活塞式空气压缩机性能影响因素分析及排气量调节

翟五洲

摘 要：为了保证空压机在最佳条件下运转，分析了余隙容积、压力损失等因素对活塞式空压机性能的影响，并对空压机的排气量的调节进行分析，以提高空压机工作的可靠性和经济性。

关键词：活塞式空气压缩机 影响因素 排气量调节

中图分类号：TH458 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0099-02

煤矿中广泛使用着各种由压缩空气驱动的机械及工具，例如采掘工作面的气动凿岩机、气动装岩机及凿井使用的气动抓岩机、地面使用的空气锤等，空气压缩设备就是指为这些气动机械提供压缩空气的整套设备[1]。为了保证空压机在最佳条件下运转，必须分析与空压机性能有关的因素，进而分析其对空压机性能的影响；同时，对空压机的排气量调节进行分析，以便提高空压机工作的可靠性和经济性。

1 性能影响因素分析

1.1 余隙客积对排气量的影响

余隙容积是活塞处于外止点时，活塞外端面与气缸盖之间的容积和气缸与气阀连接通道的容积之和。余隙容积的大小还可用相对余隙容积α来表示，它定义为余隙容积V0与气缸工作容积Vg的比值，即：

余隙容积对空压机排气量的影响常用气缸的容积系数λ0来表示，定义为气缸的吸入空气量Vs与工作客积Vg之比，即：

经分析可以得到：

式中：ε为压缩比；m为膨胀过程多变指数。

上式说明：容积系数的大小不仅取决于相对余隙容积值α，还取决于压缩比ε和膨胀指数m。由此可知，要增加空压机的排气量，必须减少α或ε，或增大m值。因此，若提高空压机排气量，须从以下儿方面着手：尽量减少余隙容积；空气的压缩比不能太大；使余隙容积中的压缩空气按绝热过程进行膨胀。

1.2 余隙容积对功的影响

只考虑余隙容积时，空压机的工作循环如图1所示。

若无余隙容积时，总循环功为：

若有余隙容积，总循环功为：

膨胀过程多变指数m取决于热交换情况，当n=m时：

1.3 压力损失的影响

在空压机的吸气过程中，压力随着吸气管的阻力而变化。压力损失是由于过滤器、吸气管和吸气阀阻力而产生的。其中阀的压力损失是主要的，该压力损失与阀中气体流速的平方成正比。同样，在排气过程中排气阀及排气管道也具有阻力，空压机在排气过程中气缸压力要高于排气管中的压力。

如图1（a）所示，吸气过程和排气过程开始时具有较大凸起的波折线，这是由于阀及弹簧的惯性阻力引起的，此阻力只在打开阀片时才有。由于吸气压力降低和排气压力升高的影响，使空压机的每一循环过程所消耗的总功增加，所增加的数值如图1（a）中的3-2-6-c和4-d-a-1所包围的面积。

由于吸气压力降低，吸气终了压力小于气缸外原始压力p1，因此当折算到压力p1时，实际的吸气体积有一定的下降，从而排气量也有所下降。常用压力系数λp来表示吸气阻力对排气能力的影响，即：

通常空压机的第1级中，进气压力等于或接近大气压时，取λp=0.95～0.98。

2 排气量调节

空压机生产的压气主要供井下风动工具使用。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[2～5]。当耗气量大于空压机的排气量时，可启动备用空压机；小于空压机的排气量时，多余的压气虽然可以暂时储存在风包中，但如时间较长，风包内压气数量较多，风压增加太大，容易产生危险，因此，必须进行空压机排气量的调节。

2.1 打开进气阀调节

如图2所示，图中左侧为压力调节器，由缸体、滑阀（带有阀杆）、弹簧等组成，经管5与风包或压气管相连，用管6通往右侧的减荷装置。

风包中风压正常时，弹簧把滑阀推到缸内最上端位置，此时管5被滑阀上端面堵死。当风包中风压超过正常值时，把滑阀压到下侧位置，使管5和管6连通。此时风包中的压缩空气进入减荷装置的缸体内，推动活塞克服弹簧的弹性力而向下移动，利用杆的叉头将进气阀的阀片压开。气缸与大气相通，当其活塞左行时，气缸进气；右行时，又将吸进气缸的气体由进气阀排到大气中，此时空压机空转，不向压气管网供应压气。

