活塞式空氣壓縮機(jī)性能影響因素分析及排氣量調(diào)節(jié)

翟五洲

摘 要：為了保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，分析了余隙容積、壓力損失等因素對(duì)活塞式空壓機(jī)性能的影響，并對(duì)空壓機(jī)的排氣量的調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：活塞式空氣壓縮機(jī) 影響因素 排氣量調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：TH458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0099-02

煤礦中廣泛使用著各種由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)械及工具，例如采掘工作面的氣動(dòng)鑿巖機(jī)、氣動(dòng)裝巖機(jī)及鑿井使用的氣動(dòng)抓巖機(jī)、地面使用的空氣錘等，空氣壓縮設(shè)備就是指為這些氣動(dòng)機(jī)械提供壓縮空氣的整套設(shè)備[1]。為了保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，必須分析與空壓機(jī)性能有關(guān)的因素，進(jìn)而分析其對(duì)空壓機(jī)性能的影響；同時(shí)，對(duì)空壓機(jī)的排氣量調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以便提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 性能影響因素分析

1.1 余隙客積對(duì)排氣量的影響

余隙容積是活塞處于外止點(diǎn)時(shí)，活塞外端面與氣缸蓋之間的容積和氣缸與氣閥連接通道的容積之和。余隙容積的大小還可用相對(duì)余隙容積α來(lái)表示，它定義為余隙容積V0與氣缸工作容積Vg的比值，即：

余隙容積對(duì)空壓機(jī)排氣量的影響常用氣缸的容積系數(shù)λ0來(lái)表示，定義為氣缸的吸入空氣量Vs與工作客積Vg之比，即：

經(jīng)分析可以得到：

式中：ε為壓縮比；m為膨脹過(guò)程多變指數(shù)。

上式說(shuō)明：容積系數(shù)的大小不僅取決于相對(duì)余隙容積值α，還取決于壓縮比ε和膨脹指數(shù)m。由此可知，要增加空壓機(jī)的排氣量，必須減少α或ε，或增大m值。因此，若提高空壓機(jī)排氣量，須從以下兒方面著手：盡量減少余隙容積；空氣的壓縮比不能太大；使余隙容積中的壓縮空氣按絕熱過(guò)程進(jìn)行膨脹。

1.2 余隙容積對(duì)功的影響

只考慮余隙容積時(shí)，空壓機(jī)的工作循環(huán)如圖1所示。

若無(wú)余隙容積時(shí)，總循環(huán)功為：

若有余隙容積，總循環(huán)功為：

膨脹過(guò)程多變指數(shù)m取決于熱交換情況，當(dāng)n=m時(shí)：

1.3 壓力損失的影響

在空壓機(jī)的吸氣過(guò)程中，壓力隨著吸氣管的阻力而變化。壓力損失是由于過(guò)濾器、吸氣管和吸氣閥阻力而產(chǎn)生的。其中閥的壓力損失是主要的，該壓力損失與閥中氣體流速的平方成正比。同樣，在排氣過(guò)程中排氣閥及排氣管道也具有阻力，空壓機(jī)在排氣過(guò)程中氣缸壓力要高于排氣管中的壓力。

如圖1（a）所示，吸氣過(guò)程和排氣過(guò)程開始時(shí)具有較大凸起的波折線，這是由于閥及彈簧的慣性阻力引起的，此阻力只在打開閥片時(shí)才有。由于吸氣壓力降低和排氣壓力升高的影響，使空壓機(jī)的每一循環(huán)過(guò)程所消耗的總功增加，所增加的數(shù)值如圖1（a）中的3-2-6-c和4-d-a-1所包圍的面積。

由于吸氣壓力降低，吸氣終了壓力小于氣缸外原始?jí)毫1，因此當(dāng)折算到壓力p1時(shí)，實(shí)際的吸氣體積有一定的下降，從而排氣量也有所下降。常用壓力系數(shù)λp來(lái)表示吸氣阻力對(duì)排氣能力的影響，即：

