1、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
2、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（p106Pa）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
3、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 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
4、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。111VpALpWX12VVypdVW1、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
5、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121121111121121111lg303.2ln,12ppVpVVVpVdVVpWVVppVVpppVVpVVy（3）按多变规律压缩1)(11)(11)(,112111122111122111111212KKVVKKjyKKKKKVVjyppVpKVpVpKVdVVpWppVVVVpppVVppdVW1)(11)(11)(,112111122111122111111212nnVVnngynnnnnVVgyppVpnVpVpnVdVVpWppVVVVpppVVppdVW（2）按绝热规
6、律压缩22VpWppyXWWWW121122121111lnlnppVpVpppVpVpW1)(11)(1111211221121111KKKKppVpKKVpppVpKVpW3、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：1)(11)(1111211221121111nnnnppVpnnVpppVpnVpW 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T2=T1；因此，KKppTVpVpTT1121112212)(nnppTT11212)(绝热多变等温WWWdwdbjrTTT；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
7、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=0.070.15，m多变膨胀指数，1m1.4 0)1(11mV06.0TVV/067.17)11(m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令：则当：时（V0余隙容积，VT理论工作容积。），m=1时，可得最小的理论极限压缩比11211212)()(nnnnTT
8、ppTT得：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：T1=273+20=293K极限排气温度：T2=273+190=463Kn=K=1.4 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。96.4)293463(14.14.1（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。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
9、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
10、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，
11、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
12、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3845。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。
13、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
14、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1.52.5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
15、，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
16、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
17、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
18、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
19、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
20、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n=0，则Q=0。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9
21、15）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23%，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
22、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
23、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
24、，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。
25、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23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
26、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Q6m3/min时，Vc=0.2Q，m3；当Q=630m3/min时，Vc=0.15Q，m3；当Q30m3/min时，Vc=0.10Q，m3；2）根据压缩比计算)(321mppQVc 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1215m。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。
