南昌地鐵2號線列車VV120空壓機油乳化分析和改進措施

摘要：本文介紹南昌地鐵2號線列車使用的VV120空壓機機油乳化的故障，從空壓機工作原理出發著重分析了造成空壓機機油乳化的故障原因;同時提出了改進措施，為南昌地鐵后續新線項目解決類似問題提供了參考依據。

關鍵詞： VV120空壓機;乳化;改進措施

中圖分類號：U293文獻標識碼：A文章編號：1672-9129（2020）14-0058-02

1引言

南昌地鐵2號線采用6輛編組，配屬34臺B2型列車，列車使用的VV12O型活塞式空氣壓縮機（簡稱 VV120空壓機），該空壓機在運營初期出現空壓機機油乳化現象。在南昌高溫高濕度的季節性氣候（如 6～10 月）環境下空壓機乳化現象更加明顯。VV120 活塞式空氣壓縮機的機油在空壓機工作過程中具有重要作用。它使壓縮機活塞與氣缸壁，連桿與曲軸間的相對動動摩擦副獲得潤滑，同時還具有對活塞及氣缸等進行散熱、清潔及防銹的作用。

2乳化原因分析

2.1空壓機工作原理。空壓機結構組成如圖1所示。VV120 活塞式空氣壓縮機采用二級壓縮工作方式，采用飛濺潤滑方式，空壓機在工作過程中通過活塞移動使氣缸內產生一定的負壓，從而使外界空氣通過吸氣口及空氣過濾器而被吸入低壓缸，當活塞處于壓縮狀態時將吸入的空氣壓縮排出。在壓縮空氣過程中，除了空氣密度增加而使壓力上升外，空氣的溫度也會相應上升，當壓縮空氣中所含總水量已經遠大于當時壓縮空氣所對應的飽和濕空氣含水量，則有一部分水以液態水形式存在壓縮空氣中。如果活塞與氣缸間的密封環受損，或者潤滑油的密封效果相對較差，則氣缸內的液態水將在壓縮空氣作用下部分滲漏進入空壓機曲軸箱。進入空壓機曲軸箱內的液態水在空壓機工作過程中受當時潤滑油油溫的影響而形成濕空氣，在空壓機吸氣過程中，曲軸箱內的濕空氣通過油過濾器而被吸入空壓機進氣穩壓腔，進而通過壓縮過程而進入空氣干燥器。因此，在曲軸箱內的少量液態水可以在空壓機工作過程中（需要有一定的油溫）被蒸發掉，其前提是少量的液態水及一定的潤滑油溫。這也是空壓機工作負荷率至少大于30%的原因。但空壓機工作負荷率大小與空壓機潤滑油乳化是一個經驗值，并非一個絕對值，當外界空氣溫度相對較低、濕度相對較低時，空氣中的水分相對較少，空壓機出現乳化的概率要小得多，此時空壓機負荷率即使低于 30%可能也并不會一定出現潤滑油乳化，但如果外界空氣溫度相對較高，濕度相對較大時，則空壓機在較低負荷率時出現潤滑油乳化概率明顯增加。

2.2空壓機油乳化具體原因分析。空壓機潤滑油乳化的原因有很多，主要有下面三個方面的原因：

（1） 空壓機工作負荷率低。空壓機負荷率低（如空壓機平均工作負荷率小于經驗值 30%），則曲軸箱內的油溫較低，不利于進入機油內的水的析出。如下圖2所示，在風源模塊凈排量、列車實際耗風量、空壓機實際工作負荷率這三間之間，如果風源模塊凈排量不變時，則空壓機實際工作負荷率僅取決于實際耗風量，關系如下：

空壓機實際工作負荷率=列車實際耗風量/風源模塊凈排量

在列車實際耗風量計算困難時，空壓機平均工作負荷率還可以用以下方法進行估算：

空壓機實際工作負荷率=空壓機實際工作時間/列車上電總時間

2號線列車空壓機正線負荷率可達到30%，但由于2號線列車配屬數量多，庫停上電停時間長，負荷率極低工作效率，該時段潤滑油中進入的水分相對增多，而在此時段潤滑油中水分蒸發少。

（2） 潤滑油潤滑特性變差。未采用合格的活塞空壓機用潤滑油。潤滑油的水分離性要高（也就是抗乳化性高），具體應符合 VV120 活塞空壓機用油高低溫粘度要求。

2號線列車活塞式空壓機潤滑油采用了指定的殼牌潤滑油，潤滑特性滿足相關粘度要求。

（3） 空壓機活塞環出現損傷。當空壓機在乳化狀態下繼續工作時會導致活塞環（包括 2 個氣環及 1 個油環）部分損傷，使進入空壓機曲軸箱內的水增加，此時通過正常的空壓機工作將不足以將進入曲軸箱內的較多水量蒸發掉。

檢查號線列車活塞式空壓機活塞環未出現損壞。

3改進措施

3.1增大空氣干燥器再生孔孔徑。通過增大空氣干燥器再生孔孔徑，可以通過增大空氣干燥器再生孔孔徑（目前為 1.4mm），增加再生耗氣量，從而適當增加空壓機工作時間。選取2 列上的各一個風源模塊進行空氣干燥器再生孔的更換試驗工作。選取風源模塊時，其中一臺選取空壓機狀態較好的模塊進行試驗，另一臺空壓機選取最近發生潤滑油乳化現象比較頻繁，更換過潤滑油較短時間就有乳化現象發生的風源模塊。根據目前再生孔孔徑的空壓機負荷率計算出更換后的空壓機負荷率，繼而初步確定再生孔的直徑;

