黃志高，王元芳

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430205）

裝備運(yùn)行管理

鐵路機(jī)車(chē)雙螺桿式空氣壓縮機(jī)保養(yǎng)探討

黃志高，王元芳

（武漢鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖北武漢430205）

介紹了螺桿式壓縮機(jī)工作原理，結(jié)合鐵道機(jī)車(chē)機(jī)械間高溫、多塵、振動(dòng)這一特殊工作環(huán)境和間歇工作方式，重點(diǎn)分析了雙螺桿式空氣壓縮機(jī)過(guò)熱故障的原因，同時(shí)也分析了雙螺桿式空氣壓縮機(jī)的其他故障。最后，針對(duì)鐵道機(jī)車(chē)螺桿式空氣壓縮機(jī)提出了保養(yǎng)建議。

鐵道機(jī)車(chē)；螺桿式空氣壓縮機(jī)；原理；保養(yǎng)

鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛在整個(gè)鐵路運(yùn)輸系統(tǒng)中承擔(dān)動(dòng)力牽引任務(wù)，起到鐵路運(yùn)輸發(fā)動(dòng)機(jī)的作用。雙螺桿式空氣壓縮機(jī)為機(jī)車(chē)車(chē)輛提供干燥清潔的壓縮空氣。在鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛中，空氣壓縮機(jī)是為列車(chē)制動(dòng)、空氣彈簧、氣動(dòng)電器、塞拉門(mén)等設(shè)備提供動(dòng)力氣源的設(shè)備。

從第一臺(tái)雙螺桿壓縮機(jī)于20世紀(jì)30年代問(wèn)世以來(lái)，大量的研究人員對(duì)它的技術(shù)進(jìn)行了修改和優(yōu)化。但是，由于鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛螺桿式空氣壓縮機(jī)安裝在機(jī)車(chē)機(jī)械間內(nèi)，不同于地面靜置狀態(tài)的穩(wěn)定低溫、氣源相對(duì)潔凈的運(yùn)行環(huán)境，螺桿式空氣壓縮機(jī)在機(jī)車(chē)車(chē)輛上的應(yīng)用并不完全盡如人意，運(yùn)行故障率高于地面泵站用同類(lèi)壓縮機(jī)。這一方面增加了檢修成本，另一方面因供風(fēng)能力不足對(duì)列車(chē)的運(yùn)用安全帶來(lái)了嚴(yán)重的威脅。這就提出了基于鐵路機(jī)車(chē)這一特殊環(huán)境下雙螺桿式空氣壓縮機(jī)的應(yīng)用保養(yǎng)課題。文章從螺桿式壓縮機(jī)原理出發(fā)，探求符合鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛環(huán)境的雙螺桿式壓縮機(jī)保養(yǎng)方案。

1 螺桿式空氣壓縮機(jī)工作原理簡(jiǎn)介

鐵路機(jī)車(chē)車(chē)輛用螺桿式空氣壓縮機(jī)是噴油單級(jí)雙螺桿壓縮機(jī)，通過(guò)高效聯(lián)軸器傳動(dòng)，電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)主、副螺桿轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行空氣壓縮?？諝鈮毫︱?qū)動(dòng)潤(rùn)滑油從主機(jī)底部噴油孔對(duì)壓縮腔噴射實(shí)現(xiàn)冷卻和潤(rùn)滑，壓縮腔排出的空氣和油混合氣體經(jīng)過(guò)粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來(lái)，最后得到潔凈的壓縮空氣。

1.1 雙螺桿式空氣壓縮機(jī)空氣壓縮原理

雙螺桿式空氣壓縮機(jī)是一種容積式壓縮機(jī)，其核心部件是壓縮機(jī)主機(jī)?？諝獾膲嚎s依靠裝于機(jī)殼內(nèi)互相平行嚙合的陰陽(yáng)轉(zhuǎn)子間的齒槽容積變化實(shí)現(xiàn)。轉(zhuǎn)子副在與其精密配合的機(jī)殼內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的密閉空間容積不斷產(chǎn)生周期性的變化，密閉于此空間內(nèi)的空氣壓強(qiáng)隨空間容積縮小而增大，并沿著轉(zhuǎn)子軸線由吸入側(cè)推向排出側(cè)，完成吸入、封閉及輸送、噴油及壓縮、排氣工作過(guò)程[1]（見(jiàn)圖1）。

