HXD3機車LTZ3.2H型空氣干燥器異常排風故障分析

何元龍

(武漢鐵路局 江岸機務段技術科,湖北武漢430301)

LTZ3.2H型空氣干燥器是HXD3機車風源系統的重要組成,擔負著對壓縮空氣的凈化與干燥,其工作的穩定性和可靠性直接關系到機車與列車的安全運用。從2007年10月HXD3機車在江岸機務段批量投入運用以來,LTZ3.2H型空氣干燥器比較突出的故障現象是干燥器大排風、外電路及電控部分故障、干燥器上蓋密封圈漏風。其中空氣干燥器大排風如果不能及時處理將導致機破。

1 LTZ3.2H型空氣干燥器故障統計

截止到2010年6月底,LTZ3.2H型空氣干燥器大排風造成機破5件,臨修20件。其中因空氣干燥器電控部分故障造成的臨修3件,空氣干燥器漏風更換密封圈造成的臨修6件,空氣干燥器大排風更換排水閥組成造成的臨修4件,機車運行途中或庫內試驗發現空氣干燥器大排風故障13件。另外因控制盒外電路接線故障導致干燥器及總風缸積水4件,其中因干燥器內部嚴重積水導致干燥劑失效,更換干燥劑造成臨修1件。

表1 LTZ3.2H型空氣干燥器故障統計

2 空氣干燥器工作原理

LTZ3.2H型空氣干燥器的組成為左、右兩個干燥劑塔,每個干燥塔下部有一個集成的油水分離器(A),干燥器中部有電控部分及進氣閥組,上部有出氣閥組,下部有排水閥組、防凍加熱器及消聲器,結構見圖1。

圖1 LTZ3.2H型空氣干燥器原理

電控部分的定時器根據程序設定控制電磁閥的開、關時間,工作周期為再生3 min、壓力同化1 min,時間允差±10 s。定時器與空氣壓縮機同時工作,當空氣壓縮機停止工作時記憶當前狀態,空氣壓縮機再次工作時恢復記憶,保證干燥劑徹底再生,防止發生干燥劑過飽和。

如圖1所示,左側電磁閥處于得電狀態,經電磁閥開放的氣路干燥壓縮空氣被送到進氣閥組、出氣閥組活塞的左側及左側排水閥組的活塞腔。壓縮空氣將進氣閥組和出氣閥組活塞組推到右側,開放右塔的進氣和出氣通道,關閉左塔的進氣和出氣通道,使右塔處在干燥狀態。壓縮空氣將排水閥組左側的活塞向左側推,壓縮活塞彈簧,打開左側氣路,排出油水分離器分離的冷凝水。同時,經上部再生節流孔膨脹后的超干燥空氣流過左塔的干燥劑,對干燥劑進行除濕,左塔處于再生狀態。

當再生過程累計達到3 min,左側電磁閥失電,進氣活塞組、出氣活塞組保持原位置狀態不變,右塔仍然處于干燥狀態;排水閥組左側活塞在彈簧力的作用下關閉再生空氣排放口,使左塔處于1 min的壓力同化過程,為左右兩塔“柔性轉換”做準備,防止兩干燥塔轉換時氣流對干燥劑顆粒產生較大的沖擊。

空氣干燥器按照上述工作周期,左右塔交替工作在干燥、再生、壓力同化狀態,使進入總風缸的壓縮空氣相對濕度小于35%,確保供給機車制動系統和各輔助模塊的壓縮空氣潔凈、干燥。

3 空氣干燥器排水管路改造前異常排風的原因

2007年10～12月HXD3機車開始在江岸機務段批量投入運用,空氣干燥器異常排風故障頻繁發生,嚴重干擾了正常運輸秩序,給供車造成很大的壓力。經過工廠、機務段雙方技術人員的仔細排查,發現Ⅰ、Ⅱ空氣干燥器排水管“T”型連接方式(見圖2)是造成異常排風的主要原因。

圖2 兩個干燥器排水管“T”型連接示意圖

經現場反復試驗保持排水管“T”型連接方式不變,兩臺空氣壓縮機分別單獨打風時干燥器不發生異常排風故障。把排水管從“T”型接頭處拆開,兩臺空氣壓縮機同時打風時干燥器也不發生異常排風故障。把排水管從“T”型接頭處拆開,使兩臺空氣壓縮機同時打風,再從“T”型接頭處把排水管連接好,當一臺干燥器的干燥塔處于再生狀態,另一臺干燥器的干燥塔進入再生狀態時,干燥器發生異常排風故障。

故障原因分析在排水管“T”型連接方式下,當兩個風泵都在打風,設Ⅰ空氣干燥器有干燥塔處于再生狀態,再生氣流→干燥劑→油水分離器→開放的排水閥→消聲器→排水管→“T”型接頭→“U”型排水管→大氣。這時如果Ⅱ空氣干燥器進入再生狀態,在其排水閥打開的瞬間,Ⅱ空氣干燥器干燥塔內的壓力同化時積蓄的總風從排水閥迅速進入排水管,兩股氣流在“T”型接頭處交匯并相互干涉,氣流排泄不暢導致兩臺干燥器的排水管內空氣壓力急劇上升,頂開排水閥組中本應該處于關閉狀態的排水閥,導致來自風泵的壓縮空氣經進氣閥口→油水分離器→被頂開的排水閥→消聲器→排水管→“T”型接頭→“U”型排水管→大氣,發生異常排風。