对于双作用式气缸，可将两侧工作腔的进气阀分别连接2个压力调节器A和B，同时将2个压力调节器的动作压力、恢复压力整定成不同的值，则可实现100%，50%，0%排气量的三级调节。当风包中压力升到某一额定数值时，压力调节器A起作用，打升气缸一侧的进气阀，排气量减为额定值的50%。若此时排气量仍然大于耗气量，则风包中压力继续上升，压力调节器B随后起作用，打开气缸另一侧的进气阀，空压机进入空转。恢复情况类似。

这种调节方法简便易行，缺点是调节器动作时负荷立即下降，产生的惯性力较大。为了不使惯性力太大，需加大飞轮质量以产生较大的惯性。

2.2 关闭进气管调节

目前矿山使用的L型空压机大多采用关闭进气管的调节方式，其结构如图3所示。与打开进气阀调节法一样，关闭进气管调节也是靠压力调节器来调节的。当风包中风压超过整定值时，压力调节器起作用，风包中的高压风通过管路进入减荷缸，推动活塞带动盘形阀，克服弹簧的压力而向上移动，把进气管通路堵死，从而使空压机不能进气，因而也不能排气，空压机空转。风包中风压降低时，其作用与上述打开进气阀调节时类似。

当风包中有相当风压时，为了能够不带负荷启动空压机而备有手轮，启动前把活塞托起，封闭进气管，于是空压机可以空载启动。在空压机转速达到额定值时，再转动手轮脱离活塞，利用弹簧的力量使活塞连同盘形阀一起下降，恢复原值，进气管打开，空压机升始正常工作。

2.3 改变余隙容积调节

如图4所示，气缸壁上带有附加的余隙容积，此附加余隙容积靠阀的作用可以和气缸连通或隔断。当风包中压力增大超过整定值时，压力调节器起作用，压气通过压力调节器后沿风管进入减荷气缸内，克服弹簧的作用，推动活塞，将阀打开而使余隙积增大，空压机的排气量减小。

用改变余隙容积法调节时，往往在气缸上带有4个附加的余隙容积，分别由4整定成不同压力的压力调节器控制。当各个余隙容积依次和气缸连通时，空压机的排气量将逐步减少25%左右，于是能进行5级调节，分别给出l00%、75%、50%、25%和0%的排气量。

3 结语

活塞式空压机在矿山得到了广泛的应用，本文主要对活塞式空压机性能影响因素及空压机的排气量的调节进行分析，以保证空压机在最佳条件下运转，提高空压机工作的可靠性和经济性。

参考文献

[1] 龚勋，赵勇.空气压缩机在煤矿中的应用浅析[J].今日科苑，2010（4）：42.

[2] 朱峰.矿用压缩机的维护保养[J].科技创业家，2013（3）：111.

[3] 肖忠臣，王瑞森.炼厂用往复压缩机级列数选择原则[J].压缩机技术，2002（1）：32-33.

[4] 王佑坤，朱荣东.空气压缩机变工况试验研究[J].石油矿场机械，2007，36（11）：33-35.

[5] 李炳文，王启厂.矿山机械[M].徐州：中园矿业大学出版社，2007.endprint

摘 要：为了保证空压机在最佳条件下运转，分析了余隙容积、压力损失等因素对活塞式空压机性能的影响，并对空压机的排气量的调节进行分析，以提高空压机工作的可靠性和经济性。

关键词：活塞式空气压缩机 影响因素 排气量调节

中图分类号：TH458 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0099-02

煤矿中广泛使用着各种由压缩空气驱动的机械及工具，例如采掘工作面的气动凿岩机、气动装岩机及凿井使用的气动抓岩机、地面使用的空气锤等，空气压缩设备就是指为这些气动机械提供压缩空气的整套设备[1]。为了保证空压机在最佳条件下运转，必须分析与空压机性能有关的因素，进而分析其对空压机性能的影响；同时，对空压机的排气量调节进行分析，以便提高空压机工作的可靠性和经济性。

1 性能影响因素分析

1.1 余隙客积对排气量的影响

余隙容积是活塞处于外止点时，活塞外端面与气缸盖之间的容积和气缸与气阀连接通道的容积之和。余隙容积的大小还可用相对余隙容积α来表示，它定义为余隙容积V0与气缸工作容积Vg的比值，即：

