井下供風(fēng)設(shè)備空壓機(jī)的選型

孫中義

（中條山有色金屬集團(tuán)公司生產(chǎn)部， 山西　垣曲　043700）

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經(jīng)驗(yàn)交流

井下供風(fēng)設(shè)備空壓機(jī)的選型

孫中義

（中條山有色金屬集團(tuán)公司生產(chǎn)部， 山西垣曲043700）

鑒于地表空壓機(jī)站集中供風(fēng)存在的問(wèn)題以及井下工況條件對(duì)空壓機(jī)的影響，通過(guò)對(duì)活塞式空壓機(jī)與螺桿式空壓機(jī)的技術(shù)性能進(jìn)行比較，為井下供風(fēng)設(shè)備選型。最終采用優(yōu)耐特斯UD180A-8型雙螺桿空壓機(jī)，實(shí)現(xiàn)井下供風(fēng)。關(guān)鍵詞：井下供風(fēng)活塞式空壓機(jī)螺桿式空壓機(jī)選型

中條山有色金屬集團(tuán)公司胡家峪礦業(yè)公司南河溝坑口（簡(jiǎn)稱南河溝坑口）投產(chǎn)于20世紀(jì)50年代末，采用風(fēng)動(dòng)作為動(dòng)力，由地表空壓機(jī)站集中供風(fēng)。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(jī)站集中供風(fēng)系統(tǒng)已不能滿足新的銅礦脈進(jìn)行開(kāi)拓、掘進(jìn)、深孔、混凝土澆筑等井下生產(chǎn)。同時(shí)，原供風(fēng)系統(tǒng)存在著設(shè)備老化、能耗大、運(yùn)行成本高、安全性能低等問(wèn)題。因此，必須選用合適的供風(fēng)設(shè)備和供風(fēng)系統(tǒng)進(jìn)行井下生產(chǎn)。

1　空壓機(jī)選型背景

南河溝坑口空壓機(jī)站現(xiàn)用的兩臺(tái)空壓機(jī)（見(jiàn)表1）均屬于活塞式空壓機(jī)，設(shè)備老化嚴(yán)重且故障率高，屬低效率、高能耗設(shè)備，2013年實(shí)測(cè)排氣效率僅為38%～51.68%（見(jiàn)表2），遠(yuǎn)小于國(guó)標(biāo)規(guī)定的85%的標(biāo)準(zhǔn)值。近年來(lái)，設(shè)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(shè)備的用風(fēng)需求，已嚴(yán)重影響礦業(yè)公司井下正常工作。

表1　南河溝現(xiàn)用兩臺(tái)空壓機(jī)相關(guān)參數(shù)

隨著胡家峪南河溝四期探礦工程的開(kāi)工建設(shè)，現(xiàn)有空壓機(jī)已不能滿足生產(chǎn)需要。2014年1—6月 190中段和240中段同時(shí)施工。190中段兩個(gè)工作面施工時(shí)，4臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)工作，需風(fēng)量13.2 m3/min；240中段自營(yíng)工程施工時(shí)，8臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)工作，需風(fēng)量26.4 m3/min，合計(jì)需風(fēng)量39.6 m3/min。2014年7—12月140中段豎井開(kāi)始下掘，14臺(tái)鑿巖機(jī)同時(shí)工作，需風(fēng)量46.2m3/min。

表2　南河溝現(xiàn)用兩臺(tái)空壓機(jī)效率參數(shù)

從空壓機(jī)站至240中段150閘門(mén)處共計(jì)風(fēng)管長(zhǎng)約2 300 m（見(jiàn)圖1）。

圖1　井下供風(fēng)示意圖

2　空壓機(jī)選型需考慮因素

在井下布置空壓機(jī)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(jī)的PLC控制系統(tǒng)。在井下，設(shè)備受到粉塵及高濕度的惡劣環(huán)境影響，會(huì)加速電子元器件的腐蝕，縮短設(shè)備壽命，同時(shí)導(dǎo)致動(dòng)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(jī)不僅不方便還有腐蝕問(wèn)題。因此，在設(shè)備選型時(shí)，需重點(diǎn)注意以下幾個(gè)方面：

1）采用風(fēng)冷式空壓機(jī)。

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

3）進(jìn)氣過(guò)濾采用油浴式過(guò)濾器，可提高對(duì)粉塵的過(guò)濾效果。

4）具有抗電壓波動(dòng)功能。

5）采用簡(jiǎn)單的機(jī)械、儀表與電子相結(jié)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(shè)備頻繁故障等情況。

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

3　活塞式空壓機(jī)與螺桿式空壓機(jī)的技術(shù)性能分析

1）不論流量大小，均能達(dá)到所需壓力。

2）熱效率高。

3）氣量調(diào)節(jié)時(shí)，排氣壓力幾乎不變。

1）機(jī)器體積大、重量重，單機(jī)排氣量小于500 m3/min。

2）結(jié)構(gòu)復(fù)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(dòng)大，安裝復(fù)雜、需要安裝基礎(chǔ)。

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(jī)在運(yùn)行一段時(shí)間后其壓縮效率逐漸降低，而耗能逐漸增加，主要是因?yàn)椋?/p>

