煤矿井下空气压缩机技术讲座富占军-阜新金昊集团

煤矿井下空气压缩机技术讲座,阜新金昊集团富占军,一、空气压缩机概念,空气压缩机是将自然的空气，通过吸收、封闭、压缩，然后通过管路以气体的压力、和流量的形式输送到气动设备（工具）处，驱动气动设备工作。这个吸收、封闭、压缩空气的机器就称为空气压缩机。,2.煤矿空气压缩机的整体形状,滑片式空气压缩机,V型活塞式空压机（直接连接）,双螺杆式空压机,单螺杆式空压机,3、煤矿井下空气压缩机型号命名,二、煤矿井下空气压缩机的结构,底座、箱体部件压缩机主机（机头）进气系统排气系统机油循环系统冷却系统电动机及控制系统,煤矿井下空气压缩机系统流程图,（一）空气压缩机主机的结构及工作原理,滑片式压缩机,1.滑片式压缩机的组成及工作原理,滑片式压缩机有定子、转子，滑片、前后端盖及轴承等组成。转子以偏心方式放置于定子中。转子径向开有滑槽，滑片装在滑槽内可自由滑动。随着转子的高速旋转，滑片在离心力的作用下顺着滑槽被甩出，顶在定子的内表面上。这样每相邻滑片间就构成一个密封的工作容积（图中共有四个密封工作容积）。,1.进气2.开始压缩3.压缩中4.排气,1.转子及机壳间成为压缩空间，当转子开始转动时，空气由机体进气端进入。,2.转子转动使被吸入的空气转至机壳与转子间气密范围，同时停止进气。,3.转子不断转动，气密范围变小，空气被压缩。,4.被压缩的空气压力升高达到额定的压力后由排气端排出进入油气分离器内。,详细的工作过程：,2.滑片式压缩机的工作性能,（1）泄露问题,1）压缩气体从滑片的顶部与定子内壁之间的缝隙泄露2）滑片与滑片槽之间的缝隙泄露3）转子端面与端盖之间的缝隙泄露,4）不可避免的余隙问题,由于定子的半径大于转子的半径，这样在压缩机排气终端到进气始端有一月牙形过度区，将高低压腔隔开。这月牙形过渡区余留了一些压缩的气体，这些气体与吸气腔接通后出现膨胀，使压缩机白白地压缩，做了无用功。这既浪费了能源。又降低了容积效率。另外滑片与滑片槽里端也存在余隙问题。,（2）机械摩擦问题1）滑片顶部施加在定子内表面的作用力滑片在随转子旋转时有离心力。滑片在滑片槽内滑移时由于滑片的伸出和缩回相互转换，存在一惯性力。高压侧转子上的滑片槽槽内的压缩气体的压力与滑片顶部压缩气体压力的差值对滑片的作用力。,以上这三个力的合成力使滑片作用在定子的内表面上，滑片在随转子旋转时同定子的内表面之间将产生很大的摩擦及摩擦力。再有滑片顶部与定子内表面摩擦时要产生火花，摩擦将产生火花这是不争的自然现象，这火花将威胁着煤矿的生产安全。,2）其他摩擦力滑片的轴向两侧端面与前、后端盖之间的摩擦力；滑片在滑片槽内滑移时与槽壁之间产生的摩擦力；出轴与轴承盖之间的机械密封产生的摩擦力；轴承机械摩擦等。滑片式压缩机一般用滑动轴承，滑动轴承本身就比滚动轴承的效率低。,滑片式压缩机的机械摩擦损失是非常严重的，它通常占轴功率的1/31/4。若装机300KW电机的滑片式压缩机，仅摩擦损失就要用去75100KW，75100KW的电机功率就白白地损失掉了。,总之滑片式压缩机的容积效率和机效率都很低，容积效率和机械效率的乘积是它的总的效率，这样它的总的效率是很低的。低效率、高耗能是国家乃至世界各国都不能接受的。,由于滑片式空气压缩机效率低及在工作中滑片顶部与定子内表面摩擦易产生火花，所以在2012年1月27日在井工煤矿就已经被淘汰了。