何興齡，徐卸南

（浙江衢州煤礦機(jī)械總廠股份有限公司，浙江衢州 324000）

0 引言

煤礦井下用空氣壓縮機(jī)是為煤礦井下設(shè)計(jì)的專(zhuān)用產(chǎn)品，主要用途是在距離煤礦井下采掘面盡可能近的地方，為氣動(dòng)機(jī)械、氣動(dòng)工具的井下掘進(jìn)和錨噴支護(hù)等作業(yè)提供壓縮空氣動(dòng)力源。井下防爆空壓機(jī)的使用避免了壓縮空氣從井上至井下用氣點(diǎn)的長(zhǎng)途管路輸送，節(jié)省了管路安裝費(fèi)用，壓縮空氣輸送管路短，壓力降小，能耗少。很長(zhǎng)一段時(shí)間，我國(guó)煤礦井下使用的防爆空壓機(jī)主要是往復(fù)活塞式和滑片式。到本世紀(jì)初，煤礦井下用螺桿空壓機(jī)以其節(jié)能、體積小、噪音低、主機(jī)可靠性高、易損件少等優(yōu)點(diǎn)迅速得到了煤礦用戶(hù)的青睞，得到了較快的發(fā)展。由于能源結(jié)構(gòu)調(diào)整和經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式的轉(zhuǎn)變，目前我國(guó)煤炭經(jīng)濟(jì)走弱的狀況難以扭轉(zhuǎn)，低能耗和低損耗的煤礦井下螺桿空壓機(jī)將會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。

煤礦井下用螺桿空壓機(jī)按底架類(lèi)型可分為移動(dòng)式和固定式，按主機(jī)結(jié)構(gòu)型式分為雙螺桿式和單螺桿式，按冷卻方式分為風(fēng)冷式和水冷式。煤礦井下目前使用較多的是單級(jí)噴油移動(dòng)風(fēng)冷式，容積流量（排氣量）大多在3-25 m3/min，使用最多的是排氣量為 3 m3/min、6 m3/min、10 m3/min三種機(jī)型，額定排氣壓力為0.7-0.8 MPa。

1 新型控制系統(tǒng)介紹

本文針對(duì)容積流量為10 m3/min及以下的煤礦井下螺桿空壓機(jī)給出一種新型的控制系統(tǒng)流程，如圖1所示。

因?yàn)榉辣踩囊螅旱V井下用空壓機(jī)要符合MT 687-2009《煤礦井下用空氣壓縮機(jī)》和MT 950-2005《煤礦井下空氣壓縮機(jī)安全技術(shù)檢驗(yàn)規(guī)范》等標(biāo)準(zhǔn)的要求，空壓機(jī)所用電動(dòng)機(jī)、電器、電纜等均應(yīng)具有礦用產(chǎn)品安全標(biāo)志準(zhǔn)用證和防爆合格證。煤礦井下空壓機(jī)在控制系統(tǒng)上主要使用了壓差氣動(dòng)控制（民品機(jī)主要使用電磁閥和PLC控制）。

圖1 系統(tǒng)流程圖

2 控制系統(tǒng)原理

我們?cè)O(shè)定空壓機(jī)額定工作壓力為0.7 MPa來(lái)說(shuō)明此系統(tǒng)的控制原理。

當(dāng)壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí),進(jìn)氣控制閥（伺服氣缸蝶閥）處于關(guān)閉狀態(tài),但空氣能經(jīng)過(guò)一細(xì)小進(jìn)氣通道（蝶閥閥板與缸體之間的間隙，大小可調(diào)）進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)。壓縮機(jī)啟動(dòng)后，3-5秒（可調(diào)）即可形成0.2MPa左右的系統(tǒng)壓力,壓縮空氣經(jīng)反比例容調(diào)閥進(jìn)入進(jìn)氣控制閥的伺服氣缸,推動(dòng)活塞桿打開(kāi)進(jìn)氣控制閥的蝶閥閥板,進(jìn)氣口正常進(jìn)氣，壓縮機(jī)開(kāi)始負(fù)載工作。當(dāng)系統(tǒng)壓力超過(guò)最小壓力維持閥的調(diào)定壓力(通常為0.4-0.45 MPa)時(shí),空壓機(jī)開(kāi)始向用氣管道供氣。如果用氣量小于空壓機(jī)額定排氣量,系統(tǒng)壓力會(huì)逐漸升高，當(dāng)系統(tǒng)壓力高于0.7MPa時(shí)反比例閥輸出的控制壓力會(huì)降低,進(jìn)氣控制閥閥板開(kāi)啟角度減少,從而壓縮機(jī)進(jìn)氣量減少,壓縮機(jī)開(kāi)始減荷工作。當(dāng)排氣壓力達(dá)到0.73 MPa時(shí)進(jìn)氣控制閥完全關(guān)閉，壓縮機(jī)處于近似空載狀態(tài)，同時(shí)在系統(tǒng)壓力高于0.73 MPa后調(diào)壓閥會(huì)動(dòng)作并節(jié)流釋放，使系統(tǒng)壓力維持在0.74 MPa以?xún)?nèi)不再升高。當(dāng)用氣設(shè)備開(kāi)始用氣,系統(tǒng)壓力下降至0.7 MPa時(shí)進(jìn)氣控制閥會(huì)重新打開(kāi),壓縮機(jī)回到負(fù)載運(yùn)行狀態(tài),重新向用氣管路供氣。反比例容調(diào)閥會(huì)根據(jù)實(shí)際用氣量的多少，自動(dòng)調(diào)整空壓機(jī)的功率消耗，實(shí)現(xiàn)容調(diào)控制。如若系統(tǒng)出現(xiàn)故障，壓力超過(guò)0.77 MPa時(shí)安全閥就會(huì)開(kāi)啟放氣。壓縮機(jī)停機(jī)時(shí),系統(tǒng)內(nèi)壓縮空氣會(huì)經(jīng)反比例容調(diào)閥控制管路節(jié)流口自動(dòng)放空。該控制系統(tǒng)潤(rùn)滑油的循環(huán)及噴射壓力來(lái)源于空氣壓縮機(jī)內(nèi)部的系統(tǒng)壓力，潤(rùn)滑油在系統(tǒng)壓力作用下，從油氣桶底部出油口經(jīng)冷卻器、油過(guò)濾器、斷油閥進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻，并與進(jìn)入的空氣相混合，隨壓縮空氣再回到油氣分離器內(nèi)分離，被分離出來(lái)后又儲(chǔ)存于油氣桶底部再次形成循環(huán)?？諌簷C(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后積留在油氣分離器芯底部的潤(rùn)滑油會(huì)經(jīng)回油管路流回主機(jī)進(jìn)入循環(huán)系統(tǒng)。

