1、 空压站就是压缩空气站，由空气压缩机、储气罐（分为一级、二级储气罐）、空气处理净化设备、冷干机组成。压缩空气站在厂（矿）内的布置，应根据以下因素确定经技术经济方案。 靠近负荷中心；供电、供水合理；有扩建的可能性；避免靠近散发爆炸性、腐蚀性和有毒气体以及粉尘等有害物的场所，并位于上述场所全年风向最小频率的下风侧；压缩空气站对有噪声、振动防护要求场所的间距，应符合国家现行的有关标准规范的规定。 摘 要 随着社会的全面发展和进步，空气压缩机因其独特的特点在很多方面得到应用，比如风动机械的驱动 、压风自救等。 本课题空气压缩机及压风管路设计是根据煤炭工程学院机械工程系本科生（矿山机电方向）培养方案选题
2、的。内容包括螺杆式空压机的适用范围及研究目的、空压机在压风自救中的应用、国内外空压机的发展、空气压缩机的通则、系统流程、螺杆式空压机 PLC 电控系统的设计、空压机的选型及压风管路内径的选择、空压机房的布置及压风管路的设计。 关键词 ： 空压机； 压风管路； PLC；压风自救ABSTRACT With the overall development and progress of society, because of its unique features air compressor to get applications in many areas, such as wind-drive
3、n machinery, self wind pressure and so on. The issue of air compressors and air pressure piping design training program is based on the topic of coal College of Engineering Department of Mechanical Engineering undergraduate (mine electromechanical direction). Including the scope and research purpose
4、s screw air compressor, air compressor used in air pressure, self-help in the development of domestic and international air compressor, air compressor General, system processes, electronically controlled screw compressor PLC system design, selection and pressure air compressor piping diameter select
5、ion, design layout and air pressure pipeline compressor room. Keywords: air compressor; the compressed air pipe; PLC; air pressure self-help 目 录 1 概括 . 1 1.1 使用范围及研究目的 . 1 1.2 空压机在煤矿生产及安全救险中的应用 . 1 1.3 国内外空压机的 发展 . 2 1.4 矿用螺杆式空压机的特点 . 2 2 空气压缩机的通则 . 4 2.1 螺杆式空压机简介 . 4 2.2 螺杆式空压机的构造及 各零件功能 . 4 2.3 螺杆
6、式空压机的工作原理 (风冷 ). 7 3 系统流程 . 11 3.1 空气流程 . 11 3.2 润滑油流程 .12 3.3 气路控制系统 .14 4 电控制系统 .16 4.1 控制系统组成 .16 4.2 微机控制器介绍 .17 4.3 控制原理 .22 4.3PLC 选型 .24 5 压风设备的选型设计 .26 5.1 设计依据 .26 5.2 供气量计算及压气机选型 .26 5.3 压气管路内径选择 .29 5.4 验算管道压力损失 .30 6 空压机及压气管路设计 .31 6.1 空压机房选址及机房设计 .31 6.2 压缩机的工艺系统 .32 6.3 压缩机的保护 .33 6.4
