關于冶金礦山空壓機的選用分析

巫亮云

（廣西華磊新材料有限公司動力廠，廣西 平果 531499）

空氣壓縮機，簡稱為空壓機，其主要將所處環境之中的空氣作為原料，實現電動機內部的機械能向氣體壓力能的轉換，從而滿足生產工藝全過程之中所需要的壓力。壓縮機的種類十分多樣，依據其具體的工作原理進行劃分則可將壓縮機分成容積式與速度式兩類。而速度型的壓縮機又可以進一步被細分為離心式和軸流式這兩類。速度型壓縮機的工作原理是通過提升氣體分子的運動速率，實現分子動能向氣體壓力能的轉換，從而加大壓縮空氣的壓力。

1 概述

對于礦山生產中使用的氣動工具而言，空壓機作為他們的動力來源推動這些工具設備的運轉，氣動工具一般需要0.5MPa~0.7MPa壓力的壓縮空氣，一般情況下整體的耗氣量較小，一般而言，每座日生產力為1000 噸的礦山每一分鐘需要消耗120m3空氣量。當前應用較為廣泛的空壓機主要有往復活塞式空壓機、滑片式空壓機、離心式空壓機和螺桿式空壓機。如何選擇空壓機機型以及選擇哪一類機型更優是需要有關工作人員仔細甄別、深入分析才能夠解決的問題。

2 空氣壓縮機的選擇原則

所說的合理選擇壓縮機，主要是指全方面考慮壓縮機組以及壓縮機站的投資和日常運行產生的費用等一系列技術經濟指標，從而讓壓縮機的選擇與“經濟、安全、適用”的原則相符合。一般而言，壓縮機的合理選擇工作包括以下幾個方面的內容。

（1）必須與生產工藝所需的流量以及壓力要求相符合，也就是要求壓縮機的運行工況點處于高效區間之內，當滿足這一要求時，所選擇的壓縮機不僅節省動力，而且不容易造成機器構件的損壞。

（2）挑選而出的壓縮機不僅在體積方面應該盡可能的小，而且還要滿足質輕、造價便宜的要求，除此之外，其必須滿足工作效率的需要并且擁有良好的功能特性。

（3）具備較好的抗喘振性能，能夠平穩地運行并且運行足夠長的時間，短時間內不易損壞。

（4）機器自身的結構應該盡可能的簡單，便于操作，配備的零件應該易于購買、安置、替換。

（5）所選擇的壓縮機站不需要較大的工程投資，日常運行的費用不高。

空氣壓縮機的選擇一般是以啟動系的工作壓力與流量作為依據。氣源的工作壓力應該高于氣動系統內部最高的工作壓力，并且需要對供氣管道的運輸損失以及局部的損失考慮在內。如果系統內部部分位置的工作壓力的要求低于其他位置，可以考慮采用減壓閥來進行氣體供應?？諝鈮嚎s機的額定排氣壓力主要有四類，第一類是低壓，其壓強范圍為0.7Mpa~1.0Mpa，第二類是中壓，其壓強范圍為1.0Mpa~10MPa，第三類是高壓，其壓強范圍為10Mpa~100Mpa，第四類是超高壓，其壓力高于100Mpa，可以結合對實際需要的考量進行合理的選擇。一般而言，企業采用壓強范圍為0.7Mpa~1.25Mpa的空氣壓縮機居多。

3 各類常用空壓機的特點與適用情況對比分析

3.1 結構與特點比較分析

對于冶金礦山而言，常用的空壓機可以大致上被分成三類：往復式空壓機、回轉式空壓機和離心式空壓機。往復活塞式空壓機會對連續氣流的位置進行控制，將其限制在氣缸之中，通過活塞的往復運動壓縮氣體?？諌簷C工作的過程之中，曲軸連桿會進行往復運動，其轉速的加速度會受到一定程度上的限制，這會使得機器變得較為笨重，與此同時，由這一運動結構產生的慣性會促使機器進行振動，從而產生較大噪音，嚴重時甚至會造成零件與部件的異常和失靈，因此該種空壓機的缺點主要有：振動頻率大、產出噪聲大、易壞、缺乏可靠性等等。

螺桿式空壓機與回轉式空壓機緊密聯系，通常我們認為前者是后者下屬分類中的一種。螺桿式空壓機和往復活塞式空壓機一樣會限制連續氣流的位置，并將該氣流限制在氣缸的內部，不同的是螺桿式空壓機會借助旋轉元件的強制運動來實現氣體的壓縮，而非借助活塞的往復運動。螺桿式空壓機在工作的過程之中不會出現異常沖擊，因此其穩定性高、可靠性強、不容易出現零部件的損壞。螺桿式空壓機可以被分成單螺桿式與雙螺桿式這兩類，在這之中單螺桿空壓機相較于雙螺桿空壓機而言，螺桿的受力更加均衡，軸承也相較而言不易受損，不僅使用壽命更長，而且產生的噪音更低，整體能耗也更小，總而言之，該空壓機的優點如下：①運轉更加具備平穩性、振動幅度更小，其產生的噪聲低于雙螺桿空壓機產生噪聲的90%；②蝸桿不會出現彎曲變形的問題，能夠承受高壓的條件，即使在一級壓縮的前提之下，其內部的壓強還是能夠超國6.6MPa；③即使間隙很小，嚙合幅也能夠正常的工作，極大程度上降低了泄漏的可能，因此工作的效率更高、能量的損耗更少，節能的效果遠遠超過了雙螺桿空壓機。

