嚎s設(shè)備是指壓縮和輸送氣體的整套設(shè)備。包括空氣壓縮機〔簡稱空壓機〕、輸氣管路和附屬設(shè)備。一、礦山空壓機站的組成礦山空壓機站主要包括：空壓機、電動機及電控設(shè)備、冷卻泵站、附屬設(shè)備、管路等。二、空壓機的分類〔Pg96〕現(xiàn)代工業(yè)中使用的壓縮機種類很多，按其結(jié)構(gòu)型式不同，分類如下：空壓機的主要結(jié)構(gòu)：〔Pg107，L型，氣缸直角式布置〕機身〔Pg111〕過去礦山最廣泛使用的是低壓〔p≤106Pa〕活塞式壓縮機，目前螺桿式和滑片式壓縮機以根本替代活塞式。常見的活塞式壓縮機有以下幾種：1、按氣缸中心線的相對位置分可分為立式、臥式、角式〔可分為V型、L型、W型〕三種。2、按壓縮級數(shù)分可分為單級、雙級、多級三種。3、按活塞往復(fù)一次作用次數(shù)分可分為單作用、雙作用。4、按冷卻方式分可分為水冷式、風(fēng)冷式?？諝鈮嚎s機的兩級壓縮1、定義兩級壓縮是將氣體的壓縮過程分兩級，在第一級壓縮后，將氣體導(dǎo)入中間冷卻器進行冷卻，再經(jīng)第二級壓縮后排出以供使用。2、采用兩級壓縮的原因〔1〕容積系數(shù)的減小限制了壓縮比的提高；〔2〕排氣溫度增高限制了壓縮比的提高；〔3〕?煤礦平安規(guī)程?規(guī)定：空壓機排氣溫度，單缸不得超過190oC，雙缸不得超過160oC。以此為條件，可計算出在最不利的情況下〔即絕熱壓縮〕，單級壓縮的極限壓縮比約為5。〔4〕礦用空壓機屬中壓空壓機，排氣壓力為〔0.7～0.8〕MPa，其壓縮比為7～8，所以必須采用兩級壓縮。高壓空壓機還有采用多級壓縮的。兩級壓縮的工作系統(tǒng)〔Pg105〕圖9-6兩級壓縮的優(yōu)點1、節(jié)省功耗。采用兩級壓縮除了可以提高空壓機排氣量和降低排氣溫度外，還可以節(jié)省功率的消耗；圖9-72、降低排氣溫度；3、提高空壓機的排氣量；4、可以降低活塞力；采用兩級壓縮還能大大地降低活塞上的最大氣體作用力。使運動機構(gòu)輕巧，機械效率改善。5、中間冷卻器可以別離一局部油和水，提高壓氣的質(zhì)量。三、冷卻系統(tǒng)與潤滑系統(tǒng)1、空壓機冷卻的意義和方式〔1〕意義〔Pg101，按等溫壓縮最有利〕〔2〕方式空壓機的冷卻方式可分為風(fēng)冷式和水冷式兩種，風(fēng)冷是使壓縮過程放出的熱量由氣缸壁輻射，發(fā)散于大氣中。為了增加發(fā)散面積，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。一般空壓機采用水冷方式。2、空壓機的水冷系統(tǒng)〔見圖9-12〕空壓機的水冷系統(tǒng)由氣缸水套、中間冷卻器〔見圖9-13〕、后冷卻器、水泵、管路以及冷卻水池〔或冷卻水塔〕組成。1．冷卻系統(tǒng)〔1〕作用：降低壓氣的溫度?！?〕組成：由冷卻水管、氣缸水套、中間冷卻器和后冷卻器等組成。圖14-16兩級空壓機串聯(lián)冷卻系統(tǒng)1-一級缸；2-中間冷卻器；3-二級缸；4-后冷卻器；5-閘閥圖中“→〞為氣流方向；“－→〞為冷卻水流方向2．潤滑系統(tǒng)

空壓機有兩套潤滑系統(tǒng)。一套靠齒輪泵輸送潤滑油潤滑曲軸、連桿、十字頭等傳動系統(tǒng)，潤滑油池位于機架內(nèi)底部，潤滑油通過粗過濾器、油冷卻器后被吸進齒輪泵，增壓后通過精過濾器進入空壓機內(nèi)潤滑部位，最后又流回油池。另一套靠注油器將空壓機油壓入氣缸進行潤滑，油進入氣缸后即隨著壓氣排走。圖14-17為L型空壓機潤滑系統(tǒng)。圖14-17L型空壓機潤滑系統(tǒng)原理圖1-曲軸；2-傳動空心軸；3-蝸輪蝸桿；4-外殼；5-從動輪；6-主動輪；7-油壓調(diào)節(jié)閥；8-螺帽；9-調(diào)節(jié)螺釘；12-回油管；13-壓力表；14-濾油器；13-連桿；14-十字頭；15-十字頭銷；16-氣缸；17-凸輪；18-杠桿；19-柱塞閥；20-球閥；21-吸油管；22-油槽；23-頂桿四、排氣量調(diào)整機構(gòu)1、停止空壓機工作n=0，那么Q=0。此法雖能節(jié)省電能消耗，但電動機經(jīng)常啟動和停止，對于電路負荷極為不利。因此，只能用于小容量的空壓機調(diào)節(jié)。采用此法調(diào)節(jié)時，應(yīng)根據(jù)空壓機的功率，電網(wǎng)容量，以及啟動的次數(shù)，來選擇電動機及啟動方式。