第＋六章概述第一节空气压缩机的用途及类型一、压缩空气的应用自然界的空气是可以被压缩的，经压缩后压力升高的空气称为压缩空气。

空气经压缩机压缩后，体积缩小，压力增高，消耗外界的功。

一经膨胀，体积增大，压力降低，并对外做功。

可以利用压缩空气膨胀对外做功的性质驱动各种风动工具和机械，从事生产活动，因此压缩空气被作为动力源得到广泛的应用。

在工业生产和建设中，压缩空气是一种重要的动力源，用于驱动各种风动机械和风动工具，如风钻、风动砂轮机、空气锤、喷砂、喷漆、溶液搅拌、粉状物料输送等；压缩空气也可用于控制仪表及自动化装置、科研试验、产品及零部件的气密性试验；压缩空气还可分离生产氧、氮、氢及其他稀有气体等。

上述应用，都是以不同压力的压缩空气作为动力或作为原料。

二、空气压缩机压缩机是一种使气体体积压缩、提高气体的压力并输送气体的机器。

压缩机之所以能提高气体的压力，是借助机械作用增加单位容积内的气体分子数，使分子互相接近的方法来实现的。

工业上用得最广泛的压缩机按作用原理不同，可分为容积型和速度型两大类。

（一）容积型压缩机容积型压缩机的原理是用可以移动的容器壁来减小气体所占据的封闭工作空间的容积，以达到使气体分子接近的目的，使气体压力升高。

容积型压缩机在结构上又分往复式和回转式。

往复式压缩机主要有活塞式，它是靠活塞在气缸中作往复运动，通过吸、排气阀的控制，实现吸气、压缩、排气的周期变化。

实现活塞往复运动的是曲柄连杆机构。

回转式压缩机主要有滑片式压缩机和螺杆式压缩机等。

（二）速度式空压机速度式压缩机的原理是使气体分子在机械高速转动中得到一个很高的速度，然后又让它减速运动，使动能转化为压力能。

速度式压缩机又分为离心式和轴流式两种。

它们都是靠高速旋转的叶片对气体的动力作用，使气体获得较高的速度和压力，然后在蜗壳或导叶中扩压，得到高压气体。

用来压缩空气的压缩机，习惯上称为空气压缩机（简称空压机）。

国产空压机有活塞式、滑片式、螺杆式、轴流式和离心式（或透平式）。

目前，在一般空气压缩机站中，最广泛采用的是活塞式。

螺杆式和滑片式空压机最近几年也在大力发展中。

在大型空气压缩机站中，较多采用了离心式和轴流式空压机。

矿山生产中常用的空压机是活塞式和螺杆式。

三、空压机在矿山生产中的作用在矿山生产中，除电能外，压缩空气是比较重要的动力源之一。

目前矿山使用着各种风动机具，如凿岩机、风镐、锚喷机及气锤等，都是利用空压机产生的压缩空气来驱动机器做功。

利用压缩空气作动力源比用电能有如下优点。

( l ）在有沼气的矿井中，使用压缩空气作动力源可避免产生电火花引起爆炸，比电力源安全；( 2 ）矿山使用的风动机具，如凿岩机、风镐等大部分是冲击式机械，往复速度高、冲击强，适宜切削尖硬的岩石；( 3 ）压缩空气本身具有良好的弹性和冲击性能，适应于变负载条件下作动力源，比电力有更大的过负荷能力；( 4 ）风动机械排出的废气可帮助通风和降温，改善工作环境。

以压缩空气为动力源的缺点是压气设备本身的效率较低，而压缩空气又是二次能源所以运行费用较高。

但由于矿山生产的特殊条件，如温度高、湿度大、粉尘多、含有沼气等有害气体，为确保矿山安全生产，目前和将来压缩空气仍是矿山不可缺少的动力。

图16—1 矿井压气系统示意图l一进气管；2一空气过滤器；3一调节阀片；4一低压缸；5一中间冷却器；6—高压缸；7一后冷却器；8一逆止阅；9一风包；10一压气管路；11一安全阀；12一电动机四、矿山压气设备的组成压气设备主要由空压机、拖动电机、附属装置（滤风器，风包、冷却装置等）和输气管路等组成。

