空气压缩机及压风管路设计

空压站就是压缩空气站，由空气压缩机、储气罐（分为一级、二级储气罐）、空气处理净化设备、冷干机组成。压缩空气站在厂（矿）内的布置，应根据以下因素确定经技术经济方案。

靠近负荷中心；供电、供水合理；有扩建的可能性；避免靠近散发爆炸性、腐蚀性和有毒气体以与粉尘等有害物的场所，并位于上述场所全年风向最小频率的下风侧；压缩空气站对有噪声、振动防护要求场所的间距，应符合国家现行的有关标准规范的规定。

摘要

随着社会的全面发展和进步，空气压缩机因其独特的特点在很多方面得到应用，比如风动机械的驱动、压风自救等。

本课题空气压缩机与压风管路设计是根据煤炭工程学院机械工程系本科生（矿山机电方向）培养方案选题的。内容包括螺杆式空压机的适用范围与研究目的、空压机在压风自救中的应用、国内外空压机的发展、空气压缩机的通则、系统流程、螺杆式空压机电控系统的设计、空压机的选型与压风管路内径的选择、空压机房的布置与压风管路的设计。

关键词：空压机；压风管路；；压风自救

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目录

1 概括............................................... 错误!未指定书签。

1.1使用范围与研究目的........................... 错误!未指定书签。

1.2空压机在煤矿生产与安全救险中的应用........... 错误!未指定书签。

1.3国内外空压机的发展........................... 错误!未指定书签。

1.4矿用螺杆式空压机的特点....................... 错误!未指定书签。

2 空气压缩机的通则................................... 错误!未指定书签。

2.1螺杆式空压机简介............................. 错误!未指定书签。

2.2螺杆式空压机的构造与各零件功能............... 错误!未指定书签。

2.3螺杆式空压机的工作原理(风冷) ................. 错误!未指定书签。

3 系统流程........................................... 错误!未指定书签。

3.1空气流程..................................... 错误!未指定书签。

3.2润滑油流程................................... 错误!未指定书签。

3.3气路控制系统................................. 错误!未指定书签。

4 电控制系统......................................... 错误!未指定书签。

4.1控制系统组成................................. 错误!未指定书签。

4.2微机控制器介绍............................... 错误!未指定书签。

4.3控制原理..................................... 错误!未指定书签。

4.3选型......................................... 错误!未指定书签。

5 压风设备的选型设计................................. 错误!未指定书签。

5.1设计依据..................................... 错误!未指定书签。

5.2供气量计算与压气机选型....................... 错误!未指定书签。

5.3压气管路内径选择............................. 错误!未指定书签。

5.4验算管道压力损失........................... 错误!未指定书签。

6 空压机与压气管路设计............................... 错误!未指定书签。

6.1空压机房选址与机房设计....................... 错误!未指定书签。

6.2压缩机的工艺系统............................. 错误!未指定书签。

6.3压缩机的保护............................... 错误!未指定书签。

6.4 压风管路设计................................. 错误!未指定书签。参考文献............................................. 错误!未指定书签。致谢............................................. 错误!未指定书签。

1 概括

1.1使用范围与研究目的

螺杆式空气压缩机是一种容积式空气压缩机，空气经过压缩机压缩，体积减小，压力升高，消耗外界做的功。压缩空气膨胀以后，体积增大，压力降低，并对外做功。利用压缩空气能够对外做功来驱动风动工具和机械。更重要的是利用压缩空气做动力源可以避免电火花的产生而引起爆炸，且压缩空气具有良好的柔韧性和冲击性能，能用于变负荷条件下的动力源，风动机械排出的废气还可以帮助矿井通风和降温，改善工作环境，并在同时螺杆式空压机的压气空气管道在关键时刻可起到救援效果，降低安全风险，被广泛应用于矿井。本设计的目的在于根据实际情况从空压机的选型到安装，电器控制到实现自动化，从矿井的高效到低耗，以此为出发点对压风管路进行设计。

1.2空压机在煤矿生产与安全救险中的应用

空压机在矿井的生产中的广泛应用主要体现在以下几个方面：

（1）在瓦斯矿井中，采用压缩空气作动力源可以避免由于电火花的产生而引起的爆炸，比电力源更安全。

（2）空压机驱动的气动机械（如凿岩机，风镐等）由于具有冲击性高、往返速度高可以适用于切割坚硬的岩石。

（3）压缩空气有弹性和良好的抗冲击性能，可以在不同负载条件下做动力源的条件，比动力源更方便。

（4）风动机械排出的废气，有助于矿井降温，改善工作环境。

空压机在安全救险上的应用：

在安全生产第一的现代矿井中，空气压缩机的存在尤为重要。它可以在第一时间向受困的煤矿工人提供氧气，为工人们的安全提供了保障。同时，它也能提高煤矿的工作环境，可以稀释瓦斯浓度，为矿井的安全生产提供了保证。

1.3国内外空压机的发展

螺杆式空气压缩机，最初是由阿尔夫1934年瑞典在提出的，由瑞典电机公司制造的第一个原型。螺杆式空气压缩机在中国近年来取得了很大的发展，如无锡压缩股份有限公司批量生产不同规格、多品种的螺杆式空气压缩机，顺德力精密机械有限公司已经能够产生一个长寿节能单螺杆式空气压缩机。

