Transcript 矿山压缩空气设备课件 - 甘肃煤炭工业学校网站

甘肃煤炭工业学校
第九章
矿山空气压缩设备
万英盛
2009.7
《矿山机械》精品课程
§9—1 概述
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压缩空气一直是矿山所采用的原动力之一，用以带
动凿岩机、风镐、风钻、锚杆机、喷浆机及其它风动机械
进行工作。
煤矿使用压缩空气（与电力相比）有以下特点：不产生电
火花；不怕超负荷；在湿度大、温度高灰尘多的环境能很
好地工作；风动机构排出的废气，有助于改善井下通风条
件。因此，空气动力机械特别适用于含有瓦斯和爆炸性粉
尘的场所，适合负荷变化大的冲击式机械。虽然压缩空气
设备（包括压缩空气的生产和输送，以及在风动机具中的
使用）的效率很低，成本较高，但目前矿山采掘工作，仍
然普遍采用风动工具来凿岩和落煤。
空气压缩设备是指压缩和输送气体的整套设备。包括
空气压缩机（简称空压机）、输气管路和附属设备。
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一、矿山空压机站的组成
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矿山空压机站主要包括：空压机、电
动机及电控设备、冷却泵站、附属设备、
管路等。
压缩空气设备的工作过程：电动机带
动空压机工作后，外部空气从进气管进入
过滤器，过滤后的空气进入第一级压缩气
缸（低压缸），然后进入中间冷却器，冷
却后的空气进入第二级气缸（高压缸）再
次被压缩，之后的高温、高压气体经过后
冷却器冷却后进入风包，最后，风包上的
压气管将压缩空气送至用气点。
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 二、空压机的分类
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 现代工业中使用的压缩机种类很多，按其工
作原理和结构型式不同，分类如下：
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三、活塞式空压机的结构形式
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目前矿山最广泛使用的是低压（p≤106Pa）活塞式
压缩机，近年来螺杆式和滑片式压缩机的使用也逐
渐增多。常见的活塞式压缩机有以下几种：
1、按气缸中心线的相对位置分 可分为立式、卧
式、角式（可分为V型、L型、W型）三种。
2、按压缩级数分 可分为单级、双级、多级三种。
3、按活塞往复一次作用次数分 可分为单作用、双
作用。
4、按冷却方式分 可分为水冷式、风冷式。
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活塞式空气压缩机的外形
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四、活塞式空压机的工作原理
如图9—3所示
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工作过程包括：1、吸气过程2、压缩过程3、排气过程4、膨胀过程
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 小结
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1、空气压缩设备是一种动力机械，广泛应用于矿山、
化工、建筑等行业。煤矿常用的活塞式空压机。它是利
用活塞的往复运动与气缸壁面所形成的容积变化来完成
吸气、压缩、排气、膨胀等过程，它属于容积式空压机。
 2、空压机可分为容积型和速度型两大类。
 3、活塞式空压设备主要由空压机、电动机、附属设备
（滤风器、冷却设备、风包等）和压气管道等组成。

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§9—2 活塞式空压机的工作循环
一、活塞式空压机的性能参数
1、排气量（V）
在单位时间内测得空压机排出的气体体积数，然后换算到空压
机吸气状态下的体积数，称为空压机的排气量。单位m3/min。
2、排气压力（p）
空压机出口的压力称为空压机的排气压力，用相对压力度量
（理论计算时采用绝对压力）。单位Pa。
3、吸、排气温度
空压机吸入气体与排出气体的温度。用T1、T2表示，单位K。
4、比功率（Nb）
当吸入的空气为标准状态时，其轴功率与排气量之比称为空压
机的比功率。单位Kw/m3/min。
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二、一级活塞式空压机的工作循环
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（一）一级活塞式空压机的理论工作循环
空气的压缩是依靠活塞在气缸内往复运动来进行的。活塞在气缸中
往复运动一次，气缸对空气即完成一个工作循环。理论工作循环包括以
下几点：
（1）气缸没有余隙容积；
（2）在整个吸气过程，气缸内空气的状态与周围大气状态相同，即吸气阀
及吸气管道无阻力；
（3）在整个排气过程，气缸内空气的状态与风包中的空气状态相同，即排
气阀及排气管道无阻力；
（4）气缸压缩容积绝对密封，气缸不漏气；
（5）进入气缸内的空气与各壁面间没有热量交换，压缩过程中压缩指数保
持不变。
在上述假设条件下，空压机的工作循环称为理论工作循环。它由吸
气、压缩和排气三个基本过程组成。所消耗的功L等于吸气功Lx、压缩功
Ly和排气功Lp的总和。但只有压缩过程是热力过程。
通常规定：活塞对空气做功为正；空气对活塞做功为负。因此，压
缩和排气过程的功为正，吸气过程为负。其工作循环可用示功图表示。
（ 图9—4）示功图的横坐标表示气缸容积V，纵坐标表示空气压力。
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压缩分类：
绝热压缩：1—2 ” 耗功
最大
等温压缩：1—2 耗功最小
多变压缩：1—2 ' 耗功居
中
功＝P×V （PV图上的面积）
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1、吸气过程
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L X  p 1V1
2、压缩过程
当活塞返回行程时，吸气呈封闭状态，空压机进入压缩
过程，随着活塞向左移动，气缸的容积不断减小，气体压力
逐渐升高。此时属于热力过程，其压缩规律为等温、绝热、
多变三种情况。
（1）按等温规律压缩（因T是常数）
Ly 
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
V1
V2
pdV
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 p 1V1  pV
p 1V1
 p
,
V
Ly 

