孫中義

（中條山有色金屬集團公司生產部， 山西　垣曲　043700）

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經驗交流

井下供風設備空壓機的選型

孫中義

（中條山有色金屬集團公司生產部， 山西垣曲043700）

鑒于地表空壓機站集中供風存在的問題以及井下工況條件對空壓機的影響，通過對活塞式空壓機與螺桿式空壓機的技術性能進行比較，為井下供風設備選型。最終采用優(yōu)耐特斯UD180A-8型雙螺桿空壓機，實現(xiàn)井下供風。關鍵詞：井下供風活塞式空壓機螺桿式空壓機選型

中條山有色金屬集團公司胡家峪礦業(yè)公司南河溝坑口（簡稱南河溝坑口）投產于20世紀50年代末，采用風動作為動力，由地表空壓機站集中供風。隨著2013年南河溝坑口深部新的銅礦脈被發(fā)現(xiàn)，原地表空壓機站集中供風系統(tǒng)已不能滿足新的銅礦脈進行開拓、掘進、深孔、混凝土澆筑等井下生產。同時，原供風系統(tǒng)存在著設備老化、能耗大、運行成本高、安全性能低等問題。因此，必須選用合適的供風設備和供風系統(tǒng)進行井下生產。

1　空壓機選型背景

南河溝坑口空壓機站現(xiàn)用的兩臺空壓機（見表1）均屬于活塞式空壓機，設備老化嚴重且故障率高，屬低效率、高能耗設備，2013年實測排氣效率僅為38%～51.68%（見表2），遠小于國標規(guī)定的85%的標準值。近年來，設備的輸出壓力最高只能到6.5 kg/cm2，難以保障井下鑿巖、裝巖設備的用風需求，已嚴重影響礦業(yè)公司井下正常工作。

表1　南河溝現(xiàn)用兩臺空壓機相關參數(shù)

隨著胡家峪南河溝四期探礦工程的開工建設，現(xiàn)有空壓機已不能滿足生產需要。2014年1—6月 190中段和240中段同時施工。190中段兩個工作面施工時，4臺鑿巖機同時工作，需風量13.2 m3/min；240中段自營工程施工時，8臺鑿巖機同時工作，需風量26.4 m3/min，合計需風量39.6 m3/min。2014年7—12月140中段豎井開始下掘，14臺鑿巖機同時工作，需風量46.2m3/min。

表2　南河溝現(xiàn)用兩臺空壓機效率參數(shù)

從空壓機站至240中段150閘門處共計風管長約2 300 m（見圖1）。

圖1　井下供風示意圖

2　空壓機選型需考慮因素

在井下布置空壓機需要考慮環(huán)境的影響，即粉塵、濕度、腐蝕等因素是否適用于地面所用空壓機的PLC控制系統(tǒng)。在井下，設備受到粉塵及高濕度的惡劣環(huán)境影響，會加速電子元器件的腐蝕，縮短設備壽命，同時導致動作失靈，故障率升高。本礦井下屬于偏酸性環(huán)境，若采用水冷式空壓機不僅不方便還有腐蝕問題。因此，在設備選型時，需重點注意以下幾個方面：

