空气压缩机

第＋六章概述

第一节空气压缩机的用途及类型

一、压缩空气的应用

自然界的空气是可以被压缩的，经压缩后压力升高的空气称为压缩空气。空气经压缩机压缩后，体积缩小，压力增高，消耗外界的功。一经膨胀，体积增大，压力降低，并对外做功。可以利用压缩空气膨胀对外做功的性质驱动各种风动工具和机械，从事生产活动，因此压缩空气被作为动力源得到广泛的应用。

在工业生产和建设中，压缩空气是一种重要的动力源，用于驱动各种风动机械和风动工具，如风钻、风动砂轮机、空气锤、喷砂、喷漆、溶液搅拌、粉状物料输送等；压缩空气也可用于控制仪表及自动化装置、科研试验、产品及零部件的气密性试验；压缩空气还可分离生产氧、氮、氢及其他稀有气体等。上述应用，都是以不同压力的压缩空气作为动力或作为原料。

二、空气压缩机

压缩机是一种使气体体积压缩、提高气体的压力并输送气体的机器。压缩机之所以能提高气体的压力，是借助机械作用增加单位容积内的气体分子数，使分子互相接近的方法来实现的。

工业上用得最广泛的压缩机按作用原理不同，可分为容积型和速度型两大类。

（一）容积型压缩机

容积型压缩机的原理是用可以移动的容器壁来减小气体所占据的封闭工作空间的容积，以达到使气体分子接近的目的，使气体压力升高。容积型压缩机在结构上又分往复式和回转式。

往复式压缩机主要有活塞式，它是靠活塞在气缸中作往复运动，通过吸、排气阀的控制，实现吸气、压缩、排气的周期变化。实现活塞往复运动的是曲柄连杆机构。

回转式压缩机主要有滑片式压缩机和螺杆式压缩机等。

（二）速度式空压机

速度式压缩机的原理是使气体分子在机械高速转动中得到一个很高的速度，然后又让它减速运动，使动能转化为压力能。速度式压缩机又分为离心式和轴流式两种。它们都是靠高速旋转的叶片对气体的动力作用，使气体获得较高的速度和压力，然后在蜗壳或导叶中扩压，得到高压气体。

用来压缩空气的压缩机，习惯上称为空气压缩机（简称空压机）。国产空压机有活塞式、滑片式、螺杆式、轴流式和离心式（或透平式）。目前，在一般空气压缩机站中，最广泛采用的是活塞式。螺杆式和滑片式空压机最近几年也在大力发展中。在大型空气压缩机站中，较多采用了离心式和轴流式空压机。

矿山生产中常用的空压机是活塞式和螺杆式。

三、空压机在矿山生产中的作用

在矿山生产中，除电能外，压缩空气是比较重要的动力源之一。目前矿山使用着各种风动机具，如凿岩机、风镐、锚喷机及气锤等，都是利用空压机产生的压缩空气来驱动机器做功。利用压缩空气作动力源比用电能有如下优点。

( l ）在有沼气的矿井中，使用压缩空气作动力源可避免产生电火花引起爆炸，比电力源安全；

( 2 ）矿山使用的风动机具，如凿岩机、风镐等大部分是冲击式机械，往复速度高、冲击强，适宜切削尖硬的岩石；

( 3 ）压缩空气本身具有良好的弹性和冲击性能，适应于变负载条件下作动力源，比电力有更大的过负荷能力；

( 4 ）风动机械排出的废气可帮助通风和降温，改善工作环境。

以压缩空气为动力源的缺点是压气设备本身的效率较低，而压缩空气又是二次能源所以运行费用较高。

但由于矿山生产的特殊条件，如温度高、湿度大、粉尘多、含有沼气等有害气体，为确保矿山安全生产，目前和将来压缩空气仍是矿山不可缺少的动力。

图16—1 矿井压气系统示意图

l一进气管；2一空气过滤器；3一调节阀片；4一低压缸；5一中间冷却器；6—高压缸；7一后冷却器；8一逆止阅；9一风包；10一压气管路；11一安全阀；12一电动机

四、矿山压气设备的组成

压气设备主要由空压机、拖动电机、附属装置（滤风器，风包、冷却装置等）和输气管路等组成。

图16一1是矿山压气系统示意图。空气由进气管1吸入，经空气过滤器2进入低压缸4，进行第一级压缩；此时气体体积缩小，压力增高，然后进入中间冷却器5使气体的温度下降；此后再进入高压缸6进行第二级压缩；当达到额定压力时，压缩空气经后冷却器7、逆止阀8和管路送入风包9中；最后通过压气管路10送到井下各用气地点。

第二节空气压缩机的类型及其特点

一、活塞式空压机

1 ．活塞式空压机的工作原理

活塞式空压机属于容积型，空气的压缩是依靠在气缸内做往复运动的活塞来完成的。

图l6—2 活塞式空压机原理图

a一单作用；b 一双作用

l一气缸；2一活塞；3一活塞杆；4－十字头；5一连杆；6一曲轴；7一吸气阀；8一排气阀

图16 一2a是单缸单作用活塞式空压机示意图。它是由曲轴6、连杆5、十字头4、活塞杆3、气缸l、活塞2 、吸气阀7、排气阀8等组成。

当电机带动曲轴以一定的转速旋转时，通过连杆和十字头把转动变为活塞在缸内的往复直线运动。活塞向右运动时，气缸内容积增大，压力降低。若气缸左侧的压力略低于大气压力一定值时，吸气阀被打开，空气在大气压力作用下进人气缸，此即为吸气过程；当活塞返回向左移动时，缸内容积减少，压力逐渐增加（此时吸气阀关闭），气体在缸内被压缩，此过程称压缩过程；当气缸内气体压力升高至某一额定值时，排气阀打开，压缩空气被活塞排出缸外，此过程称排气过程。

双作用空压机如图l6—2b所示。气缸的右端与左端工作相似，但其工作过程恰好相反。即左端为吸气过程，右端为压缩和排气过程；右端为吸气过程，左端为压缩和排气过程。每一端均各自完成自己的工作循环。

2 ．活塞式空压机类型

l ）按气缸中心线位置分类

立式空压机：气缸中心线铅垂布置（图16一3a ) ;

卧式压缩机：气缸中心线水平布置（图16 一3b) ，图16—3C所示为对称平衡式，图16一3d所示为对置式；

图16 - 3 气缸中心线相对地平面不同位置的各种配置

角度式压缩机：气缸中心线与水平线成一定角度布置，按气缸排列所呈形状又分为L 型、v型，w型、S型等，分别见图16一3e 、f 、g 、h 。

2 ）按活塞在气缸中的作用分类

单作用式（单动式）：气缸内只有活塞一侧进行压缩循环（图16一2a )

双作用式（双动式）：气缸内活塞两侧同时进行压缩循环（图16一2b）。

3按气体达到终了压力压缩级数分类

单级空压机：气体经一级压缩到达终了压力；

两级空压机：气体经两级压缩到达终了压力；

多级空压机：气体经两级以上压缩到达终了压力。

4 ）按气缸的冷却方式分类

水冷式空压机：用水对空压机各部分进行冷却，多用于大型空压机上；

风冷式空压机：用大气对空压机自然冷却，多用于小型空压机上。

5）按排气压力大小分类

低压空压机：排气压力在1.0MPa 以内；

中压空压机：排气压力在1一10MPa；

高压空压机：排气压力在10一l00MPa；

超高压空压机：排气压力在100MPa 以上。