(一)空气压缩设备的功用随着我国国民经济的快速发展，空气压缩设备在工业上应用极为广泛。空气压缩机简称空压机，因其用途广泛而被称为“通用机械”。

　　在煤矿中，压缩空气是作为一种动力源来驱动风钻、风镐等风动机械。它具有良好的性能和特点:空气具有很好的可压缩性和弹性，适宜作功能传递中的介质;输送方便，不凝结，对人和环境无害，没有起火危险，而且空气到处都有，取之不尽，用之不竭。

　　使用压缩空气的风动机械，虽然效率较低，但与蒸汽机械相比，空气没有热损耗，便于输送，同时也没有因凝结而产生的特殊损耗;与电力机械相比，不会产生电火花，这对有沼气矿井的井下作业特别重要。此外，风动机械过载能力强，适合用于冲击性和负荷变化很大的工作。在湿度大、气温高、灰尘多的环境中，也能很好的操作和使用，并且无触电危险，特别适合于煤矿的生产条件。

　　矿井空气压缩设备如图10一1所示，它主要由空压机、拖动装置、滤风器、储气罐、冷却器、输气管道、安全保护装置等部分组成。

　　空气压缩机的种类很多，按工作原理可分为容积型和速度型两大类。在容积型空气压缩机中，气体压力的提高是由于气缸中气体的体积被压缩，单位体积内气体分子的密度增加而形成的;而在速度型空气压缩机中，气体的压力是由气体分子的速度转化而来的，即先使气体分子在空气压缩机中得到一个很高的速度，然后在扩压器中急剧降速，使动能转化为位能，即使空气速度降低，压力升高。

　　容积式空气压缩机按型式有活塞式、螺杆式、滑片式等;速度型空气压缩机按型式有离心式、轴流式和混流式等。其中应用最为广泛的是活塞式与螺杆式空气压缩机。

　　1.按压缩机的气缸位置(气缸中心线)卧式压缩机气缸均为横卧布置，如图10一2(a)、(b)、(c)。

　　(3)角式压缩机气缸成L型、V型、W型和星型等不同角度布置，如图10一2(f)、(g)所示。

　　L型空气压缩机是依靠气缸内作往复运动的活塞压缩气体的容积而提高气体压力，整个工作过程包括吸气过程、压缩过程和排气过程。其工作原理如图10一3所示。

　　当电动机带动曲轴6旋转，曲轴6的旋转运动由连杆5与十字头4变为带动活塞2的往复运动，电动机旋转一周，活塞2往返一次。其过程是:活塞向右移动，气缸中容积增大，压力降低，当低于气缸外大气压力时，气缸外的气体打开吸气阀吸气，活塞运动到最右位置，吸气过程完成;曲轴继续旋转，活塞开始反向移动，空气被活塞压缩，吸气阀关闭，气缸内压力升高，压缩过程完成;直到压力升高到排气压力时，打开排气阀排气，活塞继续左移，排气过程完成;直到排气终了，即完成一个工作循环。如此周而复始，不断产生压缩空气。

　　(2)无压力损失压力损失是指空气流经吸、排气阀时因需克服阀片的弹簧力和管道中的流动阻力而消耗的压力能。

　　单级空压机理论工作循环示功图如图10一4所示。它反映了空压机在假设情况下工作的吸气、压缩、排气三个过程。图中线为排气阶段，气缸内外吸气压力相等，排气压力也相等。

　　单级空压机实际工作循环示功图，示，图中3-4’为余气膨胀阶段，4如图10一5所)为吸气阶段，一2’为压缩阶段，2’一3’为排气阶段。空压机在实际工作过程中，因有余隙容积和压力损失，所以在吸气阶段之前出现余气膨胀阶段，而且气缸内吸气压力低于进气管中的压力，气缸内排气压力高于排气管中的压力，且负载的变化使压力出现波动。

　　(1)排气量是指空压机排气端测得的单位时间内排出压缩空气的容积，换算到空气压缩机吸气状态(压力、温度、湿度)的容积数，用符号Q表示，单位为m3/min.

　　(2)排气压力是指空压机最终排出的气体压力，用相对压力度量，符号P表示，单位为Pa.

　　(4)功率理论功率是指空压机在单位时间内按理论工作循环消耗的功率，用符号N:表示，单位为kw。

　　指示功率是指空压机在单位时间内按实际工作循环消耗的功率，用符号N，表示，单位为kW.