圖1 空氣壓縮機(jī)主機(jī)工作原理圖

1.2 雙螺桿式空氣壓縮機(jī)工作流程

大氣由進(jìn)氣過(guò)濾器濾除灰塵和雜質(zhì)后，經(jīng)進(jìn)氣止回閥進(jìn)入空氣壓縮機(jī)主機(jī)進(jìn)氣口，在壓縮過(guò)程中與噴入的冷卻潤(rùn)滑油混合，形成油氣混合物，壓縮后的油氣混合物從壓縮腔排入油氣分離器；在油氣分離器內(nèi)，含油氣體通過(guò)碰撞、攔截、重力作用，絕大部分油份被分離下來(lái)，然后進(jìn)入油細(xì)分離器進(jìn)行二次分離，得到含油量極少的壓縮空氣，當(dāng)空氣被壓縮到規(guī)定壓力值時(shí)，最小壓力閥開(kāi)啟，壓縮空氣經(jīng)冷卻器冷卻后送入壓縮空氣后處理系統(tǒng)[1]。

2 雙螺桿式空氣壓縮機(jī)故障分析

2.1 雙螺桿式空氣壓縮機(jī)故障概況

某機(jī)務(wù)段2016年度螺桿式空氣壓縮機(jī)故障50起，故障情況分布圖2所示。

圖2 故障原因分布圖

分析發(fā)現(xiàn)，空壓機(jī)過(guò)熱故障39起，占螺桿式空氣壓縮機(jī)全年故障總量的78%.這類(lèi)故障少數(shù)時(shí)候造成壓縮機(jī)保護(hù)停機(jī)，多數(shù)會(huì)產(chǎn)生壓縮機(jī)燒損、爆裂等嚴(yán)重后果。故障主要集中在SS7E、SS9、HXD3等機(jī)車(chē)裝備的TSA230系列和SL系列的螺桿式空氣壓縮機(jī)。檢查發(fā)現(xiàn)，過(guò)熱故障發(fā)生時(shí)，只有少量經(jīng)溫度開(kāi)關(guān)保護(hù)停機(jī)，防止了事故擴(kuò)大；多數(shù)時(shí)候保護(hù)元件未起到保護(hù)作用，引起油細(xì)分離器爆炸或者機(jī)頭上蓋熔融。

2.2 鐵道機(jī)車(chē)雙螺桿式空氣壓縮機(jī)運(yùn)用環(huán)境分析

鐵道機(jī)車(chē)雙螺桿式空氣壓縮機(jī)運(yùn)行環(huán)境特殊，主要體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）環(huán)境溫度高。鐵道機(jī)車(chē)在運(yùn)行中，由于大量的大功率電器設(shè)備集中安裝于機(jī)械間內(nèi)，發(fā)熱量大。機(jī)械間內(nèi)平均溫度高于地面溫度2～5℃，雙螺桿式空氣壓縮機(jī)進(jìn)氣溫度大大高于地面環(huán)境溫度，空氣壓縮后溫度相應(yīng)升高。在環(huán)境溫度40℃條件下，最高溫度可達(dá)65.141℃，周?chē)母邷丨h(huán)境導(dǎo)致其散熱效率較地面環(huán)境低，壓縮機(jī)熱負(fù)荷增大，排氣溫度升高。（2）空氣含塵量大。由于散熱需要，機(jī)械間各設(shè)備采用強(qiáng)迫風(fēng)冷，機(jī)械間內(nèi)風(fēng)速在0.859 m/s以上，空氣壓縮機(jī)附近風(fēng)速更是達(dá)到了3.986 m/s.機(jī)械間內(nèi)灰塵被激擾，處于懸浮狀態(tài)，空氣含塵量高于地面環(huán)境。（3）間歇工作制。鐵道機(jī)車(chē)在牽引列車(chē)時(shí)，根據(jù)線路、限速、作業(yè)要求等隨時(shí)需要做工況轉(zhuǎn)換，用風(fēng)量不同，但無(wú)論在什么工況下，必須保證有足夠的壓縮空氣供給。因此，鐵道機(jī)車(chē)的壓縮機(jī)是按照最大用風(fēng)量條件下冗余配置的，正常情況下壓縮機(jī)間歇工作就可以滿足列車(chē)對(duì)風(fēng)量的要求，頻繁的壓縮機(jī)瞬間潤(rùn)滑啟動(dòng)加速了壓縮機(jī)的機(jī)械磨損，同時(shí)產(chǎn)生大量的摩擦熱，對(duì)螺桿式壓縮機(jī)產(chǎn)生不利于影響。（4）運(yùn)行振動(dòng)大。鐵道機(jī)車(chē)這一大型裝備，在鐵道運(yùn)輸中起動(dòng)力牽引作用，在鋼軌上運(yùn)動(dòng)過(guò)程中隨速度大小有不同強(qiáng)度、頻率的振動(dòng)，容易誘發(fā)機(jī)械故障。

