空氣壓縮機及壓風管路設計

1、 空壓站就是壓縮空氣站，由空氣壓縮機、儲氣罐（分為一級、二級儲氣罐）、空氣處理凈化設備、冷干機組成。壓縮空氣站在廠（礦）內(nèi)的布置，應根據(jù)以下因素確定經(jīng)技術經(jīng)濟方案。 靠近負荷中心；供電、供水合理；有擴建的可能性；避免靠近散發(fā)爆炸性、腐蝕性和有毒氣體以及粉塵等有害物的場所，并位于上述場所全年風向最小頻率的下風側；壓縮空氣站對有噪聲、振動防護要求場所的間距，應符合國家現(xiàn)行的有關標準規(guī)范的規(guī)定。摘 要隨著社會的全面發(fā)展和進步，空氣壓縮機因其獨特的特點在很多方面得到應用，比如風動機械的驅動、壓風自救等。本課題空氣壓縮機及壓風管路設計是根據(jù)煤炭工程學院機械工程系本科生（礦山機電方向）培養(yǎng)方案選題的。內(nèi)容

2、包括螺桿式空壓機的適用范圍及研究目的、空壓機在壓風自救中的應用、國內(nèi)外空壓機的發(fā)展、空氣壓縮機的通則、系統(tǒng)流程、螺桿式空壓機PLC電控系統(tǒng)的設計、空壓機的選型及壓風管路內(nèi)徑的選擇、空壓機房的布置及壓風管路的設計。關鍵詞：空壓機； 壓風管路； PLC；壓風自救 ABSTRACTWith the overall development and progress of society, because of its unique features air compressor to get applications in many areas, such as wind-driven machine

3、ry, self wind pressure and so on. The issue of air compressors and air pressure piping design training program is based on the topic of coal College of Engineering Department of Mechanical Engineering undergraduate (mine electromechanical direction). Including the scope and research purposes screw a

4、ir compressor, air compressor used in air pressure, self-help in the development of domestic and international air compressor, air compressor General, system processes, electronically controlled screw compressor PLC system design, selection and pressure air compressor piping diameter selection, desi

5、gn layout and air pressure pipeline compressor room.Keywords: air compressor; the compressed air pipe; PLC; air pressure self-help目 錄1 概括11.1使用范圍及研究目的11.2空壓機在煤礦生產(chǎn)及安全救險中的應用11.3國內(nèi)外空壓機的發(fā)展21.4礦用螺桿式空壓機的特點22 空氣壓縮機的通則42.1螺桿式空壓機簡介42.2螺桿式空壓機的構造及各零件功能42.3螺桿式空壓機的工作原理(風冷)73 系統(tǒng)流程113.1空氣流程113.2潤滑油流程123.3氣路控制系統(tǒng)144

6、 電控制系統(tǒng)164.1控制系統(tǒng)組成164.2微機控制器介紹174.3控制原理224.3PLC選型245 壓風設備的選型設計255.1設計依據(jù)265.2供氣量計算及壓氣機選型265.3壓氣管路內(nèi)徑選擇285.4驗算管道壓力損失 306 空壓機及壓氣管路設計306.1空壓機房選址及機房設計316.2壓縮機的工藝系統(tǒng)326.3壓縮機的保護 336.4 壓風管路設計33參考文獻34致 謝36山西大同大學煤炭工程學院2014屆本科生畢業(yè)設計1 概括1.1使用范圍及研究目的螺桿式空氣壓縮機是一種容積式空氣壓縮機，空氣經(jīng)過壓縮機壓縮，體積減小，壓力升高，消耗外界做的功。壓縮空氣膨脹以后，

7、體積增大，壓力降低，并對外做功。利用壓縮空氣能夠對外做功來驅動風動工具和機械。更重要的是利用壓縮空氣做動力源可以避免電火花的產(chǎn)生而引起爆炸，且壓縮空氣具有良好的柔韌性和沖擊性能，能用于變負荷條件下的動力源，風動機械排出的廢氣還可以幫助礦井通風和降溫，改善工作環(huán)境，并在同時螺桿式空壓機的壓氣空氣管道在關鍵時刻可起到救援效果，降低安全風險，被廣泛應用于礦井。本設計的目的在于根據(jù)實際情況從空壓機的選型到安裝，電器控制到實現(xiàn)自動化，從礦井的高效到低耗，以此為出發(fā)點對壓風管路進行設計。1.2空壓機在煤礦生產(chǎn)及安全救險中的應用空壓機在礦井的生產(chǎn)中的廣泛應用主要體現(xiàn)在以下幾個方面：（1）在瓦斯礦井中，采用壓

8、縮空氣作動力源可以避免由于電火花的產(chǎn)生而引起的爆炸，比電力源更安全。（2） 空壓機驅動的氣動機械（如鑿巖機，風鎬等）由于具有沖擊性高、往返速度高可以適用于切割堅硬的巖石。（3）壓縮空氣有彈性和良好的抗沖擊性能，可以在不同負載條件下做動力源的條件，比動力源更方便。（4）風動機械排出的廢氣，有助于礦井降溫，改善工作環(huán)境?？諌簷C在安全救險上的應用：在安全生產(chǎn)第一的現(xiàn)代礦井中，空氣壓縮機的存在尤為重要。它可以在第一時間向受困的煤礦工人提供氧氣，為工人們的安全提供了保障。同時，它也能提高煤礦的工作環(huán)境，可以稀釋瓦斯?jié)舛龋瑸榈V井的安全生產(chǎn)提供了保證。1.3國內(nèi)外空壓機的發(fā)展螺桿式空氣壓縮機，最初是由阿爾夫

