螺桿式空壓機在煤礦的應(yīng)用

王永建

（開灤股份呂家坨礦業(yè)分公司 河北唐山）

一、引言

開灤股份公司呂家坨礦業(yè)分公司使用的空壓機均為活塞式，大部分已超期服役。壓縮空氣在井下不僅用于生產(chǎn)，部分安全設(shè)施也采用壓縮空氣作為動力源，用途越來越廣，因而對空氣壓縮機的工況要求也越來越嚴。從目前情況看，必須加速更新?lián)Q代，選用保護齊全、效率高、維護方便的空壓機，以確保煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。

二、優(yōu)選螺桿式空壓機

螺桿式空壓機具有結(jié)構(gòu)緊湊、移動方便、安全可靠、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音底、壽命長、維護費用少、自動化程度高等優(yōu)點，很適合作為礦山動力源設(shè)備。尤其是井下空間狹窄、環(huán)境惡劣、用氣地點不固定，并存在瓦斯和煤塵爆炸危險，使用防爆型螺桿空壓機還具有活塞式等空壓機無可比擬的優(yōu)點。經(jīng)過多方調(diào)研、論證，需更換和新增的空壓機均選用螺桿式空壓機。

三、螺桿式空壓機介紹

1.螺桿式空壓機結(jié)構(gòu)

螺桿式空壓機由主機、電機、空氣進氣濾清器、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、載荷控制系統(tǒng)、電控系統(tǒng)、安全保護裝置等幾部分組成。主機由“∞”形氣缸、兩個螺旋形的轉(zhuǎn)子及端蓋所組成；空氣進氣濾清器由預(yù)清潔器、主濾芯和安全芯組成；潤滑系統(tǒng)由油分離器、冷卻器、過濾器、溫控閥組成；冷卻系統(tǒng)分為風(fēng)冷卻和水冷卻；載荷控制系統(tǒng)由蝶閥、止回閥、反比例閥等組成；電控系統(tǒng)主要有真空磁力起動器及保護電路；安全保護裝置可實現(xiàn)超溫、斷水、斷油、超壓自動停機等功能。超壓保護有調(diào)節(jié)閥、自動壓力開關(guān)和安全閥三重保護。如圖1所示。

2.螺桿式空壓機工作原理

在“∞”形氣缸里，平行配置兩轉(zhuǎn)子，具有凸齒的轉(zhuǎn)子稱為陽轉(zhuǎn)子(又叫主動轉(zhuǎn)子)，它與電機連接，功率由此輸入；具有凹齒的轉(zhuǎn)子稱為陰轉(zhuǎn)子(又叫從動轉(zhuǎn)子)。陰陽轉(zhuǎn)子的相互嚙合，使處于轉(zhuǎn)子齒槽間的空氣不斷產(chǎn)生周期性的容積變化，并沿著轉(zhuǎn)子軸線的吸入側(cè)至排出側(cè)實現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣過程。

圖1 螺桿式空壓機的結(jié)構(gòu)

（1）吸氣過程。當兩轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)向彼此脫開時，齒間基元容積隨轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而逐漸擴大并與吸氣口相通時（吸氣口的形狀近似扇形），空氣便進入基元容積，即開始吸氣，當轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到一定角度后，齒間基元容積越過吸氣孔口位置，則吸氣完畢，此時，兩轉(zhuǎn)子齒間的基元容積彼此孤立。

（2）壓縮及噴油過程。當吸氣過程結(jié)束時，氣體被轉(zhuǎn)子齒和機殼倉包圍在一個封閉的空間，隨著轉(zhuǎn)子繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，齒間容積因轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小，封閉在齒間容積內(nèi)的氣體壓力升高，從而實現(xiàn)氣體的壓縮過程。壓縮過程一直持續(xù)到齒間容積,即將與排氣孔口連通之前。在壓縮過程開始階段，潤滑油利用壓差噴入齒間容積內(nèi)與氣體混合。

（3）排氣過程。齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程。隨著齒間容積的不斷縮小，高壓氣體逐漸通過排氣孔口排出。齒末端型線完全嚙合時，封閉的齒間容積變?yōu)榱悖鋬?nèi)部氣體完全排出，排氣過程結(jié)束。