　　(5)效率空压机的总效率是指理论功率与轴功率之比，用符号刀表示，它是用来衡量空压机本身经济性的指标。

　　我国煤矿使用的活塞式空压机多为L型，如4L -20/8 , sL -40/8型等。下面以4十20/8型空压机为例，介绍L型空压机型号的意义。

　　L型空气压缩机是两级双缸、复动、水冷、固定式空压机。而且高、低压气缸布置相互垂直成L型，低压缸直径大为立式，高压缸直径小为卧式。41-20/8型空压机结构如图10一6所示。

　　L型空气压缩机主要由传动机构、压缩机构、润滑机构、冷却机构、操纵控制机构等部分组成。

　　(1)传动机构由离合器、带轮或联轴器等传动装置，以及曲轴、连杆、摄氏度字头等运动部件组成。通过它们将驱动机的旋转运动转变为活塞的往复直线运动。

　　(2)压缩机构由气缸、活塞组件和进、排气阀等组成。活塞往复运动时，循环地完成工作过程(双作用式的则在活塞两侧同时进行)。

　　(3)润滑机构由齿轮泵(有的为转子泵)、注油泵、油过滤器和油冷却器等组成。齿轮油泵由曲轴驱动，向运动部件供低压油润滑。

　　(4)冷却机构由各级气缸水套、中间冷却器、管道、阀门等组成。系统中通以压力冷却水，借水的流动带走压缩空气时和运动部件所产生的热量。

　　(5)操纵控制机构它包括减荷阀、卸荷阀、负荷(压力)调节器等调节装置，安全阀、仪表以及润滑油、冷却水及排气的压力和温度等声光报警与自动停机的保护装置，自动排油、水装置等。

　　机身的结构如图10一7所示，它是L型空气压缩机主要的基本部件，也是定位的基准件。它包括机座、机体、曲轴箱、中间接简和端接简等，以灰口铸铁铸造而成，外形呈直角L形。机体内装有曲轴、连杆、摄氏度字头;外部承接气缸、电动机及其他附属装置。同时，机身又承受由活塞传递的气体作用力和运动部件的惯性力。

　　曲轴的结构如图10 -8表示，它将电动机输入的转矩，通过连杆、摄氏度字头等转变为往复作用力压缩气体而做功，起到传递扭转力矩的作用，同时还承受活塞、连杆方面传来的气体压力和惯性力。

　　曲轴常用的结构形式为曲拐轴，可用球墨铸铁铸造或锻造方法制造，主要由主轴颈、曲臂、曲轴销和平衡铁组成。曲轴中心有油孔，使润滑油通过油孔润滑曲轴及连杆之间的相对运动部分，并通过连杆油孔，润滑I一字头滑轨。平衡铁用螺钉固定，以平衡运动时质量不均匀产生的惯性力。

　　连杆的结构如图10 -9所示，它连接曲轴和摄氏度字头，使曲轴的旋转运动变为十字头的往复运动，并将动力传递给活塞。连杆包括大头、小头、杆体三部分。

　　杆体有圆形、环形、矩形等，中心有贯穿大小头的油孔，把润滑油由曲轴输送到摄氏度字头，使曲轴销和连杆、连杆与摄氏度字头销之间的相对运动部分得到润滑;大头一般为pJ分式，内装轴瓦(大头瓦)大头盖与连杆体用连杆螺栓连接，小头与摄氏度字头销相连。

　　连杆的大头和曲轴一起转动，其小头和摄氏度字头一起作往复运动，连杆本身作平面摆动，变旋转运动为直线.十字头

　　摄氏度字头的结构如图10一10所示，它是连接连杆与活塞杆并承受侧向力的零件，具有导向作用和保证活塞杆作直线运动。按连杆与摄氏度字头体的连接方式，摄氏度字头可分为开式与闭式两种。

　　摄氏度字头的一端用螺纹与活塞杆连接，借螺纹与活塞杆的连接深度可以调节活塞与气缸盖间死点间隙的大小;两侧装有摄氏度字头销的锥形孔，摄氏度字头销用键固定在摄氏度字头上，并与连杆小头瓦相配合。

　　气缸的结构如图10一11所示，它的作用是构成缸体的工作容积，一般由工作室、气阀室、填料函、冷却水套、气体接管和冷却水接管等部分组成。

　　气缸一般按冷却方式可分为水冷式和风冷式两种。风冷式一般用于移动式小型空气压缩机;所以大多数空气压缩机采用水冷式。水冷式空气压缩机的气缸分为内、外两层，两层之间的空间成为水套，气腔两侧上面装有气缸盖，气缸盖上有气室，以便安装吸气阀组与排气阀组，气缸盖是用双头螺栓与气缸连在一起的，气缸下部用螺栓与机身连接。

