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摘 要 空压机作为矿山生产中的四大机械之一，如何根据矿山的生产需要进行设计，如何提高其设备效能，对于促进矿山生产发展，确保设备和人身安全，提高经济效益，具有重要的现实意义。本文以美国英格索兰固定螺杆式空压机为例，阐述了矿山空压机的设计和具体应用。
关键词 矿山；空压机；设计；应用
中图分类号 TD 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0150-02
空压机生产的压缩空气用以驱动风镐、风水泵、风钻、铆钉机和修钎机等风动机具，矿山生产中还常常利用压缩空气进行井巷锚喷和清理水仓等工作。因此，空压机作为矿山生产中的四大机械之一，如何根据矿山的生产需要进行设计，如何提高其设备效能，如何进行保养和日常维护，对于促进矿山生产发展，确保设备和人身安全，提高经济效益，具有重要的现实意义。随着科学技术的进步，空压机的种类、型号不断更新，其结构和工作特点也各不相同，本文主要介绍英格索兰压缩机有限公司生产的ML300-2S型号的螺杆空压机。英格索兰螺杆式空压机是美国螺杆空气压缩机的市场领导者，实践证明，螺杆空压机在矿山生产中具有质量可靠、生产效率高、运行成本低、可维护性强等优点。
1 矿山空气压缩机设计及应用
矿山空压机的设计及应用要根据矿山生产的具体情况，设定空压机的技术参数，配置空压机的控制方式，选择空压机的数量、型号，设计空压机的监控系统，制定空压机的维护和保养计划，本文以英格索兰生产的ML300-2S型号的螺杆空压机为例，从以下六个方面进行详细阐述。
1.1 螺杆式空压机概述
螺杆压缩机属于回转式压缩机，螺杆机又分为单螺杆式和双螺杆式。英格索兰ML300-2S型号的空压气是为电机驱动的两级压缩双螺杆空压机，通过管道、导线和底板上的各种附件组成一个完全自成一体的空压机组，其工作过程为空气通过进气空滤器进入第一级压缩，空气在经过冷却油幕后进入第二级压缩，然后通过排气法兰排出第二级主机，压缩空气进入分离器后排出，再进入冷却器把压缩空气冷却到最终的排出温度，最后通过排气阀优质的空气排出机组。该空压机具有体积小、气量大、结构简单、维修方便、使用范围广等优点，在技术性能上具有如下性能。
1）对变工况适应性较强，效率变化不大。
2）排气量稳定，不随排气压力的变化而变化。
3）没有不稳定工况区域，在小排气量时也工作
稳定。
4）在任何转速下的内压力比恒定不变。
1.2 螺杆式空压机技术参数
螺杆式空压机技术参数主要包括：主机、主电机、配套空气冷却系统、配套风包和配套手动单梁起重机四个部分。
1）主机。螺杆式空压机主机的技术参数主要包括：型号、工作方式、启动方式、冷却方式、流量、出风口压力、机组噪音等。
主电机。主电机系统包括：电机功率、电机类型、电源电压和绝缘等级等。
2）配套空气冷却系统。配套空气冷却系统主要包括：额定电压、风扇电机功率和冷却风量。
3）配套风包。配套风包的技术参数主要包括：容器的容积、内径、高度，设计压力和设计温度等。
4）配套手动单梁起重机。配套手动单梁起重机的技术参数主要包括：起重量、起升高度和跨度。
1.3 空压机控制系统设计
单台空压机控制系统的设计主要包括显示参数：机组排气压力，机组排气温度，分离前压力等；可调整的运行参数：加载/卸载压力，加载延时，自动启动/停车开启或关闭等；运行状态停车显示：传感器失效，机器过载及超温保护，主电机过载等；运行状态报警显示：调换进气过滤器,油过滤器、油分离器压差等，其中润滑系统：风冷机组的系统图如图1所示，排气系统：风冷机组的系统图如图2所示。
1.4 空压机站房的监控系统设计
由于矿山空压机在高温、高压的条件下连续运转，经过一段时间的运转，空压机会出现不同形式的故障，为了保证空压机连续、正常、不间断的供气，就要对空压机实行实时监控。本文对空压机站的监控采取分布式控制系统。
