鐵路機車雙螺桿式空氣壓縮機保養探討

黃志高，王元芳

（武漢鐵路職業技術學院，湖北武漢430205）

裝備運行管理

鐵路機車雙螺桿式空氣壓縮機保養探討

黃志高，王元芳

（武漢鐵路職業技術學院，湖北武漢430205）

介紹了螺桿式壓縮機工作原理，結合鐵道機車機械間高溫、多塵、振動這一特殊工作環境和間歇工作方式，重點分析了雙螺桿式空氣壓縮機過熱故障的原因，同時也分析了雙螺桿式空氣壓縮機的其他故障。最后，針對鐵道機車螺桿式空氣壓縮機提出了保養建議。

鐵道機車；螺桿式空氣壓縮機；原理；保養

鐵路機車車輛在整個鐵路運輸系統中承擔動力牽引任務，起到鐵路運輸發動機的作用。雙螺桿式空氣壓縮機為機車車輛提供干燥清潔的壓縮空氣。在鐵路機車車輛中，空氣壓縮機是為列車制動、空氣彈簧、氣動電器、塞拉門等設備提供動力氣源的設備。

從第一臺雙螺桿壓縮機于20世紀30年代問世以來，大量的研究人員對它的技術進行了修改和優化。但是，由于鐵路機車車輛螺桿式空氣壓縮機安裝在機車機械間內，不同于地面靜置狀態的穩定低溫、氣源相對潔凈的運行環境，螺桿式空氣壓縮機在機車車輛上的應用并不完全盡如人意，運行故障率高于地面泵站用同類壓縮機。這一方面增加了檢修成本，另一方面因供風能力不足對列車的運用安全帶來了嚴重的威脅。這就提出了基于鐵路機車這一特殊環境下雙螺桿式空氣壓縮機的應用保養課題。文章從螺桿式壓縮機原理出發，探求符合鐵道機車車輛環境的雙螺桿式壓縮機保養方案。

1 螺桿式空氣壓縮機工作原理簡介

鐵路機車車輛用螺桿式空氣壓縮機是噴油單級雙螺桿壓縮機，通過高效聯軸器傳動，電動機帶動主、副螺桿轉動進行空氣壓縮。空氣壓力驅動潤滑油從主機底部噴油孔對壓縮腔噴射實現冷卻和潤滑，壓縮腔排出的空氣和油混合氣體經過粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來，最后得到潔凈的壓縮空氣。

1.1 雙螺桿式空氣壓縮機空氣壓縮原理

雙螺桿式空氣壓縮機是一種容積式壓縮機，其核心部件是壓縮機主機。空氣的壓縮依靠裝于機殼內互相平行嚙合的陰陽轉子間的齒槽容積變化實現。轉子副在與其精密配合的機殼內轉動，使轉子齒槽之間的密閉空間容積不斷產生周期性的變化，密閉于此空間內的空氣壓強隨空間容積縮小而增大，并沿著轉子軸線由吸入側推向排出側，完成吸入、封閉及輸送、噴油及壓縮、排氣工作過程[1]（見圖1）。

圖1 空氣壓縮機主機工作原理圖

1.2 雙螺桿式空氣壓縮機工作流程

大氣由進氣過濾器濾除灰塵和雜質后，經進氣止回閥進入空氣壓縮機主機進氣口，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，形成油氣混合物，壓縮后的油氣混合物從壓縮腔排入油氣分離器；在油氣分離器內，含油氣體通過碰撞、攔截、重力作用，絕大部分油份被分離下來，然后進入油細分離器進行二次分離，得到含油量極少的壓縮空氣，當空氣被壓縮到規定壓力值時，最小壓力閥開啟，壓縮空氣經冷卻器冷卻后送入壓縮空氣后處理系統[1]。