7、压风管路设计 .33 参考文献 .35 致 谢 .36 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 1 1 概括 1.1 使用范围及研究目的 螺杆式空气压缩机是一种容积式空气压缩机，空气 经过 压缩机压缩，体积减小，压力 升高 ， 消耗外界做的功 。 压缩空气 膨胀 以后 ，体积增大，压力降低， 并对外做功 。利用 压缩空气 能够对外做功来 驱动 风动工具和机械。更重要的是 利用压缩空气 做动力源 可以避免电火花的产生 而 引起爆炸， 且压缩空气 具有良好的柔韧性和冲击性能， 能用于变负荷条件下的 动力 源， 风动机械排出的废气还 可以帮助矿井通风和 降温 ，改善工作环境，并在同时
8、螺杆式空压机的压气 空气管道在关键时刻 可起到 救援效果，降低安全风险 ， 被广泛应用于矿 井 。 本设计的目的在于根据实际情况从空压机的选型到安装，电器控制到实现自动化，从矿井的高效到低耗，以此为出发点对压风管路进行设计。 1.2 空压机在煤矿生产及安全救险中的应用 空压机在矿井的生产中的广泛应用主要体现在以下几个方面： （ 1）在瓦斯矿井中，采用压缩空气作动力源可以避免由于电火花的产生而引起的爆炸，比电 力源更安全。 （ 2） 空压机驱动的气动机械（如凿岩机，风镐等）由于具有冲击性高、往返速度高可以适用于切割坚硬的岩石。 （ 3）压缩空气有弹性和良好的抗冲击性能，可以在不同负载条件下做动力
9、源的条件，比动力源更方便。 （ 4）风动机械排出的废气，有助于矿井降温，改善工作环境。 空压机在安全救险上的应用： 在安全生产第一的现代矿井中，空气压缩机的存在尤为重要。它可以在第一时间向受困的煤矿工人提供氧气，为工人们的安全提供了保障。同时，它也能提高煤矿的工作环境，可以稀释瓦斯浓度，为矿井的安全生产提供了保证。 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 2 1.3 国内外空压机的 发展 螺杆式空气压缩机，最初是由阿尔夫 1934 年瑞典在提出的，由瑞典电机公司制造的第一个原型。螺杆式空气压缩机在中国近年来取得了很大的发展，如无锡压缩股份有限公司批量生产不同规格、多品种的螺杆式空
10、气压缩机，顺德力精密机械有限公司已经能够产生一个长寿节能单螺杆式空气压缩机。 1.4 矿用螺杆式空压机的特点 伴随着社会的全面进步和发展，对空气压缩机有更多的需求。尤其是螺杆式空气压缩机，以其独特的特点使其的使用比例也越来越大。就其使气体压力增加的原理，螺杆压缩机与活塞式压缩机是相同的，都属于压缩型式空压机；且其主要 部件的活动形式和离心式压缩机相似。因此螺杆式空压机具有这两种空压机的主要特性，故螺杆式空压机在现代矿井生产中得到广泛应用。 （ 1）螺杆式空气压缩机的优点 它是一种容积式压缩机，其理论排气量和各工作部件，尤其是与转子的转速成正比关系，使压缩机的主要参数的压力和排气量的变化不会互相
11、影响。 1）故障少，维修简单，使用寿命长。 2）连续的单向旋转，并且没有往复运动，惯性力小，使得速度快，运行可靠，无振动。 3）在一组转子齿间，啮合点沿轴线方向前进，侧面压缩或排出体积减小，体积增大的另一侧直接进行下一个吸入过程。再加 上旋转数高，齿数较多，因此压缩功能是完全连续的，吸入和排出没有往复式压缩机脉动现象，也无离心空气压缩机的喘振现象。 4）由于螺杆压缩机属于容积式，这样的效果是压力上升不是由于转子速率的影响。只要转子旋转一周，就可达到预定的压缩比。此外，离心式空气压缩机是不一样 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 3 的，压缩过程中，有其独立的气体比例。 5）螺