1）空压机房站监控系统的总体方案设计。为了满足现场空压机站工作人员的需要，设计的智能监控系统应满足下列要求：①实现对每台空压机的显示、设定、控制、查询、报警；②选择耐高温、抗干扰能力强、寿命长得压力传感器和温度传感器；③对风包温度、二级主机排气温度进行实时监测；④当监测点的温度超过报警值时，声光报警；⑤每隔半个小时记录一次所有监测点的监测数据；实现远程控制和通信。
2）空压机房站监控系统的硬件设计。系统监控的硬件主要包括显示器、工控机、UPS电源、打印机、安全阀、排污阀、压力表、压力传感器和温度传感器等。
3）空压机房站监控系统的软件设计。监控软件的登录方式为口令密码授权；监控软件的显示参数：机组排气压力，机组排气温度，分离前压力等；可调整的运行参数：加载/卸载压力，加载延时，自动启动/停车开启或关闭等；运行状态报警显示: 调换进气过滤器，调换油过滤器，调换油分离芯等；打印内容包括用户管网压力，空压机运行状态, 空压机故障信号等。
1.5 空压机常见故障及排除
矿山空压机由于工作环境恶劣，在使用过程中常常出现各种各样的故障，例如电机过载、压力过高、空压机升不到额定压力和空压机高温自动停机等。为了提高空压机的使用效率，减少故障造成的损失，当空压机出现故障时就要采取措施及时排除。下面以ML300-2S型号的螺杆式空压机为例说明空压机常见故障及排除方法如下。
1）空压机高温自动停机。原因：冷却油循环不足、电器连接不良、冷却效果差、环境温度高。排除措施：检查冷却油油位、冷却油是否清洁、冷却油系统是否泄漏和温控阀、改善空压机房的通风条件。
2）“电机过载”机器自动停机。原因：电流过大引起热过载继电器跳闸。排除措施：检查实际工作压力、检查主电源电压是否低于额定值。
3）“压力过高”机器自动停机。原因：隔离阀关闭、放气系统效率低。排除措施：检查加载电磁阀、检查卸载电磁阀，必要时拆开清洗。
4）空压机升不到额定压力。原因：用气量过大、起跳压力过低。排除措施：检查是否有泄漏、检查起跳压力的设定值。
5）“电源通”灯不亮。原因：没有控制电压。排除措施：检查控制器熔断丝，检查变压器次级绕组控制电压。
6）空压机不加载。原因：进气阀未打开。排除措施：先切断所有电源，再检查进气阀是否能自由打开，检查步进电机。
7）空压机不加载。原因：进气阀未打开。排除措施：先切断所有电源，再检查进气阀是否能自由打开，检查步进电机。
1.6 空压机日常维护与保养
要提高空压机的排气量，提高设备的使用效率，主要是加强空压机日常维护与保养。首先要根据空压机的运行状况制定合理的维护和保养计划，例如每天检查冷却油的油位，一个月要检查高温保护开关、排气温度传感器；每月检查冷却器是否积累异物、检查水分离器里的浮子机构。每三个月检查所有软管是否老化、开裂、硬化。每三个月调换油过滤器。每半年检查放气电磁阀是否有疲劳迹象，必要时调换密封圈。每年调换空滤芯；全面检查油分离筒体所有外表面，焊缝和接头；检查回油小孔滤网是否堵塞。每两年或8 000 h调换超级冷却剂和油分离器芯。每四年调换所有油气软管。每六年或6 000 h要检查油分离筒体、拆除盖板和任何必要的接头、彻底清洁内部并检查所有内表面和焊缝；其次要保持进气阀的工作状态良好。最后要保证空压机处于良好的润滑状態，油路气路通畅。
2 结束语
空压机是矿山电力消耗的主要来源之一，其电力消耗占矿山生产总电能消耗的很大一部分，因此深入分析空压机的电能消耗情况，合理选择空压机的型号，选定高效的设备，采取适宜的启动方式，实现空压机的节能运行，对于降低生产成本，节约能源，提高煤矿生产效益，具有重要的经济意义和社会意义。
参考文献
[1]舒畅.DCS、PLC、状态监控仪实现大型压缩机监控的优越性[J].压缩机技术,2006,4.
[2]沈伟,童樟明,朱跃强.矿山空压机站在井下的设置实践[J].矿山机械,2011,10.