,活塞式空气压缩机,1.活塞式空气压缩机的结构及工作原理,活塞,排气阀,气缸,连杆,进气阀,曲轴,2.活塞式压缩机的特点活塞式压缩机有余隙容积、吸气和排气压力损失，容积效率低。活塞式压缩机有活塞及连杆的往复运动，存在往复质量惯性力，使机械平衡性差、振动较大、噪声较高。易损件更换频繁、拆卸工作量大，维修困难。,活塞式压缩机在气体压缩的过程中，不强行冷却气体，只是在缸体外加了散热片，使排气温度较高，排气温度高将导致排气阀附近积碳、随着时间的推移积碳层逐渐变厚，积碳层变厚又使排气温度更高。,双螺杆压缩机诞生于20世纪30年代。它由一对平行布置、相互啮合的螺杆及壳体组成，两螺杆上的螺旋槽及机壳内壁间形成密封的工作容积。,双螺杆压缩机,工作时，一个转子按顺时针转动，另个转子按逆时针转动，在相互啮合的过程中，一个转子螺旋槽中的气体被另一个转子螺旋齿挤压，从排气孔中排出。,双螺杆压缩机经过一段时间的使用，发现它有不可解决的缺陷，那就是螺杆的径向力不平衡问题。径向力不平衡会使轴承单侧受力较大，使轴承寿命变短。轴承磨损严重或损坏后，螺杆将向下偏移。,螺杆将向下偏移后，两螺杆的螺旋齿齿顶将直接同壳体内壁接触摩擦，由于螺杆的转速非常高（有的超过5000r/min），在接触摩擦过程中极易产生火花。最后使压缩机壳体内壁及螺杆的螺旋齿齿顶损坏，压缩机彻底报废。见下图。无论齿形、型线如何改进都不能解决。径向力不平衡是双螺杆压缩机致命的缺陷。,单螺杆压缩机单螺杆压缩机起源于20世纪60年代，后于双螺杆压缩机。单螺杆压缩机是在双螺杆压缩机的基础之上发明创造出来的。目前单螺杆压缩机是世界上最先进、最完善的一种压缩机。,单螺杆压缩机由一个圆柱螺杆和两个对称布置的平面星轮组成啮合副，装在机壳内。螺杆上的螺旋槽、机壳内壁和星轮齿构成封闭工作容积。动力传到螺杆轴上，由螺杆带动星轮旋转，气体由吸气腔进入螺槽内，经压缩后通过排气孔口和排气腔排,出。这里星轮的作用相当于往复活塞压缩机的活塞，当星轮齿在螺旋槽内相对运动时，封闭容积逐渐减小，气体受到压缩。,1.单螺杆压缩机的结构特点1）单螺杆压缩机结构合理，具有理想的力平衡性。,单螺杆压缩机工作时螺杆的螺旋槽深度随压缩腔压力的增大而变浅，在排气结束时为零，不存在余隙容积，其容积效率高。,2）单螺杆压缩机不存在余隙容积,单螺杆压缩机的星轮是一个自由件，在圆周上不受任何力的作用，随意转动。同螺杆上的螺旋槽相啮合的星轮片是用高分子材料通过注塑而成。高分子材料内含有石墨和耐磨原料，工作时本身就能自润滑，再加上向槽内喷油，在运转时能形成油楔，建立流体动力润滑，实现无磨损运行，通过多年的生产实践证明星轮片确实几乎没有磨损。再有由于在工作时向槽内喷油，提高了它的密封性，进一步提高了压缩机的容积效率。,3）低震动，噪音小由于压缩机主机设计合理，高速轻载，啮合副型线设计先进。螺杆每旋转一周产生12个压缩循环，每分钟排气达35280次，排气基本没有脉动现象，因此振动极小，加之采用了消音，隔音装置，故噪音很低，能保持较安静的工作环境，由于上述原因，压缩机满负荷运转时，一枚硬币直立在机身上也不会倒下。由于工作时震动低，这样不需安装基础，一旦安放就位，接上电及管路即可使用。,（二）进气（吸气）系统,进气系统主要有空气过滤器、进气阀、进气管、空滤脏度指示器等组成。,进气（吸气）系统,1.进气阀,2.