　　(1)活塞活塞是活塞式空压机中压缩机构的主要部件，它在气缸中作往复运动起压缩气体的作用。对活塞的要求有:保证与气缸内壁有良好的密封性;且活塞要求有足够的强度、刚度和耐磨性;要求重量轻、加工性能好。

　　常用的形式有简形、盘形两种，有摄氏度字头的空压机均采用盘形活塞，如图10一12中的组件2，为了减小质量，把中间铸造成空心的，两个端面用加强筋连接，以增强刚度，其材质为灰口铸铁。

　　(2)活塞杆活塞杆将活塞与摄氏度字头连接起来，传递作用在摄氏度字头上的力，带动活塞运动，承受拉、压交变载荷。

　　活塞杆与活塞的锥面相连接，活塞杆的一端制成锥形体，插入活塞的锥形孔中，然后用螺母固定，在螺母上插有开口销，以防止松动。活塞杆另一端与十字头用螺纹连接。

　　(3)活塞环活塞环也叫涨圈，是空压机易损零件之一。在活塞的外圈上沿径向铣有活塞环槽，并在其中嵌入活塞环，用以密封气缸镜面与活塞之间的缝隙。此外，它还起着布油和导热的作用。活塞环常采用金属环，切口的形式有直切口、斜切口和搭切口三种，如图10一13所示)

　　气阀的作用是控制气缸的吸、排气。一般采用随管路气体压力变化而自行启闭的自动阀。一般要求:①启、闭动作迅速;②流通阻力小;③密封性能好。

　　气阀由阀座、阀片、弹簧、升程限制器、垫和螺栓等组成。按阀片结构可将气阀分为环形阀、槽形阀和杯形阀，目前应用最广泛的是环形阀。

　　阀片是气阀完成开、闭运动的主要零件，也是空压机中最易损坏的零件。它的开闭是由阀片两侧的压差和弹簧力等因素确定的，其开启高度由升程限制器上的凸台控制。当阀内气压低于阀外气压，且压差超过吸气阀的弹簧压力时，空气即进入气缸;当气阀内、外的气压低于弹簧压力时，阀片即被弹簧压回阀座，停止吸气。排气阀动作与上述相似，当气缸内气压超过排气阀外的气压与弹簧压力之和时，排气阀打开，开始排气;排气结束后，阀片亦被压回阀座。

　　弹簧的主要作用是能及时而又迅速地关闭气阀，使气缸能及时地吸入或排出空气，避免因阀片过早或过迟关闭而降低空压机的效率。此外，当阀片被压开时，借助弹簧的弹力作用，可减小阀片与升程限位器的撞击。

　　空压机工作时，活塞杆与气缸座之间要产生相对运动，因此必然留有一定的间隙。为了防止压缩空气从此间隙外泄，就应设置填料装置予以密封。对填料的基本要求是:密封性能好并且耐用。

　　L型空压机采用金属填料密封，其结构如图10一15所示。主要由密封圈4(靠近气缸钡()、挡油圈6(靠近机身侧)和隔环2,垫圈1等组成，密封圈用灰口铸铁制成，用3个带斜口的瓣组成整圈，在它的外缘沟槽内放有拉力弹簧，将其紧箍在活塞杆上起密封作用。当内圈磨损后，借助弹簧的力量，能自动向内箍紧，保证密封。在由垫圈1和隔环2组成的小室3内，放置了两个切口相互错开的密封圈。两级压缩的高压缸有两个小室，低压缸只有一个小室。挡油圈的结构形式和密封圈相似，只是内圈处开有斜槽，它可以把粘附在活塞杆上的机油刮下来，以免进入缸内。

　　(1)气缸的润滑气缸的润滑可以减少活塞与气缸的摩擦阻力，减少磨损，还可以吸收摩擦热，起到冷却作用，防止活塞环、活塞与气缸烧死或拉伤气缸臂。

　　L型空压机单独采用注油器向气缸内压油润滑，如图10一16所示。在气缸的注油孔处，一般都装有逆止阀，以防止油管破裂时气缸内压气反冲，并便于空压机在不停转时更换注油器。

　　(2)曲柄连杆机构的润滑曲柄连杆机构的润滑部位有主轴承和主轴颈、连杆大头瓦与曲轴销、连杆小头衬套与活塞销或摄氏度字头销、摄氏度字头滑履和滑道等处。4L -20/8型空压机传动机构润滑油的流程是:油池一粗过滤器一润滑油冷却器一齿轮油泵一滤油器一曲轴的中心油孔一曲拐和连杆大头瓦的配合面一连杆中心孔一连杆小头瓦和摄氏度字头销的配合面一摄氏度字头滑轨一油池