作者简介
李树明（1976—），男，安徽淮南人，学历：本科，职称：工程师，主要研究方向：机电自动化。
关键词 矿山；空压机；设计；应用
中图分类号 TD 文献标识码 A 文章编号 1673-9671-(2012)011-0150-02
空压机生产的压缩空气用以驱动风镐、风水泵、风钻、铆钉机和修钎机等风动机具，矿山生产中还常常利用压缩空气进行井巷锚喷和清理水仓等工作。因此，空压机作为矿山生产中的四大机械之一，如何根据矿山的生产需要进行设计，如何提高其设备效能，如何进行保养和日常维护，对于促进矿山生产发展，确保设备和人身安全，提高经济效益，具有重要的现实意义。随着科学技术的进步，空压机的种类、型号不断更新，其结构和工作特点也各不相同，本文主要介绍英格索兰压缩机有限公司生产的ML300-2S型号的螺杆空压机。英格索兰螺杆式空压机是美国螺杆空气压缩机的市场领导者，实践证明，螺杆空压机在矿山生产中具有质量可靠、生产效率高、运行成本低、可维护性强等优点。
1 矿山空气压缩机设计及应用
矿山空压机的设计及应用要根据矿山生产的具体情况，设定空压机的技术参数，配置空压机的控制方式，选择空压机的数量、型号，设计空压机的监控系统，制定空压机的维护和保养计划，本文以英格索兰生产的ML300-2S型号的螺杆空压机为例，从以下六个方面进行详细阐述。
1.1 螺杆式空压机概述
螺杆压缩机属于回转式压缩机，螺杆机又分为单螺杆式和双螺杆式。英格索兰ML300-2S型号的空压气是为电机驱动的两级压缩双螺杆空压机，通过管道、导线和底板上的各种附件组成一个完全自成一体的空压机组，其工作过程为空气通过进气空滤器进入第一级压缩，空气在经过冷却油幕后进入第二级压缩，然后通过排气法兰排出第二级主机，压缩空气进入分离器后排出，再进入冷却器把压缩空气冷却到最终的排出温度，最后通过排气阀优质的空气排出机组。该空压机具有体积小、气量大、结构简单、维修方便、使用范围广等优点，在技术性能上具有如下性能。
1）对变工况适应性较强，效率变化不大。
2）排气量稳定，不随排气压力的变化而变化。
3）没有不稳定工况区域，在小排气量时也工作
稳定。
4）在任何转速下的内压力比恒定不变。
1.2 螺杆式空压机技术参数
螺杆式空压机技术参数主要包括：主机、主电机、配套空气冷却系统、配套风包和配套手动单梁起重机四个部分。
1）主机。螺杆式空压机主机的技术参数主要包括：型号、工作方式、启动方式、冷却方式、流量、出风口压力、机组噪音等。
主电机。主电机系统包括：电机功率、电机类型、电源电压和绝缘等级等。
2）配套空气冷却系统。配套空气冷却系统主要包括：额定电压、风扇电机功率和冷却风量。
3）配套风包。配套风包的技术参数主要包括：容器的容积、内径、高度，设计压力和设计温度等。
4）配套手动单梁起重机。配套手动单梁起重机的技术参数主要包括：起重量、起升高度和跨度。
1.3 空压机控制系统设计
单台空压机控制系统的设计主要包括显示参数：机组排气压力，机组排气温度，分离前压力等；可调整的运行参数：加载/卸载压力，加载延时，自动启动/停车开启或关闭等；运行状态停车显示：传感器失效，机器过载及超温保护，主电机过载等；运行状态报警显示：调换进气过滤器,油过滤器、油分离器压差等，其中润滑系统：风冷机组的系统图如图1所示，排气系统：风冷机组的系统图如图2所示。
1.4 空压机站房的监控系统设计
由于矿山空压机在高温、高压的条件下连续运转，经过一段时间的运转，空压机会出现不同形式的故障，为了保证空压机连续、正常、不间断的供气，就要对空压机实行实时监控。本文对空压机站的监控采取分布式控制系统。