2、關(guān)閉吸氣管調(diào)節(jié)關(guān)閉吸氣管調(diào)節(jié)裝置由減荷閥和壓力調(diào)節(jié)器?！惨妶D9—14和圖9—15〕3、壓開吸氣閥調(diào)節(jié)利用一個壓開裝置，把吸氣閥強制壓開，使吸氣閥全部或局部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，以到達調(diào)節(jié)排氣量的目的。壓開吸氣閥調(diào)節(jié)裝置由壓力調(diào)節(jié)器和壓開叉兩局部構(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〔圖9—16〕兩種。對于兩級空壓機，各級吸氣閥均應(yīng)設(shè)置壓開叉，調(diào)節(jié)時各級吸氣閥應(yīng)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(yù)緊力，可以改變壓力調(diào)節(jié)器的開閉壓力?！?〕局部行程壓開吸氣閥調(diào)節(jié)當(dāng)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(guān)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)，運轉(zhuǎn)經(jīng)濟性好，但閥開因受額外的負荷〔彎曲與沖擊〕，壽命較短，密封性差。五、平安保護裝置溫、水、油、壓的保護。防止超溫、斷水、斷油、超壓。六、活塞式空壓機的附屬設(shè)備〔Pg115〕〔一〕濾風(fēng)器1、作用2、結(jié)構(gòu)濾風(fēng)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許多種：如紙質(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(fēng)器。金屬網(wǎng)濾風(fēng)器的結(jié)構(gòu)〔見圖9-18〕：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)，外表涂一層粘性油〔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。七、壓氣設(shè)備選型設(shè)計〔Pg125〕一、設(shè)計的原始資料(1)采掘機械配置圖，同時使用的風(fēng)動機具的型號和臺數(shù)；(2)機修廠、井口及井底車場使用的風(fēng)動接卸的型號和臺數(shù)，或用風(fēng)的數(shù)量；(3)地面工業(yè)廣場的平面圖，巷道開拓系統(tǒng)圖；(4)最遠采區(qū)的距離，各水平及井口標(biāo)高；(5)礦井年產(chǎn)量及效勞年限。二、設(shè)計的主要任務(wù)(1)選擇空壓機的型式并確定所需的臺數(shù)；(2)選擇電動機及電控設(shè)備；(3)選擇空壓機的輔助設(shè)備；三、選型設(shè)計的步驟和方法1．供氣方案的選擇〔2〕分區(qū)供氣在地面分區(qū)或在井下設(shè)置空壓機站。假設(shè)供氣范圍大而分散，可采用在地面設(shè)分區(qū)站房，低沼氣礦井空壓機可設(shè)置在井下。優(yōu)點是離用氣地點較近，敷設(shè)壓氣管道短，壓損小，供氣及時；缺點是供電費用高，空氣濕度大，使空壓機的排氣量減少，冷卻水不能循環(huán)使用?！?〕移動式供氣適用于用氣量少而又分散的供氣情形。三、選型設(shè)計的步驟和方法2．空壓機型號和臺數(shù)確實定〔1〕空壓機站必須供氣量確實定空壓機站必須的供氣量與所用的風(fēng)開工具的耗氣量有關(guān)。常用風(fēng)開工具的耗氣量和表14-1所列。空壓機站必須的供氣量卡按下式計算：Q’＝α1α2α3∑niqiki〔14－12〕式中：α1－沿管路全長的漏氣系數(shù)，表14－2；α2－風(fēng)動機械磨損后，耗氣量增加系數(shù)，取＝1.10~1.15；α3－海拔調(diào)度修正系數(shù)，表14－3；ni－用氣量最大工作時間內(nèi)同型號風(fēng)開工具的臺數(shù)；qi－某類型風(fēng)開工具的耗氣量，m3/min；ki－同型號風(fēng)開工具的同時使用系數(shù)，見表14-4。