滑片式空壓機同樣為回轉式變容積壓縮機下屬分類中的一種。該類空壓機的工作原理為：軸向滑片圍繞圓柱缸體偏心轉子進行徑向滑動，使得空氣被截留在滑片中間，空氣在受到壓縮之后會從滑片中排出，進而達到空氣壓縮的目的，這一類型的空壓機的主要優點是結構簡單，容易被制作而出。其主要缺點在于排氣量不夠大，整體空氣壓縮效率僅為螺桿式空壓機的90%，僅為往復式空壓機的80%。

離心式空壓機的優點則有以下三點：①其葉輪能夠實現較高速度的旋轉，因此該類空壓機的流量較大，產生的功率也有了大幅度的增加。②其結構較為緊湊，整體尺寸較小，機組的占地面積以及機組的整體質量都遠小于同一氣量的活塞式空壓機。③該類空壓機運轉起來十分平穩，操作更具備可靠性，備用零件的需求使用量較小，后期所需的維護費用以及維護人員也少于其他類型空壓機。同時，其也具備以下三個方面的不足：①離心式空壓機在部分情況之下不適用，例如氣量臺校及壓比高出常態時；②離心式空壓機的穩定工況區較為狹窄，盡管調節氣量具備一定的便利性，但其不具備較強的經濟性。③現如今離心式空壓機的工作效率一半遠遠低于活塞式的空氣壓縮機。④離心式空氣壓縮機具備更高的轉速，因此機械振動問題是該類空氣壓縮機經常出現的問題。各種壓縮機的對比情況見圖l。

圖1 各類壓縮機熱力性能和結構特點對比圖

3.2 參數的對比分析

上圖2展示了在同等排氣量的情況之下，同樣工作狀況的條件之下各類空壓機參數的對比分析結果。

圖2 各類空壓機參數的對比圖

3.3 冷卻方式

當排氣量超過10m3的時候，往復活塞式空壓機一般采用循環水冷卻法進行冷卻，同時在氣缸外部安設水套，并且配備對應的的冷卻水系統。一些往復式空氣壓縮機，特別是功率高于75 kw的機型會被設有多級機組。對于這類空氣壓縮機而言，其壓縮空氣的過程也是分級的，每一級都具備冷卻的功能，從而實現空氣的有效降溫。最普通的螺桿式空氣壓縮機當屬單級噴油螺桿式空氣壓縮機，這類空氣壓縮機一般使用的是油冷的冷卻方式。其采用的油能夠實現密封的功能。目前，排氣量在60m3左右的螺桿式空氣壓縮機大多采用風冷或水冷的方式實現內部冷卻。若工作環境溫度過高、空氣壓縮機的排氣量較大，一般優先采用水冷機組實現空氣的冷卻。離心式空氣壓縮機也是采用水冷法。這類空壓機擁有的較為典型的機組有：后冷卻器和一些與冷卻過程有關的控制設備。

3.4 安裝和維修

往復活塞式空氣壓縮機的整體結構較為復雜并且其體積較大，往往需要較大的混凝土基礎才能夠建成，因此其安裝所需要的時間更長，整體費用也會更貴；而也正是因為結構較為復雜，涉及到的零部件更多，出現零部件損壞的可能性也更大，因此該類空壓機需要更多的維修人員，同時面臨著更加高昂的后期維修護理費用。螺桿式空氣壓縮機具備更加簡單的內部結構，體積也顯著小于往復活塞空氣壓縮機，因此其安裝起來也更加不受條件的限制，安裝耗時也更短。單螺桿空壓機的星輪較易磨損，通常在后期只需定期更換星輪即可，因此維修起來更為便捷，維修的費用更低，維修的周期更短。雙螺桿式空壓機的維修則需要更換螺桿與軸承，因為對于這類機型而言，螺桿和軸承是比較容易出現損壞的部件，有時甚至還需要將主體部分返廠修理，后期維修的成本較高，維修所需要的時間也較長；離心式空壓機擁有比較簡單的結構，不過從安裝方面而言，該類空氣壓縮機同樣受到混凝土基礎條件的限制，故而其安裝過程較為耗時，安裝所需要的費用較高，后期用于維修的費用也不低，不過需要維修的時間不長。

4 結語

綜上所述，經過以上的對比分析，我們可以得出以下結論：螺桿式空氣壓縮機更加適用于冶金礦山的工作情況。而目前，雙螺桿空氣壓縮機在機型設計和制造生產的技術兩方面都較為成熟，在各個行業之中都受到了高度的認可。單螺桿空壓機的研究與開發時間不長，雖然其擁有部分雙螺桿空氣壓縮機并不具備的優勢，但其設計、制造工藝、零部件的材質都有待進一步的完善與優化。因此在實際的設計過程之中，我們具體選用單螺桿空壓機還是雙螺桿空壓機往往取決于項目所在的環境等外部因素，采用靈活的方式，綜合考慮實際情況進行空壓機的選擇。