9、1934年瑞典在提出的，由瑞典電機公司制造的第一個原型。螺桿式空氣壓縮機在中國近年來取得了很大的發(fā)展，如無錫壓縮股份有限公司批量生產(chǎn)不同規(guī)格、多品種的螺桿式空氣壓縮機，順德力精密機械有限公司已經(jīng)能夠產(chǎn)生一個長壽節(jié)能單螺桿式空氣壓縮機。1.4礦用螺桿式空壓機的特點伴隨著社會的全面進步和發(fā)展，對空氣壓縮機有更多的需求。尤其是螺桿式空氣壓縮機，以其獨特的特點使其的使用比例也越來越大。就其使氣體壓力增加的原理，螺桿壓縮機與活塞式壓縮機是相同的，都屬于壓縮型式空壓機；且其主要部件的活動形式和離心式壓縮機相似。因此螺桿式空壓機具有這兩種空壓機的主要特性，故螺桿式空壓機在現(xiàn)代礦井生產(chǎn)中得到廣泛應用。（1）螺

10、桿式空氣壓縮機的優(yōu)點它是一種容積式壓縮機，其理論排氣量和各工作部件，尤其是與轉子的轉速成正比關系，使壓縮機的主要參數(shù)的壓力和排氣量的變化不會互相影響。1）故障少，維修簡單，使用壽命長。2）連續(xù)的單向旋轉，并且沒有往復運動，慣性力小，使得速度快，運行可靠，無振動。3）在一組轉子齒間，嚙合點沿軸線方向前進，側面壓縮或排出體積減小，體積增大的另一側直接進行下一個吸入過程。再加上旋轉數(shù)高，齒數(shù)較多，因此壓縮功能是完全連續(xù)的，吸入和排出沒有往復式壓縮機脈動現(xiàn)象，也無離心空氣壓縮機的喘振現(xiàn)象。4）由于螺桿壓縮機屬于容積式，這樣的效果是壓力上升不是由于轉子速率的影響。只要轉子旋轉一周，就可達到預定的壓縮比。

11、此外，離心式空氣壓縮機是不一樣的，壓縮過程中，有其獨立的氣體比例。5）螺桿壓縮機的壓力是靠兩個轉子不接觸的旋轉，使它能夠適應濕的壓縮氣體和壓縮液滴。6）螺桿壓縮機的滑閥可控制在100%10%連續(xù)比例范圍內(nèi)的能量。安裝在兩個轉子之間的殼體中的閥門，可以來回移動，通過閥芯控制在100%10%范圍內(nèi)，進氣量的變化，不影響壓縮比，不影響速度，可以控制在寬負載范圍內(nèi)的理想。7）因為沒有通過實心轉子之間的接觸引起的摩擦，因此，螺桿空氣壓縮機除了用于無油潤滑，也適用于輸送潤滑油到的不被污染的場合。8）螺桿壓縮機體積小、重量輕、安裝方便、設備簡單，所以一個螺桿式空壓機站的基礎設施投資少。9）螺桿壓縮機的制造工

12、藝要求高，不適合高壓力壓縮。同時，在使用螺桿式壓縮機時，應特別注意在指定的方向旋轉，而不應相反。10）由于存在間隙，運動件必不可少出現(xiàn)泄漏，效率低。同時，在螺桿式無油壓縮機中，為了確保轉子之間的間隙，必須使用同步齒輪；為了減少內(nèi)部的溫度上升，必須以增加它的速度；利用齒輪，使機械損失減少；安裝管消聲器消除噪聲。（2）螺桿式空氣壓縮機的缺點1）成本高。螺桿壓縮機轉子的齒面是一個空間的表面，使用專用工具，專用設備加工是昂貴的。此外，螺桿式空氣壓縮機的氣缸的加工精度也有了更高的要求，因此成本較高。2）不能用于高壓場合。由于轉子和軸承的剛度和其他限制的壽命，螺桿壓縮機只能在中、低壓力范圍內(nèi)使用，排氣壓力

13、一般不超過4.5MPa。3）不能做成迷你型。密封氣體取決于螺桿壓縮機的間距,一般體積大于0.2 m³/min,螺桿壓縮機的性能優(yōu)越。 2 空氣壓縮機的通則2.1螺桿式空壓機簡介螺桿空氣壓縮機是當今世界上的空氣壓縮機的主流，它與活塞式壓縮機（相同的排氣壓力）相比具有很多優(yōu)點例如振動小、噪聲低、效率高。陰陽轉子間以及轉子和殼體之間的配合精度降低回流泄漏從而提高了效率；只有嚙合轉子，沒有氣缸的往復運動，減少了振動和噪聲源；風冷卻使得螺桿式空壓機能適應不同的礦井環(huán)境；獨特的潤滑方式同時也帶來了許多優(yōu)點，憑借其自身產(chǎn)生的壓力差，使得潤滑油不斷注入壓縮室和軸承，使得復雜的機械結構變得簡單。1注入

14、的潤滑油可以在相互嚙合的轉子之間形成油膜,轉子可以直接驅動一對轉子旋轉,不用使用高密度同步齒輪。2射入的潤滑油能增加氣密性。3潤滑油吸入壓縮熱，所以即使壓縮比達到16，機頭還可控制潤滑油在惡劣條件下，轉子與機外之間也不會因膨脹系數(shù)不同而產(chǎn)生摩擦。4潤滑油能減少由于高頻壓縮所產(chǎn)生的噪音。5壓縮空氣中的微量潤滑油，對氣動工具有潤滑效果。2.2螺桿式空壓機的構造及各零件功能螺桿式壓縮機的結構如圖所示。在“”形的氣缸中平行放置著一對相互嚙合的螺旋形轉子。通常將節(jié)圓外具有的凸齒的轉子稱為陽轉子或陽螺桿，轉子具有節(jié)圓上的凹齒被定義為陰轉子或內(nèi)螺紋。在一般陽轉子與原電機連接，由陽轉子帶動陰轉子轉動。所以陽轉

