螺桿式壓縮機(jī)常見故障分析

張省偉， 劉瑤

(1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710026；2.神朔鐵路分公司機(jī)務(wù)段，榆林 719316)

0 引言

伴隨著我國(guó)鐵路機(jī)車從直流傳動(dòng)到交流傳動(dòng)技術(shù)的變革，作為鐵路機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)核心部件的壓縮機(jī)也普遍采用了螺桿式壓縮機(jī)，螺桿式壓縮機(jī)屬于轉(zhuǎn)動(dòng)型機(jī)械設(shè)備，具有工作可靠性高、動(dòng)平衡性能好、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動(dòng)小、能耗低、效率高、噪音低、易損件少、使用壽命長(zhǎng)、運(yùn)行成本低、操作和維護(hù)方便等優(yōu)點(diǎn)，其各方面性能明顯高于鐵路機(jī)車之前所使用的活塞往復(fù)式壓縮機(jī)，符合了我國(guó)鐵路機(jī)車快速發(fā)展對(duì)于現(xiàn)代化設(shè)備的要求，因而逐步取代了原有活塞式往復(fù)式壓縮機(jī)并在我國(guó)新型電力機(jī)車上得到廣泛的應(yīng)用[1]。但是螺桿式壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)和作用原理相對(duì)于活塞往復(fù)式式壓縮機(jī)較為復(fù)雜，在運(yùn)用和檢修中也在不少問題，現(xiàn)對(duì)螺桿式壓縮機(jī)的工作流程以及在運(yùn)用過(guò)程中所發(fā)生的一些故障進(jìn)行分析，并討論相應(yīng)的判斷和處理方法。

1 螺桿式壓縮機(jī)的工作流程

鐵路機(jī)車常用的螺桿式壓縮機(jī)有SL22-47型、GAR22型、TSA-230AD型及BT-3.0/10AD型，螺桿式壓縮機(jī)一般由底座、驅(qū)動(dòng)裝置、空氣壓縮機(jī)主機(jī)和冷卻裝置等組成，在空氣壓縮機(jī)主機(jī)頭內(nèi)設(shè)有兩個(gè)螺旋形轉(zhuǎn)子螺桿，螺桿具有非對(duì)稱嚙合面，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)通過(guò)逐步減少兩個(gè)轉(zhuǎn)子間的空間來(lái)壓縮空氣，同時(shí)利用潤(rùn)滑油起到降溫和潤(rùn)滑作用，所以螺桿式壓縮機(jī)的工作流程主要是空氣壓縮流程和油循環(huán)流程。

1.1 空氣壓縮機(jī)主機(jī)的工作過(guò)程

螺桿式壓縮機(jī)具有與其他型號(hào)壓縮機(jī)相類似的空氣壓縮過(guò)程，即吸氣、壓縮和排氣過(guò)程，不過(guò)螺桿式壓縮機(jī)是利用螺旋式轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷對(duì)空氣做功，因而會(huì)連續(xù)不斷的產(chǎn)生壓縮空氣，不會(huì)形成脈沖壓力，此過(guò)程主要在空氣壓縮機(jī)主機(jī)內(nèi)完成。

(1)吸氣過(guò)程：如圖1所示。

a)準(zhǔn)備吸氣b)吸氣中c)吸氣結(jié)束

圖1 螺桿式壓縮機(jī)吸氣過(guò)程原理

如圖1a)所示，隨著螺旋形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子齒的一端逐漸脫離嚙合而形成了齒間容積，隨著這個(gè)齒間容積的擴(kuò)大，將會(huì)在其內(nèi)部形成一定的真空，而此齒間容積僅與吸氣口連通，所以空氣在大氣壓的作用下經(jīng)空氣濾清器不斷流入齒間容積，壓縮機(jī)吸入越來(lái)越多的空氣，如圖1b)所示。隨著螺旋形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積達(dá)到最大之后容積不再增加，齒間容積在此位置與吸氣口斷開，吸氣過(guò)程結(jié)束，如圖1b)所示。