三、選型設(shè)計的步驟和方法2．空壓機型號和臺數(shù)確實定〔2〕估算空壓機必須的出口壓力出口壓力應(yīng)保證工作地點的壓力要比風(fēng)動機械的額定壓力高一個大氣壓外，同時還要考慮輸氣管路和工作面軟管的最大壓力損失。因此，空壓機必須的出口壓力p’應(yīng)按下式計算：p’＝pe+∑Δp’i+0.1〔14－13〕pe－所用風(fēng)動機具中最大的額定工作壓力，MPa；∑Δp’i－估算的輸氣管道中最遠一路的所有壓力損失之和，MPa，可按1km管長損失0.03~0.04MPa進行計算；0.1－考慮到橡膠軟管、舊管和上下山影響增加的壓力損失，MPa三、選型設(shè)計的步驟和方法2．空壓機型號和臺數(shù)確實定〔3〕確定空壓機的型號和臺數(shù)在地面空壓機站，選擇臺數(shù)時，一般所需空壓機的總供氣能力大于但盡可能接近礦井所需的供氣量，空壓機的臺數(shù)一般不超過5臺，同時還要考慮其中有一臺備用空壓機。在低沼氣礦井井下的空壓機站，可將其設(shè)在井下主要運輸大巷中有新鮮風(fēng)流通過的地方，但站內(nèi)每臺空壓機的能力一般不大于20m3/min，臺數(shù)不超過3臺，空壓機和風(fēng)包必須分別裝設(shè)在兩個硐室內(nèi)。為了便于維修和管理，應(yīng)盡可能選用同一型號、同一廠家的空壓機。備用空壓機一般為一臺，備用供氣量為總供氣量的20%~50%。如果選用不同型號的空壓機，其備用量應(yīng)按最大一臺檢修時，其余各臺空壓機的總供氣量仍能滿足所需用氣量的原那么確定。三、選型設(shè)計的步驟和方法3．輸氣管道的選擇〔1〕管材的選擇輸氣管道從空壓機站到采掘工作面，管路固定不動，一般選用焊接鋼管或無縫鋼管；工作面由于風(fēng)開工具經(jīng)常要移動，采用橡膠軟管，由于膠管壓力損失大，其長度一般不大于15m?！?〕管徑的選擇根據(jù)輸氣管路布置和各用氣點的耗氣量，確定出每一管段的流量Qi，再計算各管段的直徑d’i，根據(jù)鋼管規(guī)格表選取標(biāo)準(zhǔn)管徑di。三、選型設(shè)計的步驟和方法4．計算管路的壓力損失〔1〕計算各管段的壓力損失式中：Δpi－各管段的壓力損失，MPa；di－計算管段的內(nèi)徑，m；Li－計算管段的管長，Li=1.15L，m；L—計算管段的實際長度，m；Qi—通過該計算管段的壓氣量，m3/min。三、選型設(shè)計的步驟和方法4．計算管路的壓力損失〔2〕確定最不利管路及其總壓力損失∑Δpi計算在枝狀管網(wǎng)中，空壓機的供氣壓力要根據(jù)管網(wǎng)中所需能量最大的分支來確定。一般情況下，把管路壓力損失與所在用氣點風(fēng)動機械額定工作壓力之和最大的分支稱為最不利管路，其所需能量最多?！?〕計算實際所需的空壓機出口壓力p＝pe+∑Δpi+0.1〔14－15〕假設(shè)計算得出的壓力值大于所選空壓機的額定排氣壓力，應(yīng)適當(dāng)調(diào)整管路各管段管徑。表14-2沿管路全長漏氣系數(shù)表管路全長/km<11~2>2α11.101.151.20表14-3海拔高度修正系數(shù)海拔高度400500600700800900α31.041.051.061.071.081.09海拔高度100011001200130014001500α31.101.111.121.131.141.15表14-4風(fēng)動機具的同時使用系數(shù)同型號風(fēng)動工具使用臺數(shù)ni≤1011~3031~60>60同時使用系數(shù)ki1.00~0.850.84~0.750.75~0.650.65?煤礦平安規(guī)程?的規(guī)定第四百三十七條空氣壓縮機必須有壓力表和平安閥。壓力表必須定期校準(zhǔn)。平安閥和壓力調(diào)節(jié)器必須動作可靠，平安閥動作壓力不得超過額定壓力的1.1倍。使用油潤滑的空氣壓縮機必須裝設(shè)斷油保護裝置或斷油信號顯示裝置。水冷式空氣壓縮機必須裝設(shè)斷水保護裝置或斷水信號顯示裝置。

第四百三十八條空氣壓縮機的排氣溫度單缸不得超過190℃、雙缸不得超過160℃。必須裝設(shè)溫度保護裝置，在超溫時能自動切斷電源。空氣壓縮機吸氣口必須設(shè)置過濾裝