煤矿井下用螺杆空压机新型控制系统介绍

何兴龄，徐卸南

（浙江衢州煤矿机械总厂股份有限公司，浙江衢州 324000）

0 引言

煤矿井下用空气压缩机是为煤矿井下设计的专用产品，主要用途是在距离煤矿井下采掘面尽可能近的地方，为气动机械、气动工具的井下掘进和锚喷支护等作业提供压缩空气动力源。井下防爆空压机的使用避免了压缩空气从井上至井下用气点的长途管路输送，节省了管路安装费用，压缩空气输送管路短，压力降小，能耗少。很长一段时间，我国煤矿井下使用的防爆空压机主要是往复活塞式和滑片式。到本世纪初，煤矿井下用螺杆空压机以其节能、体积小、噪音低、主机可靠性高、易损件少等优点迅速得到了煤矿用户的青睐，得到了较快的发展。由于能源结构调整和经济发展模式的转变，目前我国煤炭经济走弱的状况难以扭转，低能耗和低损耗的煤矿井下螺杆空压机将会得到进一步的发展。

煤矿井下用螺杆空压机按底架类型可分为移动式和固定式，按主机结构型式分为双螺杆式和单螺杆式，按冷却方式分为风冷式和水冷式。煤矿井下目前使用较多的是单级喷油移动风冷式，容积流量（排气量）大多在3-25 m3/min，使用最多的是排气量为 3 m3/min、6 m3/min、10 m3/min三种机型，额定排气压力为0.7-0.8 MPa。

1 新型控制系统介绍

本文针对容积流量为10 m3/min及以下的煤矿井下螺杆空压机给出一种新型的控制系统流程，如图1所示。

因为防爆安全的要求，煤矿井下用空压机要符合MT 687-2009《煤矿井下用空气压缩机》和MT 950-2005《煤矿井下空气压缩机安全技术检验规范》等标准的要求，空压机所用电动机、电器、电缆等均应具有矿用产品安全标志准用证和防爆合格证。煤矿井下空压机在控制系统上主要使用了压差气动控制（民品机主要使用电磁阀和PLC控制）。

图1 系统流程图

2 控制系统原理

我们设定空压机额定工作压力为0.7 MPa来说明此系统的控制原理。

当压缩机启动时,进气控制阀（伺服气缸蝶阀）处于关闭状态,但空气能经过一细小进气通道（蝶阀阀板与缸体之间的间隙，大小可调）进入压缩机主机。压缩机启动后，3-5秒（可调）即可形成0.2MPa左右的系统压力,压缩空气经反比例容调阀进入进气控制阀的伺服气缸,推动活塞杆打开进气控制阀的蝶阀阀板,进气口正常进气，压缩机开始负载工作。当系统压力超过最小压力维持阀的调定压力(通常为0.4-0.45 MPa)时,空压机开始向用气管道供气。如果用气量小于空压机额定排气量,系统压力会逐渐升高，当系统压力高于0.7MPa时反比例阀输出的控制压力会降低,进气控制阀阀板开启角度减少,从而压缩机进气量减少,压缩机开始减荷工作。当排气压力达到0.73 MPa时进气控制阀完全关闭，压缩机处于近似空载状态，同时在系统压力高于0.73 MPa后调压阀会动作并节流释放，使系统压力维持在0.74 MPa以内不再升高。当用气设备开始用气,系统压力下降至0.7 MPa时进气控制阀会重新打开,压缩机回到负载运行状态,重新向用气管路供气。反比例容调阀会根据实际用气量的多少，自动调整空压机的功率消耗，实现容调控制。如若系统出现故障，压力超过0.77 MPa时安全阀就会开启放气。压缩机停机时,系统内压缩空气会经反比例容调阀控制管路节流口自动放空。该控制系统润滑油的循环及喷射压力来源于空气压缩机内部的系统压力，润滑油在系统压力作用下，从油气桶底部出油口经冷却器、油过滤器、断油阀进入压缩机主机进行润滑和冷却，并与进入的空气相混合，随压缩空气再回到油气分离器内分离，被分离出来后又储存于油气桶底部再次形成循环。空压机长期运行后积留在油气分离器芯底部的润滑油会经回油管路流回主机进入循环系统。

该系统在安全保护方面，除了通常的电磁启动器具有的防爆、过载、短路、断相、漏电等保护外，断油阀控制润滑油系统在空压机启动时开始向主机供油，停机时停止向主机供油。当排气温度（螺杆机排气温度一般小于100℃）超过温控开关控制温度后，温控开关即发出讯号至电磁启动器本质安全型回路控制电动机自动停机，实现超温保护。当油过滤器出现堵塞(油过滤器前后压差超过0.18-0.2 MPa)，油滤器压差开关即会发出讯号至电磁启动器本质安全型回路控制电动机自动停机。

3 该控制系统的优势

该控制系统相对于国内市场煤矿井下螺杆空压机通常使用的控制系统，减少了40%的控制系统气动阀的使用数量和管路结构，制造成本低，系统简单可靠，易于保养维修，更适合煤矿井下特殊的使用条件。

⑴利用蝶阀的结构特点简单实现了空压机主机在低负荷下的启动（空载启动），无需旁通管路和手动阀等。

⑵由进气控制阀、反比例容调阀、调压阀即实现了空压机的容积流量调节，调试简单，故障易判断。

⑶利用反比例容调阀的自身原理及结构特点，在空压机停机后系统内部压力会通过反比例容调阀的节流口自动释放，实现自动停机放空。简化了其它控制系统用多个阀组实现停机放空的结构。

⑷在油气桶上油气分离器芯前后均设置了压力表，通过观察判断机组正常工作时油气分离器芯前后的压力差（不大于0.12 MPa）即可知道油气分离器芯是否需要保养更换，简单可靠。

⑸根据煤矿井下空压机使用环境温度高的特点，油路取消了常用系统中设置的温控阀，可节省制造成本，减少故障点。

[1]国家安全生产监督管理总局．MT 687-2009，煤矿井下用空气压缩机[S]．

[2]国家发展改革委员会．MT 950-2005，煤矿井下空气压缩机安全技术检验规范[S]．