螺杆式空压机在煤矿业中的应用

彭天府

(同煤集团公司 燕子山矿准备办,山西 大同 037037)

在矿山生产过程中空压机是重要固定设备之一,主要作用为生产压缩空气,带动风动装岩机、凿岩机等设备和相关风动工具的运作[1]。空压机的安全运行对煤矿生产效益有重要影响,故研究空压机在煤矿业中的应用极具现实意义。同时,矿井压风系统作为煤矿业的重要动力,也是矿井生产不可或缺的重要系统,在煤矿业中使用压风设备安全性更高,还能提供更大的冲击力量。本单位共有4台压风机,其中1台检修、1台使用、2台备用,均为浙江开山生产的螺杆式空压机,下面以此为基础展开论述。

1 螺杆式空压机的工作原理

螺杆式空压机工作原理为:在空气进入前会有过滤器过滤掉大气里的杂质和灰尘;过滤后的干净空气经进气控制阀传输到压缩机主机,和冷却润滑油混合均匀后即开始压缩;压缩后的含油气体需排出,经过上述处理后再利用油气精分离器做分离处理,进而得到含油量少的压缩空气。在空气被压缩到标准压力值的时候,压缩空气就会被最小的压力阀排放到冷却器,经过冷却处理后即可使用。

在吸气阶段,螺杆式空压机进气地方的吸气口可以确保压缩室吸进足量空气;进气阶段则由调节阀实施控制,在转子转动的时候吸收空气量达到最大值;排气结束的时候齿沟就处于真空状态。

在气体封闭以及运输阶段,主副转子齿峰和机壳两者之间会形成密闭空间,确保空气被密封在齿沟里,切断和外界的沟通。然后,两个转子继续工作,齿沟与齿峰两者在吸气端结合,把气体引进排气端。在压缩阶段与喷油阶段,排气口齿沟与齿合面两者的距离逐渐缩短,使得整个封闭空间压强逐渐降低,确保齿沟里气体始终处于被压缩状态。

2 螺杆式空压机在煤矿应用中的优势

在煤矿应用中,螺杆式空压机的使用特点主要体现以下几方面:

1)高效、节能与稳定。螺杆式空压机能实现强制输气,即排气压力发生变化时排气量基本上不会有变化,排气压力每降低1 MPa或是升高1 MPa,排气量就对应增加0.01 m3/min或是减少0.01 m3/min[2],并且螺杆式空压机内压力不受转速影响,不论转速值如何,内压比基本上都是定值。

2)低碳环保。螺杆式空压机箱体为隔音设计,体积小,噪音小,重量轻,占地面积小,机组结构紧凑完整,不需要特殊基础设计与施工,安装很方便。箱体机组里包含有电机、电控、压缩机、仪表等,不用另外购置电控柜和仪表柜,且无不平衡质量力,基本上实现动力完全平衡,能实现平衡地无振动运转。本单位4台压风机型号均为LGS-107/8,排气量为107 m3/min,供风压力为0.8 MPa,并配备有2台315 kW的电动机,符合当今低碳环保的发展理念。

3)综合保护功能健全。螺杆式空压机具备卸载延时停车主电机过载停机、风扇电机过载停车、排气温度过高停车等相应保护功能,能在达到临界值或是出现异常时及时停止运作,一方面能保护机器设备,另一方面也能避免安全事故和不必要的损失。此外,水冷机组还设置有恒温阀,实现排温的自动控制;风冷机组设置有单独的风扇冷却系统,当温度过高时能及时冷却控制温度[3]。

4)自动化控制系统。以可编程控制器(PLC)为中心,实现可触摸屏工业人机界面和人机对话,整个操作显示均为中文设置,直观、简单、便捷。自动化控制系统能实时提供空压机维护信息,及时提醒维护,还具备压力曲线打印操作功能,提供压缩空气使用量的动态分布情况,一旦出现异常就会及时报警,同时也方便使用者准确分析压缩系统的具体参数。

5)成本费用低、维护量小。活塞式空压机与螺杆式空压机两种设备在容积流量、排气压力相同的情况下,4L-20/8型活塞式空压机成本费用(购机费用14 868元+压缩机油10 260元+人工费用7 538元)高出LGS-107/8型螺杆式空压机成本费用(购机费用约3 840元+压缩机油3 410元+人工费用约2 175元)的3倍多,故螺杆式空压机成本费用占优势。同时主要易损件螺杆式空压机只有3个,而活塞式空压机有5个,相比之下螺杆式空压机的维护量更小。

6)其他优点。螺杆式空压机可以设置在接近用气点,一是降低管道投入与压力损失,二是防止因为气温降低而导致的冷凝水问题。螺杆式空压机的吸气、排气以及压缩具有连续性,气流无脉动、质量高、含油量少。螺杆式空压机冲击力小,添加润滑油后就能吸收高频压缩形成的噪音,进而确保运作平稳、噪音小、振动弱,为工作人员创造良好的工作环境。

3 螺杆式空压机在煤矿业中的应用问题

在煤矿生产过程中使用螺杆式空压机无疑具备很多优势,但运作过程中难免会出现各种故障问题,只有正视这些问题,逐一排查故障原因,及时找到解决办法,才能真正发挥螺杆式空压机在煤矿业中的价值。通常来说,螺杆式空压机出现故障主因就是工作环境的影响,下面就对螺杆式空压机运作过程中常见的故障问题进行分析。