V1
V2
p 1V1
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p2
p1
dV
V

V1
V2
 p 1V1 ln
V1
V2
 2 . 303 p 1V1 lg
p2
p1
（2）按绝热规律压缩（K为绝热指数1.4）
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L jy 

V1
pdV
V2
 p 1V1
 pV
K
p 1V1
 p 
V
L
jy
K
,
K
K
V1
 (
V2
 p 1V1
K

V1
V2
p2
1
)K
p1
dV
V
K
 p 2 K 1


( p 2V 2  p 1V1 ) 
p 1V1  (
) K  1
K 1
K 1
 p1

1
1
（3）按多变规律压缩(n为多变指数,其值大于1小于1.4)
L gy 

V1
pdV
V2
 p 1V1  pV
n
 p 
p 1V1
V
n
n
 L gy  p 1V1
,
n
V1
 (
V2
n

V1
1
)n
p1
dV
《矿山机械》精品课程 V
V2
p2
n
 p 2 n 1

n

( p 2V 2  p 1V1 ) 
p 1V1  (
)
 1
n 1
n 1
 p1

1
1
3、排气过程
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L p  p 2V 2
4、理论循环功
L   LX  Ly  Lp
按等温规律压缩时：
L   p1V1  p1V1 ln
p2
p1
 p 2V 2  p1V1 ln
p2
p1
按绝热规律压缩时：
 p 2 K 1

K
L   p 1V1 
p 1V1  (
)
 1   p 2V 2
K 1
 p1

1
 p 2 K 1

K

p 1V1  (
)
 1
K 1
p

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K
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按多变规律压缩时：
 p 2 n 1

n
L   p 1V1 
p 1V1  (
)
 1   p 2V 2
n 1
 p1

1
n 1


n
p2 n

p 1V1  (
)
 1
n 1
 p1

所以，等温压缩的循环功就是等温压缩的压缩功，
压缩终了空气温度T2=T1；
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绝热压缩过程的循环功等于绝热压缩过程功的K
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倍，压缩终了空气温度；
T 2  T1
p 2V 2
p 1V 1
 T1 (
p2
K 1
)
K
p1
多变压缩循环功等于多变压缩过程功的n倍，压
缩终了温度。
T 2  T1 (
p2
因此
W 等温  W 多变  W 绝热
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n 1
)
n
p1
；
T jr  T db  T dw
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（二）一级活塞式空压机的实际工作循环
1、实际工作循环图，实际工作循环与理论工作循环有
很大不同。图9—5。它是由专门的仪器——机械式
示功器或压电式示功器测绘出来的。
实际工作循环的工作过程：吸气、压缩、排气、
膨胀等四个过程。
2、影响实际工作循环的因素
（1）余隙容积的影响
（2）吸、排气阻力的影响
（3）压缩过程中压缩规律变化的影响
（4）其它因素的影响
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三、保持空压机工作性能的途径
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 1、影响空压机排气量的因素。
 主要因素有余隙容积、阻力损失、漏气、温度、湿度
五个方面。
 （1）容积系数：指气缸吸气容积Vx与工作容积Vg之
比，用  表示，即
二级空压机  0 .82 ~ 0 .92
V
 
