城市軌道交通列車螺桿式空氣壓縮機油乳化分析及建議

摘要：從城市軌道交通列車螺桿式空氣壓縮機工作原理出發，分析了螺桿式空氣壓縮機機油乳化危害及原因，提出了改進建議。

關鍵詞：城市軌道交通列車；螺桿式空氣壓縮機；機油；乳化

引言

目前，螺桿式空氣壓縮機以其結構簡單、易損件少、壓比大、排溫低、運轉平穩、環境適應性強、維護費用較低等諸多特點，在我國城市軌道交通列車（簡稱城軌列車）中獲得廣泛應用。螺桿式空氣壓縮機為城軌列車提供干燥清潔的壓縮空氣，為空氣彈簧、氣動電器、氣動塞拉門、列車制動等設備和系統提供動力氣源，空氣壓縮機運行穩定性和可靠性，直接影響著列車的運行性能，關系到列車的安全正點。螺桿式空氣壓縮機油乳化問題長期困擾著城市軌道交通運營企業。

1.螺桿式空氣壓縮機概述

城軌列車用螺桿式空氣壓縮機是噴油單級雙螺桿壓縮機，電動機通過高效聯軸器帶動空氣壓縮機主機轉動進行空氣壓縮，通過噴油對主機壓縮腔進行冷卻和潤滑，壓縮腔排出的空氣和機油混合氣體經過粗、精兩道分離，將機油分離出來，最后得到干燥潔凈的壓縮空氣。機油的作用就是對主機壓縮腔進行冷卻和潤滑。

1. 1.螺桿式空氣壓縮機工作原理

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?？諝獾膲嚎s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[2]（見圖1）。

1. 2.雙螺桿式空氣壓縮機工作流程

由進氣過濾器濾除灰塵和雜質后的空氣，經進氣控制閥進入壓縮機主機，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，壓縮后的混合氣體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。

2.螺桿式空氣壓縮機油乳化故障機理分析

在城軌列車運用和檢修過程中，螺桿式空氣壓縮機油乳化現象普遍存在?？諝鈮嚎s機油乳化，導致機油被稀釋，機油粘度下降，潤滑性能降低，運動部件磨耗加劇，壓縮機使用壽命大大縮短。同時，危機列車安全正點運行。

空氣壓縮機油乳狀必須具有三個必要條件：存在互不相溶（或不完全相溶）的兩種液體；兩種混合液中存在乳化劑；存在形成乳化液的能量，如強烈的攪拌、循環、流動等。

2.1 空氣壓縮機工作率低下，機油中存在液態水

機油中存在水是機油乳化的必要條件之一。目前，城軌列車制動均采用電制動（ED）優先、空氣制動（EP）滯后補償的原則，列車用風量極小，空氣壓縮機長處于非工作時間狀態，每臺空壓機的實際工作率（空壓機工作時間/列車工作時間）在10%左右。在很低的工作率下，壓縮機短時間處于高溫高壓工作狀態，主機壓縮腔內存在水分比例很大的濕熱空氣，而在較長非工作時間內，空壓機保持在較低溫度范圍工作，濕熱空氣冷卻產生冷凝水，空氣中的水分在壓縮后無法以蒸發排出，冷凝成液態水落于機油中。

2.2 油品中的添加劑

機油添加劑（如抗氧化劑和防銹劑）具有親油性的非極性基團，同時具有一定表面活性的親水性極性基團。在一定轉速下極性基團對水具有一定的親合能力，增強了油水分離的難度，使油質乳化。

2.3 激烈攪拌

在空氣壓縮機高速旋轉時，油和水被激烈而充分的攪拌。

在空氣壓縮機工作時，油和水被充分地攪拌，在乳化劑的作用下，親水的極性基團有了與水充分親合的機會，當親合力足夠大時，就會與水牢固的結合在一起。又由于親油性的非極性基團能溶于油中，從而通過這種物質的作用使水和油結合在一起，水與油就不能分離，即產生乳化現象。

3.建議措施

螺桿式空壓機的實際工作率低下，短時間處于高溫高壓工作狀態，主機壓縮腔內存在水分比例很大的濕熱空氣，而在較長非工作時間內，濕熱空氣冷卻生產冷凝水，液態水落于機油中是機油乳化的最重要原因。建議在列車設計時，采用變頻電機驅動空氣壓縮機，使空氣壓縮機根據用風量調節供風量，長時間處于工作狀態，提高空壓機的實際工作率，將是解決空氣壓縮機機油乳化的最佳方式。

參考文獻：

[1].何成才 黃志高 . 鐵路機車雙螺桿壓縮機過熱原因分析[J] .鐵道機車車輛，2013.（4）

[2].黃棟梨，戴九成.DF4B、DF4D機車空氣壓縮機潤滑油慣性乳化原因和解決措施.鐵道機車車輛，2007.（6）

[3]. 秦娟蘭 應云飛 張 龍. 蘇州地鐵一號線車輛空氣壓縮機機油乳化故障分析及改進措施[J]現代城市軌道交通，2016.（6）

[4].候品楊 .廣州地鐵3號線列車空氣壓縮機機油乳化原因分析及改進措施[J]. 機車電傳動，2009.（2）

作者簡介：

周莉（1965-），女（壯族），副教授，主要領域為鐵道車輛教學與研究。