余隙容积对空压机排气量的影响常用气缸的容积系数λ0来表示，定义为气缸的吸入空气量Vs与工作客积Vg之比，即：

经分析可以得到：

式中：ε为压缩比；m为膨胀过程多变指数。

上式说明：容积系数的大小不仅取决于相对余隙容积值α，还取决于压缩比ε和膨胀指数m。由此可知，要增加空压机的排气量，必须减少α或ε，或增大m值。因此，若提高空压机排气量，须从以下儿方面着手：尽量减少余隙容积；空气的压缩比不能太大；使余隙容积中的压缩空气按绝热过程进行膨胀。

1.2 余隙容积对功的影响

只考虑余隙容积时，空压机的工作循环如图1所示。

若无余隙容积时，总循环功为：

若有余隙容积，总循环功为：

膨胀过程多变指数m取决于热交换情况，当n=m时：

1.3 压力损失的影响

在空压机的吸气过程中，压力随着吸气管的阻力而变化。压力损失是由于过滤器、吸气管和吸气阀阻力而产生的。其中阀的压力损失是主要的，该压力损失与阀中气体流速的平方成正比。同样，在排气过程中排气阀及排气管道也具有阻力，空压机在排气过程中气缸压力要高于排气管中的压力。

如图1（a）所示，吸气过程和排气过程开始时具有较大凸起的波折线，这是由于阀及弹簧的惯性阻力引起的，此阻力只在打开阀片时才有。由于吸气压力降低和排气压力升高的影响，使空压机的每一循环过程所消耗的总功增加，所增加的数值如图1（a）中的3-2-6-c和4-d-a-1所包围的面积。

由于吸气压力降低，吸气终了压力小于气缸外原始压力p1，因此当折算到压力p1时，实际的吸气体积有一定的下降，从而排气量也有所下降。常用压力系数λp来表示吸气阻力对排气能力的影响，即：

通常空压机的第1级中，进气压力等于或接近大气压时，取λp=0.95～0.98。

2 排气量调节

空压机生产的压气主要供井下风动工具使用。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[2～5]。当耗气量大于空压机的排气量时，可启动备用空压机；小于空压机的排气量时，多余的压气虽然可以暂时储存在风包中，但如时间较长，风包内压气数量较多，风压增加太大，容易产生危险，因此，必须进行空压机排气量的调节。

2.1 打开进气阀调节

如图2所示，图中左侧为压力调节器，由缸体、滑阀（带有阀杆）、弹簧等组成，经管5与风包或压气管相连，用管6通往右侧的减荷装置。

风包中风压正常时，弹簧把滑阀推到缸内最上端位置，此时管5被滑阀上端面堵死。当风包中风压超过正常值时，把滑阀压到下侧位置，使管5和管6连通。此时风包中的压缩空气进入减荷装置的缸体内，推动活塞克服弹簧的弹性力而向下移动，利用杆的叉头将进气阀的阀片压开。气缸与大气相通，当其活塞左行时，气缸进气；右行时，又将吸进气缸的气体由进气阀排到大气中，此时空压机空转，不向压气管网供应压气。

对于双作用式气缸，可将两侧工作腔的进气阀分别连接2个压力调节器A和B，同时将2个压力调节器的动作压力、恢复压力整定成不同的值，则可实现100%，50%，0%排气量的三级调节。当风包中压力升到某一额定数值时，压力调节器A起作用，打升气缸一侧的进气阀，排气量减为额定值的50%。若此时排气量仍然大于耗气量，则风包中压力继续上升，压力调节器B随后起作用，打开气缸另一侧的进气阀，空压机进入空转。恢复情况类似。

这种调节方法简便易行，缺点是调节器动作时负荷立即下降，产生的惯性力较大。为了不使惯性力太大，需加大飞轮质量以产生较大的惯性。

2.2 关闭进气管调节

目前矿山使用的L型空压机大多采用关闭进气管的调节方式，其结构如图3所示。与打开进气阀调节法一样，关闭进气管调节也是靠压力调节器来调节的。当风包中风压超过整定值时，压力调节器起作用，风包中的高压风通过管路进入减荷缸，推动活塞带动盘形阀，克服弹簧的压力而向上移动，把进气管通路堵死，从而使空压机不能进气，因而也不能排气，空压机空转。风包中风压降低时，其作用与上述打开进气阀调节时类似。

当风包中有相当风压时，为了能够不带负荷启动空压机而备有手轮，启动前把活塞托起，封闭进气管，于是空压机可以空载启动。在空压机转速达到额定值时，再转动手轮脱离活塞，利用弹簧的力量使活塞连同盘形阀一起下降，恢复原值，进气管打开，空压机升始正常工作。