15、子也被稱為主動轉子，陰轉子也被稱為從動轉子。該壓縮機機體孔的兩端分別安裝在具有一定形狀和尺寸的孔口，吸氣，稱為吸氣口，排出，稱為排氣口。圖2-1 螺桿式壓縮機結構示意圖1機體機體是螺桿式空氣壓縮機的主要部分，它是由中間部分的氣缸及兩端的端蓋的組成。在等于轉子直徑較小的機器中，通常將排氣端蓋或吸氣端蓋與奇光做成為一體，制成帶端蓋的整體結構，轉子順軸向裝入汽缸。在轉子直徑較大的機器中，汽缸與吸氣和排氣端蓋是分開的。1）端蓋具有吸氣/排氣通道的端蓋，通常分為整體結構和分體式結構的兩種。端蓋具有內(nèi)置的軸密封，軸承，有的蓋箱也可作為增速齒輪或同步齒輪。2）汽缸噴油螺桿式空壓機機體大多采用單層壁結構氣缸，

16、其轉子包含在機體中，機體的外側即為大氣。3）機體材料該材料主要取決于排氣壓力的要求和壓縮氣體的特性，與灰鑄鐵作為排氣壓力小于2.5MPa的材料，當排氣壓力大于2.5MPa時可以使用鋼和球墨鑄鐵。此外，灰鑄鐵可用于空氣或惰性氣體，鑄鐵或球墨鑄鐵可用于碳氫化合物和一些輕微的腐蝕性氣體。對于腐蝕性氣體，酸氣和水的氣體，是一種高合金鋼或不銹鋼。對于腐蝕性氣體介質，也可用于噴涂或刷在普通鑄鋼材料鍍上一層防腐材料。2轉子轉子是螺桿式空氣壓縮機的主要部件，其結構分為整體式和組合式。當轉子直徑小，用整體式，當轉子結構的直徑大于3500mm轉子常見的結構為組合式。噴油螺桿式空壓機由于排氣溫度較低，轉子熱脹不明顯

17、，一般不安裝密封齒。因為安裝密封齒會使得螺桿式空壓機的泄漏三角形面積變大，而且給生產(chǎn)帶來困難，增加了成本。另外，當螺桿式空壓機轉子型線的齒頂圓附近截面非常小時，型線本身就起到齒頂密封齒的作用。常用鍛件作為螺桿式空壓機轉子的毛坯，一般多利用中碳鋼（45號鋼等），有特殊要求時用40Cr等合金鋼或鋁合金。為了加工方便，減少成本，目前也采用QT600-3球墨鑄鐵。3軸承軸向力和徑向力作用于螺桿式空壓機的轉子上。由于轉子兩側所受壓力不同而產(chǎn)生徑向力，其大小取決于轉子直徑、長徑比、內(nèi)壓比、及運行工況。由于轉子一端是吸氣壓力，另一端是排氣壓力，再加上內(nèi)壓縮過程的影響產(chǎn)生軸向力，以及一個轉子驅動另一轉子等因素

18、而產(chǎn)生的，軸向的大小是轉子直徑，內(nèi)壓比以及運行工況的函數(shù)。因為內(nèi)壓縮的存在，所以使得排氣端的徑向力大于吸入端。轉子的形狀和不同的壓力作用面積，使得兩個嚙合的轉子的徑向力也不同，陰轉子軸承載荷的徑向力最大，因此承受徑向力由高到低依次為：陰轉子排氣端軸承，陽轉子排氣軸承，陰轉子吸氣端軸承和陽轉子吸氣軸承。，轉子吸入側軸承和陽轉子吸力軸承。同樣地，兩個轉子軸向力也不同軸向力之間的差別比徑向力的差別大的多，陽轉子所受軸向力大約是陰轉子的4倍。螺桿式空壓機一般用的是軸承滾動軸承和滑動軸承。螺桿式空壓機設計中采用的軸承應保證轉子的一端固定，另一端能夠伸縮。一般情況下轉子在排出側軸向定位，在吸入側留有較大的

19、軸向間隙，讓其自由膨脹，以便保持排出端有不變的最小間隙值，使氣體泄漏為最小，并避免端面磨損。噴油螺桿式空壓機由于軸向力都不大，故都采用滾動軸承。承受軸向力的軸承總是放在排氣端，以便得到最小的排氣端面間隙。徑向載荷通常用分別安裝在轉子兩端的圓柱滾子軸承承受，在排氣端的一個角接觸球軸承承受軸向載荷，并對轉子進行雙向定位。在一些機器中，用一對背靠背安裝的圓錐滾子軸承或角接觸球軸承同時承受徑向和軸向載荷。4軸封噴油螺桿式空壓機一般采用滾動軸封，在排氣端的轉子工作段與軸承之間加一個軸封，以防止壓縮腔的氣體經(jīng)過轉子軸向外泄露。這種軸封只要在與軸頸相應的機體處開設特定的油槽，通入具有一定壓力的密封油即達到有

20、效的軸向密封。噴油螺桿式空壓機轉子的外伸軸一般都設計在吸氣側，由于在利用吸氣節(jié)流的方式調(diào)節(jié)空壓機的氣量時，外伸軸上的軸封兩側可能會有一個大氣壓力的壓差。由于此處的軸封必須防止?jié)櫥偷穆┏龊臀催^濾空氣的漏入，故在小型空壓機中通常采用簡單的唇形密封。大中型空壓機中采用有油潤滑機械密封。5內(nèi)容積比調(diào)節(jié)滑閥螺桿式空壓機工作過程的重要特點之一是具有內(nèi)壓縮過程，空壓機的最佳工況是內(nèi)壓比等于外壓比。若二者不等，無論是欠壓縮還是過壓縮，經(jīng)濟性都會降低。顯然增大或減小排氣孔口的尺寸，將改變齒間容積內(nèi)氣體同排氣孔口連通的位置，從而改變內(nèi)壓獲得變化的排氣孔口，從而實現(xiàn)內(nèi)容積比和內(nèi)壓比的調(diào)節(jié)。2.3螺桿式空壓機的工作

