螺桿式空壓機在煤礦領域應用的要點分析

＊王鵬飛

（山西省長治經(jīng)坊煤業(yè)有限公司 山西 046000）

空壓機是煤礦生產(chǎn)的重要設備，當前我國常用的空壓機種類較多，且大部分為復式活塞式的空壓機，螺桿式空壓機無論在性能方面還是在應用方面都呈現(xiàn)效率較高的優(yōu)勢，但是當前在我國并未實現(xiàn)徹底的應用。而影響因素主要是因為前者的成本較低，而后者經(jīng)濟成本高，且缺乏相應的經(jīng)驗與理論依據(jù)指導。所以，針對螺桿式空壓機在煤礦領域應用進行分析，充分明確應用的要點與故障處理措施等，可以為螺桿式空壓機的應用提供一定理論依據(jù)。

1.螺桿式空壓機發(fā)展分析

螺桿式空壓機在世界上具有一定的發(fā)展歷史，早在20世紀的歐洲，瑞典就已將螺桿式空壓機首次投入到生產(chǎn)中，由30年代開始應用，直到50年代已經(jīng)演變?yōu)榇笠?guī)模的應用。螺桿式空壓機的類型較為單一，只有單螺桿與雙螺桿兩種。近年來，隨著螺桿式空壓機應用成效的提升，在煤礦領域中已經(jīng)逐漸受到好評與追捧，螺桿式空壓機應用的規(guī)模與頻次也在逐漸擴大[1]。

(1)結構與工作原理分析

螺桿式空壓機內部結構較為復雜，主要包含電動機、主機、濾芯，以及路管、機油過濾器與油冷卻器等。通過機械的運動，所產(chǎn)生的工作原理主要是將空氣吸進空壓機中，關閉工作室，將空間壓縮，從而加大工作室的壓力，在滿足一定參數(shù)后提升排放系統(tǒng)，將氣體在排氣管中放出。經(jīng)過螺桿空壓機的處理后，可以將空氣壓縮到要求數(shù)值，應用于作業(yè)中。螺桿式空壓機具有精準性、科學性的優(yōu)勢，在應用中可以滿足多種作業(yè)要求，所以廣受煤礦應用歡迎[2]。

(2)性能特點分析

與傳統(tǒng)的復式活塞式空壓機比，這種新穎空壓機的優(yōu)勢主要體現(xiàn)在性能與穩(wěn)定、效率等方面。隨著我國科技創(chuàng)新的進步，螺桿式空壓機結構設計方面在也不斷的完善，通過研究與創(chuàng)新，推出了多個具有代表性的產(chǎn)品類型，例如常見的GHH、XP、X等型號，根據(jù)性能來區(qū)分，主要可分為永磁、一體式、無油螺桿空壓機等，在應用中無論是工作效率還是性能，都具備較明顯的優(yōu)勢。整體來看，螺桿式空壓機的性能主要體現(xiàn)在：對抗煤礦惡劣作業(yè)環(huán)境，并且適應性較強。對于干擾因素，可以在保證效率的基礎上不受環(huán)境干擾。排氣量穩(wěn)定，不受氣壓干擾。工作室穩(wěn)定，不受轉數(shù)干擾。持續(xù)高強度運作，不間斷的吸入并輸送氣體，調節(jié)氣壓脈動高低值，對氣罐沒有依賴性。

2.螺桿式空壓機系統(tǒng)構成與特點

(1)系統(tǒng)構成

螺桿式空壓機的系統(tǒng)構成主要有控制系統(tǒng)與房站監(jiān)控系統(tǒng)，控制系統(tǒng)的主要作用，是根據(jù)具體情況、人為操作、具體參數(shù)等相關條件通過指令的下達對系統(tǒng)進行控制?？刂葡到y(tǒng)主要包含：工作參數(shù)的顯示，以及機組排氣溫度數(shù)值、壓力數(shù)值，分離前壓力值，以及工作室運行參數(shù)指調節(jié)等。而房站監(jiān)控系統(tǒng)分為軟件與硬件兩個模塊。硬件系統(tǒng)包含：工控機、打印機、顯示器，以及安全閥、壓力表等硬件設備。軟件系統(tǒng)包含：登錄權限、設備控制、參數(shù)檢測、故障信號預警等。