1.4矿用螺杆式空压机的特点

伴随着社会的全面进步和发展，对空气压缩机有更多的需求。尤其是螺杆式空气压缩机，以其独特的特点使其的使用比例也越来越大。就其使气体压力增加的原理，螺杆压缩机与活塞式压缩机是相同的，都属于压缩型式空压机；且其主要部件的活动形式和离心式压缩机相似。因此螺杆式空压机具有这两种空压机的主要特性，故螺杆式空压机在现代矿井生产中得到广泛应用。

（1）螺杆式空气压缩机的优点

它是一种容积式压缩机，其理论排气量和各工作部件，尤其是与转子的转速成正比关系，使压缩机的主要参数的压力和排气量的变化不会互相影响。

1）故障少，维修简单，使用寿命长。

2）连续的单向旋转，并且没有往复运动，惯性力小，使得速度快，运行可靠，无振动。

3）在一组转子齿间，啮合点沿轴线方向前进，侧面压缩或排出体积减小，体积增大的另一侧直接进行下一个吸入过程。再加上旋转数高，齿数较多，因此压缩功能是完全连续的，吸入和排出没有往复式压缩机脉动现象，也无离心空气压缩机的喘振现象。

4）由于螺杆压缩机属于容积式，这样的效果是压力上升不是由于转子速率的影响。只要转子旋转一周，就可达到预定的压缩比。此外，离心式空气压缩机是不一样

的，压缩过程中，有其独立的气体比例。

5）螺杆压缩机的压力是靠两个转子不接触的旋转，使它能够适应湿的压缩气体和压缩液滴。

6）螺杆压缩机的滑阀可控制在100%—10%连续比例范围内的能量。安装在两个转子之间的壳体中的阀门，可以来回移动，通过阀芯控制在100%—10%范围内，进气量的变化，不影响压缩比，不影响速度，可以控制在宽负载范围内的理想。

7）因为没有通过实心转子之间的接触引起的摩擦，因此，螺杆空气压缩机除了用于无油润滑，也适用于输送润滑油到的不被污染的场合。

8）螺杆压缩机体积小、重量轻、安装方便、设备简单，所以一个螺杆式空压机站的基础设施投资少。

9）螺杆压缩机的制造工艺要求高，不适合高压力压缩。同时，在使用螺杆式压缩机时，应特别注意在指定的方向旋转，而不应相反。

10）由于存在间隙，运动件必不可少出现泄漏，效率低。同时，在螺杆式无油压缩机中，为了确保转子之间的间隙，必须使用同步齿轮；为了减少内部的温度上升，必须以增加它的速度；利用齿轮，使机械损失减少；安装管消声器消除噪声。

（2）螺杆式空气压缩机的缺点

1）成本高。螺杆压缩机转子的齿面是一个空间的表面，使用专用工具，专用设备加工是昂贵的。此外，螺杆式空气压缩机的气缸的加工精度也有了更高的要求，因此成本较高。

2）不能用于高压场合。由于转子和轴承的刚度和其他限制的寿命，螺杆压缩机只能在中、低压力范围内使用，排气压力一般不超过4.5。

3）不能做成迷你型。密封气体取决于螺杆压缩机的间距,一般体积大于0.2 m3,螺杆压缩机的性能优越。

2 空气压缩机的通则

2.1螺杆式空压机简介

螺杆空气压缩机是当今世界上的空气压缩机的主流，它与活塞式压缩机（相同的排气压力）相比具有很多优点例如振动小、噪声低、效率高。阴阳转子间以与转子和壳体之间的配合精度降低回流泄漏从而提高了效率；只有啮合转子，没有气缸的往复运动，减少了振动和噪声源；风冷却使得螺杆式空压机能适应不同的矿井环境；独特的润滑方式同时也带来了许多优点，凭借其自身产生的压力差，使得润滑油不断注入压缩室和轴承，使得复杂的机械结构变得简单。

1注入的润滑油可以在相互啮合的转子之间形成油膜,转子可以直接驱动一对转子旋转,不用使用高密度同步齿轮。

2射入的润滑油能增加气密性。

3润滑油吸入压缩热，所以即使压缩比达到16，机头还可控制润滑油在恶劣条件下，转子与机外之间也不会因膨胀系数不同而产生摩擦。

4润滑油能减少由于高频压缩所产生的噪音。

5压缩空气中的微量润滑油，对气动工具有润滑效果。

2.2螺杆式空压机的构造与各零件功能

螺杆式压缩机的结构如图所示。在“∞”形的气缸中平行放置着一对相互啮合的螺旋形转子。通常将节圆外具有的凸齿的转子称为阳转子或阳螺杆，转子具有节圆上的凹齿被定义为阴转子或内螺纹。在一般阳转子与原电机连接，由阳转子带动阴转子转动。所以阳转子也被称为主动转子，阴转子也被称为从动转子。该压缩机机体孔的两端分别安装在具有一定形状和尺寸的孔口，吸气，称为吸气口，排出，称为排气口。