V
 （2）压力系数：是考虑由于各种阻力的影响而使排
气量减少的系数，用  p 表示。一般   0 .95 ~ 0 .98
 （3）温度系数：考虑因温度影响而使排气量减少的
系数，用  t 表示，一般   0 .92 ~ 0 .98
 （4）漏气系数：考虑吸、排气阀，活塞与气缸壁之
间不严密，漏气使排气量减少的系数，用  表示。一
般   0 . 91 ~ 0 . 98

v
v
X
V
g
p
t
L
L
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







（5）湿度系数：考虑空气湿度使排气量减少的系数，用   表
   0 . 98 左右
示，一般
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若从空压机气缸工作容积中除去这五个方面损失后，即得空压
机实际排气量Vp,即： V p   V g
式中： : 排气系数 ，   V  p  t  L  
2、影响空压机功耗的因素
（1）压缩过程对功耗的影响。等温压缩功耗最小，绝热压缩功
耗最多。为了省功，提高效率，应尽可能使气缸内空气热量散
发出来，接近等到温压缩。
（2）吸、排气过程对功耗的影响。由于吸、排气阀的惯性力、
弹簧力和管道阻力等造成实际压缩比大于理论压缩比，使功耗
增大。
（3）吸气温度对功耗的影响。吸气温度越高，功耗越大。
（4）漏气、湿度对功耗的影响。漏气会使空压机无用功耗增加，
水蒸气会在高压低温时凝结成水，增加功耗。
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 3、保持空压机工作性能的途径和措施
 （1）减少漏气
 （2）加强冷却
 （3）降低吸排气系统阻力
 （4）正确选择余隙容积
 （5）注意润滑
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四、活塞式空压机的两级压缩
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（一）采用两级压缩的原因
1、压缩比受余隙容积的限制
由于余隙容积的存在，在吸气过程中，气缸中一部
分工作容积失去了吸气作用。压缩比越大，失去的容积
也越大。当压力达到一定值时，余隙容积内气体膨胀所
占的容积达到或接近工作容积而充满整个气缸时，气缸
就不能吸气和排气。所以，从排气量的角度说，较大的
压缩比是不利的。
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2、压缩比受气缸润滑油温的限制
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若压缩比增加，则压缩终了时空气温度也将增加。当空气温度增高
到润滑油闪点温度（13号压缩机油为215 0 C ,19号压缩机油为
240 0 C ）时，就有发生爆炸的危险。《煤矿安全规程》规定：
“单缸空气压缩机的排气温度不得超过190
，双缸不得超过
160
。”依此条件得出最不利条件下（按绝热压缩）单级压缩
C
C
的极限压缩比。
0
0
T 2  T1 (
p2
n 1
)
n
p1
得：   (
T2
n
) n 1
T1
取吸气温度：T1=273+20=293K
极限排气温度：T2=273+190=463K
n=K=1.4
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 (
463
1 .4
) 1 .4 1  4 . 96
293
因此，当需要压力较高时，一般采用两级或多级
压缩。矿用空压机多为两级压缩。
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（二）两级压缩的工作系统
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图9-6为两级压缩原理图：
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（三）两级压缩的优点
1、节省功耗；
图9-7
2、降低排气温度；
3、提高空压机的排气量；
4、可以降低活塞力；
5、中间冷却器可以分离一部分油和水，提高压
气的质量。
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




（四）、两级压缩理论工作循环
假定：（1）各级压缩过程相同，即压缩指数n相等；
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（2）在中间冷却器内把空气冷却至低压气缸的吸气温度，即
T1=T2；
（3）压气在中间冷却器内按定压条件进行冷却。
图9-7为假定条件下得出的理论工作循环示功图。
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 （五）、两级压缩的实际工作循环
 两级压缩的实际示功图与理论示功图芈
不同
的。由于各级冷却程度、余隙容积、各级的
阻力和惯性力不同，各级压缩过程不一样，
以及在蹭冷却器中的空气温度不可能降低到
理论要求的温度（实际上温度是逐级增加）。
因此实际上各级循环功也不相等。
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 六.
各级压缩比的确定

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压缩比分配原则：
主要依据省功原则。

1、理论分析：各级耗功相等时，压缩机总耗功最小。即各级压缩比应相等。

2、最佳压缩比ε：各级压力比相等时总耗功最省。
 
p2
p1

p2 px
p x p1
  1 . 2   1   2
2
：
每一级的压缩比为
1   2 
 
2
p2
p1
上式表明，在两级压缩中为获得最小的功耗，两压缩比应相等，并等于总压缩比
的平方根。
压缩终了温度的确定
n 1
T2  
n
 T1
n 1
T3  
n
 T 2
T 为中冷器后的温度
2
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T 2＝ T1
为保证按最省功的压缩比分配，两级气缸的面积和直
径应满足以下关系：
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 在冷却器冷却完善（等温）的条件下，

p 1V1  p xV x
则 ：   1 
px
p1
  1 
式中 ：D
S 1、S
2

V2
、D
1

Vx
 1S1
 2S2
 1   2时
当两活塞行程
V1

V1
S1
S2
2
2

D1
2
D2
  低 、 高压缸直径
  低 、 高压缸面积
，m
2
;
V1、Vx   低 、 高压缸吸入空气容积
 1、  2   低 、 高压缸的行程
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，m ;
，m
3
m ;