(2)特點

螺桿式空壓機的主要特點為高效、節(jié)能與穩(wěn)定。近年來，在國際上應用的螺桿式空壓機類型較多，且市場較為復雜。螺桿式空壓機的強制輸氣具備較為明顯的特點，排氣量與排氣壓力之間并沒有太大的關聯(lián)性，所以不存在相互影響的問題。排氣壓力提升或者降低1MPa，就會減少或提升1%的排氣量。與此同時，它的內壓力比與轉速的關聯(lián)性也不強，在任何轉速條件下，內壓的比值都呈現(xiàn)為定值[3]。

螺桿式在排氣量、排氣壓與轉速等條件下，并不會受到過大的影響，相反產(chǎn)生的變化并不大，可以將數(shù)值控制在較高的范圍內，比功率變化要小。因為壓縮機的轉速較高，并且沒有減速系統(tǒng)，輸氣方面采用的是連續(xù)的方式，輸氣脈動性相對較小，如果沒有特殊需求的情況下，還可以不安裝氣罐。

3.螺桿空壓機工作故障原理分析

螺桿空壓機雖然為當前煤礦領域內的一種新型設備，能夠促進煤礦現(xiàn)代化的發(fā)展，但是結合當前情況來看，具有許多的干擾、故障因素，影響設備的正常運行，不能為煤礦生產(chǎn)提供充分的運作條件。所以，針對故障原理進行分析，從源頭上明確故障因素，對于螺桿空壓機在煤礦領域中的應用具有實質性的作用。

(1)高溫停機

高溫停機的主要影響因素有：冷卻油方面的不足，周圍環(huán)境的整體溫度較高，且電器接頭不良，冷卻系統(tǒng)的工作效果不能滿足要求。面對這種問題，建議工作人員結合周圍作業(yè)環(huán)境建立準確的設備評估，改善當前通風條件，對冷卻系統(tǒng)進行檢查，抽樣冷卻油，并進行專業(yè)的檢測，保證參數(shù)合格，不存在雜質，避免設備出現(xiàn)問題等，對空壓機之間連接線路充分檢查，保證接觸處于良好狀態(tài)。

(2)自動停機

自動停機的主要原因可分為兩種，一種是壓力過高導致的停機，一種是電機過載導致的自動停機。電機過載而誘發(fā)的自動停機，主要原因在于電流過大，從而導致電源線過熱，觸發(fā)了電機設備的保護機制，從而引發(fā)跳閘停機。結合實際情況來看，具體的解決策略，需要及時檢測電源電壓數(shù)值，并保證數(shù)值處在正常范圍內[4]。

壓力過高而引發(fā)的設備自動停機，主要原因是隔離閘關閉，影響排氣系統(tǒng)正常工作，從而導致系統(tǒng)運行效率過低，引發(fā)停機。面對這種問題，常用的解決策略是，排查電磁閘故障，及時拆卸清理電磁閘，避免影響正常運行。

(3)壓力值偏低

壓力值偏低的主要原因在于空氣量的過低，引發(fā)的起跳設計壓力值偏低，從而引發(fā)故障。解決方案為檢查工作室，保證運行系統(tǒng)中不存在泄露問題，并及時設定起跳壓力值。

(4)電源指示燈異常

在電壓控制不合理的情況下，就會出現(xiàn)電源指示燈異常，維修人員必須注重對電源控制器的檢查，在檢查期間應當秉持細致、全面的態(tài)度，并反復觀察次級控制組，檢查有無熔斷絲問題。

(5)空壓機不加載

如果進氣閥未開啟成功，就會導致空壓機的不加載現(xiàn)象。在解決這一問題時，首要任務是切斷空壓機的電源系統(tǒng)，其次排查空壓機系統(tǒng)中的進氣閥門，再對內部單機是否產(chǎn)生故障進行排查。

4.螺桿式空壓機在實際使用中存在的問題以及完善措施

(1)存在的相關問題

①空氣濾清器出現(xiàn)堵塞故障現(xiàn)象時，未第一時間更換濾芯，進而降低濾清器所擁有的處理能力，使其無法達到標準要求，一方面，隨著運轉的持續(xù)進行，空壓機會逐漸降低排氣量，最終導致壓力降低，致使供風系統(tǒng)不理想，另一方面，該故障會造成電能、材料等出現(xiàn)大量的浪費現(xiàn)象。

