螺桿式空壓機(jī)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(jī)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(dòng)力源，用途越來(lái)越廣，因而對(duì)空氣壓縮機(jī)的工況要求也越來(lái)越嚴(yán)。從目前情況看，必須加速更新?lián)Q代，選用保護(hù)齊全、效率高、維護(hù)方便的空壓機(jī)，以確保煤礦企業(yè)安全生產(chǎn)。

二、優(yōu)選螺桿式空壓機(jī)

螺桿式空壓機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)方便、安全可靠、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪音底、壽命長(zhǎng)、維護(hù)費(fèi)用少、自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)，很適合作為礦山動(dòng)力源設(shè)備。尤其是井下空間狹窄、環(huán)境惡劣、用氣地點(diǎn)不固定，并存在瓦斯和煤塵爆炸危險(xiǎn)，使用防爆型螺桿空壓機(jī)還具有活塞式等空壓機(jī)無(wú)可比擬的優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過(guò)多方調(diào)研、論證，需更換和新增的空壓機(jī)均選用螺桿式空壓機(jī)。

三、螺桿式空壓機(jī)介紹

1.螺桿式空壓機(jī)結(jié)構(gòu)

螺桿式空壓機(jī)由主機(jī)、電機(jī)、空氣進(jìn)氣濾清器、潤(rùn)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(hù)裝置等幾部分組成。主機(jī)由“∞”形氣缸、兩個(gè)螺旋形的轉(zhuǎn)子及端蓋所組成；空氣進(jìn)氣濾清器由預(yù)清潔器、主濾芯和安全芯組成；潤(rùn)滑系統(tǒng)由油分離器、冷卻器、過(guò)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(dòng)器及保護(hù)電路；安全保護(hù)裝置可實(shí)現(xiàn)超溫、斷水、斷油、超壓自動(dòng)停機(jī)等功能。超壓保護(hù)有調(diào)節(jié)閥、自動(dòng)壓力開關(guān)和安全閥三重保護(hù)。如圖1所示。

2.螺桿式空壓機(jī)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(yáng)轉(zhuǎn)子(又叫主動(dòng)轉(zhuǎn)子)，它與電機(jī)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(dòng)轉(zhuǎn)子)。陰陽(yáng)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(shí)現(xiàn)吸氣、壓縮和排氣過(guò)程。

圖1 螺桿式空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)

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

（2）壓縮及噴油過(guò)程。當(dāng)吸氣過(guò)程結(jié)束時(shí)，氣體被轉(zhuǎn)子齒和機(jī)殼倉(cāng)包圍在一個(gè)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(shí)現(xiàn)氣體的壓縮過(guò)程。壓縮過(guò)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(guò)程開始階段，潤(rùn)滑油利用壓差噴入齒間容積內(nèi)與氣體混合。

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

3.螺桿式空壓機(jī)的優(yōu)點(diǎn)

（1）機(jī)組所有零部件安裝在一個(gè)底座上，使得結(jié)構(gòu)緊湊、移動(dòng)方便。

（2）運(yùn)動(dòng)部分少，磨損部分小，易損零部件少，維護(hù)管理方便。

（3）油的消耗量少，因此維護(hù)費(fèi)用低。

（4）輸出空氣無(wú)脈動(dòng)現(xiàn)象，排氣壓力穩(wěn)定。

（5）振動(dòng)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(rùn)滑油散熱效果較好，單級(jí)壓縮比可高達(dá)16。

四、使用效果考察

目前，該公司安裝使用螺桿式空壓機(jī)（防爆型）2臺(tái)，使用時(shí)間已超過(guò)1年，此種空壓機(jī)占地面積小，安裝、搬運(yùn)方便，維護(hù)量小、噪音低，氣壓穩(wěn)定，保護(hù)裝置齊全，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益非常明顯。

1.安全可靠性高

（1）具有過(guò)載、短路、斷相、漏電、防自起動(dòng)等保護(hù)功能，還具有超溫、斷油自動(dòng)停機(jī)保護(hù)以及容調(diào)、制壓調(diào)、安全閥三重超壓保護(hù)等功能。

（2）由于潤(rùn)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(chǔ)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(jī)無(wú)需安裝儲(chǔ)氣罐，從設(shè)備上實(shí)現(xiàn)了本質(zhì)安全的要求。

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

2.基礎(chǔ)投資、運(yùn)行及維護(hù)費(fèi)用低

（1）機(jī)組的所有零部件均裝置在底座上，由于運(yùn)行平衡，無(wú)需再做基礎(chǔ)。在井下使用時(shí)，底座下安裝了輪對(duì)，成為一個(gè)機(jī)動(dòng)靈活的空壓機(jī)站，可牽引至用氣地點(diǎn)，往車輪下楔入木楔，即可使用，無(wú)需設(shè)置專門的酮室。

（2）引進(jìn)的是國(guó)外先進(jìn)技術(shù)，加工、配合精度高，并且構(gòu)件及輔機(jī)少，維護(hù)費(fèi)用較低。

（3）節(jié)省運(yùn)行費(fèi)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(jī)和活塞式空壓機(jī)相比，前者每月消耗潤(rùn)滑油15 kg，后者則要消耗40 kg。僅此一項(xiàng)，1臺(tái)空壓機(jī)每年可少支出運(yùn)行費(fèi)用2400元。

3.比功率高

螺桿式空壓機(jī)比功率可達(dá)4.5 kW/（m3/min），主要原因是：①整機(jī)不存在余隙容積。②相對(duì)運(yùn)動(dòng)部件少，減少了漏氣損失。③設(shè)備潤(rùn)滑是靠自身產(chǎn)生的壓力差進(jìn)行注油，無(wú)需潤(rùn)滑油泵。④負(fù)載可實(shí)現(xiàn)0～10%的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)，達(dá)到了節(jié)能的效果。

4.其他優(yōu)點(diǎn)

（1）由于空壓機(jī)可設(shè)在用氣點(diǎn)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(jìn)行吸氣、壓縮和排氣，氣流無(wú)脈動(dòng)且含油量極少，質(zhì)量高。

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

五、結(jié)論

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