3.螺桿式空壓機的優(yōu)點

（1）機組所有零部件安裝在一個底座上，使得結(jié)構(gòu)緊湊、移動方便。

（2）運動部分少，磨損部分小，易損零部件少，維護管理方便。

（3）油的消耗量少，因此維護費用低。

（4）輸出空氣無脈動現(xiàn)象，排氣壓力穩(wěn)定。

（5）振動小，噪聲低。

（6）壓縮空氣中油、水含量較少，壓縮空氣質(zhì)量高。

（7）潤滑油散熱效果較好，單級壓縮比可高達16。

四、使用效果考察

目前，該公司安裝使用螺桿式空壓機（防爆型）2臺，使用時間已超過1年，此種空壓機占地面積小，安裝、搬運方便，維護量小、噪音低，氣壓穩(wěn)定，保護裝置齊全，經(jīng)濟效益和社會效益非常明顯。

1.安全可靠性高

（1）具有過載、短路、斷相、漏電、防自起動等保護功能，還具有超溫、斷油自動停機保護以及容調(diào)、制壓調(diào)、安全閥三重超壓保護等功能。

（2）由于潤滑油的吸熱作用，油分離器出口溫度＜10℃，油氣混合氣體經(jīng)分離器分離后，排出的氣體中幾乎不含油量，而使系統(tǒng)發(fā)生爆炸的可能性大大降低。

（3）儲氣罐是壓風(fēng)系統(tǒng)中最容易發(fā)生爆炸的地方，恰好螺桿式空壓機無需安裝儲氣罐，從設(shè)備上實現(xiàn)了本質(zhì)安全的要求。

（4）井下使用的螺桿式空壓機起動器、電機具有隔爆性能，控制及保護回路為本質(zhì)安全型，適用于煤礦井下煤塵和瓦斯突出場所。

2.基礎(chǔ)投資、運行及維護費用低

（1）機組的所有零部件均裝置在底座上，由于運行平衡，無需再做基礎(chǔ)。在井下使用時，底座下安裝了輪對，成為一個機動靈活的空壓機站，可牽引至用氣地點，往車輪下楔入木楔，即可使用，無需設(shè)置專門的酮室。

（2）引進的是國外先進技術(shù)，加工、配合精度高，并且構(gòu)件及輔機少，維護費用較低。

（3）節(jié)省運行費用。例如，額定壓力為0.8 MPa、額定排氣量為40 m3/min的螺桿式空壓機和活塞式空壓機相比，前者每月消耗潤滑油15 kg，后者則要消耗40 kg。僅此一項，1臺空壓機每年可少支出運行費用2400元。

3.比功率高

螺桿式空壓機比功率可達4.5 kW/（m3/min），主要原因是：①整機不存在余隙容積。②相對運動部件少，減少了漏氣損失。③設(shè)備潤滑是靠自身產(chǎn)生的壓力差進行注油，無需潤滑油泵。④負載可實現(xiàn)0～10%的無級調(diào)節(jié)，達到了節(jié)能的效果。

4.其他優(yōu)點

（1）由于空壓機可設(shè)在用氣點較近的地方，不僅減少了管道的投資和壓力損失，也避免了因氣體溫度下降而產(chǎn)生冷凝水的問題。

（2）可連續(xù)地進行吸氣、壓縮和排氣，氣流無脈動且含油量極少，質(zhì)量高。

（3）螺桿式空壓機沖擊小，加上潤滑油可吸收高頻壓縮所產(chǎn)生的噪音，所以運行平穩(wěn)，振動小，噪聲低，給職工創(chuàng)造了一個良好的工作環(huán)境。

五、結(jié)論

螺桿式空壓機在煤礦的使用上，已取得良好的效果，達到了安全、方便和節(jié)能的目的，具有較高的推廣價值。但由于該設(shè)備精度和潤滑系統(tǒng)的要求較高，現(xiàn)場技術(shù)和維護人員需不斷提高技術(shù)水平，進一步掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)、工作原理等知識，以滿足新的生產(chǎn)形勢的需要。