21、原理(風冷)螺桿式空壓機的基元容積是由陽，陰轉子和氣缸內(nèi)壁面之間形成的一對齒間容積，隨著轉子的旋轉，基元容積的大小和空間位置都在不斷的變化。螺桿式空壓機的工作包括以下四個過程：1吸氣過程： 圖2-2 吸氣過程 如圖2-2，隨著轉子的運動,嚙合的齒逐漸脫離,形成齒的空間,隨著齒的擴大形成形成一定的真空室,而嚙合的齒之間的體積只與進氣口連接,所以氣體便在壓差作用下流入真空室。在隨后的過程中轉子旋轉,陽轉子的齒不斷從陰轉子齒槽中脫離出來,齒空間不斷擴大,并保持溝通與吸嘴。隨著齒輪的轉動轉子體積達到最大值時,體積和吸氣口斷開,吸入過程結束。 圖2-3 封閉過程2封閉及輸送過程 如圖2-3，吸氣終了時，

22、主副轉子齒峰會與機殼密封，齒溝內(nèi)的空氣不在外流，此即“封閉過程”。兩轉子繼續(xù)轉動，其齒峰與齒溝在吸氣端吻合，吻合面逐漸向排氣端移動，此即“輸送過程”。 圖2-4 壓縮過程3壓縮及噴油過程如圖2-4，在輸送過程中，齒合面逐漸向排氣端移動，是嚙合面與排氣口間的齒溝空間逐漸減少，齒溝內(nèi)空氣逐漸被壓縮，壓力逐漸升高，此即“壓縮過程”,而壓縮的同時，潤滑油亦因壓力差的作用噴入壓縮室內(nèi)與空氣混合。 圖2-5 排氣過程4排氣過程如圖2-5，當轉子的排氣口端面與機殼相通時(此時壓縮空氣壓力最大),被壓縮之空氣開始排出,直至齒峰與齒溝的嚙合面移至機殼的排氣端端面,此時兩轉子的嚙合面與機殼排氣口間的齒溝空間為零,

23、此即完成 “排氣過程”。與此同時，轉子的嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，由此，開始一個新的壓縮循環(huán)。螺桿式壓縮機作為回轉式壓縮機的一種，在結構上具有離心式壓縮機的特點，工作原理上則又屬于容積式壓縮機的范疇。由于以上特點，螺桿式壓縮機一般應用于下列工況： 1. 流量不是很高  2. 需長周期平穩(wěn)運行 3. 排氣壓力不高3 系統(tǒng)流程3.1空氣流程通過空氣過濾器后空氣過濾除塵，經(jīng)過進氣卸荷閥進入主壓縮室，在主壓縮室壓縮空氣與潤滑油混合。油氣混合物壓縮排到油氣桶，在油氣桶內(nèi)大部分潤滑油被分離出來，油分離器過濾殘余潤滑油，空氣由最小壓力閥的清潔后壓縮，壓縮后輸入

24、系統(tǒng)的后冷卻器。系統(tǒng)流程如圖所示圖3-1 系統(tǒng)流程圖3.1.1 管路主要部件功能介紹A空氣濾清器空氣濾清器是一個干燥的濾紙，濾紙孔隙度約為10um左右。它的主要功能是過濾空氣中的灰塵，防止螺桿轉子被過度磨損而降低壽命，油過濾器和油分離器不通。B進氣卸荷閥進氣卸荷閥是一個很重要的組成部分，通過操作進入壓縮機的進氣量，來控排氣量。卸荷閥由進氣，排氣節(jié)流小孔，出風口和閥門等組成。通過電磁閥系統(tǒng)的壓力，在氣缸上的比例閥，控制閥打開，關閉，直至關閉，從而改變?nèi)肟诘拇笮?，控制進氣。在一定范圍內(nèi)的空氣壓縮機可以實現(xiàn)無級容量控制，以達到降低功耗的影響。C油氣桶油氣桶有兩種功能分別為油氣分離和儲油。油氣混合物經(jīng)

25、壓縮后排至油氣桶，油氣桶的旋轉可以使得大部分潤滑油分離；儲存較多的潤滑油，避免熱油立即參與下一個循環(huán)，有利于降低排氣溫度。筒體有加油孔，供加油用。D油氣分離器“潤滑油流程”中有油氣分離器的完整說明。E最小壓力閥與油氣分離器出口相連，它的開口壓力設定值為0.40.5Mpa，最小壓力閥主要有以下功能：a起動時優(yōu)先建立起潤滑油所需的循環(huán)壓力，確保機器的潤滑。b當油氣桶內(nèi)空氣壓力大于0.4Mpa之后最小壓力閥就開啟，這樣可以減小流過油氣分離器的空氣流速，保證油氣分離有比較好的效果，并且這樣可以避免油氣分離器因壓力差太大而受損。c止回功能：當停機后油氣桶內(nèi)壓力下降時，防止管路壓縮空氣回流。F溫度傳感器溫

26、度傳感器是用來測量機頭排氣口處的排氣溫度，并顯示在儀表盤上。它采用PT100的電阻作為敏感件，性能好、精度高。當出現(xiàn)失油而導致油量不足或者冷卻不良等情況是，均有可能導致主機排氣溫度過高。當檢測到得的排氣溫度與PLC設置的溫度一樣或者偏高時，空壓機自動停機。3.2潤滑油流程1潤滑油流程說明在油氣桶內(nèi)的壓力，將潤滑油從油氣桶壓出，流動的氣體通過溫度控制閥，油冷卻器冷卻后再經(jīng)過油過濾器除去雜質顆粒，然后分為兩路，一路從機體噴霧進入壓縮室，冷卻壓縮空氣；其他所有的通過機體兩端，潤滑軸承組。而后各部分的潤滑油在聚集于壓縮室底，經(jīng)排氣口排出。與油混合的壓縮空氣排入油氣桶后，絕大部分的油沉淀于油氣桶的底部，