1）活塞式空壓機(jī)排氣溫度高，導(dǎo)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(jī)的活塞環(huán)密封效果差，導(dǎo)致內(nèi)漏大。

3）活塞式空壓機(jī)摩擦部件多、機(jī)械損耗大，導(dǎo)致性能下降快。

4）活塞式空壓機(jī)摩擦副多，導(dǎo)致運(yùn)轉(zhuǎn)阻力大。

5）活塞式空壓機(jī)有死容積。

1）機(jī)器體積小、重量輕，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易損件少。

2）排氣無(wú)脈沖、震動(dòng)小，輸氣連續(xù)性好，壓力脈動(dòng)小，安裝簡(jiǎn)單、不需安裝基礎(chǔ)，可實(shí)現(xiàn)高轉(zhuǎn)速。

3）螺桿式空壓機(jī)具有容量調(diào)節(jié)控制功能，可在較廣的工況范圍內(nèi)保持高效率。螺桿式空壓機(jī)不僅可以根據(jù)系統(tǒng)中的耗氣量，利用容調(diào)裝置自動(dòng)調(diào)節(jié)進(jìn)氣量（容調(diào)范圍在0～100%），達(dá)到用多少空氣產(chǎn)多少空氣的目的，節(jié)約能源消耗；而且具有空車(chē)過(guò)久停車(chē)功能，當(dāng)用戶再次使用空壓機(jī)時(shí)機(jī)器會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)。

4）螺桿式空壓機(jī)的電機(jī)可調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)速使氣量發(fā)生變化。通過(guò)連續(xù)不斷并精確的測(cè)量機(jī)組的運(yùn)行壓力（壓力傳感器），讓壓力信號(hào)控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。螺桿式空壓機(jī)的控制氣量流量范圍為0～100%，耗能范圍為15%～100%。相對(duì)于活塞式空壓機(jī)而言，效率提高25%～30%以上，節(jié)能比例在25%以上。

1）運(yùn)動(dòng)部件表面多呈曲面形狀，需要高性能設(shè)備加工。

2）運(yùn)動(dòng)部件之間靠間隙密封，難以達(dá)到高的終了壓力（一般單段壓縮只能達(dá)到1.5MPa）。

1）轉(zhuǎn)子截面呈不對(duì)稱形，齒形和型線經(jīng)優(yōu)化設(shè)計(jì)可減少泄漏三角形的面積，改善壓縮機(jī)的壓縮效率。

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

3）螺桿轉(zhuǎn)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(fù)盛形線呈流線形，可降低流體動(dòng)力損失。

螺桿式空壓機(jī)相較于活塞式空壓機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：零部件和易損件少、重量輕、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行可靠、維修周期長(zhǎng)、易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、輸氣壓力波動(dòng)小、效率高、節(jié)能效果明顯、動(dòng)力平衡性良好等。

4　空壓機(jī)的位置及型號(hào)的選定

1）190中段現(xiàn)有的環(huán)境還不具備安裝空壓機(jī)的安全距離和通風(fēng)條件，局限性很大。若空壓機(jī)安裝在190中段將無(wú)法給240中段作業(yè)地點(diǎn)供風(fēng)。根據(jù)現(xiàn)有的施工地點(diǎn)、設(shè)備臺(tái)數(shù)和用風(fēng)量，在240中段安裝空壓機(jī)可為240—190中段各個(gè)施工點(diǎn)同時(shí)進(jìn)行供風(fēng)。因此，選擇在240中段水泵房購(gòu)置兩臺(tái)優(yōu)耐特斯UD180A-8型雙螺桿空壓機(jī)并聯(lián)供風(fēng)（見(jiàn)圖2）。

2）優(yōu)耐特斯UD180A-8型雙螺桿空壓機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)：容積流量為30.0 m3/min，排氣壓力為0.8 MPa，主電機(jī)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(zhì)量分?jǐn)?shù)）≤3× 10-6，噪聲≤（78±3）dB，設(shè)備外形尺寸（長(zhǎng)×寬×高）為4000mm×1300mm×1500mm。

5　結(jié)語(yǔ)

實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)記錄參數(shù)顯示，開(kāi)動(dòng)設(shè)備型號(hào)與臺(tái)數(shù)為：YZ28 6～8臺(tái)，YZQ-45 1～2臺(tái)，混凝土噴漿機(jī)1臺(tái)。當(dāng)排氣風(fēng)壓為0.8 MPa，190中段主供風(fēng)管道現(xiàn)場(chǎng)風(fēng)壓為0.73～0.78 MPa時(shí)，鑿巖機(jī)的掘進(jìn)效率有明顯提高，釬桿的進(jìn)尺速度也顯著加快。

圖2　空壓機(jī)布置示意圖

采用螺桿式空壓機(jī)進(jìn)行井下供風(fēng)，供風(fēng)效率提高、節(jié)能效果明顯、操作簡(jiǎn)便、運(yùn)行可靠、維修周期長(zhǎng)，滿足井下生產(chǎn)供風(fēng)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(tuán)公司生產(chǎn)部，從事設(shè)備管理工作，工程師。