(2)壓縮過(guò)程：如圖2所示。

a)即將壓縮b)壓縮中c)壓縮結(jié)束

圖2 螺桿式壓縮機(jī)壓縮過(guò)程原理

如圖2a)所示，隨著螺旋形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，嚙合面逐漸移向排氣端，齒間容積因螺旋形轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小，被密封在齒間容積的空氣壓力被迫不斷升高，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)空氣的連續(xù)壓縮，如圖2b)所示，直至齒間容積與排氣孔連通時(shí)，壓縮空氣達(dá)到最高壓力，壓縮過(guò)程結(jié)束，如圖2c)所示。

(3)排氣過(guò)程：齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過(guò)程，如圖3所示。

a)排氣中b)排氣結(jié)束

圖3 螺桿式壓縮機(jī)排氣過(guò)程原理

如圖3a)所示，隨著齒間容積的不斷縮小，被壓縮的空氣逐步通過(guò)排氣孔口排出，直至齒末端的型線完全嚙合，封閉的齒間容積體積變?yōu)榱銥橹梗藭r(shí)齒間容積內(nèi)所有壓縮空氣均通過(guò)排氣孔口被完全排出，排氣過(guò)程結(jié)束，如圖3b)所示。

1.2 空氣壓縮流程

如圖4所示。

圖4 螺桿式壓縮機(jī)系統(tǒng)流程圖

開機(jī)時(shí)，空氣通過(guò)空氣濾清器過(guò)濾后被吸入壓縮機(jī)，經(jīng)由進(jìn)氣閥進(jìn)入空氣壓縮機(jī)主機(jī)后被壓縮，經(jīng)潤(rùn)滑油冷卻后形成的高壓油氣混合物被噴入油氣室，在擋板的撞擊作用下進(jìn)行第一次氣體、液體的粗分離之后，再由油細(xì)分離器進(jìn)行第二次細(xì)分離，當(dāng)氣體壓力堆積到最小壓力閥設(shè)定值后，最小壓力閥開啟，被壓縮的空氣經(jīng)冷卻器冷卻后從壓縮機(jī)出口輸出。停機(jī)時(shí)，最小壓力閥發(fā)揮止回功能，使得壓縮機(jī)和外部高壓氣路隔離，同時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)的壓縮空氣返回進(jìn)氣閥并迫使進(jìn)氣閥中的泄壓閥動(dòng)作，從而將壓縮機(jī)內(nèi)氣壓快速降低，以保證下次壓縮機(jī)無(wú)負(fù)荷氣動(dòng)。

1.3 油循環(huán)流程

主回路：空氣壓縮機(jī)啟動(dòng)時(shí)，在最小壓力閥的限制下，油氣室先建立起壓力，潤(rùn)滑油被壓入溫控閥，經(jīng)油冷卻器、油過(guò)濾器后，通過(guò)噴油口噴入壓縮機(jī)主機(jī)，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑和冷卻后隨著壓縮空氣一同被排入到油氣室進(jìn)行第一次粗分離。

輔回路：含有油的壓縮空氣在油氣室進(jìn)行粗分離后，進(jìn)入油細(xì)分離器進(jìn)行第二次細(xì)分離，被分離出的潤(rùn)滑油經(jīng)回油管進(jìn)入機(jī)體發(fā)揮潤(rùn)滑作用后被排入到油氣室。

2 螺桿式壓縮機(jī)常見故障分析

2.1 螺桿式壓縮機(jī)安全閥排氣

(1)故障原因分析

螺桿式壓縮機(jī)安全閥的作用是當(dāng)油氣室內(nèi)的壓力超過(guò)安全閥的整定值時(shí)，安全閥自動(dòng)開啟泄壓，使油氣室壓力降至設(shè)定值以下，起到超壓保護(hù)作用。因此，安全閥排氣的主要原因是螺桿式壓縮機(jī)油氣室的壓力過(guò)高，造成此故障的原因有：①最小壓力閥粘滯，②空氣管路不暢通，③安全閥整定值錯(cuò)誤或安全閥故障，④總風(fēng)缸壓力值設(shè)置過(guò)高，達(dá)到安全閥動(dòng)作值。