通?？諌簷C(jī)的第1級(jí)中，進(jìn)氣壓力等于或接近大氣壓時(shí)，取λp=0.95～0.98。

2 排氣量調(diào)節(jié)

空壓機(jī)生產(chǎn)的壓氣主要供井下風(fēng)動(dòng)工具使用。由于井下風(fēng)動(dòng)工具開動(dòng)的臺(tái)數(shù)經(jīng)常變化，因此耗氣量也經(jīng)常變化[2～5]。當(dāng)耗氣量大于空壓機(jī)的排氣量時(shí)，可啟動(dòng)備用空壓機(jī)；小于空壓機(jī)的排氣量時(shí)，多余的壓氣雖然可以暫時(shí)儲(chǔ)存在風(fēng)包中，但如時(shí)間較長(zhǎng)，風(fēng)包內(nèi)壓氣數(shù)量較多，風(fēng)壓增加太大，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)，因此，必須進(jìn)行空壓機(jī)排氣量的調(diào)節(jié)。

2.1 打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

如圖2所示，圖中左側(cè)為壓力調(diào)節(jié)器，由缸體、滑閥（帶有閥桿）、彈簧等組成，經(jīng)管5與風(fēng)包或壓氣管相連，用管6通往右側(cè)的減荷裝置。

風(fēng)包中風(fēng)壓正常時(shí)，彈簧把滑閥推到缸內(nèi)最上端位置，此時(shí)管5被滑閥上端面堵死。當(dāng)風(fēng)包中風(fēng)壓超過(guò)正常值時(shí)，把滑閥壓到下側(cè)位置，使管5和管6連通。此時(shí)風(fēng)包中的壓縮空氣進(jìn)入減荷裝置的缸體內(nèi)，推動(dòng)活塞克服彈簧的彈性力而向下移動(dòng)，利用桿的叉頭將進(jìn)氣閥的閥片壓開。氣缸與大氣相通，當(dāng)其活塞左行時(shí)，氣缸進(jìn)氣；右行時(shí)，又將吸進(jìn)氣缸的氣體由進(jìn)氣閥排到大氣中，此時(shí)空壓機(jī)空轉(zhuǎn)，不向壓氣管網(wǎng)供應(yīng)壓氣。

對(duì)于雙作用式氣缸，可將兩側(cè)工作腔的進(jìn)氣閥分別連接2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器A和B，同時(shí)將2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器的動(dòng)作壓力、恢復(fù)壓力整定成不同的值，則可實(shí)現(xiàn)100%，50%，0%排氣量的三級(jí)調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)包中壓力升到某一額定數(shù)值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器A起作用，打升氣缸一側(cè)的進(jìn)氣閥，排氣量減為額定值的50%。若此時(shí)排氣量仍然大于耗氣量，則風(fēng)包中壓力繼續(xù)上升，壓力調(diào)節(jié)器B隨后起作用，打開氣缸另一側(cè)的進(jìn)氣閥，空壓機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)?；謴?fù)情況類似。

這種調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)便易行，缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)器動(dòng)作時(shí)負(fù)荷立即下降，產(chǎn)生的慣性力較大。為了不使慣性力太大，需加大飛輪質(zhì)量以產(chǎn)生較大的慣性。

2.2 關(guān)閉進(jìn)氣管調(diào)節(jié)

目前礦山使用的L型空壓機(jī)大多采用關(guān)閉進(jìn)氣管的調(diào)節(jié)方式，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。與打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)法一樣，關(guān)閉進(jìn)氣管調(diào)節(jié)也是靠壓力調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)風(fēng)包中風(fēng)壓超過(guò)整定值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器起作用，風(fēng)包中的高壓風(fēng)通過(guò)管路進(jìn)入減荷缸，推動(dòng)活塞帶動(dòng)盤形閥，克服彈簧的壓力而向上移動(dòng)，把進(jìn)氣管通路堵死，從而使空壓機(jī)不能進(jìn)氣，因而也不能排氣，空壓機(jī)空轉(zhuǎn)。風(fēng)包中風(fēng)壓降低時(shí)，其作用與上述打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)時(shí)類似。