1）空压机房站监控系统的总体方案设计。为了满足现场空压机站工作人员的需要，设计的智能监控系统应满足下列要求：①实现对每台空压机的显示、设定、控制、查询、报警；②选择耐高温、抗干扰能力强、寿命长得压力传感器和温度传感器；③对风包温度、二级主机排气温度进行实时监测；④当监测点的温度超过报警值时，声光报警；⑤每隔半个小时记录一次所有监测点的监测数据；实现远程控制和通信。
2）空压机房站监控系统的硬件设计。系统监控的硬件主要包括显示器、工控机、UPS电源、打印机、安全阀、排污阀、压力表、压力传感器和温度传感器等。
3）空压机房站监控系统的软件设计。监控软件的登录方式为口令密码授权；监控软件的显示参数：机组排气压力，机组排气温度，分离前压力等；可调整的运行参数：加载/卸载压力，加载延时，自动启动/停车开启或关闭等；运行状态报警显示: 调换进气过滤器，调换油过滤器，调换油分离芯等；打印内容包括用户管网压力，空压机运行状态, 空压机故障信号等。
1.5 空压机常见故障及排除
矿山空压机由于工作环境恶劣，在使用过程中常常出现各种各样的故障，例如电机过载、压力过高、空压机升不到额定压力和空压机高温自动停机等。为了提高空压机的使用效率，减少故障造成的损失，当空压机出现故障时就要采取措施及时排除。下面以ML300-2S型号的螺杆式空压机为例说明空压机常见故障及排除方法如下。
1）空压机高温自动停机。原因：冷却油循环不足、电器连接不良、冷却效果差、环境温度高。排除措施：检查冷却油油位、冷却油是否清洁、冷却油系统是否泄漏和温控阀、改善空压机房的通风条件。
2）“电机过载”机器自动停机。原因：电流过大引起热过载继电器跳闸。排除措施：检查实际工作压力、检查主电源电压是否低于额定值。
3）“压力过高”机器自动停机。原因：隔离阀关闭、放气系统效率低。排除措施：检查加载电磁阀、检查卸载电磁阀，必要时拆开清洗。
4）空压机升不到额定压力。原因：用气量过大、起跳压力过低。排除措施：检查是否有泄漏、检查起跳压力的设定值。
5）“电源通”灯不亮。原因：没有控制电压。排除措施：检查控制器熔断丝，检查变压器次级绕组控制电压。
6）空压机不加载。原因：进气阀未打开。排除措施：先切断所有电源，再检查进气阀是否能自由打开，检查步进电机。
7）空压机不加载。原因：进气阀未打开。排除措施：先切断所有电源，再检查进气阀是否能自由打开，检查步进电机。
1.6 空压机日常维护与保养
要提高空压机的排气量，提高设备的使用效率，主要是加强空压机日常维护与保养。首先要根据空压机的运行状况制定合理的维护和保养计划，例如每天检查冷却油的油位，一个月要检查高温保护开关、排气温度传感器；每月检查冷却器是否积累异物、检查水分离器里的浮子机构。每三个月检查所有软管是否老化、开裂、硬化。每三个月调换油过滤器。每半年检查放气电磁阀是否有疲劳迹象，必要时调换密封圈。每年调换空滤芯；全面检查油分离筒体所有外表面，焊缝和接头；检查回油小孔滤网是否堵塞。每两年或8 000 h调换超级冷却剂和油分离器芯。每四年调换所有油气软管。每六年或6 000 h要检查油分离筒体、拆除盖板和任何必要的接头、彻底清洁内部并检查所有内表面和焊缝；其次要保持进气阀的工作状态良好。最后要保证空压机处于良好的润滑状態，油路气路通畅。
2 结束语
空压机是矿山电力消耗的主要来源之一，其电力消耗占矿山生产总电能消耗的很大一部分，因此深入分析空压机的电能消耗情况，合理选择空压机的型号，选定高效的设备，采取适宜的启动方式，实现空压机的节能运行，对于降低生产成本，节约能源，提高煤矿生产效益，具有重要的经济意义和社会意义。
参考文献
[1]舒畅.DCS、PLC、状态监控仪实现大型压缩机监控的优越性[J].压缩机技术,2006,4.
[2]沈伟,童樟明,朱跃强.矿山空压机站在井下的设置实践[J].矿山机械,2011,10.
作者简介
李树明（1976—），男，安徽淮南人，学历：本科，职称：工程师，主要研究方向：机电自动化。