2.3 過(guò)熱故障原因分析

從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)看，雙螺桿式空氣壓縮機(jī)故障主要表現(xiàn)為儲(chǔ)氣筒過(guò)熱。這與鐵道機(jī)車(chē)雙螺桿式空氣壓縮機(jī)特殊工作環(huán)境密切相關(guān)。（1）特殊工作環(huán)境引起發(fā)熱。包括兩個(gè)方面：一方面環(huán)境溫度高不但導(dǎo)致進(jìn)氣溫度高，還嚴(yán)重影響散熱器的散熱效率，進(jìn)排氣溫度同時(shí)升高，雙螺桿式壓縮機(jī)始終在高排氣溫度下運(yùn)行，儲(chǔ)氣筒溫度也隨之升高；另一方面間歇工作制形成無(wú)潤(rùn)滑啟動(dòng)的金屬摩擦熱也會(huì)導(dǎo)致溫度升高[2-5]。

（2）不當(dāng)保養(yǎng)引起的發(fā)熱[6]。不同的潤(rùn)滑油產(chǎn)品有不同性質(zhì)的添加劑，將不同牌號(hào)的潤(rùn)滑油混合將導(dǎo)致添加劑之間的化學(xué)反應(yīng)，在潤(rùn)滑油中產(chǎn)出懸浮物。在螺桿式壓縮機(jī)保養(yǎng)過(guò)程中，如果同一壓縮機(jī)混用了不同牌號(hào)的潤(rùn)滑油，這種懸浮物隨壓縮空氣流動(dòng)至油細(xì)分離器時(shí)隨潤(rùn)滑油被分離器濾芯攔截，并附著在濾芯表面，降低了濾芯通透性。同時(shí)，空氣過(guò)濾器未能攔截的部分細(xì)小灰塵微粒在通過(guò)油細(xì)分離器濾芯是也被攔截，并與濾芯表面附著的潤(rùn)滑油懸浮物混合形成油泥，進(jìn)一步加劇濾芯阻塞。阻塞的濾芯使儲(chǔ)氣筒內(nèi)氣壓升高，升高的氣壓一方面產(chǎn)生的壓縮熱增加，另一方面也會(huì)在通過(guò)濾芯時(shí)在濾芯上產(chǎn)生更多的摩擦熱。

2.4 其他故障原因分析

間歇工作制不僅會(huì)產(chǎn)生啟動(dòng)無(wú)潤(rùn)滑摩擦熱，還使進(jìn)氣止回閥處于反復(fù)的啟閉狀態(tài)下，加速了閥板工作老化、閥板破損，更重要的是極大的加劇了主副螺桿、軸承的磨損。高溫工作環(huán)境加速了壓縮機(jī)橡膠件的老化。

3 保養(yǎng)方法

（1）規(guī)范潤(rùn)滑油的使用[6]。使用潤(rùn)滑油必須與螺桿式空氣壓縮機(jī)技術(shù)要求匹配，嚴(yán)禁不同品牌、不同型號(hào)的潤(rùn)滑油混用。日檢過(guò)程中必須檢查螺桿式空氣壓縮機(jī)的油位和油質(zhì)。及時(shí)補(bǔ)油，補(bǔ)油情況應(yīng)建立記錄臺(tái)帳，發(fā)現(xiàn)潤(rùn)滑油損耗異常時(shí)應(yīng)重點(diǎn)檢查，力求避免故障的進(jìn)一步惡化。換油時(shí)，讓螺桿泵運(yùn)行5～10 min后停機(jī)，使油溫上升以利排放；待油氣筒內(nèi)完全泄壓后，緩慢擰松加油螺塞；小心擰開(kāi)卸油閥閥帽，旋上卸油管頂開(kāi)卸油閥將油放入容器中，排空潤(rùn)滑油；擰下卸油管，旋緊卸油閥閥帽，從加油口注入新油后，擰緊加油螺塞；啟動(dòng)螺桿泵檢查卸油閥無(wú)漏油，加油螺塞處無(wú)泄漏。