當(dāng)風(fēng)包中有相當(dāng)風(fēng)壓時(shí)，為了能夠不帶負(fù)荷啟動(dòng)空壓機(jī)而備有手輪，啟動(dòng)前把活塞托起，封閉進(jìn)氣管，于是空壓機(jī)可以空載啟動(dòng)。在空壓機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪脫離活塞，利用彈簧的力量使活塞連同盤形閥一起下降，恢復(fù)原值，進(jìn)氣管打開，空壓機(jī)升始正常工作。

2.3 改變余隙容積調(diào)節(jié)

如圖4所示，氣缸壁上帶有附加的余隙容積，此附加余隙容積靠閥的作用可以和氣缸連通或隔斷。當(dāng)風(fēng)包中壓力增大超過(guò)整定值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器起作用，壓氣通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器后沿風(fēng)管進(jìn)入減荷氣缸內(nèi)，克服彈簧的作用，推動(dòng)活塞，將閥打開而使余隙積增大，空壓機(jī)的排氣量減小。

用改變余隙容積法調(diào)節(jié)時(shí)，往往在氣缸上帶有4個(gè)附加的余隙容積，分別由4整定成不同壓力的壓力調(diào)節(jié)器控制。當(dāng)各個(gè)余隙容積依次和氣缸連通時(shí)，空壓機(jī)的排氣量將逐步減少25%左右，于是能進(jìn)行5級(jí)調(diào)節(jié)，分別給出l00%、75%、50%、25%和0%的排氣量。

3 結(jié)語(yǔ)

活塞式空壓機(jī)在礦山得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要對(duì)活塞式空壓機(jī)性能影響因素及空壓機(jī)的排氣量的調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔勛，趙勇.空氣壓縮機(jī)在煤礦中的應(yīng)用淺析[J].今日科苑，2010（4）：42.

[2] 朱峰.礦用壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（3）：111.

[3] 肖忠臣，王瑞森.煉廠用往復(fù)壓縮機(jī)級(jí)列數(shù)選擇原則[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2002（1）：32-33.

[4] 王佑坤，朱榮東.空氣壓縮機(jī)變工況試驗(yàn)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36（11）：33-35.

[5] 李炳文，王啟廠.礦山機(jī)械[M].徐州：中園礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.endprint

摘 要：為了保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，分析了余隙容積、壓力損失等因素對(duì)活塞式空壓機(jī)性能的影響，并對(duì)空壓機(jī)的排氣量的調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：活塞式空氣壓縮機(jī) 影響因素 排氣量調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：TH458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0099-02

煤礦中廣泛使用著各種由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)械及工具，例如采掘工作面的氣動(dòng)鑿巖機(jī)、氣動(dòng)裝巖機(jī)及鑿井使用的氣動(dòng)抓巖機(jī)、地面使用的空氣錘等，空氣壓縮設(shè)備就是指為這些氣動(dòng)機(jī)械提供壓縮空氣的整套設(shè)備[1]。為了保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，必須分析與空壓機(jī)性能有關(guān)的因素，進(jìn)而分析其對(duì)空壓機(jī)性能的影響；同時(shí)，對(duì)空壓機(jī)的排氣量調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以便提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 性能影響因素分析

1.1 余隙客積對(duì)排氣量的影響

余隙容積是活塞處于外止點(diǎn)時(shí)，活塞外端面與氣缸蓋之間的容積和氣缸與氣閥連接通道的容積之和。余隙容積的大小還可用相對(duì)余隙容積α來(lái)表示，它定義為余隙容積V0與氣缸工作容積Vg的比值，即：