　　空气压缩机的气缸和各级排出的气体均需冷却，以降低压气温度，分离压气中的油和水，增大排气量，提高压气质量和空压机的效率，保持良好的润滑性能，确保机器安全运行。

　　L型空压机的冷却系统如图10一17所示。图中实线表示冷水流动路线，虚线表示热水流动路线。空压机的冷却流程为:冷水池9一水泵总进水管1一中间冷却器2一同时进入低、高压气缸3, 4的水套一漏斗5一回水管6一热水池10一热水泵N,一冷却塔7一水沟8一冷水池9。

　　若在空压机与风包间设有后冷却器，则从低、高压气缸的水套中出来的水，经水管送人后冷却器，然后再排至热水池10中。

　　(1)中间冷却器中间冷却器可将一级气缸压缩后的高温压缩空气，冷却到比冷却水的温度高5 ~ 8 PG电子模拟器 PG电子网站摄氏度，然后进入二级气缸中再次进行压缩，这样既省功又比较安全。此外，还可使经一级气缸压缩后的高温压缩空气中所含的油质和水分离出来。

　　中间冷却器的结构如图10一18所示，外壳由钢板焊接而成。冷却芯子3形似抽屉，许多散热片镶在换热细钢管上，并经浸锡或浸锌处理，以增加冷却效果和防止生锈，散热细钢管固定在两端的挡板上。冷却水在管内流过，压缩空气从管外和散热片之间流过，借热交换作用使压缩空气得到冷却。冷却后的压缩空气经过几次曲折转弯，将其中的油质和水分分离出来，沉降于油水分离罐2的垂直罐体的下部，然后经排污阀排出。

　　(2)后冷却器由于最后一级气缸排出的压缩空气温度比较高，会使油及水变成气态，进入风包和管路中会形成易燃物和水，引起风动工具生产效率降低、锈蚀等不良现象。用后冷却器可将空压机排出的高温气体中的水分及油分离出来，防止管道冬季冻结;同时可防止储气罐积炭或发生爆炸图10 - 19 。

　　(3)润滑油冷却器主要用于降低润滑油的温度，保证润滑性能。L型空压机通常采用卧置管壳式润滑油冷却器，如图10 - 20所示。冷却水管3内走水，外壳1与冷却水管3之间走润滑油，润滑油与冷却水反向流动，冷却水带走热量使润滑油降低温度。

　　空气过滤器是用来清除吸入气缸中的空气内所含的灰尘和杂质。一般装在空压机的进气管路上，吸气口向下，以免掉入异物，并要有防雨设施。

　　常见的过滤器如图10 -21所示。其结构主要由壳体1, 2, 6和滤网3组成，滤网有纸质和金属网两种。当空气流过过滤器时，利用纸质滤网和涂有粘性油的金属滤网来吸附空气中的灰尘和杂质，以清除空气。滤网应定期更换或清洗。

　　储气罐又叫风包，安装在空压机的末级之后。其作用是:①稳定压缩空气系统内的压力;②储备一定的压缩空气，维持供需气量的平衡;③降低罐内压缩空气的压力;④去除压缩空气中的水分和油分。

　　储气罐的结构如图10一22所示，它分立式和卧式两种，储气罐是用厚钢板焊接而成，其上开上有检查孔，而且必须装有安全阀、压力表和排油、水的连接管。

　　安全阀是空气压缩设备的保护装置，用来及时发现压缩机运转中的超压现象，防止事故发生，保证机器安全连续运转。I级安全阀设在中间冷却器上，II级安全阀设在风包上，其型式为弹簧式安全阀。当系统压力超过标定值时，安全阀自动打开，排出多余气体，保护机器安全运行。

　　安全阀主要有阀座、阀体、弹簧和调节螺钉组成。当各级压气压强超过规定值时，将阀顶开排至大气中去。动作压力可由调节螺钉调节。安全阀动作的压力不超过额定压力的10%，动作要可靠。

　　矿山使用的风动工具和机械是间歇工作的，使用的台数也是变化的。压缩空气的消耗量随时间作不规律的变化，但压缩机在转速不变的情况下，其排气量是固定的，因而导致供气压力不稳定，即压气的消耗量大于压缩机的额定排气量时，风包及输气管网中压力就降低，反之，压力消耗量小于压缩机排气量时压力就会上升，当达到一定压力时，安全阀动作，压缩空气排入大气，造成浪费。因此，为满足生产的需要，必须对排气量进行调节，即在低于空气压缩机额定排气量的范围内进行调节。

