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隧道施工中空气压缩机的配置

放大字体  缩小字体 发布日期:2018-02-23  来源:中国压缩机网  作者:中铁一局工管中心  浏览次数:503
核心提示:  近年来,随着国民经济的快速增长,公路和铁路建设事业蓬勃发展,新开启的高速公路和快速铁路工程中,隧道数量较多。钻爆法施

  近年来,随着国民经济的快速增长,公路和铁路建设事业蓬勃发展,新开启的高速公路和快速铁路工程中,隧道数量较多。钻爆法施工在目前的隧道施工中占据着主导地位。空压机提供压缩风,人工使用风动凿岩机钻眼,是目前钻爆法施工中不可或缺的施工方法。正确配置压缩机,达到高效 节能,非常重要。
  1 空压机的分类
  空气压缩机的种类繁多、形式多样。按动力源区分有: 内燃驱动、电机驱动;按润滑方式分有: 无油式和有油式;按地基基础分有:固定式和移动式;按结构型式分有:回转式. 活塞式.膜片式等多种分类形式。
  其中,活塞式和回转式中的螺杆式 滑片式三种形式较为多见。滑片式主要以小型机为主。
  2 空压机选型中主要参数及工作方
  式的确定
  2.1 排气压力的确定
  压缩机排气压力的确定比较重要。压力越高,耗电越多。压力太低,则不能驱动风动工具。一般所需压力为管路损耗引起的压力降加上使用压力即为最下限压力。
  长距离管路输送压缩气的压力降计算公式为
  P—— 压力降(ba r)
  ,—— 从压缩机到用气机具的管道管长(m)
  Q —— 容积流量(I/s)
  d—— 输气管径(mm)
  P—— 管道进口压力(绝对压力)(ba r)
  目前,在隧道施工中常用的风动凿岩机YT28的工作气压为0.4~0.63MPa,设管路长度为1 O00m,风管内径1 50mm,绝对压力8bar,容积流量20m。/min,代入压力降公式计算得压力降△P为0.03ba r, 因此在隧道施工中所配置的空压机排气压力选用0.7M Pa为宜。
  2.2 排气量的确定
  选择空压机的气量要与所需的排气量相匹配, 并留有1 0% 的余量
 
