SDA4型內燃機車空壓機機油乳化的原因分析與改進措施

徐曉沁

摘要：根據現場國外現場實際情況對SDA4型機車配置的BT-3.0/10A3型螺桿空壓機機油乳化的原因進行分析，找到引起空壓機機油乳化的原因并提供解決乳化問題的改進方案。

關鍵詞：空壓機;機油乳化;原因分析;改進措施

0 ?引言

機油乳化是螺桿式空壓機的常見故障，是機油與水混合在一定的溫度和壓力下形成的，尤其是在天氣寒冷或多雨潮濕的季節。這一現象主要是由這種空壓機的結構和空氣流程所決定的。由于空氣中的含有的氣態水在被壓縮后會變成液態水，而在整個空壓機工作過程中空氣與機油在機油室重復進行混合、分離，當液態水不隨壓縮空氣排除時，液態水與機油混合在一起就會出現乳化現象。資陽公司配屬給國外地方鐵路用戶的SDA4型內燃機車自2016年2月份投入運用以來，在2016年6月份開始就陸續發現有空壓機機油出現乳化的現象，通過油位鏡檢查發現機油顏色呈渾濁黃色，打開底部排油口后有大量液態水排出。

1 ?空壓機機油乳化帶來的危害

機油乳化引起的機油變質將降低機油室內機油黏度，對空壓機的潤滑、冷卻、密封作用減弱，使得機體內加工面、螺桿表面生銹及軸承損壞，最終會導致螺桿壓縮機機頭損壞。

2 ?空壓機工作原理

空壓機包括：空氣系統、潤滑油系統和冷卻系統。各個系統工作原理如下：

2.1 空氣系統

開機時空氣由空濾器吸入，經由進氣閥進入主機，在主機壓縮腔壓縮，經機油冷卻后排入油氣室，這種含油空氣在油氣室內經撞擊進行第一次氣、液粗分，再經由油細分離器進行第二次氣、液精分，當油氣室壓力達到輸出壓力后，被壓縮的空氣通過最小壓力閥排出，經后冷卻器冷卻，提供給空氣制動系統。

停機時，最小壓力閥止回，切斷后部高壓氣路，阻止高壓氣返回主機系統。同時進氣閥中的進氣止回閥關閉，主機壓縮腔的高壓氣體返至低壓腔迫使進氣閥中的泄壓閥動作，將系統壓縮空氣與進氣閥吸氣口連通經由空氣濾清器放入大氣（見圖1 空壓機工作原理圖）。

2.2 機油系統

2.2.1 主回路：空壓機起動時，在最小壓力閥作用下，優先建立起機油循環所需之壓力，機油壓入溫控閥，經油冷卻器冷卻（或不經過油冷卻器冷卻）、油過濾器過濾，通過噴油口射入機體內，然后隨壓縮空氣排到油氣室進行粗分。

2.2.2 輔助回路：含油壓縮空氣經油氣室粗分后，進入油細分離器進行細分，聚集在其底部的少許機油，經回油管、可視回油單向閥，進入機體，用以潤滑排氣端軸承繼而返回油氣室（見圖1空壓機工作原理圖）。

2.3 冷風系統

機組運行時，電機帶動風葉輪高速旋轉，使周圍環境中的冷風從連接法蘭，導風口吸入，經風葉輪加速甩出后，沿風機殼導風罩吹向冷卻器（圖中未畫出）用以冷卻壓縮空氣和潤滑油（見圖1空壓機工作原理圖）。

3 ?機油乳化的原因

從螺桿式空壓機的工作原理得知，當空壓機工作時，空氣由空氣濾清器吸入，通過進氣閥后進入主機，在主機腔內壓縮。空氣經機油冷卻后進入油氣室，含油的空氣在油氣室內經撞擊、阻攔、離心等作用先進行第一次機油與空氣的粗分，然后經過油細分離器進行第二次機油與空氣的精分，當油氣室壓力達到輸出壓力后，被壓縮的空氣通過最小壓力閥排出，經后冷卻器冷卻，提供給空氣制動系統，而BT-3.0/10A3型螺桿式空壓機原始溫控閥的動作點為83℃，當機油溫度達到78℃時，通向冷卻器通道開啟，導致機油溫度下降，在這樣的情況下，使得空氣中的水分和機油進行了充分的混合，給機油的乳化創造了條件。空壓機在打滿風后，機油溫度會慢慢下降，達不到讓主機腔內水氣化的溫度，就會引起機油乳化。