余隙容積對(duì)空壓機(jī)排氣量的影響常用氣缸的容積系數(shù)λ0來(lái)表示，定義為氣缸的吸入空氣量Vs與工作客積Vg之比，即：

經(jīng)分析可以得到：

式中：ε為壓縮比；m為膨脹過(guò)程多變指數(shù)。

上式說(shuō)明：容積系數(shù)的大小不僅取決于相對(duì)余隙容積值α，還取決于壓縮比ε和膨脹指數(shù)m。由此可知，要增加空壓機(jī)的排氣量，必須減少α或ε，或增大m值。因此，若提高空壓機(jī)排氣量，須從以下兒方面著手：盡量減少余隙容積；空氣的壓縮比不能太大；使余隙容積中的壓縮空氣按絕熱過(guò)程進(jìn)行膨脹。

1.2 余隙容積對(duì)功的影響

只考慮余隙容積時(shí)，空壓機(jī)的工作循環(huán)如圖1所示。

若無(wú)余隙容積時(shí)，總循環(huán)功為：

若有余隙容積，總循環(huán)功為：

膨脹過(guò)程多變指數(shù)m取決于熱交換情況，當(dāng)n=m時(shí)：

1.3 壓力損失的影響

在空壓機(jī)的吸氣過(guò)程中，壓力隨著吸氣管的阻力而變化。壓力損失是由于過(guò)濾器、吸氣管和吸氣閥阻力而產(chǎn)生的。其中閥的壓力損失是主要的，該壓力損失與閥中氣體流速的平方成正比。同樣，在排氣過(guò)程中排氣閥及排氣管道也具有阻力，空壓機(jī)在排氣過(guò)程中氣缸壓力要高于排氣管中的壓力。

如圖1（a）所示，吸氣過(guò)程和排氣過(guò)程開始時(shí)具有較大凸起的波折線，這是由于閥及彈簧的慣性阻力引起的，此阻力只在打開閥片時(shí)才有。由于吸氣壓力降低和排氣壓力升高的影響，使空壓機(jī)的每一循環(huán)過(guò)程所消耗的總功增加，所增加的數(shù)值如圖1（a）中的3-2-6-c和4-d-a-1所包圍的面積。

由于吸氣壓力降低，吸氣終了壓力小于氣缸外原始?jí)毫1，因此當(dāng)折算到壓力p1時(shí)，實(shí)際的吸氣體積有一定的下降，從而排氣量也有所下降。常用壓力系數(shù)λp來(lái)表示吸氣阻力對(duì)排氣能力的影響，即：

通?？諌簷C(jī)的第1級(jí)中，進(jìn)氣壓力等于或接近大氣壓時(shí)，取λp=0.95～0.98。

2 排氣量調(diào)節(jié)

空壓機(jī)生產(chǎn)的壓氣主要供井下風(fēng)動(dòng)工具使用。由于井下風(fēng)動(dòng)工具開動(dòng)的臺(tái)數(shù)經(jīng)常變化，因此耗氣量也經(jīng)常變化[2～5]。當(dāng)耗氣量大于空壓機(jī)的排氣量時(shí)，可啟動(dòng)備用空壓機(jī)；小于空壓機(jī)的排氣量時(shí)，多余的壓氣雖然可以暫時(shí)儲(chǔ)存在風(fēng)包中，但如時(shí)間較長(zhǎng)，風(fēng)包內(nèi)壓氣數(shù)量較多，風(fēng)壓增加太大，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)，因此，必須進(jìn)行空壓機(jī)排氣量的調(diào)節(jié)。

2.1 打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

如圖2所示，圖中左側(cè)為壓力調(diào)節(jié)器，由缸體、滑閥（帶有閥桿）、彈簧等組成，經(jīng)管5與風(fēng)包或壓氣管相連，用管6通往右側(cè)的減荷裝置。

