活塞式與螺桿式空氣壓縮機(jī)工作原理分析研究

(山東職業(yè)學(xué)院 城市軌道交通系 山東 濟(jì)南 230000)

一、引言

城軌車輛制動(dòng)主要包括電制動(dòng)和空氣制動(dòng)，空氣制動(dòng)是通過(guò)壓縮空氣作為制動(dòng)力，促使列車減速或者停車。壓縮空氣通過(guò)空氣壓縮機(jī)產(chǎn)生壓縮空氣，城軌車輛常用的空氣壓縮機(jī)有活塞式空氣壓縮機(jī)與螺桿式空氣壓縮機(jī)[1][3]。空氣壓縮機(jī)作為供風(fēng)系統(tǒng)的重要組成部分，也是車輛容易出現(xiàn)故障的常見部件。兩種空氣壓縮機(jī)無(wú)論在結(jié)構(gòu)還是工作原理上都大有不同。目前對(duì)這兩種空氣壓縮機(jī)進(jìn)行單獨(dú)研究的較多，但對(duì)這2種空氣壓縮機(jī)同時(shí)進(jìn)行對(duì)比分析的論文鮮有報(bào)道[2]。因此本文對(duì)城軌車輛上常用活塞式與螺桿式空氣壓縮機(jī)進(jìn)行分析研究。

二、空氣壓縮機(jī)工作原理分析

(一)活塞式空氣壓縮機(jī)工作原理分析

圖1.VV120型活塞式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

活塞式空氣壓縮機(jī)因體積較小、維護(hù)方便、噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，在各方面得到廣泛的應(yīng)用，與其他壓縮機(jī)相比應(yīng)用更為廣泛[3]。城軌車輛上目前最常用的是VV120型空氣壓縮機(jī)[4]，該種空氣壓縮機(jī)工作過(guò)程包含2次壓縮2次冷卻，可達(dá)到920L/min的壓縮能力。VV120型空氣壓縮機(jī)主要由交流電機(jī)、空氣過(guò)濾器、高壓缸、低壓缸、曲軸、中間冷卻器、后冷卻器等組成。具體結(jié)構(gòu)如圖1[3][5]。

活塞式空氣壓縮機(jī)的工作過(guò)程主要包括2部分，第一部分為機(jī)械工作部分，交流電機(jī)通電轉(zhuǎn)動(dòng)通過(guò)柔性連接與曲軸相連帶動(dòng)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng)，曲軸上連接活塞桿，帶動(dòng)活塞桿在活塞缸內(nèi)坐活塞運(yùn)動(dòng)，相當(dāng)于一個(gè)曲柄滑塊機(jī)構(gòu)，活塞缸內(nèi)有大量的油，既可以實(shí)現(xiàn)飛濺潤(rùn)滑同時(shí)具有散熱的功能。第二部分為氣體壓縮部分，空氣經(jīng)空氣過(guò)濾器進(jìn)入集氣室，然后同時(shí)進(jìn)入2個(gè)低壓缸進(jìn)行一次壓縮，空氣經(jīng)過(guò)1次壓縮后進(jìn)入中間冷卻器進(jìn)行1次冷卻后進(jìn)入高壓缸進(jìn)行2次壓縮，后經(jīng)后冷卻器進(jìn)行2次冷卻，兩次壓縮后空氣的壓力已達(dá)到使用要求但空氣的相對(duì)濕度較高，需要空氣干燥器進(jìn)行干燥處理，相對(duì)濕度低于35%時(shí)方可使用[6]。

(二)螺桿式空氣壓縮機(jī)工作原理分析

螺桿式空氣壓縮機(jī)是城軌車輛上另外一種常用的空氣壓縮機(jī)，它的特點(diǎn)是溫控能力好、壓縮效率高，但是壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜。螺桿式空氣壓縮機(jī)主要部件包括交流電機(jī)、空氣濾清器、冷卻器、吸氣閥、機(jī)頭、油氣筒、油氣分離器、溫控閥壓力維持閥等部件組成，具體結(jié)構(gòu)見圖2[3][7]。

圖2.TSA-0.9AR螺桿式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)