（2）油細(xì)分離器是將螺桿潤(rùn)滑油與壓縮空氣分離的部件，潤(rùn)滑油的品質(zhì)及空氣質(zhì)量對(duì)其使用壽命具有重要影響。在日檢中，外觀檢查其有無(wú)過(guò)熱、變色及泄漏現(xiàn)象。檢查過(guò)程中禁止敲擊，外殼變形或裂紋必須立即更換。每次小修時(shí)檢查油細(xì)分離器濾芯無(wú)破損。檢查油細(xì)分離器濾芯內(nèi)部導(dǎo)電片狀態(tài)良好，作用可靠。使用壽命3 000 h左右。

（3）空氣過(guò)濾器日檢，外殼及后蓋無(wú)變形、裂紋，密封圈無(wú)破損，彈簧卡鉤作用良好。檢查真空指示器狀態(tài)，指示器上紅色磁環(huán)顯示或KBE-1型真空指示器箭頭指向5～7.5 kPa，KBZ-2C型真空指示器箭頭指向3.7 kPa時(shí)，需更新空氣過(guò)濾濾芯并清掃筒體內(nèi)部，重新組裝后，按下指示器頂端的復(fù)位按鈕復(fù)位。清掃進(jìn)氣口防塵網(wǎng)罩，泄壓橡皮罩良好、無(wú)破損。在輔修及以上修程或日檢需要時(shí)，檢查并清除濾芯表面灰塵。清潔方法：用500 kPa的壓縮空氣反吹干凈，筒體內(nèi)部用凈布擦試潔凈。紙芯破裂，則必須更換新品。

[1]王新月，楊清真.熱力學(xué)與氣體動(dòng)力學(xué)基礎(chǔ)[M].西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，2004.

[2]范德民，于天軍.螺桿式空氣壓縮機(jī)不加載故障快速診斷[J].中國(guó)設(shè)備工程，2002，18（7）：37-38.

[3]韓德生.螺桿空氣常見(jiàn)疑難故障分析及處理[J].化工機(jī)械，2009，36（6）：629-631.

[4]申寶武.螺桿式空氣壓縮機(jī)的潤(rùn)滑分析[J].石油商技，2007，35（7）：52-57.

[5]高偉，雷成兵，朱彥輝.一起HXD3機(jī)車(chē)螺桿式空氣壓縮機(jī)過(guò)燒的分析與處理[J].機(jī)車(chē)電傳動(dòng)，2011，52（3）：83-84.

[6]何成才，黃志高.鐵路機(jī)車(chē)雙螺桿式空氣壓縮機(jī)過(guò)熱原因分析[J].鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛，2013，33（4）：94-96.

Discussion on Maintenance of Double Screw Air Compressor for Railway Locomotive

HUANG Zhi-gao，WANG Yuan-fang
（Wuhan Railway Vocational College of Technology，Wuhan Hubei 430205，China）

The working principle of screw compressor was introduced，combined with the special working environment of high temperature，dust，mechanical vibration and intermittent operation mode between machine rooms of the railway locomotive.Meanwhile，the reason of double screw air compressor overheating fault and the other machine fault of double screw type air compressing were analyzed.Finally，some maintenance suggestions were put forward for railway locomotive screw air compressor.

railway locomotive；screw air compressor；theory；maintenance

U269

A

1672-545X（2017）03-0128-02

2016-12-09

湖北省教育廳科學(xué)技術(shù)研究項(xiàng)目（編號(hào)：B2014215）

黃志高（1972-），男，講師，湖北隨州人，工學(xué)碩士，長(zhǎng)期從事鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛專(zhuān)業(yè)教學(xué)工作，研究方向：鐵道機(jī)車(chē)車(chē)輛。