第17章 矿山空气压缩设备

第＋七章矿山空气压缩设备

第一节概述

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等。

压缩空气是重要的动力源，驱动气动凿岩机、风钻、锚喷机等风动机械工作。

目前，在我国矿山主要使用L系列活塞式空压机。这种机型是我国60年代的产品，用以取代卧式和立式老型号空压机。80年代初期，我国引进了新技术，贯彻执行国际标准，使我国活塞式空压机有了长足的进步，研制出井下用的无基础空压机，同时改进了L型空压机，提高了易损件的寿命和设备的安全性，降低了机器的噪声，特别是在比功率方面已经达到或接近世界先进水平。

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，如图17-1示。

二、空压机的分类

空压机按工作原理可分为容积型和速度型两种。容积型空压机是利用减小空气体积，提高单位体积内气体的质量，来提高气体的压力的；速度型空压机是利用增加空气质点的速度，提高气体的压力的。

容积型空压机又可分为活塞式、螺杆式、滑片式三种；速度型又可分为离心式和轴流式两种。我国矿山普遍使用活塞式空压机（又称往复式空

压机），近年来少数矿井也使用螺杆式空压机。在压缩空气消耗量特别大的矿山，也有使用离心式空压机的。

本章将以活塞式空压机为重点，介绍其工作原理、结构特点、附属设备。活塞式空压机的分类见图17-2。

(1)按气缸中心线的相对位置分，可分为立式、卧式、角式三种。立式是指气缸中心线与地面垂直仁见图17-2(a),(e)I；卧式是指气缸中心线与地面平行〔见图17-2(f),(8)7;角式是指气缸中心线彼此成一定角度。由于相交的角度不同，角式又可分为V型【见图17-2(b) 】,L型【图17-2(d) 】,W型［见图17-2(c) ］

(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

如图17-3所示，电动机转动时，通过曲柄和连杆机构，将转动变为活

塞的往复运动。

当活塞从气缸的左端向右运动时，活塞左侧将呈现真空状态，外界空气推开吸气阀进入气缸，随活塞的移动空气将充满气缸，这个过程叫做吸气过程。当活塞返回运动的瞬间，吸气阀自动关闭，气缸内的空气被封闭，随活塞的运动，气缸容积逐渐减小，空气被压缩压力逐渐提高，这个过程叫做压缩过程。当空气压力增大到一定值时，排气阀打开，压缩空气经排气阀进入排气管，直到活塞移动到气缸的左端为止，压缩空气被全部排出，这个过程叫做排气过程。活塞在气缸内往复运动一次称为一个循环，移动的距离叫行程。活塞式空压机是利用往复运动的活塞与气缸壁面构成的容积变化进行工作的，所以属于容积型空压机。

第二节活塞式空压机的工作循环

一、活塞式空压机的性能参数

（一）排气量

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。用符号V表示，单位3m/min。

（二）排气压力

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）。以符号p表示，单位Pa。

（三）吸、排气温度

空压机吸入气体与排出气体的温度。用符号

T和2T表示，单位K。

1

（四）比功率

当吸人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。用符号

N表示，单位kW/3m/min。

b

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

空压机工作时，空气状态的变化是

很复杂的，为讨论问题方便，做如下假

设：

(1)在吸、排气过程中，气体状态分

别与吸、排气管内的气体状态相同，在

吸、排气过程中压力保持不变；

(2)气缸内没有余隙容积，密封良

好，气阀关闭及时；

(3)在压缩过程中，压缩规律保持不

变。

符合上述三点假设条件的循环称为理论工作循环。

空压机的理论工作循环可以用示功图表示，图17- 4所示为一单作用气缸的理论示功图。

1.吸气过程

活塞自气缸的左端向右移动时，吸气阀开启，吸气管中的气体以P ，的压力进入气缸，依据假设条件，吸气压力不变，在示功图上用一水平直线O-1表示吸气过程中压力与容积的变化规律。如果活塞的面积为A ，移动的距离为L ，吸入气体作功W X 为

111V p AL p W X == (17-1)

式中 V —吸气终了时，气体的容积。

由图17-4可知。吸气线O-1下的面积O11'O'可以表示吸气功。

2压缩过程

当活塞返回行程时，吸气阀关闭，气缸呈封闭状态，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，其压缩规律归纳为以下三种情况：

1)按等温规律压缩

这个过程的特点是：温度T=常数，气体的温度自始至终保持不变。在压缩过程中产生的热量，全部释放到气缸的外部。其等温过程的压缩功w ，用等温压缩线1-2下的面积1'124表示。也可用下式计算

2111303.2p p I V p W g Y = (17-2)

式中 1p —排气压力。

2)按绝热规律压缩

这个过程的特点是：加给气体的热量q=0，压缩过程中产生的热量全部用以气体温度的升高，与外界无热量交换。其绝热过程压缩功jy W 可用绝热压缩线1一2"下的面积表示。也可用下式计算

]1)[(1112111--=-k k jy p p V p k W (17-3)

式中 k —绝热指数，k =1.40

3）按多变规律压缩

这个过程的特点是：压缩过程中产生的热量，一部分释放到气缸的外部，另一部分使气体的温度升高。其多变过程的压缩功gy W 。可用多变压缩

线12'-下的面积表示。也可用下式计算

]1)[(1112111--=-n n gy p p V p n W (17-4)

式中 n —多变指数，在冷却条件较好时，1

3．排气过程