風(fēng)包中風(fēng)壓正常時(shí)，彈簧把滑閥推到缸內(nèi)最上端位置，此時(shí)管5被滑閥上端面堵死。當(dāng)風(fēng)包中風(fēng)壓超過(guò)正常值時(shí)，把滑閥壓到下側(cè)位置，使管5和管6連通。此時(shí)風(fēng)包中的壓縮空氣進(jìn)入減荷裝置的缸體內(nèi)，推動(dòng)活塞克服彈簧的彈性力而向下移動(dòng)，利用桿的叉頭將進(jìn)氣閥的閥片壓開。氣缸與大氣相通，當(dāng)其活塞左行時(shí)，氣缸進(jìn)氣；右行時(shí)，又將吸進(jìn)氣缸的氣體由進(jìn)氣閥排到大氣中，此時(shí)空壓機(jī)空轉(zhuǎn)，不向壓氣管網(wǎng)供應(yīng)壓氣。

對(duì)于雙作用式氣缸，可將兩側(cè)工作腔的進(jìn)氣閥分別連接2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器A和B，同時(shí)將2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器的動(dòng)作壓力、恢復(fù)壓力整定成不同的值，則可實(shí)現(xiàn)100%，50%，0%排氣量的三級(jí)調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)包中壓力升到某一額定數(shù)值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器A起作用，打升氣缸一側(cè)的進(jìn)氣閥，排氣量減為額定值的50%。若此時(shí)排氣量仍然大于耗氣量，則風(fēng)包中壓力繼續(xù)上升，壓力調(diào)節(jié)器B隨后起作用，打開氣缸另一側(cè)的進(jìn)氣閥，空壓機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)?；謴?fù)情況類似。

這種調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)便易行，缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)器動(dòng)作時(shí)負(fù)荷立即下降，產(chǎn)生的慣性力較大。為了不使慣性力太大，需加大飛輪質(zhì)量以產(chǎn)生較大的慣性。

2.2 關(guān)閉進(jìn)氣管調(diào)節(jié)

目前礦山使用的L型空壓機(jī)大多采用關(guān)閉進(jìn)氣管的調(diào)節(jié)方式，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。與打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)法一樣，關(guān)閉進(jìn)氣管調(diào)節(jié)也是靠壓力調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)風(fēng)包中風(fēng)壓超過(guò)整定值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器起作用，風(fēng)包中的高壓風(fēng)通過(guò)管路進(jìn)入減荷缸，推動(dòng)活塞帶動(dòng)盤形閥，克服彈簧的壓力而向上移動(dòng)，把進(jìn)氣管通路堵死，從而使空壓機(jī)不能進(jìn)氣，因而也不能排氣，空壓機(jī)空轉(zhuǎn)。風(fēng)包中風(fēng)壓降低時(shí)，其作用與上述打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)時(shí)類似。

當(dāng)風(fēng)包中有相當(dāng)風(fēng)壓時(shí)，為了能夠不帶負(fù)荷啟動(dòng)空壓機(jī)而備有手輪，啟動(dòng)前把活塞托起，封閉進(jìn)氣管，于是空壓機(jī)可以空載啟動(dòng)。在空壓機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪脫離活塞，利用彈簧的力量使活塞連同盤形閥一起下降，恢復(fù)原值，進(jìn)氣管打開，空壓機(jī)升始正常工作。

2.3 改變余隙容積調(diào)節(jié)

如圖4所示，氣缸壁上帶有附加的余隙容積，此附加余隙容積靠閥的作用可以和氣缸連通或隔斷。當(dāng)風(fēng)包中壓力增大超過(guò)整定值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器起作用，壓氣通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器后沿風(fēng)管進(jìn)入減荷氣缸內(nèi)，克服彈簧的作用，推動(dòng)活塞，將閥打開而使余隙積增大，空壓機(jī)的排氣量減小。

用改變余隙容積法調(diào)節(jié)時(shí)，往往在氣缸上帶有4個(gè)附加的余隙容積，分別由4整定成不同壓力的壓力調(diào)節(jié)器控制。當(dāng)各個(gè)余隙容積依次和氣缸連通時(shí)，空壓機(jī)的排氣量將逐步減少25%左右，于是能進(jìn)行5級(jí)調(diào)節(jié)，分別給出l00%、75%、50%、25%和0%的排氣量。

3 結(jié)語(yǔ)

活塞式空壓機(jī)在礦山得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要對(duì)活塞式空壓機(jī)性能影響因素及空壓機(jī)的排氣量的調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

參考文獻(xiàn)

[1] 龔勛，趙勇.空氣壓縮機(jī)在煤礦中的應(yīng)用淺析[J].今日科苑，2010（4）：42.