②原有設備在停機狀態(tài)下，停留在后冷卻器部件中的熱油會再次流向油分離器，降低油分離器的實際使用壽命，促使油分離器增加更換與維修的概率。同時原有的氣路具備較長的連接管線，其保護裝置因為距離因素的影響往往會發(fā)生信號失真與動作滯后的現(xiàn)象，影響保護裝置效能的全面發(fā)揮。

③因為從路由器到主機往往用鋼絲軟管作為回油管，同時濾油器設備的出油口與主機部件的回油口并未保持同一高度，并因為鋼絲軟管長度、主機位置和連線管線等因素的影響，導致主機處于停機狀態(tài)時，鋼絲軟管與主機底部出現(xiàn)接觸現(xiàn)象，所以如果主機開始再次運轉，則會因為主機振動以及油液流動因素，導致鋼絲軟管與底盤出現(xiàn)摩擦，因為這種摩擦現(xiàn)象檢修人員不會輕易察覺，進而導致鋼絲軟管極易發(fā)生破損問題，造成油液的大量噴出，發(fā)生不必要的故障。

(2)完善措施

①為了防止空氣濾清器出現(xiàn)堵塞故障問題，立足于原來的空氣濾芯層面上，增設更加全面的空氣過濾系統(tǒng)，借助工業(yè)無紡布，將其設計為口袋形狀，并附著于濾芯外面，負責空氣的首要過濾作業(yè)，每月定期完成清理工作，在巷道的清潔風流中清除粉塵，如果粉塵較大，則可以借助清水完成處理工作，這種方式非常簡單，制造成本相對較低，而且便于清理；除此之外，為了保證濾芯部件的及時更換，在空氣濾清器上安裝真空指示器，結合真空指示器內部的顯示的色素顏色，來確定濾芯的狀態(tài)，當顏色呈現(xiàn)紅色時，則表示濾芯需要更換了，這樣能夠防止濾芯更換滯后而出現(xiàn)油質偏低的問題。

②為了增加油分離器的實際使用壽命，降低其維修與更換的整體成本，在油分離器部件與后冷卻裝置的主回油管路上配備斷油逆止閥，該閥能夠保證空壓機處于停機狀態(tài)時，其油液不會再次流至油分離器內，促進油分離器提高了安全性與可靠性，增加了使用年限；同時為了防止保護裝置失效，集中安裝氣量調節(jié)閥組，將其全部布置于主機側面的頂端，該位置與主機保持著最短距離，在這一狀態(tài)下控制信號擁有較小的傳輸距離，在傳輸期間不會出現(xiàn)失真或者工作滯后的問題，進而保證保護裝置具備更加安全可靠的動作。

③為了完善主回油管路存在的摩擦噴油問題，將最初的軟連接方式升級為硬鏈接，具體而言，將鋼絲軟管升級為無縫鋼管，需要特別注意在投入使用前必須全面清洗鋼管，將鹽酸作為主要的清洗液，防止鋼管內部附著的鐵屑或者銹蝕等物質摻加到潤滑油內，降低潤滑油的整體油質，同時在連接期間，應盡可能降低直角彎頭的使用概率，保證連接管路具備較強的平滑度，進而降低油液循環(huán)期間油液的浪費，以及對循環(huán)帶來的影響。

5.螺桿式空壓機在煤礦生產(chǎn)中的應用

(1)經(jīng)濟節(jié)能方面的應用

與螺桿式空壓機相比，傳統(tǒng)的活塞式空壓機具有造價成本上的優(yōu)勢，并且經(jīng)過煤礦領域內長久的應用。操作較為熟悉。而螺桿式空壓機在煤礦生產(chǎn)中造價較高，并且對操作技術有一定的要求，需要培養(yǎng)能夠熟練操作的人才。但是從長久的角度上來講，螺桿式空壓機所具備的效率優(yōu)勢，是傳統(tǒng)空壓機所不能替代的，螺桿式空壓機為煤礦生產(chǎn)帶來的不僅是效率上的提升，還是經(jīng)濟上的收益。所以我國大部分煤礦行業(yè)都開始大規(guī)模應用螺桿式空壓機[5]。