  1——管道损耗系数,当管道全长小于1km时取0.1;小于1.5km时取0.15:大于2km时取0.22— — 用气设备磨损增耗量系数取0.1 5~0.22—— 未预见的消耗量系数取0.1总排气量的确定, 通常的办法是以较小排量的空压机并联取得较大的排气量,随着用气量增大而逐一开机,这样不但对电网有好处,而且能节约能源。在隧道施工中,一般选用多台容积流量为20m。/min的压缩机并联。
  2.3 驱动方式、安装方式的确定
  如果施工场合没有电源,则选择内燃空压机;如果电源方便,则选用电动空压机。在隧道施工中, 因通风受限, 一般要提供电源,则选电动空压机。在安装方式上,如果用气场合距离短,则选择固定式压缩机;如果用气场合有长距离变化,则应选用移动式空压机,以便降低损耗。
  2.4 冷却方式的确定
  空压机的冷却方式分水冷和风冷两种,一般使用者认为水冷却方式好,实际上,水冷却方式有四个缺点:a.必须另外配置完备的上下水系统,耗资大;b.浪费大量的水资源;C水冷式冷却器寿命短;d.寒冷地区使用易冻坏气缸。
  2.5 高原选型中的有关事项
  随着海拔高度的增加,空气变得稀薄,空压机的进气压力降低,容积效率也随之降低。为了保证与海平面处相同的使用性能,在设备选型时,对内燃机或电动机的功率消耗要加以考虑,压缩机要选择较大的容积流量。如果海平面处修正系数选1.0,一般按海拔每增加300m,按0.03增加修正系数。
  3 活塞式与螺杆式压缩机性能比较
  长期以来,国内从事隧道施工的工程单位使用活塞式压缩机制造压缩空气。活塞机噪音大、故障频率高、维修不方便且费用高,与效率高.可靠性高的螺杆式压缩机相比都有较大区别。
  3.1 理论对比
  3.1.1 活塞式压缩机有进(排)气阀、活塞、活塞环、连杆瓦等诸多易损件,更换频率高,既影响施工,又增加费用;螺杆式空压机这些费用相对较少3.1.2 供气品质差,油量消耗大。由于活塞式压缩机的活塞环极易磨损,尽管活塞上设有刮油环,仍然会有大量润滑油窜到气缸中,随压缩气一体排出,大大增加了油耗量,并污染了环境;螺杆机有高小的油气分离系统和过滤设备,无易磨损件,耗油量极小,供气品质较高3.1.3 活塞式空压机的效率低,尤其是长期运行时经济性更差。由于活塞式空压机组成压缩腔的元件大多是易损件,这些易损件的磨损和损坏都将造成气体压缩时更大的泄漏,导致压缩效率降低; 螺杆压缩机中不存在影响机器效率的易损件,进行压缩的一对转子由于自身的结构特点不会出现磨损。因此长期连续运行的经济性远远优于活塞机3.1.4 活塞机是往复间断性供气,运行时气流脉动大;螺杆机转速高,输气平稳,无脉动3.1.5 活塞式空压机为往复运动机构,存在着不可消除的惯性力,因此运行时振动大.噪音高,较大的活塞机安装时需要专门的固定基础;螺杆式空压机为回转式运动机构, 平衡性好. 振动小. 噪音低、无需安装基础3.1.6 螺杆机具有全面的自动控制与保护系统。具有防过载、缺相、错相、欠电压系统漏电等保护功能,风扇过载、排气温度高、空气过滤器堵塞、机油过滤器堵塞、油气分离器堵塞等的自动报警装置, 方便设备的维护管理,这是活塞机无法相比的3.1.7 常见故障分析对比(1) 活塞机。
  a.某级排气压力过高:①下一级进.排气阀有故障,或安装不良,或阀片.弹簧损坏。②下一级的活塞环失效。
  b.某级排气压力过低:①本级进、排气阀有故障,或安装不良,或阀片、弹簧损坏。②本级的活塞环失效。
  C.某级排气温度过高:①本级进气温度过高。②本级排气压力过高。③ 冷却水排水温度过高。
  d.油温过高:①油冷却器失效。②轴承或轴瓦或滑道或油泵有故障。
  e.排水温度过高:供水量不足。
  f.机身部分异常声响:①轴承保持架磨损严重。②轴瓦间隙过大。③有螺栓螺母未固紧。
  g.气缸部分异常响声:①缸内有积水或有异物进入气缸。② 止点间隙太小。③ 螺母松动。
  h.排气量不足:① 一级进、排气阀、活塞环有故障。
  ② 各级管道泄漏, 气缸向水道泄漏。③ 一级排气压力过高。④进气管阻力过大或供气不足。⑤ 压缩机转速不够。
  (2) 螺杆机。
  a.机器不启动:检查主开关及电源线、检查电机;b.开机后机器不加载:调整压力开关整定值或更换压力开关、检查或更换电磁阀;c.压缩机不卸荷,安全阀泄放:调整压力开关整定值或更换压力开关、检查或更换电磁阀;d.油耗过多:按推荐用油、降低油位至正常位置、拆下回油管路清洗、更换油气分离器滤芯;e.排气压力低于规定值:减少用气量或增加压缩机、检查系统泄漏、清理或更换进气过滤器芯、更换油气分离器滤芯、检查或更换电磁阀,检修进气控制阀、更换皮带 调整压力开关整定值;f.压缩机高温保护停机:改善环境通风条件、清扫或清洗冷却器、添油至规定位置.更换机油过滤器;g.压缩机卸荷运行,排气压力仍缓慢上升,安全阀泄放:检查或更换电磁阀, 检修进气控制阀、检修卸荷管道;h.安全阀泄放:检修或更换安全阀,检修最小压力阀.更换油气分离器滤芯 检修或更换压力开关、检查进气控制阀或电磁阀。
  (3)从以上对比中可看出活塞机易损件较多,在维修中拆卸工作量大, 耗时耗力。
  3.2 实例(经济性)对比
  3.2.1 笔者经过对兰武二线乌鞘岭隧道使用的四台LWJ一20/7 (排气量20m。/min,二级排气压力0.7MPa,电机功率1 1 0kW)型活塞式空压机2004年9月至2005年8月的调查取得以下数据(1)配件消耗65951元,平均每台机器消耗16487.8元。
  (2)压缩机油消耗5295kg,每公斤1 0.3元,平均每台机器消耗1 3634.6元。
  则每台机器平均消耗(机器每天工作时间按6小时计):30122,4元。
  3.2.2 如果选择的螺杆机为4台移动式LUY208DA (排气量20.8 m 3/min,有效工作压力0.7MPa,电机功率1 1 0kW),根据该设备的保养要求:
  (1)15OO小时更换机油—次:4桶X 600元/桶=2400元。
  (2)1 500小时更换机油滤芯一次:2个X 700元/个= 1 400元。
  (3)1 000小时更换空滤一次:1套X 1 900元/套= 1 900元。
  (4)一年中机器工作时间为:6 x 30 x 1 2=21 60(tJ~时)。
  考虑隧道施工环境恶劣,机油、机滤按两次换,空滤按四次更换,则每台机器平均所用消耗为:
  2400 X 2+1400 x 2+1900 x 4=15200(元)
  3.2.3 用螺杆式压缩机比用活塞式压缩机平均每台每年可节约费用为:
  301 22.4-1 5200=1 4922.4(元)
  3.2.4 20 m。/min的活塞式空压机购置价每台9万元左右,移动式螺杆机每台25万元左右,差价1 6万元左右,电动压缩机折旧年限1 0年,则在1 0年中活塞机的一般消耗比螺杆机多:
  1 4922.4 x 1 0=1 49224(元)
  而且,活塞机随使用年限增加维修费用成倍增加。
  因此,在性价比上, 螺杆机优于活塞机。
  3.2.5 之所以在该例中选用移动式螺杆空压机是因为,在长隧施工中,随着隧道的延伸,空压机也要前移,否则因为管路损失过大将造成极大的浪费, 而施工单位选用的20 m。/mjn的活塞式空压机全是固定机(大于20 m。/min的活塞式电动空压机由于结构原因没有移动式的),由于移动不便,往往在隧道开挖2~3km以后才移动,而移动机可1 km 移动一次,就按相差1 km 管路计算,如果用 1 50 m m,6m长的高压风管,则需费用为:
  1 000m÷6m x 442元/根=73666元。
  也就是,用固定式活塞机比用移动螺杆机在管路架设上多消耗73666元。而以上所有费用中还均未涉及人工费。
  综上所述,用性能优越的移动式螺杆空压机淘汰现在使用的活塞式空压机,建造先进.经济的空压站,可以降低成本,增加经济效益,方便管理,改善工作环境, 提高公司形象。
  隧道施工中空气压缩机的配置是较为复杂的, 尤其在长大隧道施工中要根据施组的变化灵活调整、有机配置,在确保基本参数满足的条件下,配置低成本,高效益.先进的空压站将永远是设备管理追求的目标。

 
关键词: 中国压缩机网
 
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