12、杆压缩机的压力是靠两个转子不接触的旋转，使它能够适应湿的压缩气体和压缩液滴。 6）螺杆压缩机的滑阀可控制在 100% 10%连续比例范围内的能量。安装在两个转子之间的壳体中的阀门，可以来回移动，通过阀芯 控制在 100% 10%范围内，进气量的变化，不影响压缩比，不影响速度，可以控制在宽负载范围内的理想。 7）因为没有通过实心转子之间的接触引起的摩擦，因此，螺杆空气压缩机除了用于无油润滑，也适用于输送润滑油到的不被污染的场合。 8）螺杆压缩机体积小、重量轻、安装方便、设备简单，所以一个螺杆式空压机站的基础设施投资少。 9）螺杆压缩机的制造工艺要求高，不适合高压力压缩。同时，在使用螺杆式压缩机时
13、，应特别注意在指定的方向旋转，而不应相反。 10）由于存在间隙，运动件必不可少出现泄漏，效率低。同时，在螺杆式无油压缩 机中，为了确保转子之间的间隙，必须使用同步齿轮；为了减少内部的温度上升，必须以增加它的速度；利用齿轮，使机械损失减少；安装管消声器消除噪声。 （ 2）螺杆式空气压缩机的缺点 1）成本高。螺杆压缩机转子的齿面是一个空间的表面，使用专用工具，专用设备加工是昂贵的。此外，螺杆式空气压缩机的气缸的加工精度也有了更高的要求，因此成本较高。 2）不能用于高压场合。由于转子和轴承的刚度和其他限制的寿命，螺杆压缩机只能在中、低压力范围内使用，排气压力一般不超过 4.5MPa。 3） 不能做成
14、迷你型。密封气体取决于螺杆压缩机的间距 ,一般体积大于 0.2 m/min,螺杆压缩机的性能优越。 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 4 2 空气压缩机的通则 2.1 螺杆式空压机简介 螺杆空气压缩机是当今世界上的空气压缩机的主流，它与活塞式压缩机（相同的排气压力）相比具有很多优点例如振动小、噪声低、效率高。阴阳转子间以及转子和壳体之间的配合精度降低回流泄漏从而提高了效率；只有啮合转子，没有气缸的往复运动，减少了振动和噪声源；风冷却使得螺杆式空压机能适应不同的矿井环境；独特的润滑方式同时也带来了许多优点，凭借其自身产生的压力差，使得润滑油不断注入压缩室和轴承，使得复杂的机械
15、结 构变得简单。 1 注入的润滑油可以在相互啮合的转子之间形成油膜 ,转子可以直接驱动一对转子旋转 ,不用使用高密度同步齿轮。 2 射入的润滑油能增加气密性。 3 润滑油吸入压缩热，所以即使压缩比达到 16，机头还可控制润滑油在恶劣条件下，转子与机外之间也不会因膨胀系数不同而产生摩擦。 4 润滑油能减少由于高频压缩所产生的噪音。 5 压缩空气中的微量润滑油，对气动工具有润滑效果。 2.2 螺杆式空压机的构造及各零件功能 螺杆式压缩机的结构如图所示。在“”形的气缸中平行放置着一对相互啮合的螺旋形转子。通常将节圆外具有的凸齿的转子 称为阳转子或阳螺杆，转子具有节圆上的凹齿被定义为阴转子或内螺纹。在
16、一般阳转子与原电机连接，由阳转子带动阴转子转动。所以阳转子也被称为主动转子，阴转子也被称为从动转子。该压缩机机体孔的两端分别安装在具有一定形状和尺寸的孔口，吸气，称为吸气口，排出，称为排气口。 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 5 图 2-1 螺杆式压缩机结构示意图 1 机体 机体是螺杆式空气压缩机的主要部分，它是由中间部分的气缸及两端的端盖的组成。在等于转子直径较小的机器中，通常将排气端盖或吸气端盖与奇光做成为一体，制成带端盖的整体结构，转子顺轴向装入汽缸。在转子直径 较大的机器中，汽缸与吸气和排气端盖是分开的。 1）端盖 具有吸气 /排气通道的端盖，通常分为整体结构和分