27、其余的含油霧空氣再經(jīng)過油細分離器，進一步濾下剩余的油并參與下一個循環(huán)。 2噴油量的控制通過空壓機噴入的油除起潤滑作用外，主要用于帶走空氣在壓縮后所產(chǎn)生的熱量，噴油量的多少直接影響到空壓機的性能。噴油量于出廠前已經(jīng)由本技術師設置好，因此不能隨意改變。當機頭排氣溫度偏低或過高需要調(diào)整時，請聯(lián)系公司客服。3油路主要部件功能說明A溫控閥溫度控制閥的主要功能是測量噴入機體的潤滑油溫度控制壓縮機的排氣溫度，以避免在空氣中的水蒸汽凝結乳化潤滑油油。剛啟動時，潤滑油的溫度低時，溫度控制閥被關閉，油不經(jīng)過冷卻器直接注入機體。如果溫度上升到高于70時，溫度控制閥逐漸打開的路徑通到油冷器，到76完全打開時，油會通過

28、油冷卻器，然后噴到機體的內(nèi)部。B冷卻器（風冷型）油冷卻器和后冷卻器組成一體，它倆的結構都是板翅式。安裝時要確保冷卻器距離障礙物2米以上，使冷卻氣流能夠很好的流通。但是灰塵容易覆蓋翅片使得冷卻效果不好，有可能出現(xiàn)排氣溫度過高而停止工作。所以應該定時清洗翅片保證有好的冷卻效果。C油過濾器油過濾器是一種紙質過濾器，過濾精度在1015。它的功能是除去油中的雜質，如金屬顆粒，灰塵，油脂等，保證軸承和轉子的正常運行。如果油過濾器堵塞時，可引起潤滑油噴射量不足，并影響軸承的使用壽命，機體排氣溫度高（或停止）。D油細分離器油細分離器濾芯采用多層細密的特種纖維制成，主要作用是過濾掉壓縮空氣中所含霧狀潤滑油，油顆

29、粒大小可控制在0.1um以下，含油量能夠不大于3ppm。E回油單向閥油分離器過濾后的殘渣，集中于過濾器的中央圓形槽，通過回油管道返回到主機，避免已分離出來的潤滑油與壓縮空氣一起被排出機體。為了防止主壓縮室的油反應，在油返回管設置一個單向閥。如果機器在運行油耗突然增大，應檢查是否節(jié)流孔是否堵住。3.3氣路控制系統(tǒng) 一般運行1開始啟動前，進氣卸荷閥和加載卸載閥是關閉的。啟動后，空氣通過進氣卸荷閥從節(jié)流小孔吸入，由于有最小壓力閥，油氣桶慢慢建立起壓力，確保潤滑油注入機體潤滑。2負荷運行完整的星角降壓啟動后，延時幾秒，加載電磁閥得電開啟，內(nèi)部氣體通過壓力桶，進氣卸荷閥逐漸打開，壓縮機進入負荷條件。當壓

30、力超過0.4Mpa，最小壓力閥打開，壓縮空氣輸出。當系統(tǒng)壓力達到設定壓力時，反比例閥開始工作，自動調(diào)節(jié)壓縮機的供氣量，來使得供氣量等于耗氣量，此即無級氣量調(diào)節(jié)功能。3）卸載操作當氣體不是很時小，當排氣壓力達到微電腦控制的上限時，將達到極限。負載電磁閥斷電關閉，使進氣閥的控制壓力損失自動關閉，另一方面打開排氣閥，油箱內(nèi)的油液壓力得到釋放，使壓縮機進入卸荷運行狀態(tài)。卸載操作的保持時間達到設定上限值時，機器自動關機。當較低的系統(tǒng)壓力降到微電腦控制器設定值，加載和運行的機器。氣路控制元件功能說明A加載電磁閥 是一個兩位三通常閉電磁閥。由于電磁閥的得電和失電，來控制氣路的通聯(lián)和中斷狀態(tài)，從而完成加載和卸

31、荷功能。B放空閥當卸載操作或停機時，閥被打開時，在油氣桶內(nèi)的壓力釋放，使壓縮機低負荷運行，或者以確保在重新啟動在空載條件。C反比例閥超過設定的壓力時反比例閥起作用。此時，輸入壓力為高時，輸出的控制壓力為低，而控制壓力越低時，通過進氣氣缸伸縮控制卸荷閥盤開度越小，空氣壓縮機的進氣量就越少，使得空氣壓縮機的供氣量量和空氣消耗量平衡，實現(xiàn)無級容量調(diào)節(jié)功能。D安全閥安全閥是保障安全的部件。當氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)出現(xiàn)故障而使得油氣桶內(nèi)氣體壓力比設定的排氣壓力高出約10時，安全閥自動起跳泄壓，使壓力降至額定排氣壓力以下。E壓力傳感器壓力傳感器測量油分離器的排氣壓力后，將測量值顯示在儀表板上。根據(jù)排氣壓力測量的數(shù)值

32、，根據(jù)微機控制器的壓力上限壓力下限的設定值，使加載電磁閥電源得電或失電，從而實現(xiàn)加載狀態(tài)和卸載狀態(tài)兩者的轉換。F壓力表壓力表測量油氣桶內(nèi)油分離器前的壓力。因為油分離器內(nèi)存在最小壓力閥和管路阻力所以存在壓力降，壓力表顯示的排氣壓力和儀表板顯示的壓力相比是高的。應經(jīng)常觀察比較壓差，當壓力差超過0.12MPa后，應該及時更換油氣分離器。4 電控制系統(tǒng)4.1控制系統(tǒng)組成控制系統(tǒng)包括以下部分：PLC（包括相應的控制模塊以及觸摸屏）、傳感器以及所需的按鈕開關、接觸器、斷路器等，其示意圖如圖4-1所示 ：圖4-1 控制系統(tǒng)簡圖PLC主要包括CPU，內(nèi)存，電源，和一個專門設計的輸入和輸出接口電路等。