图16一1是矿山压气系统示意图。

空气由进气管1吸入，经空气过滤器2进入低压缸4，进行第一级压缩；此时气体体积缩小，压力增高，然后进入中间冷却器5使气体的温度下降；此后再进入高压缸6进行第二级压缩；当达到额定压力时，压缩空气经后冷却器7、逆止阀8和管路送入风包9中；最后通过压气管路10送到井下各用气地点。

第二节空气压缩机的类型及其特点一、活塞式空压机1 ．活塞式空压机的工作原理活塞式空压机属于容积型，空气的压缩是依靠在气缸内做往复运动的活塞来完成的。

图l6—2 活塞式空压机原理图a一单作用；b 一双作用l一气缸；2一活塞；3一活塞杆；4－十字头；5一连杆；6一曲轴；7一吸气阀；8一排气阀图16 一2a是单缸单作用活塞式空压机示意图。

它是由曲轴6、连杆5、十字头4、活塞杆3、气缸l、活塞2 、吸气阀7、排气阀8等组成。

当电机带动曲轴以一定的转速旋转时，通过连杆和十字头把转动变为活塞在缸内的往复直线运动。

活塞向右运动时，气缸内容积增大，压力降低。

若气缸左侧的压力略低于大气压力一定值时，吸气阀被打开，空气在大气压力作用下进人气缸，此即为吸气过程；当活塞返回向左移动时，缸内容积减少，压力逐渐增加（此时吸气阀关闭），气体在缸内被压缩，此过程称压缩过程；当气缸内气体压力升高至某一额定值时，排气阀打开，压缩空气被活塞排出缸外，此过程称排气过程。

双作用空压机如图l6—2b所示。

气缸的右端与左端工作相似，但其工作过程恰好相反。

即左端为吸气过程，右端为压缩和排气过程；右端为吸气过程，左端为压缩和排气过程。

每一端均各自完成自己的工作循环。

2 ．活塞式空压机类型l ）按气缸中心线位置分类立式空压机：气缸中心线铅垂布置（图16一3a ) ;卧式压缩机：气缸中心线水平布置（图16 一3b) ，图16—3C所示为对称平衡式，图16一3d所示为对置式；图16 - 3 气缸中心线相对地平面不同位置的各种配置角度式压缩机：气缸中心线与水平线成一定角度布置，按气缸排列所呈形状又分为L 型、v型，w型、S型等，分别见图16一3e 、f 、g 、h 。

2 ）按活塞在气缸中的作用分类单作用式（单动式）：气缸内只有活塞一侧进行压缩循环（图16一2a )双作用式（双动式）：气缸内活塞两侧同时进行压缩循环（图16一2b）。

3按气体达到终了压力压缩级数分类单级空压机：气体经一级压缩到达终了压力；两级空压机：气体经两级压缩到达终了压力；多级空压机：气体经两级以上压缩到达终了压力。

4 ）按气缸的冷却方式分类水冷式空压机：用水对空压机各部分进行冷却，多用于大型空压机上；风冷式空压机：用大气对空压机自然冷却，多用于小型空压机上。

5）按排气压力大小分类低压空压机：排气压力在1.0MPa 以内；中压空压机：排气压力在1一10MPa；高压空压机：排气压力在10一l00MPa；超高压空压机：排气压力在100MPa 以上。

6）按排气量大小分类微型：排气量在1.0m3／min 以内；小型：排气量在1.0~10m3／min；中型：排气量在10~100m3／min；大型：排气量在100m3／min以上。

7 ）按气缸内有无润滑油分类有润滑空压机：气缸内注人润滑油对气缸和活塞环间润滑；无润滑空压机：气缸内不注入润滑油对气缸和活塞环间进行润滑，采用充填聚四氟乙烯这种自润滑材料制作密封元件——活塞环和密封环。

无油润滑空压机的优点有很多。

( l ）节省大量的润滑油；( 2 ）由于充填聚四氟乙烯材料的摩擦系数小，改善了气缸相关件的磨损情况，延长了使用寿命；( 3 ）净化了压缩空气，保证了风动机具的安全使用，并且改善了环境卫生；( 4 ）气缸实现了无油润滑，避免了由于气缸过热引起润滑油燃烧、气缸爆炸的危险，有利于安全运转；( 5 ）取消了注油器润滑系统，避免了跑油、漏油事故，减少了维修量。