2 雙螺桿式空氣壓縮機故障分析

2.1 雙螺桿式空氣壓縮機故障概況

某機務段2016年度螺桿式空氣壓縮機故障50起，故障情況分布圖2所示。

圖2 故障原因分布圖

分析發現，空壓機過熱故障39起，占螺桿式空氣壓縮機全年故障總量的78%.這類故障少數時候造成壓縮機保護停機，多數會產生壓縮機燒損、爆裂等嚴重后果。故障主要集中在SS7E、SS9、HXD3等機車裝備的TSA230系列和SL系列的螺桿式空氣壓縮機。檢查發現，過熱故障發生時，只有少量經溫度開關保護停機，防止了事故擴大；多數時候保護元件未起到保護作用，引起油細分離器爆炸或者機頭上蓋熔融。

2.2 鐵道機車雙螺桿式空氣壓縮機運用環境分析

鐵道機車雙螺桿式空氣壓縮機運行環境特殊，主要體現在三個方面：（1）環境溫度高。鐵道機車在運行中，由于大量的大功率電器設備集中安裝于機械間內，發熱量大。機械間內平均溫度高于地面溫度2～5℃，雙螺桿式空氣壓縮機進氣溫度大大高于地面環境溫度，空氣壓縮后溫度相應升高。在環境溫度40℃條件下，最高溫度可達65.141℃，周圍的高溫環境導致其散熱效率較地面環境低，壓縮機熱負荷增大，排氣溫度升高。（2）空氣含塵量大。由于散熱需要，機械間各設備采用強迫風冷，機械間內風速在0.859 m/s以上，空氣壓縮機附近風速更是達到了3.986 m/s.機械間內灰塵被激擾，處于懸浮狀態，空氣含塵量高于地面環境。（3）間歇工作制。鐵道機車在牽引列車時，根據線路、限速、作業要求等隨時需要做工況轉換，用風量不同，但無論在什么工況下，必須保證有足夠的壓縮空氣供給。因此，鐵道機車的壓縮機是按照最大用風量條件下冗余配置的，正常情況下壓縮機間歇工作就可以滿足列車對風量的要求，頻繁的壓縮機瞬間潤滑啟動加速了壓縮機的機械磨損，同時產生大量的摩擦熱，對螺桿式壓縮機產生不利于影響。（4）運行振動大。鐵道機車這一大型裝備，在鐵道運輸中起動力牽引作用，在鋼軌上運動過程中隨速度大小有不同強度、頻率的振動，容易誘發機械故障。

2.3 過熱故障原因分析

從統計數據來看，雙螺桿式空氣壓縮機故障主要表現為儲氣筒過熱。這與鐵道機車雙螺桿式空氣壓縮機特殊工作環境密切相關。（1）特殊工作環境引起發熱。包括兩個方面：一方面環境溫度高不但導致進氣溫度高，還嚴重影響散熱器的散熱效率，進排氣溫度同時升高，雙螺桿式壓縮機始終在高排氣溫度下運行，儲氣筒溫度也隨之升高；另一方面間歇工作制形成無潤滑啟動的金屬摩擦熱也會導致溫度升高[2-5]。

（2）不當保養引起的發熱[6]。不同的潤滑油產品有不同性質的添加劑，將不同牌號的潤滑油混合將導致添加劑之間的化學反應，在潤滑油中產出懸浮物。在螺桿式壓縮機保養過程中，如果同一壓縮機混用了不同牌號的潤滑油，這種懸浮物隨壓縮空氣流動至油細分離器時隨潤滑油被分離器濾芯攔截，并附著在濾芯表面，降低了濾芯通透性。同時，空氣過濾器未能攔截的部分細小灰塵微粒在通過油細分離器濾芯是也被攔截，并與濾芯表面附著的潤滑油懸浮物混合形成油泥，進一步加劇濾芯阻塞。阻塞的濾芯使儲氣筒內氣壓升高，升高的氣壓一方面產生的壓縮熱增加，另一方面也會在通過濾芯時在濾芯上產生更多的摩擦熱。

2.4 其他故障原因分析

間歇工作制不僅會產生啟動無潤滑摩擦熱，還使進氣止回閥處于反復的啟閉狀態下，加速了閥板工作老化、閥板破損，更重要的是極大的加劇了主副螺桿、軸承的磨損。高溫工作環境加速了壓縮機橡膠件的老化。