33、它是用來實現(xiàn)電氣部分的控制。包括：開始、運行、停止，報警和故障自我診斷。起動：2電動機M1，M2如圖所示，可以通過轉換開關來啟動。運行：正常情況下，電機M1處于狀態(tài)，電機M2處于關閉狀態(tài)。溫度傳感器測出風包出口溫度，并與給定值比較，當溫度過高時操作M2的開啟，直到排氣溫度小于風機停止溫度時，風機停止。停止：按下停止按鈕，PIC控制接觸器停止工作，工作的變頻器停止。報警和故障診斷：空氣壓縮機需檢測的量主要包括：四個機體的溫度、氣體壓力罐溫度、冷卻水的壓力、潤滑油壓力。4.2微機控制器介紹1 基本操作1）按鍵說明圖 4-7 100型文本顯示器ON開機鍵：按此鍵電機啟動運行 OFF關機鍵：

34、按此鍵電機停止運行 M確定鍵：修改完數(shù)據(jù)后，按此鍵確認數(shù)據(jù)輸入  上移鍵：數(shù)據(jù)修改時，按此鍵上翻修改該數(shù)位；在菜單選擇時作為選擇鍵。  下移鍵：數(shù)據(jù)修改時，按此鍵下翻修改該數(shù)位；在菜單選擇時作為選擇鍵。  移位鍵/確認鍵：修改數(shù)據(jù)時，此鍵作為移位鍵；在菜單選擇時作為確定鍵。 2狀態(tài)顯示與操作機組通電后顯示如下界面： 圖 4-8 機組通電后的界面5秒后顯示以下主界面： 圖 4-9按“”進入以下菜單選擇界面： 圖 4-10a運行參數(shù)查看按“” 或“”移動黑色滾動條到“運行參數(shù)”菜單后，按確認鍵“”后彈出下一級菜單： 圖4-11再按“”彈出

35、  圖 4-12如為最后一級菜單，界面不會出現(xiàn)黑色滾動條，按返回鍵“RT”返回上級菜單或主界面。如在某一界面停止操作，數(shù)秒鐘后自動返回主界面。b用戶參數(shù) 圖 4-13再按確定鍵 “”彈出  圖 4-14如不繼續(xù)按確定鍵 “”即可查看用戶參數(shù)。3功能及技術參數(shù) 1） 開關量：9路開關量輸入，10路繼電器開關量輸出； 2） 模擬量：二路Pt100溫度輸入，二路420mA變送輸入，兩組三相電流輸入（配套CT）；3）相序輸入電壓：三相380V； 4）控制器工作電源：220V、50Hz、12VA（建議使用20VA）；5）顯示量程

36、60;a、油溫：20150；精度：±1。b、氣溫：20150；精度：±1。 c、運行時間：0999999小時。 6）相序保護：當保護器檢測到錯相時，動作時間2s； 7)電機保護：本控制器對主電機和風扇電機均具有以上五種基本保護功能 堵轉保護：起動結束后，當工作電流達到設定電流的四至八倍時，動作時間不大于0.2s；短路保護：只要檢測電流達到設定電流的八倍以上時，動作時間不大于0.2s； 缺相保護：當任何一相電源缺相時,動作時間不大于2s；       

37、60;            不平衡保護：任何兩相間電流相差6075%時,動作時間不大于5s；                    過載反時限保護特性(時間單位為秒)，見下表。倍數(shù)I實I設定 當電機運行電流大于或等于設定電流的1.2倍至3.0倍時按下表的過載倍數(shù)及動作

38、時間延時動作 表4-1 電機保護反時限曲線表時間參數(shù)數(shù)I實/I設1.21.31.51.62.03.0動作時間6048248518）溫度保護：當檢測到的實際溫度大于設定溫度時,動作時間2s；  9）輸出繼電器觸點容量：250V5A；觸點壽命500000次； 10）電流顯示誤差小于1.0%.；11）RS485通訊4控制器安裝在控制柜內(nèi)，控制器周圍應有一定的空間方便布線。具體尺寸如下1 輸入指示燈（IN）： 00、01、02、03、04、05、06、07、分別為對應輸入開關量端子號20、 19、18、 17、16、15、14、13。

39、0;2 輸出指示燈（OUT） 00、01、02、03、04、05、06、07、 08、09分別對應輸出開關量端子號27、28、  29、30、31、35、36、37、38、39 3 電源指示：PWR燈4 運行指示：RUN燈 5 故障指示：ERR燈文本顯示器接線端子： 顯示面板有五個接線端子和一個顯示電纜D形頭，分別用于顯示連接、Rs485通訊、24V電源輸入。 控制器接線端子： 顯示面板與控制器要用通訊電纜將它們連接。23、24、25分別為相序輸入端子；7、9分別為排氣溫度輸入端子；CT1為主電機互感器；

40、CT2為風扇電機互感器。32為輸出繼電器公共端COM1；27工頻時控制主接觸器；28工頻時控制星形接觸器；29控制角形接觸器；30加載電磁閥；31控制冷卻風機；34變頻時控制變頻器投入； 35控制變頻風機；37控制變頻器啟動運行；38為故障指示；39預警指示； 40為COM2。42為摸擬地（大地），43、44為220V電源。4.3控制原理電氣原理圖如下圖所示電氣原理圖1獨立控制 （1）近地自動控制（啟停方式：機旁；加載方式：自動）按“ON”鍵起動：（Y起動）控制器上電后有3秒自檢，按“ON”鍵不能起動。自檢結束后按“ON”鍵主機開始起動。主機起動過程為：KM3得電KM1得電 Y形起動