空气过滤器,半年/2000h/报警失效,（三）排气系统,水冷式排气系统,风冷式排气系统,排气系统的主要元件,1.油气分离器,1.启动时优先建立起润滑油所需的循环压力，确保主机润滑。2.逆止作用防止管网压缩空气倒流。,2.最小压力阀,排气系统中的保护1.超压保护；2.高温保护；3.精分滤芯堵塞保护。,超压保护作用是防止主机的工作压力超过额定压力。超压保护由安全阀来完成。,在排气系统中的保护1.超压保护；2.高温保护；3.精分滤芯堵塞保护。,温度开关,高温保护是防止主机的排气的温度过高。高温保护是由温度开关来完成。,排气系统中的保护1.超压保护；2.高温保护；3.精分滤芯堵塞保护。,精分滤芯堵塞保护作用是避免精分滤芯堵塞后主机工作压力提高。精分滤芯堵塞保护是由精分滤芯压差开关来完成。,压差开关,（四）、机油循环系统,1.主要控制元件,1）温控阀,2）油冷却器,3）机油过滤器,4）断油阀,1.主要元件,1）温控阀2）油冷却器3）机油过滤器4）断油阀,1.主要元件,1）温控阀2）油冷却器3）机油过滤器4）断油阀,断油阀：主机运行时向主机注油；主机停机后停止向主机注油。,2.机油循环系统的保护,1）回油低压保护2）机油过滤器堵塞保护,回油低压保护是通过油冷却器、过滤器等过来注入主机的油的压力较低时，主机电机停机。实现回油低压保护，避免油压低向主机内注油量过少，造成主机排气温度升高或主机损坏。回油低压保护是是由油压开关来完成。,油压开关,2.机油循环系统的保护,1）回油低压保护2）机油过滤器堵塞保护,旁通阀功能,维护周期：失效/压差表指向红色区域/每半年/每1000小时/每次换油,先到先计，任何一种情况出现均须更换,（五）冷却系统,1）水冷式,要有水温保护及水压保护,2）风冷式,（六）电动机及控制系统,1.电动机电动机为矿用防爆电动机,每2000小时或半年加一次润滑脂每35年清洗轴承润滑脂一次,2.气路控制系统,气路控制系统,1）手动加载减荷系统2）自动减荷加载系统3）减荷与停机放空系统,1）手动加载减荷系统,2）自动减荷加载系统,梭形阀,2）自动减荷加载系统,是超压保护的第一道保护,反比例阀,进气阀,3）减荷与停机放空系统,放空阀,3.电气控制系统,隔爆兼本质安全型真空电磁起动器。电机过载保护、断相及相序保护、漏电闭锁保护、过电压保护、短路保护等。,1.根据空压机铭牌。空压机铭牌中载明的名称、型号表示的含义应一致。,三、空压机类型的辨别,2.看其核心部件空气压缩机头的结构特点。,2.看整机的结构特点。,滑片式空压机,整机看起来比较简捷，几乎看不到什么零配件（因把空气过滤器、进气阀、油气分离器、安全阀、最小压力阀、油过滤器、温控旁通阀、回油阀等部件以模块形式全部浓缩在主机内）。体型较小（由于阀件和管路内置），电机与主机的体积比较匀称，属于结构比较简单的类型。,滑片式空压机结构特点,活塞式空压机,W型活塞式空压机（皮带连接）,V型活塞式空压机（直接连接）,活塞式空压机的结构特点,主机较大，电机侧较小，属体型较大的一种；在主机箱的上部分有气缸，呈V字型、W型布置等；主机和电机连接紧凑，采用皮带连接或直接连接；控制管线和油路较简单，机体比较整洁,螺杆式空压机,双螺杆式空压机,单螺杆式空压机,较大油气分离罐及各控制阀件和各大部件独立安装，控制管线和油路较多，结构相对复杂；一般都有机箱外壳保护内部设施，外部有隔音罩；主机结构紧凑，没有多余部件，体型较小。