干燥器異常排風故障的原因明確后,廠方對干燥器排水管路進行了改造,取消“T”型接頭,使每個干燥器的排水管連接到“U”型排水管,如圖3所示,改造后干燥器異常排風故障得到控制。

圖3 兩個干燥器排水管改造后示意圖

在查找干燥器異常排風故障原因的過程中,發現干燥器進風管路使用的碳鋼管內壁銹蝕,而機車風源系統設計要求使用不銹鋼管,為消除鐵銹對干燥器閥件動作的不良影響,廠方將風源系統的碳鋼風管改換為不銹鋼管。

4 空氣干燥器排水管路改造后異常排風的原因及處理方法

2009年以來,干燥器異常排風故障次數又明顯增加,機車牽引列車運行中單泵打風時也出現干燥器異常排風故障,機車回段檢查試驗過程中故障現象時有時無,給機車整備和檢修工作帶來很大的壓力。

對發生過異常排風故障干燥器的排水閥組進行解體檢查發現,干燥器排水閥組活塞腔內部存在積水、排水閥控制氣路風管接頭銹蝕、濾網上附著鐵銹。排水閥組結構見圖4所示。

圖4 排水閥組結構示意圖

因為兩個電磁閥的風源來自出氣閥組的出口處,電磁閥得電開放氣路,送往進氣閥組、出氣閥組、排水閥組的壓縮空氣是干燥的,所以不會造成排水閥的活塞腔積水。如果電磁閥的風源含水,則左右兩邊排水閥組的活塞腔及風管內都會有殘留水分。然而解體故障的排水閥組發現,通常只有一側的控制氣路風管接頭銹蝕,排水閥的活塞內腔積水,而另一側完好,這說明積水不是從電磁閥開放的氣路進來,而是另有途徑。

(1)故障原因分析

隨著干燥器運用時間的延長,干燥器排水閥組活塞內側的K環4和密封圈5上涂敷的潤滑劑在排水閥動作過程中被氣、水沖刷損失殆盡,K環和密封圈由于潤滑不良而逐漸磨損,導致該部位密封性能下降。干燥塔處于干燥工作狀態時,油水分離器分離的冷凝水沉降在下部排水閥組的氣道內,等這個干燥塔轉換到再生工作狀態時才排放。氣道中的凝結水在總風壓力的作用下從密封不良的K環4和密封圈5的間隙壓入排水閥組的活塞腔和風管內。由于風管接頭1的材質為碳鋼,在積水的侵蝕下接頭內壁和端面產生銹蝕。剝離下來的鐵銹附著在濾網上使氣路通透性變差。

干燥器在連續工作中,處于壓力同化的干燥塔內部壓力最大為空氣干燥器的出氣口壓力。由于濾網通透性變差,從排水閥組活塞桿的K環4和密封圈5泄漏的壓力空氣來不及經濾網→控制風管→電磁閥的常開氣路→大氣,使活塞腔積蓄部分壓力,這相當于抵消了一部分排水閥活塞彈簧關閉閥口的預壓力。所以在活塞腔積蓄的壓力和另一側排氣閥開啟瞬間排出空氣壓力的共同作用下,排氣閥被頂開而造成干燥器異常排風。

(2)改進措施

運用過程中發生此類故障,及時把故障信息反饋給干燥器廠方,由廠方技術人員現場更換排水閥組,恢復干燥器正常工作狀態。

列車運行途中,裝有 LTZ3.2H型空氣干燥器的HXD3機車打風一旦出現干燥器異常排風故障,給出了機車乘務員維持運行的處理方法,可以斷開操縱臺的風泵開關,20 s后重新閉合風泵開關,恢復打風和壓縮空氣干燥。上述操作是通過停止泵風進而終止干燥器異常排風。因為干燥器異常排風通常在干燥塔轉換到干燥狀態時發生,斷開風泵開關后,被頂開的排水閥釋放了干燥塔內的大部分壓力。再恢復打風時干燥器記憶斷電前的工作狀態,風泵向干燥塔內充氣,再生氣流遠沒有連續工作時排氣閥開啟瞬間的壓力沖擊大,可以避免干燥器發生異常排風。要求機車乘務員在運行中發現干燥器異常排風故障,機車回段后要報修,以便更換故障的排水閥組,及時消除故障隱患。

5 結束語

建議干燥器廠方把排水閥控制氣路風管接頭材質改為不銹鋼,提高耐蝕性;控制好排水閥組活塞桿的K環4和密封圈5的配合公差,并于組裝時提供較為充分的潤滑,提高干燥器工作的可靠性和耐久性。

通過對發生異常排風故障干燥器的持續整修及機車運行中發生異常排風故障應急處理方法的宣傳與實踐,2009年7月以來,裝用LTZ3.2H型空氣干燥器的HXD3機車再沒有發生因干燥器異常排風導致的機破。

[1] 姜靖國.JZ-7型空氣和電空制動機[M].北京.中國鐵道出版社,2001.

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