上式表明，只要行程相同的两个气缸的面积比或
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直径平方比等于总压缩比的平方根，就一定能得到最
合理的中间压力。

实际压缩比的分配不能只考虑功最小这一个原则，
还需要根据排气量、温度等作适当调整。

一般第一级的压缩比取小一些，以保证较高的容
积系数，使一级气缸尺寸不致过大。一级压缩比取得
比其他级低5%~10%，即
 1 （ 0 . 9 ~ 0 . 95） 
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 小结







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1、空压机的理论工作循环包括吸气、压缩、排气三个过程。压
缩过程分为等温、绝热、多变压缩。
2、空压机的实际工作循环包括吸气、压缩、排气、膨胀四个过
程。
空压机的实际工作循环主要受余隙容积、吸气阻力、排气阻力、
吸气温度、空气湿度、漏气等的影响，它们不但影响空压机的排
气量，而且除余隙容积外，还使空压机的功耗增加。
3、保持空压机工作性能的途径和措施主要有：减少漏气，加强
冷却，降低吸、排气系统的阻力，正确选择余隙容积，注意润滑。
4、矿用空压机一般采用两级压缩，其原因是由于压缩比受余隙
容积和气缸润滑油温度的限制。
5、具有中间冷却器的两级压缩与同样条件下，获得相同终压力
的单级压缩相比，具有节省功耗，降低排气温度，提高容积系数，
降低活塞作用力等优点。
6、两级压缩比是以最省功原则计算的，并适当考虑排气量、温
度等因素来修正。
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§9—3 活塞式空压机的结构
L型空压机是两级、双缸、复动、水冷式空压机。
它主要由压缩机构、传动机构、润滑机构、冷
却机构、排气量调整机构和安全保护装置等六部分
组成。
型号意义：
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一、压缩机构：由气缸，吸、排气阀，活塞组件等组成。
1、气缸部件
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气缸是空压机中组成压缩容积的主要部分，根据排
气压力、排气量、结构、气体性质及所用材料，气缸的
结构有各种型式。L型空压机的气缸为开式铸铁气缸，
水冷式双层壁结构。缸壁外有冷却水套，在缸盖和缸座
上有4个气阀室，分别安装吸排气阀。
2、气阀部件
在空压机运行中，气阀为主要易损件，处于较为苛
刻工况，每分钟启闭1000次左右。一台转数为400r/min
（4L—20/8型）的空压机，气阀每年启闭21000万次以
上。气阀将承受拉伸、压缩、冲击、扭曲、弯曲、磨损、
高温变化的潜在破坏。因此，气阀能否正常工作，直接
影响空压机的排气量，功率消耗以及运转的可靠性。
L型空压机的排气阀和吸气阀均为单层环状阀。
由阀座、阀盖、弹簧、阀片 、螺栓、冠形螺母等组成。
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（1）阀座 它具有能被阀片覆盖的气体通道，是与阀
片一起闭锁进气（或排气）通道，并承受气缸内外
压力差的零件。
（2）阀片：它是交替地开启与关闭座道的零件，由阀
片两侧的压力差和弹簧力等因素确定的。阀片工作
时，经常与阀座和阀盖发生撞击和磨损，所以它是
空压机最易损零件。
（3）弹簧：主要作用是能及时迅速关闭气阀，避免阀
片过早或过迟关闭而降低空压机效率。是关闭时推
动阀片落向阀座，开启时抑制阀片撞击阀盖的组件。
（4）阀盖（升程限制器）：是限制阀片的升程，并作
为承座弹簧的零件。
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3、活塞部件
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L型空压机的活塞组件由活塞杆、活塞、活塞环及防
松螺母等组成。
（1） 活塞杆：用45号钢锻造而成。表面硬化处理。
（2）活塞
L型空压机为盘状带锥活塞，盘状部分与气缸配合。
活塞用灰铸铁成空心以减轻重量，两个端面用加强筋互相
连接，以增加刚性。
（3）活塞环（涨圈）
活塞环是利用本身张力密封气缸内壁与活塞间隙的组
件，以防止气体的泄漏。同时，兼有布油和导热的作用。
它也是易损零件之一。对活塞环的基本要求是：密封可靠
并耐磨。
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活塞环镶嵌于活塞的环槽内。环的外缘紧贴气缸镜面，
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背向高压气体一侧的端面紧压在环槽上，由此阻塞间隙密封
气体；但是，常用的活塞环都采用金属开口环的结构，因此，
气体能通过切口泄漏。此外，气缸和活塞环都可能有不圆度，
不柱度，环槽和环的端面有不平度，这些也是造成泄漏的因
素。所以，活塞环常常不是一道，而是两道或更多道同时使
用，使气体每通过一道环便产生一次节流作用，进一步达到
减少泄漏的目的。由此可见，活塞环密封是阻塞密封和节流
密封的组合。
活塞环的开口形式有搭接开口、直开口和斜开口三种，
搭接开口的环工作时漏气少，性能较好，但制造工艺复杂，
成本高；直开口的环漏气较严重，使用性能差，但制造方便
成本低；斜切口介于两者之间，即能保证较好的使用性能，
制造又简单，开口斜角一般为38°～45°。L型空压机采用
斜开口密封环。
活塞环的材料通常用灰铸铁。有时在铸铁环上嵌青铜，
轴承合金，或填充聚四氟乙烯，防止气缸拉毛并延长环的使
用寿命。
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二、传动机构：
包括机身、曲轴、边杆和十字头等。
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1、机身
机身用铸铁制成，它的作用是：（1）作为气缸的承
座；（2）承受并传递作用力；（3）是传动机构的导向和
定位部分。不同形式的空压机具有不同形状的机身。L型
空压机的机身，外形为正置的直角形，在垂直和水平颈部
分别制成立列和卧列的十字头滑道，十字头在其中作往复
运动。颈部法兰端面分别与高、低气缸相连，机身两侧壁
上的圆孔通过轴承座安装曲轴轴承，取去前轴承座，即可
方便地拆装曲轴、连杆，机身下部曲轴箱兼作油池，同时
用地脚螺栓与基础固定。所有检查孔盖均垫以软垫，以使
机身密封。在机身立列颈部有通气孔，通过细管与吸气管
连接，以防填料不严密时漏气使机身内产生过高的压力。
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2、曲轴部件：图9-9
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曲轴由球墨铸铁制成。是重要的运动部件。它
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仅有一个曲拐，为高、低压缸两连杆所共用，它接
受电动机以扭矩形式输入的动力，并把它转变为活
塞的往复作用力以压缩空气而做功。