在具體生產(chǎn)中，常見的螺桿式空壓機主要分為兩種，單螺桿與雙螺桿。無論在性能上的比較，還是經(jīng)濟性上的考慮，不需要潤滑油的螺桿式空壓機顯然具備更強的優(yōu)勢，主要體現(xiàn)在維護工作較為簡單，噪音小等。

(2)提高效益方面的應用

綜合性的保護能力，是螺桿式空壓機較為突出的優(yōu)勢。及時面對卸載延時與停車，以及主電機過載停機等問題，也不會對螺桿式空壓機出現(xiàn)較大的影響，難以發(fā)生較大的故障，不會產(chǎn)生過多的維修費用。同時，冷水機組因為具備恒溫閥自動控制機組，在冷風機組上設置了風扇冷卻功能，可以大大減少故障發(fā)生的可能性。螺桿式空壓機因為屬于全電腦自動控制式系統(tǒng)，通過電腦的PLC，以及IMMI構建人機界面，經(jīng)過人機對話以及系統(tǒng)顯示，就可以完成操作。這種裝置，可以全面維護壓縮機的系統(tǒng)，通過維護提示、打印壓力曲線、及時報警等功能，為用戶的使用產(chǎn)生極大的便利，即使在無人監(jiān)管的情況下，依然能正常運作，相比原始人力與傳統(tǒng)的空壓機來講，具備非常高的效益。

(3)環(huán)保設計能力較強

螺桿式空壓機主要采用的是隔音式的箱體設計，包含緊湊完整的機組，并兼具體積較小，自重較輕、占地面積小等優(yōu)勢，不需要特殊的基礎設計，就可以實現(xiàn)方便的安裝與施工。螺桿式空壓機，在工作中，可以完全實現(xiàn)平衡，不僅可以促進系統(tǒng)正常運行，還可以為機器提供平衡穩(wěn)定的運轉狀態(tài)。所以，不需要放置基礎，只需找到平坦且通風的位置，就可以進入工作，這種優(yōu)勢對于作業(yè)難度較低的煤礦生產(chǎn)意義非常[6]。

6.螺桿式空壓機的維護保養(yǎng)要點

在煤礦機械設備的投入使用期間，嚴格落實日常維護保養(yǎng)工作，對其運轉情況發(fā)揮著重要保障作用，螺桿式空壓機也不例外。螺桿式空壓機的日常維護重點主要是進氣孔濾芯、機油慮過器以及油細分離器等相關部位。其中進氣孔濾芯所具體的功能在于濾過空氣中不可避免的污物和塵埃顆粒，促進螺桿轉自壓縮腔內部擁有清潔空氣的輸入，防止設備的損傷。由于螺桿機部件空隙只能完成15μm顆粒的過濾工作，倘若濾芯發(fā)生破損或者堵塞現(xiàn)象，則會導致大量超過15μm的顆粒物流入空壓機循環(huán)系統(tǒng)中，進而降低油濾芯與油離分離器的具體年限。所以檢修人員需要通過定期對空氣過濾器開展維護清潔工作，發(fā)生破損問題時，第一時間更換部件。油濾芯的實際使用壽命通常為1500-2000h左右，在這一期限到來之際應盡快更換全新的濾芯與機油，在作業(yè)環(huán)境不良的情況下需要酌情降低更換周期。油離分離器的實際工作壽命通常為3000h左右，但是需要結合潤滑油品質以及空氣過濾質量等相關因素帶來的影響，酌情降低油離分離器的更換時間，進而降低故障的發(fā)生幾率。

7.結束語

總體來講，螺桿式空壓機是當前我國煤炭行業(yè)內較受歡迎的空壓機類型。與傳統(tǒng)活塞式空壓機相比，螺桿式空壓機具備高性能、高效率、高質量等優(yōu)勢，并且無論在經(jīng)濟效益方面，還是系統(tǒng)運行方面，都要強于活塞式空壓機。雖然螺桿式空壓機前期需要較高的成本，但是在運行期間，故障出現(xiàn)率與故障維修費用較低，在較短的時間內就可以收回成本。同時，螺桿式空壓機在外觀與環(huán)保、自動化等方面也是其他機械不可替代的，為我國的煤炭行業(yè)提供了最佳的生產(chǎn)幫助。