[2] 朱峰.礦用壓縮機(jī)的維護(hù)保養(yǎng)[J].科技創(chuàng)業(yè)家，2013（3）：111.

[3] 肖忠臣，王瑞森.煉廠用往復(fù)壓縮機(jī)級(jí)列數(shù)選擇原則[J].壓縮機(jī)技術(shù)，2002（1）：32-33.

[4] 王佑坤，朱榮東.空氣壓縮機(jī)變工況試驗(yàn)研究[J].石油礦場(chǎng)機(jī)械，2007，36（11）：33-35.

[5] 李炳文，王啟廠.礦山機(jī)械[M].徐州：中園礦業(yè)大學(xué)出版社，2007.endprint

摘 要：為了保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，分析了余隙容積、壓力損失等因素對(duì)活塞式空壓機(jī)性能的影響，并對(duì)空壓機(jī)的排氣量的調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

關(guān)鍵詞：活塞式空氣壓縮機(jī) 影響因素 排氣量調(diào)節(jié)

中圖分類號(hào)：TH458 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）03（c）-0099-02

煤礦中廣泛使用著各種由壓縮空氣驅(qū)動(dòng)的機(jī)械及工具，例如采掘工作面的氣動(dòng)鑿巖機(jī)、氣動(dòng)裝巖機(jī)及鑿井使用的氣動(dòng)抓巖機(jī)、地面使用的空氣錘等，空氣壓縮設(shè)備就是指為這些氣動(dòng)機(jī)械提供壓縮空氣的整套設(shè)備[1]。為了保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，必須分析與空壓機(jī)性能有關(guān)的因素，進(jìn)而分析其對(duì)空壓機(jī)性能的影響；同時(shí)，對(duì)空壓機(jī)的排氣量調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以便提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

1 性能影響因素分析

1.1 余隙客積對(duì)排氣量的影響

余隙容積是活塞處于外止點(diǎn)時(shí)，活塞外端面與氣缸蓋之間的容積和氣缸與氣閥連接通道的容積之和。余隙容積的大小還可用相對(duì)余隙容積α來(lái)表示，它定義為余隙容積V0與氣缸工作容積Vg的比值，即：

余隙容積對(duì)空壓機(jī)排氣量的影響常用氣缸的容積系數(shù)λ0來(lái)表示，定義為氣缸的吸入空氣量Vs與工作客積Vg之比，即：

經(jīng)分析可以得到：

式中：ε為壓縮比；m為膨脹過(guò)程多變指數(shù)。

上式說(shuō)明：容積系數(shù)的大小不僅取決于相對(duì)余隙容積值α，還取決于壓縮比ε和膨脹指數(shù)m。由此可知，要增加空壓機(jī)的排氣量，必須減少α或ε，或增大m值。因此，若提高空壓機(jī)排氣量，須從以下兒方面著手：盡量減少余隙容積；空氣的壓縮比不能太大；使余隙容積中的壓縮空氣按絕熱過(guò)程進(jìn)行膨脹。

1.2 余隙容積對(duì)功的影響

只考慮余隙容積時(shí)，空壓機(jī)的工作循環(huán)如圖1所示。

若無(wú)余隙容積時(shí)，總循環(huán)功為：

若有余隙容積，總循環(huán)功為：

膨脹過(guò)程多變指數(shù)m取決于熱交換情況，當(dāng)n=m時(shí)：

1.3 壓力損失的影響

在空壓機(jī)的吸氣過(guò)程中，壓力隨著吸氣管的阻力而變化。壓力損失是由于過(guò)濾器、吸氣管和吸氣閥阻力而產(chǎn)生的。其中閥的壓力損失是主要的，該壓力損失與閥中氣體流速的平方成正比。同樣，在排氣過(guò)程中排氣閥及排氣管道也具有阻力，空壓機(jī)在排氣過(guò)程中氣缸壓力要高于排氣管中的壓力。