1)电机过载停机故障。主因是电流过大导致电源线温度过高,使得机电设备自动跳闸。要解决这一故障就需要检查全部电源电压有没有异常情况。

2)压力过高停机故障。主因是隔离阀关闭,排气系统工作效率低下。要解决这一故障就需要检查加载电磁阀或卸载电磁阀,检查是否干净,若有灰尘应立刻清洗。

3)空压机压力值无法上升。造成这一故障的主要原因为空气量过大,在起跳的时候压力值又设定得过低。具体解决方法是重新设定起跳时的压力值,并排查空压机工作室有没有泄漏的情况,若有需要及时处理。

4)电源无异常,但灯不工作。通常是未控制好电压造成的,需要及时检查电源控制器和次级控制组有没有熔断丝的情况,若有需要及时修理。

5)不加载故障。空压机不加载通常是因为没有打开进气阀。处理方法为先断开电源,查看进气阀门是否打开,若能自动打开再检查控制电机有没有异常问题。

6)高温停机故障。一般来说高温停机故障主要有四方面原因,即工作环境温度较高、电器连接不良、冷却油循环不足、冷却效果较差。需逐一排查检验,对原因一可做通风处理,降低环境温度;对原因二可检查空压机电机接触是否完好;对原因三可检查冷却油是否有杂质、质量是否达标;对原因四可检查冷却系统是否出现问题[5]。

7)过载。引起该故障的原因可能为电压偏低、管路堵塞、轴承磨损、其它机械故障、设定数据错误等。采用的解决方法为:做好设定数据的检查,保证设定数据正确。同时,需做好电压、轴承、管路等的检查,发现问题及时处理。

8)启动时产生主机过载,堵转等电气故障。导致该故障的原因主要为主机启动时间设定比星角延时时间更短。解决方法为:重设主机启动时间,使其比(星角延时+加载延时)时间更长。

9)排气温度偏高。因外界环境改变,产生异常高的环境温度,极易产生排气温度偏高故障。首先应检查机体本身冷却系统冷却风扇有无正常运行。其次应保证冷却器风道无异物堵塞,若有问题需及时疏通,并认真查看润滑油油量与规格,若润滑油油面不及红线,则应及时加油,且需保障油品适用;此外,空气滤清器杂质太多也对排气的温度控制不利,因而需做好空气滤清器的清扫。最后,需注重热控制阀的定期检查。

10)缺水。故障原因为水压开关坏掉。解决方法为:定期检查水压开关,做好维护保养,坏掉后及时更换水压开关。

4 螺杆式空压机的日常维护和保养

煤矿生产工作环境本就艰苦、复杂,要保证螺杆式空压机的使用效率和寿命,除了使用过程的正确操作、知晓常见故障问题及解决方法外,还必须做好日常维护保养。

1)要养成定期仔细检查设备的良好习惯,一旦发现异常需及时采取解决措施,避免异常设备投入运作。

2)定期检查螺杆式空压机的过滤器、传感器、油分离筒体、软管等关键处,通常3个月就应全面检测1次。

3)掌握正确的空压机清洁方法,定期清洁,保持干净。

4)润滑油在喷油螺杆压缩机性能的维护上发挥了决定性的作用,使用不当或错误,均会使得压缩机体遭受损伤。质量较好的油品的特征即抗氧化稳定性好、清泡性好、分离快、有一定的防腐性能。因而所用的润滑油更换应及时,新空压机(SKK09机头)首次使用4 000 h后更换新油,第二次按照正常换油每8 000 h换1次,其余机头首次使用500 h后更换新油,第二次1 000 h换油,第三次按照正常换油每2 000 h换油1次。

5)注意更换油过滤器,新机器首次运行500 h后就需要更换,之后每运行2 000 h就需更换。

5 结束语

综上所述,在煤矿业中螺杆式空压机的使用已经取得了较好的成效,在安全性、便捷性、节能性等方面均能达到一定要求,值得推广使用。同时应考虑到设备自身精密度及润滑系统的高要求、考虑到对现场技术人员及维护人员专业技术的高标准,不断深入研究,更全面、细致掌握空压机的结构、工作原理、零部件等相关知识与技术,这样才能进一步提升螺杆式空压机在煤矿业中的应用价值,才能满足煤矿业现代化发展需求。

参考文献：

[1] 尚玉婷,尚小斌.螺杆式空压机技术与应用[J].科学中国人,2016(6):39.

[2] 李成.螺杆式空压机常见故障及消除方法探究[J].科技创新与应用,2015(13):117.

[3] 尚小斌.基于螺杆式空压机在煤矿生产中的应用[J].中国机械,2014(12):160.

[4] 章之燕,李卫东.煤矿井下空气压缩机的选择与应用分析[J].煤矿机电,2014(1):101-103.

ZHANG Zhiyan,LI Weidong.Selection and Application of Air Compressor at Underground Mine[J].Colliery Mechanical & Electrical Technology,2014(1):101-103.

[5] 王永建.螺杆式空压机在煤矿的应用[J].设备管理与维修,2015(S2):225-226.