(2)判斷和處理方法

首先，檢查總風(fēng)缸壓力，如其壓力不在規(guī)定范圍內(nèi)，應(yīng)調(diào)整總風(fēng)缸壓力控制器，使其達(dá)到規(guī)定要求；如果總風(fēng)缸壓力符合要求，應(yīng)更換螺桿壓縮機(jī)安全閥后再進(jìn)行試驗(yàn)，若故障依然存在，可拆開壓縮機(jī)出風(fēng)管，啟動(dòng)壓縮機(jī)檢查其出風(fēng)口是否出風(fēng)，若無(wú)風(fēng)或出風(fēng)量很小，可判斷故障為最小壓力閥粘滯或壓縮機(jī)內(nèi)空氣管路堵塞。擰開最小壓力閥出風(fēng)口接頭，檢查出風(fēng)量，若無(wú)風(fēng)或出風(fēng)量很小，可判斷為最小壓力閥粘滯，則需要更換最小壓力閥；若最小壓力閥出風(fēng)口出風(fēng)正常，則故障為壓縮機(jī)風(fēng)管路堵塞，需對(duì)壓縮機(jī)風(fēng)路進(jìn)行清理[2]。

2.2 壓縮空氣中有油或干燥器排污管排油

(1)故障原因分析

螺桿式壓縮機(jī)壓縮過(guò)程產(chǎn)生的含油氣體，先在油氣室中撞擊擋板后轉(zhuǎn)折使油、氣粗分離，然后進(jìn)入油細(xì)分離器進(jìn)行過(guò)濾和聚結(jié)，進(jìn)一步使油、氣細(xì)分，被分離出來(lái)的殘余油聚結(jié)在油細(xì)分離器底部，經(jīng)由回油管及回油單向閥導(dǎo)回油路。可見，壓縮空氣中有油的原因是油、氣分離不徹底，造成此故障的原因有：①油細(xì)分離器故障，②回油管堵塞或回油單向閥故障，③油位過(guò)高。

(2)判斷和處理方法

潤(rùn)滑油油位過(guò)高會(huì)使油氣室機(jī)油過(guò)度攪動(dòng)泡化，使得油細(xì)分析器工作負(fù)擔(dān)增大，無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)油氣的分離，從而導(dǎo)致空氣中含有較多的油，因而，首先檢查壓縮機(jī)油位是否符合要求，若符合要求，可拆卸并清洗回油管和回油單向閥，若故障仍然不能消除，可判斷故障為油細(xì)分離器故障，需更換油細(xì)分離器。

2.3 螺桿式壓縮機(jī)空氣過(guò)濾器中有油

(1)故障原因分析

當(dāng)螺桿式壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，經(jīng)濾清后的空氣通過(guò)進(jìn)氣閥中的進(jìn)氣截止閥進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部；壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，壓縮腔的高壓空氣返回進(jìn)氣腔而使截止閥閥板關(guān)閉防止油氣外泄，同時(shí)，進(jìn)氣閥中的泄壓閥打開，使壓縮機(jī)內(nèi)部壓力空氣釋放，完成卸荷功能[3]。因此，造成此故障的原因有：①空氣中含油過(guò)多，泄壓時(shí)進(jìn)入進(jìn)氣區(qū)，②進(jìn)氣截止閥關(guān)閉不及時(shí)。

(2)判斷和處理方法

首先，檢查壓縮空氣中是否有油或干燥器排污管是否排油，如果正常，可判斷為進(jìn)氣截止閥關(guān)閉不及時(shí)或關(guān)閉不嚴(yán)，需要更換進(jìn)氣閥；否則，按壓縮空氣中有油故障進(jìn)一步判斷和處理。

螺桿式壓縮機(jī)在日常使用和檢修中故障較多，使用不當(dāng)或維修不及時(shí)都可能使設(shè)備的故障增加，甚至發(fā)生安全事故。掌握常見故障的判斷和處理方法、嚴(yán)格按照規(guī)程操作，就可減少事故的發(fā)生，從而確保安全行車。