2.3 改变余隙容积调节

如图4所示，气缸壁上带有附加的余隙容积，此附加余隙容积靠阀的作用可以和气缸连通或隔断。当风包中压力增大超过整定值时，压力调节器起作用，压气通过压力调节器后沿风管进入减荷气缸内，克服弹簧的作用，推动活塞，将阀打开而使余隙积增大，空压机的排气量减小。

用改变余隙容积法调节时，往往在气缸上带有4个附加的余隙容积，分别由4整定成不同压力的压力调节器控制。当各个余隙容积依次和气缸连通时，空压机的排气量将逐步减少25%左右，于是能进行5级调节，分别给出l00%、75%、50%、25%和0%的排气量。

3 结语

活塞式空压机在矿山得到了广泛的应用，本文主要对活塞式空压机性能影响因素及空压机的排气量的调节进行分析，以保证空压机在最佳条件下运转，提高空压机工作的可靠性和经济性。

参考文献

[1] 龚勋，赵勇.空气压缩机在煤矿中的应用浅析[J].今日科苑，2010（4）：42.

[2] 朱峰.矿用压缩机的维护保养[J].科技创业家，2013（3）：111.

[3] 肖忠臣，王瑞森.炼厂用往复压缩机级列数选择原则[J].压缩机技术，2002（1）：32-33.

[4] 王佑坤，朱荣东.空气压缩机变工况试验研究[J].石油矿场机械，2007，36（11）：33-35.

[5] 李炳文，王启厂.矿山机械[M].徐州：中园矿业大学出版社，2007.endprint

摘 要：为了保证空压机在最佳条件下运转，分析了余隙容积、压力损失等因素对活塞式空压机性能的影响，并对空压机的排气量的调节进行分析，以提高空压机工作的可靠性和经济性。

关键词：活塞式空气压缩机 影响因素 排气量调节

中图分类号：TH458 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）03（c）-0099-02

煤矿中广泛使用着各种由压缩空气驱动的机械及工具，例如采掘工作面的气动凿岩机、气动装岩机及凿井使用的气动抓岩机、地面使用的空气锤等，空气压缩设备就是指为这些气动机械提供压缩空气的整套设备[1]。为了保证空压机在最佳条件下运转，必须分析与空压机性能有关的因素，进而分析其对空压机性能的影响；同时，对空压机的排气量调节进行分析，以便提高空压机工作的可靠性和经济性。

1 性能影响因素分析

1.1 余隙客积对排气量的影响

余隙容积是活塞处于外止点时，活塞外端面与气缸盖之间的容积和气缸与气阀连接通道的容积之和。余隙容积的大小还可用相对余隙容积α来表示，它定义为余隙容积V0与气缸工作容积Vg的比值，即：

余隙容积对空压机排气量的影响常用气缸的容积系数λ0来表示，定义为气缸的吸入空气量Vs与工作客积Vg之比，即：

经分析可以得到：

式中：ε为压缩比；m为膨胀过程多变指数。

上式说明：容积系数的大小不仅取决于相对余隙容积值α，还取决于压缩比ε和膨胀指数m。由此可知，要增加空压机的排气量，必须减少α或ε，或增大m值。因此，若提高空压机排气量，须从以下儿方面着手：尽量减少余隙容积；空气的压缩比不能太大；使余隙容积中的压缩空气按绝热过程进行膨胀。

1.2 余隙容积对功的影响

只考虑余隙容积时，空压机的工作循环如图1所示。

若无余隙容积时，总循环功为：

若有余隙容积，总循环功为：

膨胀过程多变指数m取决于热交换情况，当n=m时：

1.3 压力损失的影响

在空压机的吸气过程中，压力随着吸气管的阻力而变化。压力损失是由于过滤器、吸气管和吸气阀阻力而产生的。其中阀的压力损失是主要的，该压力损失与阀中气体流速的平方成正比。同样，在排气过程中排气阀及排气管道也具有阻力，空压机在排气过程中气缸压力要高于排气管中的压力。

如图1（a）所示，吸气过程和排气过程开始时具有较大凸起的波折线，这是由于阀及弹簧的惯性阻力引起的，此阻力只在打开阀片时才有。由于吸气压力降低和排气压力升高的影响，使空压机的每一循环过程所消耗的总功增加，所增加的数值如图1（a）中的3-2-6-c和4-d-a-1所包围的面积。

由于吸气压力降低，吸气终了压力小于气缸外原始压力p1，因此当折算到压力p1时，实际的吸气体积有一定的下降，从而排气量也有所下降。常用压力系数λp来表示吸气阻力对排气能力的影响，即：