41、狀態(tài) 延時時間到（Y轉換時間）， KM3失電（KM2、KM3互鎖），KM2得電電機形運行，起動結束。起動過程中，所有電磁閥一直失電，實現(xiàn)空車起動。自動運行控制： 電機起動到狀態(tài)后，延時一段時間后，加載電磁閥得電，空壓機開始加荷，汽罐壓力開始升高。當氣壓升高超過設定高限壓力時（卸載壓力值），加載電磁閥失電，卸放電磁閥得電，空壓機空車運行。如果在規(guī)定的時間內(nèi)（空車時間內(nèi)），氣壓又降低于設定的低限壓力（加載壓力值），加載電磁閥又得電，卸放閥失電，壓縮機正常壓縮空氣，提高氣罐壓力。如果在空車時間內(nèi)，氣罐壓力沒有降到低限壓力，控制器將自動停止電機工作，實現(xiàn)空車過久自動停機。

42、只有當壓力降到低限壓力，電機自動按起動過程起動運行，如此往復循環(huán)。在自動狀態(tài)下手動加載/卸載 在自動狀態(tài)下，設備處于卸載狀態(tài)，按一下“M”加載，如果壓力高于卸載壓力，加載電磁閥點動一下后回到卸載狀態(tài)；如果壓力低于卸載壓力，加載電磁閥得電直到供氣壓力大于卸載壓力后重新回到卸載狀態(tài)。設備處于加載狀態(tài)，按一下“M”卸載，如果壓力高于加載壓力，加載電磁閥失電直到供氣壓力小于加載壓力后重新回到加載狀態(tài)；如果壓力低于加載壓力，此時卸載不起作用。正常停機： 按“OFF”鍵，加載電磁閥失電，延時一段時間（停機延時）后，電機接觸器失電，主機和風扇電機停止運轉。只有按“ON”鍵才能重新起動。&

43、#160;防頻繁起動控制 按“OFF”停機、空車過久停機、故障停機使電機停轉時不能馬上起動電機，需有一定延 時，本控制器在各種停機狀態(tài)下時間顯示窗口倒記時顯示剩余延時時間（如90秒），只有延時時間為零時才能起動電機。2 風機溫度控制當排氣溫度高于風機啟動溫度和主電機有電流時，KM4風扇電機運行；當排氣溫度低于風機停機溫度，風扇電機停止運行。3 故障停機與緊急停機 當機組在運行過程中出現(xiàn)電氣故障或排氣高溫等故障時控制器立即停止電機運行需排除故障，故障狀態(tài)解除后才能重新起動電機。如遇緊急情況，按下緊急停機按鈕SB0切斷接觸器電源。4.3PLC選型根據(jù)主電路和控制電路的

44、設計，可統(tǒng)計出本系統(tǒng)共有2臺電機、2個電磁閥、7個壓力傳感器、2個溫度傳感器，以及啟動停止等開關控制信號共11個，共有41個I/O點，它們構成了PLC的控制對象。電機的啟動由開關量控制，PLC模擬量模塊輸出420mA電流作為變頻器的控制端輸入，進行氣壓的恒壓控制。同時，需要考慮PLC與變頻器的通訊接口的匹配問題。根據(jù)被控對象的I / O點數(shù)，掃描速度，自診斷功能，以及系統(tǒng)的應用領域，經(jīng)濟性，采集數(shù)據(jù)類型，由程序存儲器的大小和其他因素所需的數(shù)據(jù)考慮，本次的PLC的選擇是西門子S7-200系列產(chǎn)品。根據(jù)本系統(tǒng)的工作要求，系統(tǒng)采用模擬量傳感器HM23Y型壓力變送器檢測系統(tǒng)各處的壓力；采用Pt100鉑

45、熱電阻作為測量溫度的傳感器以檢測各處的溫度。 HM23Y型壓力變送器的測量范圍00.5220Mpa、供電電源一般為24V、信號輸出420mA。Pt100鉑熱電阻測量范圍為-50180。5 壓風設備的選型設計5.1設計依據(jù)1我礦設計生產(chǎn)生產(chǎn)能力力為1.2Mt/a,最大班入井人數(shù)：82人。如圖表5-1-1氣動機具配置表，通過計算選擇空壓機型號、臺數(shù)，確定輸氣管路直徑。2根據(jù)安監(jiān)總煤行（2007）167號文件和煤礦安全規(guī)程規(guī)定。 表5-1 氣動機具配置表 名稱數(shù)量（臺）耗氣量()工作壓力/使用地點混凝土噴射機2 580.4采掘工作面氣體式掘巖機1 470.5采掘工作面 氣動錨桿機2 340.5采掘工

46、作面 因本礦井屬高瓦斯礦井，除井下風動工具使用壓縮空氣外，根據(jù)煤礦安全規(guī)程的有關規(guī)定，還必須在采掘工作面附近及工作面回風系統(tǒng)中有人作業(yè)的地點，設置供給壓縮空氣設施的避難峒室或壓風自救系統(tǒng)。因此本設計采用地面集中空壓機站向井下風動工具和壓風自救系統(tǒng)供風。5.2供氣量計算及壓氣機選型1計算礦井所需的供氣量全礦供氣量是變化的，一般以三班中可能出現(xiàn)的最大用氣量一班為依據(jù)，即最大班次確定為早班，最大同時使用氣動機具臺數(shù)為：混凝土噴射機2臺（耗氣量2×8=16），氣體式掘巖機1臺（耗氣量7×1=7），氣動錨桿機2臺（耗氣量4×2=），最大班入井人數(shù)82，每個人的耗氣量不少于0

