井下供风设备空压机的选型

孙中义

（中条山有色金属集团公司生产部， 山西　垣曲　043700）



经验交流

井下供风设备空压机的选型

孙中义

（中条山有色金属集团公司生产部， 山西垣曲043700）

鉴于地表空压机站集中供风存在的问题以及井下工况条件对空压机的影响，通过对活塞式空压机与螺杆式空压机的技术性能进行比较，为井下供风设备选型。最终采用优耐特斯UD180A-8型双螺杆空压机，实现井下供风。关键词：井下供风活塞式空压机螺杆式空压机选型

中条山有色金属集团公司胡家峪矿业公司南河沟坑口（简称南河沟坑口）投产于20世纪50年代末，采用风动作为动力，由地表空压机站集中供风。随着2013年南河沟坑口深部新的铜矿脉被发现，原地表空压机站集中供风系统已不能满足新的铜矿脉进行开拓、掘进、深孔、混凝土浇筑等井下生产。同时，原供风系统存在着设备老化、能耗大、运行成本高、安全性能低等问题。因此，必须选用合适的供风设备和供风系统进行井下生产。

1　空压机选型背景

南河沟坑口空压机站现用的两台空压机（见表1）均属于活塞式空压机，设备老化严重且故障率高，属低效率、高能耗设备，2013年实测排气效率仅为38%～51.68%（见表2），远小于国标规定的85%的标准值。近年来，设备的输出压力最高只能到6.5 kg/cm2，难以保障井下凿岩、装岩设备的用风需求，已严重影响矿业公司井下正常工作。

表1　南河沟现用两台空压机相关参数

随着胡家峪南河沟四期探矿工程的开工建设，现有空压机已不能满足生产需要。2014年1—6月 190中段和240中段同时施工。190中段两个工作面施工时，4台凿岩机同时工作，需风量13.2 m3/min；240中段自营工程施工时，8台凿岩机同时工作，需风量26.4 m3/min，合计需风量39.6 m3/min。2014年7—12月140中段竖井开始下掘，14台凿岩机同时工作，需风量46.2m3/min。

表2　南河沟现用两台空压机效率参数

从空压机站至240中段150闸门处共计风管长约2 300 m（见图1）。

图1　井下供风示意图

2　空压机选型需考虑因素

在井下布置空压机需要考虑环境的影响，即粉尘、湿度、腐蚀等因素是否适用于地面所用空压机的PLC控制系统。在井下，设备受到粉尘及高湿度的恶劣环境影响，会加速电子元器件的腐蚀，缩短设备寿命，同时导致动作失灵，故障率升高。本矿井下属于偏酸性环境，若采用水冷式空压机不仅不方便还有腐蚀问题。因此，在设备选型时，需重点注意以下几个方面：