如圖1（a）所示，吸氣過(guò)程和排氣過(guò)程開始時(shí)具有較大凸起的波折線，這是由于閥及彈簧的慣性阻力引起的，此阻力只在打開閥片時(shí)才有。由于吸氣壓力降低和排氣壓力升高的影響，使空壓機(jī)的每一循環(huán)過(guò)程所消耗的總功增加，所增加的數(shù)值如圖1（a）中的3-2-6-c和4-d-a-1所包圍的面積。

由于吸氣壓力降低，吸氣終了壓力小于氣缸外原始?jí)毫1，因此當(dāng)折算到壓力p1時(shí)，實(shí)際的吸氣體積有一定的下降，從而排氣量也有所下降。常用壓力系數(shù)λp來(lái)表示吸氣阻力對(duì)排氣能力的影響，即：

通?？諌簷C(jī)的第1級(jí)中，進(jìn)氣壓力等于或接近大氣壓時(shí)，取λp=0.95～0.98。

2 排氣量調(diào)節(jié)

空壓機(jī)生產(chǎn)的壓氣主要供井下風(fēng)動(dòng)工具使用。由于井下風(fēng)動(dòng)工具開動(dòng)的臺(tái)數(shù)經(jīng)常變化，因此耗氣量也經(jīng)常變化[2～5]。當(dāng)耗氣量大于空壓機(jī)的排氣量時(shí)，可啟動(dòng)備用空壓機(jī)；小于空壓機(jī)的排氣量時(shí)，多余的壓氣雖然可以暫時(shí)儲(chǔ)存在風(fēng)包中，但如時(shí)間較長(zhǎng)，風(fēng)包內(nèi)壓氣數(shù)量較多，風(fēng)壓增加太大，容易產(chǎn)生危險(xiǎn)，因此，必須進(jìn)行空壓機(jī)排氣量的調(diào)節(jié)。

2.1 打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)

如圖2所示，圖中左側(cè)為壓力調(diào)節(jié)器，由缸體、滑閥（帶有閥桿）、彈簧等組成，經(jīng)管5與風(fēng)包或壓氣管相連，用管6通往右側(cè)的減荷裝置。

風(fēng)包中風(fēng)壓正常時(shí)，彈簧把滑閥推到缸內(nèi)最上端位置，此時(shí)管5被滑閥上端面堵死。當(dāng)風(fēng)包中風(fēng)壓超過(guò)正常值時(shí)，把滑閥壓到下側(cè)位置，使管5和管6連通。此時(shí)風(fēng)包中的壓縮空氣進(jìn)入減荷裝置的缸體內(nèi)，推動(dòng)活塞克服彈簧的彈性力而向下移動(dòng)，利用桿的叉頭將進(jìn)氣閥的閥片壓開。氣缸與大氣相通，當(dāng)其活塞左行時(shí)，氣缸進(jìn)氣；右行時(shí)，又將吸進(jìn)氣缸的氣體由進(jìn)氣閥排到大氣中，此時(shí)空壓機(jī)空轉(zhuǎn)，不向壓氣管網(wǎng)供應(yīng)壓氣。