47、.3；由系統(tǒng)布置圖查的壓氣官網(wǎng)全長L=5812米，取管路漏氣系數(shù)為;風動機械磨損耗氣量增加系數(shù)；海拔修正系數(shù)。（1)2臺混凝土噴射機的實際耗氣量為： （5-1） 1.20×1.15×1×2×8×1 22.08 (2)1臺氣體式掘巖機的實際耗氣量為： （5-2） 1.20×1.15×1×1×7×1 9.66 （3)2臺氣動錨桿機的實際耗氣量為： （5-3） 1.20×1.15×1×2×4×1 11.04（4)礦井中工作人員的實際耗氣量為： （5-4

48、） 0.382 24.6因故礦井總供氣量為式中： a1沿管路全長的漏氣系數(shù)；  a2氣動機具磨損后，耗氣量增加的系數(shù)，一般取1.101.15；  海拔高度修正系數(shù)；  n一天中可能出現(xiàn)的最大用氣量時，使用的同型號起動機具的臺數(shù)； q氣動機具的耗氣量；  k同型號氣動機具的同時工作系數(shù)。2 估算空壓機必須的出口壓力 地面空壓機房到最遠工作面的距離為3199m，取每公里管長損失為0.03MPa。3種氣動機具中，氣動錨桿機的額定壓力最高為0.5MPa，根據(jù)下式計算空壓機必要的出口壓力為：  P=Pe+P+0.1 （5-5） =0.5+0.0

49、3×3.199+0.1 =0.70MPa式中:P空壓機必要的出口壓力，；  Pe所用氣動機具中最大的額定工作壓力，；       P礦井達產(chǎn)時，輸氣管道中最遠一路的所有壓力損失3 選擇空氣壓縮機的型式及臺數(shù)根據(jù)計算的空氣壓縮機站的供氣量Q和估算空氣壓縮機的出口壓力p,和各種空氣壓縮機的優(yōu)缺點比較，查閱空氣壓縮機產(chǎn)品樣本，選用LG-44/8G空氣壓縮機2臺，1臺工作，1臺備用，主要技術參數(shù)見表5-2 表5-2 LG-44/8G型空氣壓縮機主要技術參數(shù)表 電機功率250KW排氣量44排氣壓力0.8MPa轉速1485r/

50、min外形尺寸3700×2200×2200 5.3壓氣管路內(nèi)徑選擇壓氣管路布置如圖5-3圖 5-3 壓風管路布置圖1主管管徑計算按煤炭工業(yè)礦井設計規(guī)范規(guī)定，壓縮空氣管道干管管徑應按礦井服務年限內(nèi)最遠采區(qū)供氣距離確定；采區(qū)管道管徑可按礦井達到設計生產(chǎn)能力時，采區(qū)內(nèi)供氣最遠距離計算。根據(jù)流體動力學的壓力損失，壓風管路內(nèi)徑計算如下： （5-6） = =132.3式中Q通過管路的供氣量，l管路計算長度，取最遠長度，；根據(jù)計算，地面、副斜井和集中運輸大巷敷設主管，主管選取標準管徑為159×4.5的無縫鋼管，滿足空壓機工作供氣要求。2干管壓力損失計算： （5-7）式中：該管段

51、的標準管徑，0.150m； 考慮局部損失在內(nèi)的該管段折算長度，,m； m; 42.783支管管徑計算： 根據(jù)作業(yè)程序先后，隨著掘進輔設管路，掘進完成移交生產(chǎn)后，隨著回采工作面的推進回收管路?；夭晒ぷ髅孀鳂I(yè)人數(shù)多，按回采工作面人數(shù)需風量計算管徑： （5-8） =108.6式中 Q急救風量，按82人計算 24.6； 支管管路計算長度，3317m；根據(jù)以上計算，回采面運輸順槽和回風順槽、備用工作面運輸順槽、回風大巷、集中回風大巷、回風石門掘進面敷設支管，支管選取標準管徑為133×4的無縫鋼管，隨著掘進鋪設管路，隨著回采回收管路。4支管壓力損失計算： （5-9）式中：該管段的標準管

52、徑，0.1m； 考慮局部損失在內(nèi)的該管段折算長度，,m； m; 24.65.4驗算管道壓力損失 最遠端管道壓力損失為： ,故滿足要求。6 空壓機及壓氣管路設計6.1空壓機房選址及機房設計一、空氣壓縮機室定位的基礎1、避免空氣壓縮機室附近出現(xiàn)爆炸性，腐蝕性以及有毒氣體和粉塵和其他有害物質，而且空壓機房所在地方應位于全年風向最小頻率的下風側；2、空氣壓縮機室和有噪聲，振動防護要求的地方的距離，應與國家現(xiàn)行標準的規(guī)定相一致；3、空壓機房的朝向，應使機器具有良好的自然通風，并應減少太陽照射；4、空壓機所在的房間應該為獨立的建筑物；5、空氣壓縮機室與機梁底之間的距離，符合設備拆裝起吊和通風的要

53、示，其凈高不宜小于4m； 6、隔音室和控制室應設觀察窗，窗臺上的水平不超過0.8m。二、空壓機房位置 根據(jù)上面布局原則，在工業(yè)領域中輔助生產(chǎn)區(qū)布置壓風機房，遠離副井30m以上，符合安全，環(huán)保，消防規(guī)定。 三、空壓機房的布置 1、螺桿式空氣壓縮機之間的通道的寬度，應根據(jù)設備運行的要求、拆卸和運輸來確定，其凈距不小于下表的間距。 表6-1 機器間通道的凈距（m）  名  稱  空氣壓縮機排氣量Q（）Q1010Q40Q40 機器間的主要通道單排布置1.52.0雙排布置 1.5 2.0空氣壓縮機組之間或空氣壓縮機與輔設備之間的通道 1.01.52.0空氣壓縮機組與墻之間的通道0.81.21.52、空氣壓縮機房出口不得小于2個； 3、單臺排氣量為44，不專門設置檢修用的起重設備。4、空氣壓縮機組的聯(lián)軸器和皮帶傳動部分，必須裝設安全防護設施；