3 ．活塞式空压机的特点活塞式空压机具有背压稳定、压力范围广泛、在一般压力范围内空压机对材料的要求低，多用普通钢材和铸铁材料的特点。

但由于采用曲柄滑块传动机构，转速不高；单机排气量大于500 m3／min时，机器显得大而重；结构复杂、易损件多、维修量大；运转时有振动；输气不连续，压力有脉动，所以活塞式空压机一般适用于中、小排气量。

目前矿山主要使用固定式，两级、双作用、水冷、活塞式L型空压机。

近年来，随着生产的发展，科学技术及工艺的进步，活塞式压缩机也得到了很大发展，提高了耐久性及工作可靠性，提高了连续运转时间，最长可达800h 。

由于在设计、材料、工艺等方面进行了改进，从而延长了气阀、填料、活塞环等易损件的寿命，降低了功率消耗，提高了转数；使压缩机的尺寸及质量大大减小，在一定压力范围内实现了无油润滑，使被压缩的气体不再被油污染。

对中、小型压缩机实现了机组化，采用弹性支承以代替基础，使机器的安装及基建费用大大降低。

另外对噪声进行了严格控制。

二、螺杆式压缩机1．螺杆压缩机工作原理螺杆压缩机的结构如图16一4所示。

在“∞”字形的气缸中，平行地配置着一对相互啮合的螺旋形转子。

通常将节圆外具有凸齿的转子，称为阳转子，或阳螺杆。

在节圆内具有凹齿的转子，称为阴转子，或阴螺杆。

一般阳转子与原动机连接，由阳转子带动阴转子转动。

因此，阳转子又称为主动转子，阴转子又称为从动转子。

在压缩机机体的两端，分别开设一定形状和大小的孔口。

一个供吸气用，称作吸气孔口；另一个供排气用，称作排气孔口。

图16—4 螺杆压缩机结构示意图1一同步齿轮；2一阴转子；3一推力轴承；4一轴承；5一挡油环；6—轴封；7一阳转子；8一气缸螺杆压缩机的基元容积是由阳、阴转子和气缸内壁面之间形成的一对齿间容积，随着转子的旋转，基元容积的大小和空间位置都在不断变化。

螺杆压缩机的工作过程见图16——5 。

图16—5 螺杆压缩机的工作过程吸气过程开始时，气体经吸气孔口分别进人阳、阴转子的齿间容积，随着转子的旋转，这两个齿间容积各自不断扩大。

当这两个容积达到最大值时，齿间容积与吸气孔口断开，吸气过程结束。

随着转子继续旋转，因转子齿的相互挤入，呈“V”字形的基元容积的容积值逐渐减少，从而实现气体的压缩过程，直到该基元容积与排气孔口相连通时为止。

在基元容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。

随着基元容积的不断缩小，具有排气压力的气体逐渐通过排气孔口被完全排出，螺杆压缩机中不存在穿通容积。

从图16一5中还可看出，螺杆压缩机中，阳、阴转子转向互相迎合的一侧，基元容积在缩小，气体受到压缩，是高压力区。

转子转向彼此相背离的一侧，基元容积在扩大，处在吸气过程，是低压力区。

为了在机器中实现内压缩过程，螺杆压缩机的吸、排气孔口应呈对角线布置。

2 ．螺杆压缩机的类型按其运行方式的不同，螺杆压缩机可分为无油螺杆压缩机和喷油螺杆压缩机两类。

无油螺杆压缩机又称为干式螺杆压缩机，在这类机器的吸气、压缩和排气过程中，被压缩的气体介质不与润滑油相接触，两者之间有着可靠的密封。

另外，无油机器的转子并不直接接触，相互间存在一定的间隙〔阳转子通过同步齿轮带动阴转子高速旋转，同步齿轮在传输动力的同时，还确保了转子间的间隙。

在喷油螺杆压缩机中，大量的润滑油被喷入所压缩的气体介质中，起着润滑、密封、冷却和降低噪声的作用。