1）采用风冷式空压机。

2）由于受到竖井下放、散热、空间布置等问题的影响，单台空压机的气量尽量不大于30m3/min。

3）进气过滤采用油浴式过滤器，可提高对粉尘的过滤效果。

4）具有抗电压波动功能。

5）采用简单的机械、仪表与电子相结合的控制系统用于工程施工，可提高控制系统元器件的使用寿命，避免出现设备频繁故障等情况。

6）加强空压机的油、气、水分离效果，可最大限度地降低润滑油中的水分，避免润滑油出现乳化现象，提高润滑油的使用效果及使用寿命。

3　活塞式空压机与螺杆式空压机的技术性能分析

1）不论流量大小，均能达到所需压力。

2）热效率高。

3）气量调节时，排气压力几乎不变。

1）机器体积大、重量重，单机排气量小于500 m3/min。

2）结构复杂，易损件多（气阀、活塞、活塞环、填料组件、阀片、弹簧等），不平衡惯性力（力矩）大，震动大，安装复杂、需要安装基础。

3）输气不连续，气体压力有脉冲。

4）工作效率低。

活塞式空压机在运行一段时间后其压缩效率逐渐降低，而耗能逐渐增加，主要是因为：

1）活塞式空压机排气温度高，导致压缩效率降低。只有在等温压缩情况下，才能节省功率。

2）活塞式空压机的活塞环密封效果差，导致内漏大。

3）活塞式空压机摩擦部件多、机械损耗大，导致性能下降快。

4）活塞式空压机摩擦副多，导致运转阻力大。

5）活塞式空压机有死容积。

1）机器体积小、重量轻，结构简单，易损件少。

2）排气无脉冲、震动小，输气连续性好，压力脉动小，安装简单、不需安装基础，可实现高转速。

3）螺杆式空压机具有容量调节控制功能，可在较广的工况范围内保持高效率。螺杆式空压机不仅可以根据系统中的耗气量，利用容调装置自动调节进气量（容调范围在0～100%），达到用多少空气产多少空气的目的，节约能源消耗；而且具有空车过久停车功能，当用户再次使用空压机时机器会自动启动。

4）螺杆式空压机的电机可调节转速使气量发生变化。通过连续不断并精确的测量机组的运行压力（压力传感器），让压力信号控制电机的转速。螺杆式空压机的控制气量流量范围为0～100%，耗能范围为15%～100%。相对于活塞式空压机而言，效率提高25%～30%以上，节能比例在25%以上。

1）运动部件表面多呈曲面形状，需要高性能设备加工。

2）运动部件之间靠间隙密封，难以达到高的终了压力（一般单段压缩只能达到1.5MPa）。

1）转子截面呈不对称形，齿形和型线经优化设计可减少泄漏三角形的面积，改善压缩机的压缩效率。

2）螺杆转子的组成齿曲线中不再有点、直线和摆线，均采用圆弧、椭圆、抛物线等曲线，使转子齿面由“线”密封改进为“带”密封，提高密封效果，有利于形成润滑油膜和减少齿面磨损。

3）螺杆转子齿间落差小，可减少回流损失，提高热效率10%～12%，节电25%，电耗节省明显。

4）复盛形线呈流线形，可降低流体动力损失。

螺杆式空压机相较于活塞式空压机具有以下优点：零部件和易损件少、重量轻、结构简单紧凑、操作简便、运行可靠、维修周期长、易于实现自动化、输气压力波动小、效率高、节能效果明显、动力平衡性良好等。

4　空压机的位置及型号的选定

1）190中段现有的环境还不具备安装空压机的安全距离和通风条件，局限性很大。若空压机安装在190中段将无法给240中段作业地点供风。根据现有的施工地点、设备台数和用风量，在240中段安装空压机可为240—190中段各个施工点同时进行供风。因此，选择在240中段水泵房购置两台优耐特斯UD180A-8型双螺杆空压机并联供风（见图2）。

2）优耐特斯UD180A-8型双螺杆空压机的主要技术参数：容积流量为30.0 m3/min，排气压力为0.8 MPa，主电机功率/电压为180kW/6kV，排气温度为环境温度+8℃，排气出口含油量（质量分数）≤3× 10-6，噪声≤（78±3）dB，设备外形尺寸（长×宽×高）为4000mm×1300mm×1500mm。

5　结语

实际运转记录参数显示，开动设备型号与台数为：YZ28 6～8台，YZQ-45 1～2台，混凝土喷浆机1台。当排气风压为0.8 MPa，190中段主供风管道现场风压为0.73～0.78 MPa时，凿岩机的掘进效率有明显提高，钎杆的进尺速度也显著加快。

图2　空压机布置示意图

采用螺杆式空压机进行井下供风，供风效率提高、节能效果明显、操作简便、运行可靠、维修周期长，满足井下生产供风的需要。

（编辑：贺焱）

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1672-1152（2016）02-0101-03

10.16525/j.cnki.cn14-1167/tf.2016.02.39

2016-01-14

孙中义（1966—），男，就职于中条山有色金属集团公司生产部，从事设备管理工作，工程师。