活塞式與螺桿式空氣壓縮機工作原理分析研究

(山東職業(yè)學院 城市軌道交通系 山東 濟南 230000)

一、引言

城軌車輛制動主要包括電制動和空氣制動，空氣制動是通過壓縮空氣作為制動力，促使列車減速或者停車。壓縮空氣通過空氣壓縮機產(chǎn)生壓縮空氣，城軌車輛常用的空氣壓縮機有活塞式空氣壓縮機與螺桿式空氣壓縮機[1][3]。空氣壓縮機作為供風系統(tǒng)的重要組成部分，也是車輛容易出現(xiàn)故障的常見部件。兩種空氣壓縮機無論在結構還是工作原理上都大有不同。目前對這兩種空氣壓縮機進行單獨研究的較多，但對這2種空氣壓縮機同時進行對比分析的論文鮮有報道[2]。因此本文對城軌車輛上常用活塞式與螺桿式空氣壓縮機進行分析研究。

二、空氣壓縮機工作原理分析

(一)活塞式空氣壓縮機工作原理分析

圖1.VV120型活塞式空氣壓縮機結構

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

活塞式空氣壓縮機的工作過程主要包括2部分，第一部分為機械工作部分，交流電機通電轉動通過柔性連接與曲軸相連帶動曲軸轉動，曲軸上連接活塞桿，帶動活塞桿在活塞缸內坐活塞運動，相當于一個曲柄滑塊機構，活塞缸內有大量的油，既可以實現(xiàn)飛濺潤滑同時具有散熱的功能。第二部分為氣體壓縮部分，空氣經(jīng)空氣過濾器進入集氣室，然后同時進入2個低壓缸進行一次壓縮，空氣經(jīng)過1次壓縮后進入中間冷卻器進行1次冷卻后進入高壓缸進行2次壓縮，后經(jīng)后冷卻器進行2次冷卻，兩次壓縮后空氣的壓力已達到使用要求但空氣的相對濕度較高，需要空氣干燥器進行干燥處理，相對濕度低于35%時方可使用[6]。

(二)螺桿式空氣壓縮機工作原理分析

螺桿式空氣壓縮機是城軌車輛上另外一種常用的空氣壓縮機，它的特點是溫控能力好、壓縮效率高，但是壓縮機結構較為復雜。螺桿式空氣壓縮機主要部件包括交流電機、空氣濾清器、冷卻器、吸氣閥、機頭、油氣筒、油氣分離器、溫控閥壓力維持閥等部件組成，具體結構見圖2[3][7]。

圖2.TSA-0.9AR螺桿式空氣壓縮機結構

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；9一壓力維持閥；10一油氣筒；11一油細分離器；12隔板；13一溫度開關；14一電加熱器；15一放油閥；16一油過濾器：17-溫控閥；18-安全閥；19-卸位閥20-機頭；21一離心式風扇；22-聯(lián)軸器；23-電動機

螺桿式空氣壓縮機的工作過程，機械部分主要包括電機轉動帶動機頭主螺桿轉動，主螺桿與從動螺桿在油膜的作用下形成密封空間，進而對空氣進行壓縮，另外電機主軸帶有風扇，可以進行通風散熱。

螺桿式空氣壓縮機主要有三種工況，分別為無負載時循環(huán)潤滑；壓縮工況；停機排氣工況[8]。當壓縮機外部無負載時啟動時，壓縮機不向外部輸出壓縮空氣，只是內部進行油路的循環(huán)潤滑，此時油氣混合體經(jīng)過機頭進入油氣筒，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濾器，經(jīng)溫控閥進入后冷卻器，完成冷卻后回流入機頭，對機頭進行循環(huán)潤滑，溫控閥可以調節(jié)油溫，進入油氣筒的霧化狀的油沿著油細分離器的管路回流進入機頭進行機頭潤滑；當，壓縮機外部有負載時，空氣從空氣濾清器由吸氣閥吸入機頭，機頭轉動嚙合，由于機頭內部存在大量的油，在嚙合過程中兩個螺桿之間形成油膜使得空氣在油膜內進行壓縮，從機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行一次過濾，過濾處理液態(tài)油，在油細分離器進行二次過濾，過濾掉霧化狀的油，當油氣筒內壓力不斷增大，到達600Kpa時[3][9]，壓力維持閥打開，氣體進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；當車輛斷電，空氣壓縮機停機時，油氣筒內的殘留氣體經(jīng)左側節(jié)流管路流入卸荷閥，然后經(jīng)管路排向大氣。

三、兩種空壓機對比總結

活塞式空氣壓縮機與螺桿式空氣壓縮機在過濾與冷卻等過程有其相似之處，但在壓縮等過程原理又大為不同。對2種空氣壓縮分析比較。活塞式空氣壓縮機壓縮效率高，結構簡單，工作原理簡單，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。螺桿式空氣壓縮機機構以及工作原理都比較復雜，但這種壓縮機壽命較長，維護周期較長，目前深圳地鐵部分線路采用螺桿式空氣壓縮機[10-11]。