1）采用風冷式空壓機。

2）由于受到豎井下放、散熱、空間布置等問題的影響，單臺空壓機的氣量盡量不大于30m3/min。

3）進氣過濾采用油浴式過濾器，可提高對粉塵的過濾效果。

4）具有抗電壓波動功能。

5）采用簡單的機械、儀表與電子相結合的控制系統(tǒng)用于工程施工，可提高控制系統(tǒng)元器件的使用壽命，避免出現(xiàn)設備頻繁故障等情況。

6）加強空壓機的油、氣、水分離效果，可最大限度地降低潤滑油中的水分，避免潤滑油出現(xiàn)乳化現(xiàn)象，提高潤滑油的使用效果及使用壽命。

3　活塞式空壓機與螺桿式空壓機的技術性能分析

1）不論流量大小，均能達到所需壓力。

2）熱效率高。

3）氣量調節(jié)時，排氣壓力幾乎不變。

1）機器體積大、重量重，單機排氣量小于500 m3/min。

2）結構復雜，易損件多（氣閥、活塞、活塞環(huán)、填料組件、閥片、彈簧等），不平衡慣性力（力矩）大，震動大，安裝復雜、需要安裝基礎。

3）輸氣不連續(xù)，氣體壓力有脈沖。

4）工作效率低。

活塞式空壓機在運行一段時間后其壓縮效率逐漸降低，而耗能逐漸增加，主要是因為：

1）活塞式空壓機排氣溫度高，導致壓縮效率降低。只有在等溫壓縮情況下，才能節(jié)省功率。

2）活塞式空壓機的活塞環(huán)密封效果差，導致內漏大。

3）活塞式空壓機摩擦部件多、機械損耗大，導致性能下降快。

4）活塞式空壓機摩擦副多，導致運轉阻力大。

5）活塞式空壓機有死容積。

1）機器體積小、重量輕，結構簡單，易損件少。

2）排氣無脈沖、震動小，輸氣連續(xù)性好，壓力脈動小，安裝簡單、不需安裝基礎，可實現(xiàn)高轉速。

3）螺桿式空壓機具有容量調節(jié)控制功能，可在較廣的工況范圍內保持高效率。螺桿式空壓機不僅可以根據系統(tǒng)中的耗氣量，利用容調裝置自動調節(jié)進氣量（容調范圍在0～100%），達到用多少空氣產多少空氣的目的，節(jié)約能源消耗；而且具有空車過久停車功能，當用戶再次使用空壓機時機器會自動啟動。

4）螺桿式空壓機的電機可調節(jié)轉速使氣量發(fā)生變化。通過連續(xù)不斷并精確的測量機組的運行壓力（壓力傳感器），讓壓力信號控制電機的轉速。螺桿式空壓機的控制氣量流量范圍為0～100%，耗能范圍為15%～100%。相對于活塞式空壓機而言，效率提高25%～30%以上，節(jié)能比例在25%以上。

1）運動部件表面多呈曲面形狀，需要高性能設備加工。

2）運動部件之間靠間隙密封，難以達到高的終了壓力（一般單段壓縮只能達到1.5MPa）。

1）轉子截面呈不對稱形，齒形和型線經優(yōu)化設計可減少泄漏三角形的面積，改善壓縮機的壓縮效率。

2）螺桿轉子的組成齒曲線中不再有點、直線和擺線，均采用圓弧、橢圓、拋物線等曲線，使轉子齒面由“線”密封改進為“帶”密封，提高密封效果，有利于形成潤滑油膜和減少齒面磨損。

3）螺桿轉子齒間落差小，可減少回流損失，提高熱效率10%～12%，節(jié)電25%，電耗節(jié)省明顯。

4）復盛形線呈流線形，可降低流體動力損失。

螺桿式空壓機相較于活塞式空壓機具有以下優(yōu)點：零部件和易損件少、重量輕、結構簡單緊湊、操作簡便、運行可靠、維修周期長、易于實現(xiàn)自動化、輸氣壓力波動小、效率高、節(jié)能效果明顯、動力平衡性良好等。

4　空壓機的位置及型號的選定

1）190中段現(xiàn)有的環(huán)境還不具備安裝空壓機的安全距離和通風條件，局限性很大。若空壓機安裝在190中段將無法給240中段作業(yè)地點供風。根據現(xiàn)有的施工地點、設備臺數(shù)和用風量，在240中段安裝空壓機可為240—190中段各個施工點同時進行供風。因此，選擇在240中段水泵房購置兩臺優(yōu)耐特斯UD180A-8型雙螺桿空壓機并聯(lián)供風（見圖2）。

2）優(yōu)耐特斯UD180A-8型雙螺桿空壓機的主要技術參數(shù)：容積流量為30.0 m3/min，排氣壓力為0.8 MPa，主電機功率/電壓為180kW/6kV，排氣溫度為環(huán)境溫度+8℃，排氣出口含油量（質量分數(shù)）≤3× 10-6，噪聲≤（78±3）dB，設備外形尺寸（長×寬×高）為4000mm×1300mm×1500mm。

5　結語

實際運轉記錄參數(shù)顯示，開動設備型號與臺數(shù)為：YZ28 6～8臺，YZQ-45 1～2臺，混凝土噴漿機1臺。當排氣風壓為0.8 MPa，190中段主供風管道現(xiàn)場風壓為0.73～0.78 MPa時，鑿巖機的掘進效率有明顯提高，釬桿的進尺速度也顯著加快。

圖2　空壓機布置示意圖

采用螺桿式空壓機進行井下供風，供風效率提高、節(jié)能效果明顯、操作簡便、運行可靠、維修周期長，滿足井下生產供風的需要。

（編輯：賀焱）

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1672-1152（2016）02-0101-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.39

2016-01-14

孫中義（1966—），男，就職于中條山有色金屬集團公司生產部，從事設備管理工作，工程師。