陶二煤礦位于邯鄲市境內(nèi)，距離市區(qū)15 km，是冀中能源邯礦集團有限公司所建的一座大型的現(xiàn)代化礦井。陶二煤礦1975 年建井，1982 年投產(chǎn)，設(shè)計能力為90 萬t/年，經(jīng)過對其進行陸續(xù)的技術(shù)改造，2006年核定生產(chǎn)能力達125 萬t/年。陶二煤礦壓風(fēng)機房分別設(shè)在井上和井下。井上壓風(fēng)機房設(shè)計在離副井口西側(cè)約60 m處，風(fēng)機房內(nèi)安裝有2 臺SM5160-25.5/8 壓風(fēng)機與2 臺SA-250 壓風(fēng)機。壓風(fēng)管路由地面壓風(fēng)機房起始經(jīng)地面壓風(fēng)管路，至副井筒通往井下南北兩翼。南翼分別通往充電峒室、主井底裝載峒室及新南總回風(fēng)巷，以供生產(chǎn)維護使用；北翼分別通往各采區(qū)工作面。隨著煤礦集團的發(fā)展，設(shè)備陳舊落后、耗能的現(xiàn)象日漸凸顯，為響應(yīng)國家號召和社會發(fā)展的需要，礦領(lǐng)導(dǎo)決定對原有設(shè)備進行必要的升級改造。經(jīng)過礦領(lǐng)導(dǎo)的多方調(diào)查研究，決定選用某公司生產(chǎn)的JD-BP37-280F 系列高壓變頻器對其中的2 臺SA-250 螺桿式空氣壓縮機進行節(jié)能改造。
2 螺桿式空氣壓縮機
螺桿式空氣壓縮機由螺桿機頭、電動機、油氣分離桶、冷卻系統(tǒng)、空氣調(diào)節(jié)系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、安全閥及控制系統(tǒng)等組成。工作時電動機通過連軸器（或皮帶）直接帶主轉(zhuǎn)子，由于主、副轉(zhuǎn)子相互嚙合，所以，主轉(zhuǎn)子直接帶動副轉(zhuǎn)子一同旋轉(zhuǎn)。冷卻液由壓縮機機殼下部的噴嘴直接噴入轉(zhuǎn)子嚙合部分，并與空氣混合，以帶走因壓縮而產(chǎn)生的熱量，達到冷卻效果。同時形成液膜，用來防止轉(zhuǎn)子間金屬與金屬直接接觸及封閉轉(zhuǎn)子間和機殼間的間隙。同時噴入的冷卻液亦可減少高速壓縮所產(chǎn)生的噪音。螺桿機頭通過吸氣過濾器和進氣控制閥吸氣，同時將油注入空氣壓縮室，以對機頭進行冷卻、密封以及對螺桿及軸承進行潤滑，從而使壓縮室產(chǎn)生壓縮空氣。壓縮后生成的油氣混合氣體排放到油氣分離桶內(nèi)，由于機械離心力和重力的作用，絕大多數(shù)的油從油氣混合體中被分離出來。空氣在經(jīng)過由硅酸硼玻璃纖維做成的油氣分離筒芯后，幾乎所有的油霧都被分離出來。從油氣分離筒芯分離出來的油通過回油管時，因為在回油管上裝有油過濾器，所以回油經(jīng)過油過濾器過濾后，才將潔凈的油流回至螺桿機頭內(nèi)。當油被分離出來后，壓縮空氣經(jīng)過最小壓力控制閥離開油氣筒進入后冷卻器。后冷卻器把壓縮空氣冷卻后排到貯氣罐供各用氣單位使用。冷凝出來的水集中在貯氣罐內(nèi)，通過自動排水器或手動排出。螺桿式空氣壓縮機原理如圖1 所示。
2.1 螺桿式空氣壓縮機工作原理
螺桿壓縮機的工作循環(huán)可分為進氣、壓縮和排氣三個過程。隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。
1）進氣過程轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動時，陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝空間在轉(zhuǎn)至進氣端壁開口時，其空間最大，此時轉(zhuǎn)子齒溝空間與進氣口相通，因在排氣時齒溝的氣體被完全排出，排氣完成時，齒溝處于真空狀態(tài)，所以當其轉(zhuǎn)至進氣口時，外界氣體即被吸入，沿軸向進入陰陽轉(zhuǎn)子的齒溝內(nèi)。當氣體充滿了整個齒溝時，轉(zhuǎn)子進氣側(cè)端面轉(zhuǎn)離機殼進氣口，在齒溝內(nèi)的氣體即被封閉。
2）壓縮過程陰陽轉(zhuǎn)子在吸氣結(jié)束時，其陰陽轉(zhuǎn)子齒尖會與機殼封閉，此時氣體在齒溝內(nèi)不再外流。其嚙合面逐漸向排氣端移動，使嚙合面與排氣口之間的齒溝空間漸漸減小，齒溝內(nèi)的氣體也隨之被壓縮。
3）排氣過程當轉(zhuǎn)子的嚙合端面轉(zhuǎn)到與機殼排氣口相通時，被壓縮的氣體開始排出，直至齒尖與齒溝的嚙合面移至排氣端面，此時陰陽轉(zhuǎn)子的嚙合面與機殼排氣口的齒溝空間為0，即完成排氣過程，在此同時轉(zhuǎn)子的嚙合面與機殼進氣口之間的齒溝長度又達到最長，進氣過程又再進行。
從上述工作原理可以看出，螺桿壓縮機是一種工作容積作回轉(zhuǎn)運動的容積式氣體壓縮機械。氣體的壓縮依靠容積的變化來實現(xiàn)，而容積的變化又是借助壓縮機的一對轉(zhuǎn)子在機殼內(nèi)作回轉(zhuǎn)運動來達到。
2.2 螺桿壓縮機的控制缺點
2.2.1 能耗分析