在曲拐的对面固定着两块平衡铁，用来平衡曲
柄部分的旋转质量，曲轴的外伸端有锥度，可以方
便地拆装皮带轮。在曲轴后端接有传动齿轮油泵的
小轴，并经过小轴上的蜗轮蜗杆机构传动柱塞油泵。
曲轴上钻有油孔，以使齿轮油泵排出的润滑油通过
曲轴瓦，十字头销瓦等摩擦面进行润滑。两个或三
个双列径向调心滚柱轴承紧配合于曲轴的两侧，一
端轴承盖与轴承间留有1.5～2.5的热膨胀间隙。

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3、连杆部件
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连杆由大头，小头和杆体组成。其材料通常为
球墨铸铁。其作用是变旋转运动为往复运动。
大头分为开式，内装订有巴氏合金瓦，大头的
盖子用连杆螺栓与曲柄组装在一起，大头的轴瓦间
隙可以用垫片调节。小头为整体式，在小头内镶有
整圆的铜套，穿入十字销与十字头相连。杆体截面
有圆形、环形、矩形、工字形等，杆体内有贯穿大
小头的油孔，该孔把润滑油输送到十字头，使曲柄
销和连杆，连杆和十字头销之间的相对运动部分得
到润滑。
连杆的大头与曲轴一起转动，其小头和十字头
一起作往复运动，连杆本身作平面摆动。
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4、十字头部件
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十字头是连接活塞杆与连杆的运动机件。在十
字头滑轨上作往复运动，具有导向作用。
十字头有整体式和分开式两种。整体封闭式，
用灰铸铁制成。其一端螺孔与活塞杆相连，活塞杆
拧入十字头的长度可以变动，用以调节活塞和气缸
之间的间隙改变余隙容积。横向的圆孔内装有十字
头销与连杆小头相连，十字头销内有油孔，从连杆
来的润滑油经十字头销进入十字头上下的滑履上，
以润滑滑履和滑道间的相对摩擦面，润滑后的润滑
油流回曲轴箱，即油池。
注意：十字头销在十字头内的位置不能调换，若方向
装反，油路完全切断，十字头滑履得不到供油会造成
摩擦面烧毁的机械事故。
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三、填料装置
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 空压机工作时，活塞杆与气缸座之间有相对运动，
因此必有间隙，为防止压缩空气从这些间隙外泄，
设有填料装置进行密封。
 填料装置由三瓣斜口密封圈和挡油圈、隔环、垫圈
等组成。
 密封圈是用3个带斜口的瓣组成整圈。在它的外缘
沟槽内放有拉力弹簧，将其紧箍在活塞杆上起密封
作用。当内圈磨损后，借助弹簧的力量，自动向内
紧箍，以保证密封效果。
 挡油圈结构与密封圈相似，只是内圆处开有斜槽，
它能把沾附在活塞杆的机油刮下来，以免进入缸内。

