螺杆式空压机在煤矿的应用

王永建

（开滦股份吕家坨矿业分公司 河北唐山）

一、引言

开滦股份公司吕家坨矿业分公司使用的空压机均为活塞式，大部分已超期服役。压缩空气在井下不仅用于生产，部分安全设施也采用压缩空气作为动力源，用途越来越广，因而对空气压缩机的工况要求也越来越严。从目前情况看，必须加速更新换代，选用保护齐全、效率高、维护方便的空压机，以确保煤矿企业安全生产。

二、优选螺杆式空压机

螺杆式空压机具有结构紧凑、移动方便、安全可靠、运转平稳、噪音底、寿命长、维护费用少、自动化程度高等优点，很适合作为矿山动力源设备。尤其是井下空间狭窄、环境恶劣、用气地点不固定，并存在瓦斯和煤尘爆炸危险，使用防爆型螺杆空压机还具有活塞式等空压机无可比拟的优点。经过多方调研、论证，需更换和新增的空压机均选用螺杆式空压机。

三、螺杆式空压机介绍

1.螺杆式空压机结构

螺杆式空压机由主机、电机、空气进气滤清器、润滑系统、冷却系统、载荷控制系统、电控系统、安全保护装置等几部分组成。主机由“∞”形气缸、两个螺旋形的转子及端盖所组成；空气进气滤清器由预清洁器、主滤芯和安全芯组成；润滑系统由油分离器、冷却器、过滤器、温控阀组成；冷却系统分为风冷却和水冷却；载荷控制系统由蝶阀、止回阀、反比例阀等组成；电控系统主要有真空磁力起动器及保护电路；安全保护装置可实现超温、断水、断油、超压自动停机等功能。超压保护有调节阀、自动压力开关和安全阀三重保护。如图1所示。

2.螺杆式空压机工作原理

在“∞”形气缸里，平行配置两转子，具有凸齿的转子称为阳转子(又叫主动转子)，它与电机连接，功率由此输入；具有凹齿的转子称为阴转子(又叫从动转子)。阴阳转子的相互啮合，使处于转子齿槽间的空气不断产生周期性的容积变化，并沿着转子轴线的吸入侧至排出侧实现吸气、压缩和排气过程。

图1 螺杆式空压机的结构

（1）吸气过程。当两转子转向彼此脱开时，齿间基元容积随转子的旋转而逐渐扩大并与吸气口相通时（吸气口的形状近似扇形），空气便进入基元容积，即开始吸气，当转子转到一定角度后，齿间基元容积越过吸气孔口位置，则吸气完毕，此时，两转子齿间的基元容积彼此孤立。

（2）压缩及喷油过程。当吸气过程结束时，气体被转子齿和机壳仓包围在一个封闭的空间，随着转子继续旋转，齿间容积因转子齿的啮合而不断减小，封闭在齿间容积内的气体压力升高，从而实现气体的压缩过程。压缩过程一直持续到齿间容积,即将与排气孔口连通之前。在压缩过程开始阶段，润滑油利用压差喷入齿间容积内与气体混合。

（3）排气过程。齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程。随着齿间容积的不断缩小，高压气体逐渐通过排气孔口排出。齿末端型线完全啮合时，封闭的齿间容积变为零，其内部气体完全排出，排气过程结束。

3.螺杆式空压机的优点

（1）机组所有零部件安装在一个底座上，使得结构紧凑、移动方便。

（2）运动部分少，磨损部分小，易损零部件少，维护管理方便。

（3）油的消耗量少，因此维护费用低。

（4）输出空气无脉动现象，排气压力稳定。

（5）振动小，噪声低。

（6）压缩空气中油、水含量较少，压缩空气质量高。

（7）润滑油散热效果较好，单级压缩比可高达16。

四、使用效果考察

目前，该公司安装使用螺杆式空压机（防爆型）2台，使用时间已超过1年，此种空压机占地面积小，安装、搬运方便，维护量小、噪音低，气压稳定，保护装置齐全，经济效益和社会效益非常明显。

1.安全可靠性高

（1）具有过载、短路、断相、漏电、防自起动等保护功能，还具有超温、断油自动停机保护以及容调、制压调、安全阀三重超压保护等功能。

（2）由于润滑油的吸热作用，油分离器出口温度＜10℃，油气混合气体经分离器分离后，排出的气体中几乎不含油量，而使系统发生爆炸的可能性大大降低。

（3）储气罐是压风系统中最容易发生爆炸的地方，恰好螺杆式空压机无需安装储气罐，从设备上实现了本质安全的要求。

（4）井下使用的螺杆式空压机起动器、电机具有隔爆性能，控制及保护回路为本质安全型，适用于煤矿井下煤尘和瓦斯突出场所。

2.基础投资、运行及维护费用低

（1）机组的所有零部件均装置在底座上，由于运行平衡，无需再做基础。在井下使用时，底座下安装了轮对，成为一个机动灵活的空压机站，可牵引至用气地点，往车轮下楔入木楔，即可使用，无需设置专门的酮室。

（2）引进的是国外先进技术，加工、配合精度高，并且构件及辅机少，维护费用较低。

（3）节省运行费用。例如，额定压力为0.8 MPa、额定排气量为40 m3/min的螺杆式空压机和活塞式空压机相比，前者每月消耗润滑油15 kg，后者则要消耗40 kg。仅此一项，1台空压机每年可少支出运行费用2400元。

3.比功率高

螺杆式空压机比功率可达4.5 kW/（m3/min），主要原因是：①整机不存在余隙容积。②相对运动部件少，减少了漏气损失。③设备润滑是靠自身产生的压力差进行注油，无需润滑油泵。④负载可实现0～10%的无级调节，达到了节能的效果。

4.其他优点

（1）由于空压机可设在用气点较近的地方，不仅减少了管道的投资和压力损失，也避免了因气体温度下降而产生冷凝水的问题。

（2）可连续地进行吸气、压缩和排气，气流无脉动且含油量极少，质量高。

（3）螺杆式空压机冲击小，加上润滑油可吸收高频压缩所产生的噪音，所以运行平稳，振动小，噪声低，给职工创造了一个良好的工作环境。

五、结论

螺杆式空压机在煤矿的使用上，已取得良好的效果，达到了安全、方便和节能的目的，具有较高的推广价值。但由于该设备精度和润滑系统的要求较高，现场技术和维护人员需不断提高技术水平，进一步掌握设备的结构、工作原理等知识，以满足新的生产形势的需要。