主机和电机连接主要连接方式为直接联接（小排量压缩机有用皮带连接），也就是主机轴与电机轴相对，两轴之间用联轴器连接。,螺杆式空压机的结构特点,3.看整机的运行噪声及转速,四、空气压缩机安全运行,空气压缩机如果使用不当将出现着火或爆炸事故。1.空气压缩机出现着火或爆炸的原因。我们都知道空气压缩机在工作时是离不开润滑油的。劣质润滑油在高温高压作用下，发生蒸发、分馏和氧化形成酸沥青及其它一些化合物。这些物质在排气腔内形成变质的油雾，油雾和空气中的灰尘等混合在一起沉积及粘附在排气通路的器壁上，这个叫积碳。,积炭是一种含油的易燃物，在机械摩擦、气体冲击、静电作用下能够发生着火爆炸。正常情况下，所产生的热量被空气压缩机冷却系统带走，达到热平衡，不产生高温，不会产生积碳现象。,当空气压缩机工作温度较高时，将产生积碳，随着空压机的运行积碳的厚度增加，积碳将逐渐打破散热平衡而造成温度升高，在排气系统内自燃，导致空气压缩机系统的爆炸。所以积碳是导致空气压缩机系统的着火和爆炸的燃料作用；而高温则是根源。,2.预防空气压缩机着火和爆炸的主要措施,选择正规厂家生产的压缩机；且要求：主机不能是滑片式压缩机；生产厂具有相关的生产许可证及产品合格证；要有矿用产品安全标志证且证书在有效期内。,选择工作温度较低的压缩机型；在MT687-2009标准4.8.6中写道：a往复活塞式空压机各级排气温度：水冷式不高于140，风冷式不高于150；b单螺杆式空压机排气温度不高于100；c双螺杆式空压机不高于110。,选择各种保护齐全的空气压缩机；空气压缩机要有超压保护、低压回油保护、油位保护、超温保护、水冷式断水保护，电机过载保护、断相及相序保护，三滤保护等。要使用厂家提供的润滑油，且润滑油要按说明书要求定期更换；,空压机要放置在通风良好且是独立回风系统，没有淋头水，环境温度较低的工作位置，同时环境要有监测设施。在环境温度较高时，尽量选用水冷式空压机；操作人员要通过相关操作技能培训，并持证上岗；,在检修等操作时，当润滑油溅出时，应马上清理。要保持空压机合格的清洁度；按说明书要求定期更换三芯；更换精分芯时要注意精分芯要有接地；,每天按空压机的完好标准严格、认真检查，特别是一些仪器、仪表、控制器及温度传感器的检查，并且要定期校验，检查它的精度。超出规定的应及时更换。当机器出现高温时，要停机检查，排查故障，不要强行开机。,定期检查压缩机排气口至高温段的管路、容器和配件的积碳情况，并及时有效清除积碳。要定期排放储气罐中的积水，清除风包内的油垢。保持所有电线、电接头及压力接头完好、清洁。有任何损坏都应立即更换。,五、空气压缩机物联网控制系统,以上我们所介绍的空气压缩机安全运行的监管都是靠管理人员亲身到井下查看才能了解空气压缩机的运行状态，不能随时了解和监管空气压缩机。我们金昊与时俱进，利用现有的网络技术，研究开发出了空气压缩机物联网控制系统。,通过空气压缩机物联网控制系统，金昊公司可以对空气压缩机进行在线监测、远程维护、故障诊断、安全预警、状态分析，通过精确的分析实现空气压缩机的安全远程管理和控制。当空气压缩机出现故障时，公司第一时间派技术人员到现场处理，或通知空气压缩机压缩机操作人员指导其处理。,也就是说通过空气压缩机物联网控制系统可以实现金昊公司对现场在用的空气压缩机进行管理和控制。