1一空氣濾清器；2一后冷卻器；3一冷卻器；4一油冷卻器；5一空氣供給口；6一服氣閥；7一真空指示器；8一壓力開關(guān)；9一壓力維持閥；10一油氣筒；11一油細(xì)分離器；12隔板；13一溫度開關(guān)；14一電加熱器；15一放油閥；16一油過(guò)濾器：17-溫控閥；18-安全閥；19-卸位閥20-機(jī)頭；21一離心式風(fēng)扇；22-聯(lián)軸器；23-電動(dòng)機(jī)

螺桿式空氣壓縮機(jī)的工作過(guò)程，機(jī)械部分主要包括電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)機(jī)頭主螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)，主螺桿與從動(dòng)螺桿在油膜的作用下形成密封空間，進(jìn)而對(duì)空氣進(jìn)行壓縮，另外電機(jī)主軸帶有風(fēng)扇，可以進(jìn)行通風(fēng)散熱。

螺桿式空氣壓縮機(jī)主要有三種工況，分別為無(wú)負(fù)載時(shí)循環(huán)潤(rùn)滑；壓縮工況；停機(jī)排氣工況[8]。當(dāng)壓縮機(jī)外部無(wú)負(fù)載時(shí)啟動(dòng)時(shí)，壓縮機(jī)不向外部輸出壓縮空氣，只是內(nèi)部進(jìn)行油路的循環(huán)潤(rùn)滑，此時(shí)油氣混合體經(jīng)過(guò)機(jī)頭進(jìn)入油氣筒，液態(tài)油經(jīng)隔板匯聚到油氣筒底部，沿著底部管路流入油過(guò)濾器，經(jīng)溫控閥進(jìn)入后冷卻器，完成冷卻后回流入機(jī)頭，對(duì)機(jī)頭進(jìn)行循環(huán)潤(rùn)滑，溫控閥可以調(diào)節(jié)油溫，進(jìn)入油氣筒的霧化狀的油沿著油細(xì)分離器的管路回流進(jìn)入機(jī)頭進(jìn)行機(jī)頭潤(rùn)滑；當(dāng)，壓縮機(jī)外部有負(fù)載時(shí)，空氣從空氣濾清器由吸氣閥吸入機(jī)頭，機(jī)頭轉(zhuǎn)動(dòng)嚙合，由于機(jī)頭內(nèi)部存在大量的油，在嚙合過(guò)程中兩個(gè)螺桿之間形成油膜使得空氣在油膜內(nèi)進(jìn)行壓縮，從機(jī)頭流出的氣體為具有一定壓力的油氣混合體，油氣混合體在隔板處進(jìn)行一次過(guò)濾，過(guò)濾處理液態(tài)油，在油細(xì)分離器進(jìn)行二次過(guò)濾，過(guò)濾掉霧化狀的油，當(dāng)油氣筒內(nèi)壓力不斷增大，到達(dá)600Kpa時(shí)[3][9]，壓力維持閥打開，氣體進(jìn)入冷卻器冷卻壓縮氣體，完成冷卻后將氣體送入干燥塔干燥；當(dāng)車輛斷電，空氣壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)，油氣筒內(nèi)的殘留氣體經(jīng)左側(cè)節(jié)流管路流入卸荷閥，然后經(jīng)管路排向大氣。

三、兩種空壓機(jī)對(duì)比總結(jié)

活塞式空氣壓縮機(jī)與螺桿式空氣壓縮機(jī)在過(guò)濾與冷卻等過(guò)程有其相似之處，但在壓縮等過(guò)程原理又大為不同。對(duì)2種空氣壓縮分析比較。活塞式空氣壓縮機(jī)壓縮效率高，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作原理簡(jiǎn)單，易與維修，目前寧波地鐵部分線路車輛均采用活塞式空氣壓縮機(jī)。螺桿式空氣壓縮機(jī)機(jī)構(gòu)以及工作原理都比較復(fù)雜，但這種壓縮機(jī)壽命較長(zhǎng)，維護(hù)周期較長(zhǎng)，目前深圳地鐵部分線路采用螺桿式空氣壓縮機(jī)[10-11]。