　　排气量的调节方法较多，但常用的有关闭吸气管法、压开吸气阀法和改变余隙容积法三种。对排气量调节装置的要求是结构简单、工作可靠、操作维修方便，且调节级数多，经济性好（图10-23）。

　　关闭吸气管法的调节原理是切断进气，使空压机的排气量为零。其调节机构主要由安装在空压机吸气管上的减荷阀(如图10一24所示)和装在减荷阀侧壁上的压力调节器(如图10 -25所示)组成。减荷阀内装有蝶形阀，阀的一端为活塞，装在活塞缸2内，压力调节器的一个通道与风包相连，另一通道与减荷阀相连。正常工作时，压力调节器的弹簧4通过拉杆3将阀2密闭在阀座7上。

　　当风包内的压力超过压力调节器的动作压力时，压气就推开压力调节器内的阀2，进入减荷阀的活塞缸内，推动小活塞使蝶型阀1上移，将减荷阀关闭，从而使空压机停止吸气，进入空转。当风包内的压力下降到低于压力调节器动作压力时，在弹簧力的作用下，通过拉杆3使压力调节器内的阀2关闭，切断了压气通往减荷阀的通路，使减荷阀的活塞缸2内的压力下降。这时，蝶型阀1在弹簧4的作用下重新下移，使空压机恢复吸气，进入正常运转。

　　压力调节器的动作压力是通过转动大、小调节螺管5, 6来改变弹簧4的压紧程度而实现调节的。调节螺钉1可调节减荷阀动作的灵敏度。

　　关闭吸气管法的调节方法简单，经常调节性能好，调节级数少，在中小型空压机中等到广泛应用。

　　这种调节方法的PG电子模拟器 PG电子网站调节原理是强制性压开吸气阀，使空气通过吸气阀自由地进入和排出气缸，借以达到调节空压机排气量的目的。其调节机构主要由压力调节器(如图10 - 25所示)和压开吸气阀装置(如图10 -26所示)组成。压力调节器的一端与风包相接，另一端与压开吸气阀装置连接。

　　当风包内压力超过规定值时，压气通过压力调节器至压开吸气阀装置的气阀上盖6，推动小活塞4，将压叉2压下，顶开吸气阀阀片，使空压机空转。当风包内的压力下降到低于规定值时，压力调节器关闭了压气通往压开吸气阀装置的通路，小活塞4上部的压气(即活塞腔7和气阀上盖6上的通道中的压气)通过压力调节器与大气沟通，压叉2借助于弹簧3的力而升起，阀片恢复到关闭位置，空压机又进入正常运转。

　　压开吸气阀法经济性较好，但阀片因受额外负荷，容易变形使寿命缩短，密封性较差，常用于大、中型空压机上。

　　又称为改变余隙容积调节法。余隙容积是指当活塞到达止点时，活塞与气缸盖之间的间隙容积。其工作原理为:当风包压力超过标定值时，使辅助容积与气缸相通，相当于增大了缸的余隙容积，减少空气压缩机的排气量。当风包中的压力降低时，又切断了辅助容积与气缸的通路，压缩机恢复正常运转。

　　如图10 - 27所示，在空压机的气缸上设置4个补助容积相等的余隙缸1,当风包内压力超过规定值时，由五位压力调节器(图中未画出)来的压气，经进气管进入小气缸4，使活塞5上移而打开阀2,此时，其中一个余隙缸1与空压机气缸相通。排气时，有一部分压气进入余隙中;吸气时，这部分压气膨胀，占据了气缸的部分空间，使一次吸气量减少，从而使空压机的排气量减少。如果风包内的气体压力继续升高，余下的三个余隙缸便依次与气缸相通，每连通一个余隙缸，排气量均减少25，这种调节装置可实现排气量为100% , 75% , 50% ,25%和。的五级调节。

　　补充余隙容积法基本上没有功率消耗，只是延长了气体的膨胀过程。膨胀过程是气体放出能量而对活塞作功，同时也不会影响零件的寿命，所以这是一种既经济又可靠的方法，但结构复杂，制造费用高，常用于大型空气压缩机。

　　目前有许多工业部门要求压缩空气或工艺气体不含润滑油，以保证产品质量、生产效率和安全生产，因此，无油润滑的压缩机的应用范围正在不断扩大。