對(duì)于雙作用式氣缸，可將兩側(cè)工作腔的進(jìn)氣閥分別連接2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器A和B，同時(shí)將2個(gè)壓力調(diào)節(jié)器的動(dòng)作壓力、恢復(fù)壓力整定成不同的值，則可實(shí)現(xiàn)100%，50%，0%排氣量的三級(jí)調(diào)節(jié)。當(dāng)風(fēng)包中壓力升到某一額定數(shù)值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器A起作用，打升氣缸一側(cè)的進(jìn)氣閥，排氣量減為額定值的50%。若此時(shí)排氣量仍然大于耗氣量，則風(fēng)包中壓力繼續(xù)上升，壓力調(diào)節(jié)器B隨后起作用，打開氣缸另一側(cè)的進(jìn)氣閥，空壓機(jī)進(jìn)入空轉(zhuǎn)?；謴?fù)情況類似。

這種調(diào)節(jié)方法簡(jiǎn)便易行，缺點(diǎn)是調(diào)節(jié)器動(dòng)作時(shí)負(fù)荷立即下降，產(chǎn)生的慣性力較大。為了不使慣性力太大，需加大飛輪質(zhì)量以產(chǎn)生較大的慣性。

2.2 關(guān)閉進(jìn)氣管調(diào)節(jié)

目前礦山使用的L型空壓機(jī)大多采用關(guān)閉進(jìn)氣管的調(diào)節(jié)方式，其結(jié)構(gòu)如圖3所示。與打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)法一樣，關(guān)閉進(jìn)氣管調(diào)節(jié)也是靠壓力調(diào)節(jié)器來(lái)調(diào)節(jié)的。當(dāng)風(fēng)包中風(fēng)壓超過(guò)整定值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器起作用，風(fēng)包中的高壓風(fēng)通過(guò)管路進(jìn)入減荷缸，推動(dòng)活塞帶動(dòng)盤形閥，克服彈簧的壓力而向上移動(dòng)，把進(jìn)氣管通路堵死，從而使空壓機(jī)不能進(jìn)氣，因而也不能排氣，空壓機(jī)空轉(zhuǎn)。風(fēng)包中風(fēng)壓降低時(shí)，其作用與上述打開進(jìn)氣閥調(diào)節(jié)時(shí)類似。

當(dāng)風(fēng)包中有相當(dāng)風(fēng)壓時(shí)，為了能夠不帶負(fù)荷啟動(dòng)空壓機(jī)而備有手輪，啟動(dòng)前把活塞托起，封閉進(jìn)氣管，于是空壓機(jī)可以空載啟動(dòng)。在空壓機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到額定值時(shí)，再轉(zhuǎn)動(dòng)手輪脫離活塞，利用彈簧的力量使活塞連同盤形閥一起下降，恢復(fù)原值，進(jìn)氣管打開，空壓機(jī)升始正常工作。

2.3 改變余隙容積調(diào)節(jié)

如圖4所示，氣缸壁上帶有附加的余隙容積，此附加余隙容積靠閥的作用可以和氣缸連通或隔斷。當(dāng)風(fēng)包中壓力增大超過(guò)整定值時(shí)，壓力調(diào)節(jié)器起作用，壓氣通過(guò)壓力調(diào)節(jié)器后沿風(fēng)管進(jìn)入減荷氣缸內(nèi)，克服彈簧的作用，推動(dòng)活塞，將閥打開而使余隙積增大，空壓機(jī)的排氣量減小。

用改變余隙容積法調(diào)節(jié)時(shí)，往往在氣缸上帶有4個(gè)附加的余隙容積，分別由4整定成不同壓力的壓力調(diào)節(jié)器控制。當(dāng)各個(gè)余隙容積依次和氣缸連通時(shí)，空壓機(jī)的排氣量將逐步減少25%左右，于是能進(jìn)行5級(jí)調(diào)節(jié)，分別給出l00%、75%、50%、25%和0%的排氣量。

3 結(jié)語(yǔ)

活塞式空壓機(jī)在礦山得到了廣泛的應(yīng)用，本文主要對(duì)活塞式空壓機(jī)性能影響因素及空壓機(jī)的排氣量的調(diào)節(jié)進(jìn)行分析，以保證空壓機(jī)在最佳條件下運(yùn)轉(zhuǎn)，提高空壓機(jī)工作的可靠性和經(jīng)濟(jì)性。

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