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 小结
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 1、
L型空压机型号意义
 2、L型空压机主要由压缩机构、传动机构、
润滑机构、冷却机构、调节机构和安全保护
装置等六部分组成。其中压缩机构、传动机
构零部件和填料装置为主要零部件，其它为
附属设备。
 3、空压机的压气流程：自由空气—滤风器—
减荷阀—一级吸气阀—一级气缸—一级排气
阀—中间冷却器—二级吸气阀—二级气缸—
二级排气阀—（后冷却器）—风包。
 4、各主要零部件的作用。
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§9—4 活塞式空压机的附属设备
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一、润滑机构
在空压机中，具有相对运动的部位如活塞环与气缸
壁、填料与活塞杆、曲轴与轴承、连杆大小头、连杆小
头衬套及十字滑道等处，都必须注润滑油以达到以下目
的：1）减轻磨损，延长零件寿命；2）减少摩擦功耗，
提高效率；3）润滑油有冷却作用，以降低摩擦表面温
度，同时保证滑动部分必要的运转间隙，防止滑动部件
过热或咬死；4）密封气缸的工作容积，提高活塞和填
料箱的密封性。
空压机的润滑包括两部分：一是气缸内部的润滑，
二是传动机构（运动部件）的润滑。
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1、传动机构的润滑
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一般由滤油器、油冷却器、齿轮油泵、油
管、压力表和压力调节阀组成。
润滑油的流程是：油池→粗滤油器→齿
轮泵→油冷却器→滤油器→曲轴中心孔→曲柄
销和连杆大头瓦的配合面→连杆中心孔→连杆
小头瓦和十字销配合面→十字头滑轨→油池。
油压的大小可通过油压调节阀来控制。
2、气缸部件润滑系统
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气缸是采用单独的注油器向缸内压油润滑，即压力润滑。压
力润滑是应用最广泛的润滑方式。润滑油由专门的多头注油器经
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油管和注油逆止阀注入气缸及填料处。（图9—11）
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空压机气缸的无油润滑：1973年在我国个别
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矿井开始应用，由于节约了润滑油，杜绝了积炭
爆炸，断油烧缸等事故隐患，改善了环境卫生，
减轻了相关零件的磨损，延长了气缸、活塞环的
寿命，减少了维修量等，效果良好。
实验表明，空压机气缸润滑方式的改变还可
增加排气量，提高排气效率，降低电耗，减小比
功率，从而改善空压机的性能。
气缸无油润滑：采用填充聚四氟乙烯固体材
料的活塞环，代替油膜润滑的铸铁活塞环。
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二、冷却系统
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1、空压机冷却的目的和方式
（1）目的：是降低压气的温度从而提高安全性。
（2）方式：有风冷式和水冷式两种
风冷是使压缩过程放出的热量由气缸壁辐射发散
于大气中。为了增加发散面积，通常在气缸外壁制成
许多散热薄片。但其散热效果很差，只限于小型空压
机采用。
一般空压机都采用水冷方式。
2、空压机的水冷系统（见图9-12）
空压机的水冷系统由气缸水套、中间冷却器（见
图9-13）、后冷却器、水泵、管路以及冷却水池（或
冷却水塔）等组成。
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 由上图知（实线冷水流程，虚线热水流程）。
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冷却流程：冷水池—冷水泵—总进水管—
中间冷却器—同时进入低、高压气缸的水
套—漏斗—回水管—热水池—热水泵—冷却
塔—水沟—冷水池
 冷却设备：有气缸冷却水套、中间冷却器、
后冷却器。
 中间冷却器（见下图）：由外壳、冷却芯子
和油水分离罐组成。
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 三、安全保护装置
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 1、安全阀：分为一级和二级安全阀。一级安
全阀安装在中间冷却器上；二级安全阀安装
在风包上。安全阀结构见下图。
 2、油压继电器：在润滑系统中，为防止空压