3 保養方法

（1）規范潤滑油的使用[6]。使用潤滑油必須與螺桿式空氣壓縮機技術要求匹配，嚴禁不同品牌、不同型號的潤滑油混用。日檢過程中必須檢查螺桿式空氣壓縮機的油位和油質。及時補油，補油情況應建立記錄臺帳，發現潤滑油損耗異常時應重點檢查，力求避免故障的進一步惡化。換油時，讓螺桿泵運行5～10 min后停機，使油溫上升以利排放；待油氣筒內完全泄壓后，緩慢擰松加油螺塞；小心擰開卸油閥閥帽，旋上卸油管頂開卸油閥將油放入容器中，排空潤滑油；擰下卸油管，旋緊卸油閥閥帽，從加油口注入新油后，擰緊加油螺塞；啟動螺桿泵檢查卸油閥無漏油，加油螺塞處無泄漏。

（2）油細分離器是將螺桿潤滑油與壓縮空氣分離的部件，潤滑油的品質及空氣質量對其使用壽命具有重要影響。在日檢中，外觀檢查其有無過熱、變色及泄漏現象。檢查過程中禁止敲擊，外殼變形或裂紋必須立即更換。每次小修時檢查油細分離器濾芯無破損。檢查油細分離器濾芯內部導電片狀態良好，作用可靠。使用壽命3 000 h左右。

（3）空氣過濾器日檢，外殼及后蓋無變形、裂紋，密封圈無破損，彈簧卡鉤作用良好。檢查真空指示器狀態，指示器上紅色磁環顯示或KBE-1型真空指示器箭頭指向5～7.5 kPa，KBZ-2C型真空指示器箭頭指向3.7 kPa時，需更新空氣過濾濾芯并清掃筒體內部，重新組裝后，按下指示器頂端的復位按鈕復位。清掃進氣口防塵網罩，泄壓橡皮罩良好、無破損。在輔修及以上修程或日檢需要時，檢查并清除濾芯表面灰塵。清潔方法：用500 kPa的壓縮空氣反吹干凈，筒體內部用凈布擦試潔凈。紙芯破裂，則必須更換新品。

[1]王新月，楊清真.熱力學與氣體動力學基礎[M].西安：西北工業大學出版社，2004.

[2]范德民，于天軍.螺桿式空氣壓縮機不加載故障快速診斷[J].中國設備工程，2002，18（7）：37-38.

[3]韓德生.螺桿空氣常見疑難故障分析及處理[J].化工機械，2009，36（6）：629-631.

[4]申寶武.螺桿式空氣壓縮機的潤滑分析[J].石油商技，2007，35（7）：52-57.

[5]高偉，雷成兵，朱彥輝.一起HXD3機車螺桿式空氣壓縮機過燒的分析與處理[J].機車電傳動，2011，52（3）：83-84.

[6]何成才，黃志高.鐵路機車雙螺桿式空氣壓縮機過熱原因分析[J].鐵道機車車輛，2013，33（4）：94-96.

Discussion on Maintenance of Double Screw Air Compressor for Railway Locomotive

HUANG Zhi-gao，WANG Yuan-fang
（Wuhan Railway Vocational College of Technology，Wuhan Hubei 430205，China）

The working principle of screw compressor was introduced，combined with the special working environment of high temperature，dust，mechanical vibration and intermittent operation mode between machine rooms of the railway locomotive.Meanwhile，the reason of double screw air compressor overheating fault and the other machine fault of double screw type air compressing were analyzed.Finally，some maintenance suggestions were put forward for railway locomotive screw air compressor.

railway locomotive；screw air compressor；theory；maintenance

U269

A

1672-545X（2017）03-0128-02

2016-12-09

湖北省教育廳科學技術研究項目（編號：B2014215）

黃志高（1972-），男，講師，湖北隨州人，工學碩士，長期從事鐵道機車車輛專業教學工作，研究方向：鐵道機車車輛。