該系統(tǒng)在安全保護(hù)方面，除了通常的電磁啟動(dòng)器具有的防爆、過(guò)載、短路、斷相、漏電等保護(hù)外，斷油閥控制潤(rùn)滑油系統(tǒng)在空壓機(jī)啟動(dòng)時(shí)開(kāi)始向主機(jī)供油，停機(jī)時(shí)停止向主機(jī)供油。當(dāng)排氣溫度（螺桿機(jī)排氣溫度一般小于100℃）超過(guò)溫控開(kāi)關(guān)控制溫度后，溫控開(kāi)關(guān)即發(fā)出訊號(hào)至電磁啟動(dòng)器本質(zhì)安全型回路控制電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)，實(shí)現(xiàn)超溫保護(hù)。當(dāng)油過(guò)濾器出現(xiàn)堵塞(油過(guò)濾器前后壓差超過(guò)0.18-0.2 MPa)，油濾器壓差開(kāi)關(guān)即會(huì)發(fā)出訊號(hào)至電磁啟動(dòng)器本質(zhì)安全型回路控制電動(dòng)機(jī)自動(dòng)停機(jī)。

3 該控制系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)

該控制系統(tǒng)相對(duì)于國(guó)內(nèi)市場(chǎng)煤礦井下螺桿空壓機(jī)通常使用的控制系統(tǒng)，減少了40%的控制系統(tǒng)氣動(dòng)閥的使用數(shù)量和管路結(jié)構(gòu)，制造成本低，系統(tǒng)簡(jiǎn)單可靠，易于保養(yǎng)維修，更適合煤礦井下特殊的使用條件。

⑴利用蝶閥的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)主機(jī)在低負(fù)荷下的啟動(dòng)（空載啟動(dòng)），無(wú)需旁通管路和手動(dòng)閥等。

⑵由進(jìn)氣控制閥、反比例容調(diào)閥、調(diào)壓閥即實(shí)現(xiàn)了空壓機(jī)的容積流量調(diào)節(jié)，調(diào)試簡(jiǎn)單，故障易判斷。

⑶利用反比例容調(diào)閥的自身原理及結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在空壓機(jī)停機(jī)后系統(tǒng)內(nèi)部壓力會(huì)通過(guò)反比例容調(diào)閥的節(jié)流口自動(dòng)釋放，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)停機(jī)放空。簡(jiǎn)化了其它控制系統(tǒng)用多個(gè)閥組實(shí)現(xiàn)停機(jī)放空的結(jié)構(gòu)。

⑷在油氣桶上油氣分離器芯前后均設(shè)置了壓力表，通過(guò)觀察判斷機(jī)組正常工作時(shí)油氣分離器芯前后的壓力差（不大于0.12 MPa）即可知道油氣分離器芯是否需要保養(yǎng)更換，簡(jiǎn)單可靠。

⑸根據(jù)煤礦井下空壓機(jī)使用環(huán)境溫度高的特點(diǎn)，油路取消了常用系統(tǒng)中設(shè)置的溫控閥，可節(jié)省制造成本，減少故障點(diǎn)。

[1]國(guó)家安全生產(chǎn)監(jiān)督管理總局．MT 687-2009，煤礦井下用空氣壓縮機(jī)[S]．

[2]國(guó)家發(fā)展改革委員會(huì)．MT 950-2005，煤礦井下空氣壓縮機(jī)安全技術(shù)檢驗(yàn)規(guī)范[S]．