（1）選取在更換再生孔之前，通過空壓機工作將系統總風升高至9.0bar（制動風缸內的壓力均升至 9.0bar），然后再通過總風缸排水塞門降低系統總風壓力至 8.0bar 后關閉排水塞門。在僅一臺空壓機（準備更換空氣干燥器再生孔所在模塊）工作的情況下，記錄系統總風壓力從 8.0bar 升至9.0bar 的時間，通過司機室顯示屏記錄開始空壓機工作時的時間及空壓機結束的時間，該時間段為 T1。

（2） 更換指定風源模塊內的空氣干燥器再生縮堵，新縮堵孔徑（可選）。

（3） 重復上述第 1 條過程，記錄更換新再生縮堵后的系統風壓從 8.0bar 升至 9.0bar 的時間 T2。

（4） 2 列試驗空壓機的潤滑油經過檢查油位及狀態（通過放油或者加油口觀察）正常后記錄并進行后續觀察，至少觀察 2 周左右。

通過上述試驗可以推出：更換新空氣干燥器再生縮堵后的風源模塊的空壓機工作負荷率是更換前的（T2/T1）倍。

3.2 TCMS系統參與控制。根據南昌地鐵項目的制動設備的布置，防乳化零部件安裝在帶有電動泵的Mp1車（2車）的車下升弓氣路板上。具體包括截斷塞門、電磁閥、溢流閥、可調式節流閥、消音器。防乳化方案管路原理詳見圖2。

如上圖所示，從總風管路引出一個分支管路，管路中設置截斷塞門（A12），用于檢修維護;同時設有電磁閥（A17）、截斷塞門（A14），用于控制防乳化功能激活或停止。當防乳化功能通過電磁閥得電激活或者截斷塞門（A14）打開而觸發時，總風管路壓縮空氣會流向防乳化分支管路，此時，如果總風壓力大于7.9bar（正常總風管壓力為7.5bar～9bar），溢流閥（A13）打開，壓縮空氣經溢流閥（A13）、可調式節流閥（A15）、消音器（A16）排向大氣，從而使總風管路壓力降低，當總風壓力低于8bar時，TCMS控制主空壓機啟動。

（1）電磁閥（A17）需要得電才能打開，其控制信號（持續信號）來自TCMS。通過TCMS監控空壓機啟停狀態，TCMS發出空壓機停止信號后開始計時，如果空壓機停止15分鐘（可根據實際情況進行調整）內沒有發出空壓機啟動信號，則發出激活電磁閥（A17）的信號，使電磁閥（A17）持續得電，強制將總風管排風，當監控到TCMS發出空壓機啟動信號后將激活電磁閥（A17）的信號置位，防乳化分支管路關閉，不再排風。當TCMS收到空壓機停止信號后重新開始計時，如此反復。

（2）電磁閥（A17）需要得電才能打開，其控制信號（持續信號）來自TCMS。通過TCMS監控空壓機啟停狀態，TCMS發出空壓機停止信號后開始計時，如果空壓機在當日22：00的負荷率未達到30%，則發出激活電磁閥（A17）的信號，使電磁閥（A17）持續得電，強制將總風管排風，當負荷率達到30%，TCMS發出空壓機啟動信號后將激活電磁閥（A17）的信號置位，防乳化分支管路關閉，不再排風。

3.3油位顯示管增加刻度標識。由于空壓機潤滑油乳化是一個由量變到質變的過程，除定期更換空壓機潤滑油外，還需根據實際情況加強日常檢修維護。

（1）針對南昌高溫高濕運用環境及相應時間段（如 6-10 月），空氣溫度升高及濕度增加。空壓機潤滑油乳化的前期是水進入曲軸箱，其最直觀的表現是液位管內的液位上升（通過對比上述的油位標志線）。

（2）空壓機潤滑油加油量要適中，建議加至油位顯示管1/3-1/2，并做好記錄，作為運營中預防油乳化措施中比較重要的一條。空壓機曲軸箱內油量的減少，可以使空壓機油溫的提升更容易，這樣水分也較易蒸發和析出，從而減少乳化發生的可能性。

4結語

增大空氣干燥器再生孔孔徑可適當提高空壓機的負荷率，可有效的解決此問題，但造成空壓機運行時間過長和能耗浪費，可能造成正線供風不足。對比TCMS系統參與智能控制，是更有效的解決空壓機油乳化的措施。

而加強現場檢修觀察，通過控制列車上線，確保列車能夠連續上線，盡可能避免短時間、低頻率的使用，針對庫內備車、正線備車及庫內空壓機運行時間不夠的車做好特定的防范措施等都是有效的預防措施。

參考文獻：

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[2]邱華新.馮鶴騰.廣州地鐵車輛VV120空壓機維修中常見故障及處理，2016

[3]侯品楊.廣州地鐵3 號線列車空氣壓縮機油乳化原因分析及改進措施[J]. 機車電傳動，2009（2）：42-43.

作者簡介：黃志玲 1988年生，女，江西省撫州市人，中級工程師。