机在低润滑油情况下工作，装有油压继电器。
 3、断水开关和释压阀：断水开关安装在冷却
水漏斗处，是监视冷却水中断的一种自动停
机装置。
 为防止因安全阀失效，使风包压力上升而引
起爆炸，在风包出口管路上加装释压阀。
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四、甘肃煤炭工业学校
空压机的调节
由于井下风动工具开动的台数经常变化，因
此耗气量也经常变化。为适应耗气量变化的要求，
必须进行压缩机排气量的调节。调节的目的是使
空压机进行低负荷或空负荷运行，使排气量减少
或停止。其方法有：
1、停止空压机工作
n=0，则Q=0。此法虽能节省电能消耗，但电
动机经常启动和停止，对于电路负荷极为不利。
因此，只能用于小容量的空压机调节。采用此法
调节时，应根据空压机的功率，电网容量，以及
启动的次数，来选择电动机及启动方式。
2、关闭吸气管调节
关闭吸气管调节装置由减荷阀和压力调节器。（见
图9—14和图9—15）
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注意：1）调节器的动作压力，由微调螺管6控制弹簧4的压紧程
度来实现。粗调螺管5的作用是调节阀开启的灵敏度，即阀芯的
开启高度，此高度不宜过大，否则将引起调节器强烈的振动使调
节器的动作压力改变。
2）减荷阀上装有手轮，盘动手轮使螺杆上升或下降实现蝶
形阀的关闭和开启。因此，可以实现空压机的空载启动和自动控
制状态。
此种调节阀，在吸气管完全关闭时，空压机吸气量为零，只
有残存在气缸余隙中的空气膨胀和压缩。由于活塞和气缸壁间有
摩擦阻力，故消耗的功不为零。此时，空压机所消耗的功率只有
额定功率的2～3%，所以此种调节方法具有较好的经济性。不过
减荷阀切断进气口后，吸气压力过分降低接近真空，如果背压不
变，在活塞前后所形成的压差会造成吸气时峰值增加，这种情况
下启动空压机会出现困难。
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3、压开吸气阀调节
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利用一个压开装置，把吸气阀强制压开，使吸气阀全部
或部分地丧失正常工作能力，吸进的空气在压缩和排气行程
中仍回到吸气管路，不向排气管道输送压气，以达到调节排
气量的目的。
压开吸气阀调节装置由压力调节器和压开叉两部分构成，
压开叉的动作由压力调节器控制。
压开吸气阀的调节装置可分为两种形式：
（1）完全压开吸气阀
调节时，在空压机的全部行程中吸气阀始终处于压开状
态，吸进的气体将全部自吸气阀返回到吸气管中，故排气量
为零，属间断调节。
压开吸气阀时，空压机处于空运行状态，因为仅需克服
吸气阀阻力造成的功耗，故调节的经济性较好。
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压开叉因其驱动机构不同：分为隔膜式压开叉和活塞式压
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开叉（图9—16）两种。
对于两级空压机，各级吸气阀均应设置压开叉，调节时
各级吸气阀应同时压开。根据气量变化，压开一侧或两侧的
吸气阀，可以实现排气量100%、50%、0%三级调节。气量的
变化是通过双压力调节器来控制压开叉动作。
调节压力调节器中弹簧的预紧力，可以改变压力调节器
的开闭压力。
2）部分行程压开吸气阀调节
当进气行程结束时，气阀仍被强制顶开，在进入压缩行
程后气体从气缸中回入进气管，但到行程的一定时候强制作
用取消，吸气阀关闭，在剩余的行程中气体受到压缩并排出。
按照吸气阀在压缩行程中压开时间的长短，可以得到连续的
多级调节。
压开吸气阀调节，运转经济性好，但阀开因受额外的负
荷（弯曲与冲击），寿命较短，密封性差。
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4、余隙容积调节法
余隙容积的调节一般通过连通附加容积，附加容积可以
采用不同的连通方式
（1）连续接通附加容积，其附加缸中的附加容积可以改变。
调节时，先打开接通附加容积的阀门，再打开旁通阀，使高
压气体也通至附加缸活塞的背面，使活塞两边压力平衡。调
节附加缸中的丝杆，可使活塞移动以改变附加容积的大小，
对排气量进行连续地调节。
（2）分级接入附加容积，逐个地接入一定的附加容积，便可
得到分级的排气量调节。
这种调节方法经济性好；但这种调节装置结构复杂，
且增大了气缸尺寸，只用于大型空压机。
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滤风器
1、作用：阻止空气中的灰尘和杂质进入气缸，
起过滤作用。
2、结构
滤风器的结构主要由壳体和滤芯组成。按
滤芯材料的不同分为许多种：如纸质的、织
物的、泡沫塑料的、金属的等。空压机中用
得最普遍的是纸质和金属滤芯的滤风器。
金属网滤风器的结构（见图9-18） ：机