17、体式结构的两种。端盖具有内置的轴密封，轴承，有的盖箱也可作为增速齿轮或同步齿轮。 2）汽缸 山西大同大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 6 喷油螺杆式空压机机体大多采用单层壁结构气缸，其转子包含在机体中，机体的外侧即为大气。 3）机体材料 该材料主要取决于排气压力的要求和压缩气体的特性，与灰铸铁作为排气压力小于 2.5MPa 的材料，当排气压力大于 2.5MPa 时可以使用钢和球墨铸铁。此外，灰铸铁可用于空气或惰性气体，铸铁或球墨铸铁可用于碳氢化合物和一些轻微的 腐蚀性气体。对于腐蚀性气体，酸气和水的气体，是一种高合金钢或不锈钢。对于腐蚀性气体介质，也可用于喷涂或刷在普通铸钢材料镀上
18、一层防腐材料。 2 转子 转子是螺杆式空气压缩机的主要部件，其结构分为整体式和组合式。当转子直径小，用整体式，当转子结构的直径大于 3500mm转子常见的结构为组合式。 喷油螺杆式空压机由于排气温度较低，转子热胀不明显，一般不安装密封齿。因为安装密封齿会使得螺杆式空压机的泄漏三角形面积变大，而且给生产带来困难，增加了成本。另外，当螺杆式空压机转子型线的齿顶圆附近截面非常小时，型线本身就起到齿 顶密封齿的作用。 常用锻件作为螺杆式空压机转子的毛坯，一般多利用中碳钢（ 45 号钢等），有特殊要求时用 40Cr等合金钢或铝合金。为了加工方便，减少成本，目前也采用 QT600-3球墨铸铁。 3 轴承
19、轴向力和径向力作用于螺杆式空压机的转子上。由于转子两侧所受压力不同而产生径向力，其大小取决于转子直径、长径比、内压比、及运行工况。由于转子一端是吸气压力，另一端是排气压力，再加上内压缩过程的影响产生轴向力，以及一个转子驱动另一转子等因素而产生的，轴向的大小是转子直径，内压比以及运行工况的函数。 因为内压缩的存在，所以 使得排气端的径向力大于吸入端。转子的形状和不同的压力作用面积，使得两个啮合的转子的径向力也不同，阴转子轴承载荷的径向力最大，因此承受径向力由高到低依次为：阴转子排气端轴承，阳转子排气轴承，阴转子吸气端轴承和阳转子吸气轴承。，转子吸入侧轴承和阳转子吸力轴承。同样地，两个转子山西大同
20、大学煤炭工程学院 2014 届本科生毕业设计 7 轴向力也不同轴向力之间的差别比径向力的差别大的多，阳转子所受轴向力大约是阴转子的 4 倍。 螺杆式空压机一般用的是轴承滚动轴承和滑动轴承。螺杆式空压机设计中采用的轴承应保证转子的一端固定，另一端能够伸缩。一般情况下转子在排出侧轴向定位，在吸入侧 留有较大的轴向间隙，让其自由膨胀，以便保持排出端有不变的最小间隙值，使气体泄漏为最小，并避免端面磨损。 喷油螺杆式空压机由于轴向力都不大，故都采用滚动轴承。承受轴向力的轴承总是放在排气端，以便得到最小的排气端面间隙。径向载荷通常用分别安装在转子两端的圆柱滚子轴承承受，在排气端的一个角接触球轴承承受轴向载
21、荷，并对转子进行双向定位。在一些机器中，用一对背靠背安装的圆锥滚子轴承或角接触球轴承同时承受径向和轴向载荷。 4 轴封 喷油螺杆式空压机一般采用滚动轴封，在排气端的转子工作段与轴承之间加一个轴封，以防止压缩腔的 气体经过转子轴向外泄露。这种轴封只要在与轴颈相应的机体处开设特定的油槽，通入具有一定压力的密封油即达到有效的轴向密封。 喷油螺杆式空压机转子的外伸轴一般都设计在吸气侧，由于在利用吸气节流的方式调节空压机的气量时，外伸轴上的轴封两侧可能会有一个大气压力的压差。由于此处的轴封必须防止润滑油的漏出和未过滤空气的漏入，故在小型空压机中通常采用简单的唇形密封。大中型空压机中采用有油润滑机械密封。 5 内容积比调节滑阀 螺杆式空压机工作过程的重要特点之一是具有内压缩过程，空压机的最佳工况是内压比等于外压比。若二者不等，无 论是欠压缩还是过压缩，经济性都会降低。显然增大或减小排气孔口的尺寸，将改变齿间容积内气体同排气孔口连通的位置，从而改变内压获得变化的排气孔口，从而实现内容积比和内压比的调节。 2.3 螺杆式空压机的工作原理 (风冷 ) 螺杆式空压机的基元容积是由阳，阴转子和气缸内壁面之间形成的一对齿间容