根據該公司的實際使用來看，機油嚴重乳化的現象集中出現在6-10月，也就是在泰國的雨季。在這段時間內，基本上每天都會下雨，每次短則數分鐘，長則持續約30分鐘至數小時左右，空氣濕度可達82.8%，且降雨量較大。在這種情況下，潮濕的空氣進入主機腔內與機油混合時，油溫達不到水化氣的溫度，最終液化成水殘留在主機腔內，與機油混合攪拌，導致了機油乳化現象的發生。在泰國雨季時，每次機車回段打開空壓機底部放油口都有大量的液態水排出，而用戶使用機車時因運營原因不可能每次回段都停機長時間打開空壓機放油口排水，久而久之，機油乳化程度就由輕微乳化轉化為嚴重乳化，并造成主機腔內積水，銹蝕主機腔，影響空壓機的正常運行。

4 ?空壓機機油乳化判定

4.1 ?輕度乳化

在高溫高濕環境中，空壓機組運轉率低于30%，機油可能會出現輕度乳化現象，機油呈淡棕色或淡黃色。如圖2-圖4所示。輕度乳化不影響使用，觀察使用。

4.2 中度乳化

如果輕微乳化現象長時間沒有消除，可能導致機油中度乳化，機油顏色表現為渾濁黃色或渾濁棕色如圖5-圖8所示，發生中度乳化時，可按以下措施進行處理：

①先短時啟動空壓機組，檢查壓縮機機頭內是否有異響。

②若無異響，保持空壓機在額定轉速連續運行30min以上，然后停機觀察乳化現象是否減輕或消除，若有所改善，繼續運行，直至乳化現象完全消除。若無改善，則需更換潤滑油。

③若有異響，則立即切斷電源，檢查空壓機，查找到故障原因并處理。

4.3 嚴重乳化

若機油發生嚴重乳化，現象如圖9-圖12所示，機油顏色變為白色、乳白色。必須立即切斷空壓機組電源，更換機油。

5 ?改進措施

5.1 將空壓機空載時間由120s更改為300s

空載設置可保持機油溫度下降，增加空載時間可減少空壓機停機時間，提高空壓機運轉率，可使油溫保持持續上升的趨勢，減少因機油溫度低造成的水蒸氣液化，從而緩解機油的乳化。

5.2 將空壓機溫控閥動作溫度由83℃改為90℃。

在100%濕度34℃環境中，水氣化的油溫為83℃，改前溫控閥為83℃（油溫≤78℃時直通路開啟，>78℃通向冷卻器通道開啟，88℃全開），在78℃時機油開始經過散熱器，很難使油溫上升到83℃;溫控閥更改為90℃后（油溫≤85℃時直通路開啟，>85℃通向冷卻器通道開啟，95℃全開），在85℃時機油才經過散熱器，從而使油溫迅速升到85℃，使得機油中水氣化，讓機體內的水隨壓縮空氣排出，從而不會產生乳化現象。該公司使用的空壓機潤滑油為安潤龍3057M聚α烯烴（PAO）壓縮機油，額定工作溫度范圍：-40°F至400°F（-40°C至205°C），提高溫控閥溫度至90℃不會影響機油本身的性能。

6 ?實施效果

截止2019年3月初，國外服務組已完成5.1-5.2中的所有改進措施。并在2019年8月9日開始空壓機機油乳化測試實驗，測試機車為70103、70104、70109三臺機車，6臺空壓機。測試時間為8月9日-10月7日，期間為該國雨季，能最大程度的檢驗空壓機乳化改進措施達到的成果，測試實驗結果如表1。

實驗結果表明所采用的防止空壓機機油乳化的改進措施是有效的，6臺空壓機在泰國雨季測試期間并未出現機油乳化的現象，效果明顯。

7 ?結束語

SDA4型機車是我公司第一次投入東南亞市場運用，雖然在空壓機的設計上是針對的該國運用環境的，但是在開始使用時仍然出現了機油嚴重乳化的問題，最重要的原因就是忽視了該國雨季短時間的強降雨使得空氣中水分含量增加，一部分無法排出的水氣累積在機體腔內，時間一長就使得機油發生乳化。最終解決機油乳化的方案歸根結底，都是從各種途徑通過提高機油油溫，達到水氣化的溫度，使機體里的水氣隨壓縮空氣排出。機油乳化雖然是一種空壓機的常見故障，但針對其使用環境的充分考量，采取正確的改進措施，就能減少、避免空壓機機油乳化的現象發生，降低由此造成的空壓機損傷，延長空壓機使用壽命。

參考文獻：

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