壳由筒体、两端封头组成；筒内滤芯由多层
波纹状铁丝做成筒形过滤网，表面涂一层粘
性油（一般用60%气缸油和40%柴油相混合），
灰尘粘于网上，空气得以过滤。
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六、储气罐
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1、作用：
用于储备一定数量的压缩空气，分离压气中
的油和水，缓和由于空压机排气不均匀和不连续
而引起和压力较大波动，维持供需之间的平衡。
2、结构
储气罐有立式和卧式两种。立式储气罐是用
锅炉钢板焊接的筒状密封容器，其高度约为直径
D的2～3倍，进气接管在下，排气接管在上，进
气接管在罐内的一段呈弧形，它的出气口向下倾
斜且弯向罐壁，使气体进入罐内后产生旋转，以
便更好地分离空气中的油水，借助于空气把油水
从排泄阀排出。储气罐上设置清洗用的人孔及安
装安全阀和压力计的管接头等。
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每台空压机通常单独设置储气罐，一般是随机配套供应。
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若遇特殊情况要用户自己选择储气罐容量时，可按下列两个
经验公式计算：
1）根据空压机的排气量计算
当Q〈6m3/min时，Vc=0.2Q，m3；
当Q=6～30m3/min时，Vc=0.15Q，m3；
当Q〉30m3/min时，Vc=0.10Q，m3；
2）根据压缩比计算
p1
3
Vc  Q
(m )
p2
式中 p1——吸入空气的绝对压力，MPa；
p2——排出空气的绝对压力，MPa；如果是多台共用
一个储气罐，上式Q为各机组排气量的总和。
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当压力不超过1MPa时，要对储气罐用超过工作压力1.5
倍的压力进行水压试验。储气罐须装设在地基之上，并装在
空压机房外面靠近空压机房的阴凉地方，与空压机房的距离
不超过12～15m。装在机房外面是为了安全。
在储气罐与空压机之间的排气管道上，不应装闸阀，因
为闸阀关闭时启动空压机可能引起事故。如果必须装设闸阀，
须在它的前面装设安全阀及通到调节器的小管。
储气罐和排气管道内部应定期清洗。可用盐酸溶液清洗，
绝对禁止用火烧的办法来清洗。
每个储气罐上应装设以下附件：
1）安全阀和释压阀；
2）清理和检查用的人孔或手孔；
3）指示储气罐内空气压力的压力表；
4）储气罐底部应有排放油水的压力表。
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本章小结
1、空气压缩设备是一种动力机械。煤矿常用的活塞式压缩
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机，是利用往复式运动的活塞与气缸壁面所形成的容积变化
来完成吸气、压缩、排气、膨胀等过程，属于容积式空压机；
2、活塞式空压设备主要由空压机、电动机、附属设备（滤
风器、风包等）和压气管道等组成；
3、空压机理论工作循环包括吸气、压缩、排气三个过程。
压缩过程分务等温压缩、绝热压缩、多变压缩。
4、空压机实际工作循环包括吸气、压缩、排气、膨胀四个
过程。
5、空压机实际工作循环主要受余隙容积、吸排气阻力、吸
气温度、漏气、空气湿度等影响，它们不但影响空压机的排
气量，而且除余隙容积外，还使用权空压机功耗增加。
6、保持空压机工作性能的途径和措施：减少漏气，加强冷
却，降低吸排气系统阻力，正确选择余隙容积，注意润滑。
7、矿用空压机采用两级压缩的原因是由于压缩比受余地隙
容积和气缸润滑油油温的限制。
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8、采用中间冷却器的两级压缩，具有节省功耗，降低排气
温度，提高容积系数，降低活塞作用力等优点。
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两级压缩比是以最省功原则计算的，并适当考虑排气量、温
度等因素来修正。
9、L型空压机主要由压缩机构、传动机构、润滑机构、冷却
机构、填料装置、调节机构和安全机构等组成；
动力流程：电动机—三角皮带轮—曲轴—连杆—十字头—活
塞杆—活塞。
压气流程：自由空气—滤风器—减荷阀—一级吸气阀—一级
气缸—一级排气阀—中间冷却器—二级吸气阀——二级气
缸—二级排气阀—（后冷却器）—风包。
10、附属装置：润滑机构、冷却机构、保护装置、调节机构、
滤风器、风包等的组成、作用和安装位置。
11、同学们在学习过程中，要注重理论联系实际，动手动脑，
掌握操作要领及技能。
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谢
谢
再
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见
家