实现远程值守。通过空气压缩机物联网控制系统还可以使空气压缩机的管理人员通过手机随时查看和控制空气压缩机的工作状态及启动、停止空气压缩机的工作。如当空气压缩机出现不正常现象时，管理人员可以就地通过手机关闭空气压缩机的工作。,在这方面我们金昊不仅只对我们自己的产品实现空气压缩机物联网控制系统控制，我们金昊还可以对现场在用的其他厂家生产的各类空气压缩机（单螺杆、双螺杆、活塞式等空气压缩机）都可以进行现场改造，实现空气压缩机物联网控制系统控制。,空气压缩机物联网控制系统这个技术优势显著，可操作性强，改造成本和运行费用都很低。其应用范围不仅适用于现有煤矿井下的各种类型空气压缩机，同时也适用于地面各种类型空气压缩机以及煤矿的采掘机械、运输机械等。,空气压缩机物联网控制系统是利用煤矿现有六大系统中的通信系统，实现井下空气压缩机与地面监控站信息联网，通过对井下空气压缩机控制系统及保护系统的信息传递，将井下空气压缩机的运行参数、设备状态、报警信息、启停控制信息传送到煤矿的数字化信息调度指挥中心。,信息传送到煤矿的数字化信息调度指挥中心后，利用先进的网络技术，将空气压缩机的各项数据、报警信息、控制管理等与矿山安监及操作人员的手机相连接，使矿山安监及操作人员无论身在何处都可以对空气压缩机进行监测与控制，同时空气压缩机物联网控制系统将空气压缩机数据传送至金昊公司物联网信息中心。,金昊公司对每台接入物联网信息中心的空气压缩机进行在线监测、远程维护、故障诊断、安全预警、状态分析、远程控制、故障预警等，通过精确的分析实现空气压缩机安全合理的远程管控，同时将报警与空气压缩机维护等信息传送给空气压缩机管理人员。,六大安全系统中的通讯交换机,无线网络,矿方安检人员手机，接收空气压缩机运行状态及各项参数以及报警等信息，同时可以对空气压缩机进行控制,将空气压缩机的运行参数、设备状态等集成到矿山安全系统中!,地面,矿方操作人员手机，可以接收报警信息与设备运行参数等,金昊物联网信息中心：可以对空气压缩机进行在线监测、远程维护、故障诊断、安全预警、状态分析、远程控制、故障预警等实现空气压缩机的“管、控、服”一体化！,六大安全系统中的通讯交换机,井下,各类型空压机,物联网空气压缩机控制系统原理图,六、阜新金昊产品,阜新金昊空压机有限公司是专业研究生产制造单螺杆压缩机的高新技术公司，国家级螺杆压缩机生产标准的起草制定单位。单螺杆压缩机公司具有自主知识产权。通过多年的生产实践，研制了螺杆、星轮的专用高精度加工机床。生产的单螺杆压缩机产品的精度、质量同世界发达国家的产品相媲美。,固定式,矿用式,制氮机,冷氮机,制冷装置,柴移式,救生舱,机车空压机,金昊产品,（一）空气压缩机系列产品,排气量从1m3/min-200m3/min；排气压力为0.33.0MPa，风冷及水冷式空气压缩机。单螺杆压缩机国际其它公司最大作到65m3/min。我公司作到了200m3/min。,1.固定式空气压缩机,2.移动式空气压缩机各种规格排气量的柴油发动机驱动式、电动机驱动式空气压缩机。3.各种排气量的煤矿井下用风冷及水冷式空气压缩机。,上述的主要产品在2010年已通过了国家节能产品认证检验。,（二）制氮机,（三）ZLDOG型煤矿用氮气冷却装置,氮气冷却装置是将制氮机排出的40左右的氮气降至-30甚至更低温度的气体冷却装置。氮气冷却装置可以用于煤矿防火、灭火，以及石