通常空压机的第1级中，进气压力等于或接近大气压时，取λp=0.95～0.98。

2 排气量调节

空压机生产的压气主要供井下风动工具使用。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[2～5]。当耗气量大于空压机的排气量时，可启动备用空压机；小于空压机的排气量时，多余的压气虽然可以暂时储存在风包中，但如时间较长，风包内压气数量较多，风压增加太大，容易产生危险，因此，必须进行空压机排气量的调节。

2.1 打开进气阀调节

如图2所示，图中左侧为压力调节器，由缸体、滑阀（带有阀杆）、弹簧等组成，经管5与风包或压气管相连，用管6通往右侧的减荷装置。

风包中风压正常时，弹簧把滑阀推到缸内最上端位置，此时管5被滑阀上端面堵死。当风包中风压超过正常值时，把滑阀压到下侧位置，使管5和管6连通。此时风包中的压缩空气进入减荷装置的缸体内，推动活塞克服弹簧的弹性力而向下移动，利用杆的叉头将进气阀的阀片压开。气缸与大气相通，当其活塞左行时，气缸进气；右行时，又将吸进气缸的气体由进气阀排到大气中，此时空压机空转，不向压气管网供应压气。

对于双作用式气缸，可将两侧工作腔的进气阀分别连接2个压力调节器A和B，同时将2个压力调节器的动作压力、恢复压力整定成不同的值，则可实现100%，50%，0%排气量的三级调节。当风包中压力升到某一额定数值时，压力调节器A起作用，打升气缸一侧的进气阀，排气量减为额定值的50%。若此时排气量仍然大于耗气量，则风包中压力继续上升，压力调节器B随后起作用，打开气缸另一侧的进气阀，空压机进入空转。恢复情况类似。

这种调节方法简便易行，缺点是调节器动作时负荷立即下降，产生的惯性力较大。为了不使惯性力太大，需加大飞轮质量以产生较大的惯性。

2.2 关闭进气管调节

目前矿山使用的L型空压机大多采用关闭进气管的调节方式，其结构如图3所示。与打开进气阀调节法一样，关闭进气管调节也是靠压力调节器来调节的。当风包中风压超过整定值时，压力调节器起作用，风包中的高压风通过管路进入减荷缸，推动活塞带动盘形阀，克服弹簧的压力而向上移动，把进气管通路堵死，从而使空压机不能进气，因而也不能排气，空压机空转。风包中风压降低时，其作用与上述打开进气阀调节时类似。

当风包中有相当风压时，为了能够不带负荷启动空压机而备有手轮，启动前把活塞托起，封闭进气管，于是空压机可以空载启动。在空压机转速达到额定值时，再转动手轮脱离活塞，利用弹簧的力量使活塞连同盘形阀一起下降，恢复原值，进气管打开，空压机升始正常工作。

2.3 改变余隙容积调节

如图4所示，气缸壁上带有附加的余隙容积，此附加余隙容积靠阀的作用可以和气缸连通或隔断。当风包中压力增大超过整定值时，压力调节器起作用，压气通过压力调节器后沿风管进入减荷气缸内，克服弹簧的作用，推动活塞，将阀打开而使余隙积增大，空压机的排气量减小。

用改变余隙容积法调节时，往往在气缸上带有4个附加的余隙容积，分别由4整定成不同压力的压力调节器控制。当各个余隙容积依次和气缸连通时，空压机的排气量将逐步减少25%左右，于是能进行5级调节，分别给出l00%、75%、50%、25%和0%的排气量。

3 结语

活塞式空压机在矿山得到了广泛的应用，本文主要对活塞式空压机性能影响因素及空压机的排气量的调节进行分析，以保证空压机在最佳条件下运转，提高空压机工作的可靠性和经济性。

参考文献

[1] 龚勋，赵勇.空气压缩机在煤矿中的应用浅析[J].今日科苑，2010（4）：42.

[2] 朱峰.矿用压缩机的维护保养[J].科技创业家，2013（3）：111.

[3] 肖忠臣，王瑞森.炼厂用往复压缩机级列数选择原则[J].压缩机技术，2002（1）：32-33.

[4] 王佑坤，朱荣东.空气压缩机变工况试验研究[J].石油矿场机械，2007，36（11）：33-35.

[5] 李炳文，王启厂.矿山机械[M].徐州：中园矿业大学出版社，2007.endprint