陳志申

(杭州機(jī)務(wù)段 浙江 杭州 310002)

1 SL20-5型壓縮機(jī)簡(jiǎn)介

1.1 基本結(jié)構(gòu)及工作原理

SL20-5型電機(jī)壓縮機(jī)組由驅(qū)動(dòng)裝置、壓縮機(jī)、聯(lián)軸器/冷卻器三個(gè)主要部分組成，三部分由螺栓連接成為一個(gè)緊湊、自承式機(jī)組，通過(guò)彈性支腳彈性連接到車體[1]。螺桿式壓縮機(jī)為2個(gè)螺桿狀轉(zhuǎn)子的排放式機(jī)械，按起動(dòng)、停止(間歇式)模式工作?？諝鈴穆輻U組徑向進(jìn)入，從螺桿組殼體內(nèi)特別形狀的通道軸向排出，其工作原理是強(qiáng)迫送風(fēng)。電機(jī)壓縮機(jī)組示意圖如圖1所示。

1—空氣過(guò)濾器；2—油冷器；3—冷卻器；4—空氣冷卻器；5—空氣輸出口；6—泄壓閥；7—進(jìn)氣止回閥；8—起動(dòng)必需開關(guān)(項(xiàng)目特定設(shè)備)；9—安全閥；10—最小壓力止回閥；11—壓縮機(jī)殼體；12—油氣分離器；13—回油過(guò)濾器；14—隔板；15—溫度開關(guān)；16—排油閥或排油塞；17—濾油器濾芯筒；18—油控制單元；19—溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器；20—陰轉(zhuǎn)子；21—陽(yáng)轉(zhuǎn)子；22—壓縮機(jī)螺桿組；23—離心式風(fēng)扇；24—連接器殼；25—聯(lián)軸器；26—彈性支腳；27—電機(jī)；28—渦形殼；A1—進(jìn)入壓縮機(jī)的空氣入口；A2—通向系統(tǒng)的空氣出口；A4—散熱器冷卻空氣。圖1 SL20-5型電機(jī)壓縮機(jī)組示意圖

壓縮機(jī)螺桿組由2個(gè)相互嚙合的螺旋狀槽形轉(zhuǎn)子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子外形為不對(duì)稱的嚙合形狀(見(jiàn)圖2)。

1—陰轉(zhuǎn)子；2—陽(yáng)轉(zhuǎn)子。圖2 壓縮機(jī)螺桿組嚙合剖面(從送風(fēng)口端觀察)

轉(zhuǎn)子在殼體內(nèi)旋轉(zhuǎn)時(shí)，其葉片之間的空氣量不斷變化，打開進(jìn)氣口吸氣。轉(zhuǎn)子將2個(gè)風(fēng)口閉合后，空氣被壓縮并從送風(fēng)口排出。

1.2 空氣循環(huán)

當(dāng)壓縮機(jī)起動(dòng)時(shí)，通過(guò)空氣過(guò)濾器和進(jìn)氣止回閥吸入空氣，壓縮后通過(guò)送風(fēng)口將空氣推入壓縮機(jī)殼體。如果壓縮機(jī)在殼體內(nèi)壓力為零的情況下起動(dòng)，最小壓力止回閥將保持關(guān)閉狀態(tài)，使壓縮機(jī)殼體內(nèi)快速建立起壓力，繼而油路通過(guò)壓力差進(jìn)行循環(huán)。

當(dāng)壓縮機(jī)殼體內(nèi)空氣壓力達(dá)到0.65 MPa時(shí)，最小壓力止回閥打開，壓縮空氣排出，經(jīng)干燥器干燥、過(guò)濾后進(jìn)入總風(fēng)缸。當(dāng)總風(fēng)缸壓力達(dá)到0.9 MPa時(shí)，壓縮機(jī)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，最小壓力止回閥與進(jìn)氣止回閥關(guān)閉。殼體內(nèi)空氣回流至壓縮機(jī)螺桿組，進(jìn)氣口處壓力升高，泄壓閥被打開。殼體內(nèi)壓縮空氣通過(guò)開放的泄壓閥端面流向空氣過(guò)濾器，快速將殼體內(nèi)的空氣排出。當(dāng)壓力降到約0.18 MPa時(shí)，泄壓閥關(guān)閉，殼體內(nèi)剩余壓力通過(guò)泄壓閥塞門全部排出，達(dá)到零。這個(gè)泄壓過(guò)程約6 s，這種精確協(xié)調(diào)的過(guò)程極大地抑制了壓縮機(jī)油的泡沫化趨勢(shì)，同時(shí)，壓縮機(jī)在不小于6 s后再次起動(dòng)時(shí)負(fù)載較低。

1.3 油循環(huán)

壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)，壓縮機(jī)殼體內(nèi)建立起來(lái)的空氣壓力通過(guò)油濾器將油運(yùn)送到各軸承、傳動(dòng)裝置和壓縮機(jī)螺桿組的注油點(diǎn)。這些油起潤(rùn)滑作用，也把轉(zhuǎn)子葉片的嚙合點(diǎn)和轉(zhuǎn)子葉片端部同壓縮機(jī)殼體的接觸點(diǎn)密封起來(lái)，此外，這些油還可以帶走絕大部分壓縮過(guò)程產(chǎn)生的熱量[2]。

壓縮機(jī)推動(dòng)油、氣混合物，通過(guò)送風(fēng)口打在壓縮機(jī)殼體的隔板上，該動(dòng)作形成了油的粗過(guò)濾，然后油、氣混合物經(jīng)油氣分離器細(xì)濾。分離出來(lái)的油大部分沿油氣分離器外壁回落到油底殼，一小部分油隨空氣進(jìn)入油氣分離器內(nèi)腔，積存在底部的儲(chǔ)油凹槽中，繼而在殼體內(nèi)壓力的作用下，經(jīng)過(guò)回油管、過(guò)濾器返回到壓縮機(jī)螺桿組。油氣分離器結(jié)構(gòu)如圖3所示。

(a) 油氣分離器外壁(b) 油氣分離器內(nèi)腔圖3 油氣分離器結(jié)構(gòu)

當(dāng)油溫達(dá)到83 ℃，油控制單元內(nèi)的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器打開通向油冷器的通道，對(duì)油進(jìn)行冷卻。當(dāng)油溫低于83 ℃，通向油冷器的通道關(guān)閉，油直接傳送到壓縮機(jī)螺桿組，溫度調(diào)節(jié)器將油溫控制在最合適的工作溫度范圍內(nèi)(69～85 ℃)。

壓縮機(jī)殼體內(nèi)油、氣混合物的溫度由位于送風(fēng)口處的溫度開關(guān)監(jiān)控，如果此溫度達(dá)到了停機(jī)極限，溫度開關(guān)切斷壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，避免壓縮機(jī)超溫?fù)p壞。

2 壓縮機(jī)常見(jiàn)故障原因分析及解決措施

2.1 壓縮機(jī)噴油故障引起煙霧報(bào)警

該故障通常發(fā)生在壓縮機(jī)補(bǔ)油后不久，由于壓縮機(jī)工作時(shí)殼體內(nèi)壓力、溫度較高，故障現(xiàn)象是熾熱的油氣混合物從加油口蓋墊子處泄漏出來(lái)，在機(jī)械間形成油霧，煙霧報(bào)警探測(cè)器誤以為火情隨即報(bào)警。

原因分析：(1)加油口蓋鋁質(zhì)密封墊未完全壓實(shí)，導(dǎo)致密封不良。機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中壓縮機(jī)啟停相當(dāng)頻繁，因振動(dòng)或熱脹冷縮等因素使加油口蓋緊固力矩降低，施加在密封墊上的壓力變小，墊子上的線性接觸帶不連續(xù)；(2)壓縮機(jī)補(bǔ)油后未更換新密封墊，二次使用的舊密封墊擰緊時(shí)，相對(duì)于第一次時(shí)的狀態(tài)墊子必定移位，導(dǎo)致線性接觸狀態(tài)不良，接觸面不嚴(yán)密。

解決措施：(1)壓縮機(jī)每一次補(bǔ)油或換油后鋁質(zhì)密封墊必須換新，并且加油口蓋擰緊力矩有嚴(yán)格的要求，擰緊力矩為90～100 N·m，不得過(guò)緊或過(guò)松；(2)地勤人員檢查壓縮機(jī)時(shí)嚴(yán)禁使用檢點(diǎn)錘敲擊加油口蓋。對(duì)壓縮機(jī)維護(hù)時(shí)，須用力矩扳手復(fù)緊加油口蓋。

2.2 壓縮空氣高含油量故障

正常情況下，壓縮機(jī)殼體內(nèi)油氣混合體經(jīng)油氣分離器細(xì)濾后，油、氣能被完全分離開來(lái)，空氣經(jīng)干燥器干燥、過(guò)濾后進(jìn)入總風(fēng)缸。但機(jī)車實(shí)際運(yùn)行中，經(jīng)常發(fā)生油、氣沒(méi)有完全被分離的故障現(xiàn)象。進(jìn)入制動(dòng)、電氣系統(tǒng)的空氣含油量較高，嚴(yán)重污染了制動(dòng)部件和高低壓電器裝置。不僅影響其工作性能，縮短使用壽命，還可能危及行車安全。圖4為制動(dòng)系統(tǒng)撒砂模塊(F41)被污染滲油現(xiàn)象。引起壓縮空氣中高含油量故障的主要原因有以下3個(gè)方面。

圖4 撒砂模塊污染滲油現(xiàn)象

2.2.1機(jī)務(wù)段對(duì)油氣分離器沒(méi)有進(jìn)行壽命管理

理想工作環(huán)境下，油氣分離器工作4年或6 000 h后需要更換，以先達(dá)到項(xiàng)為準(zhǔn)。但機(jī)務(wù)段C1～C3修(小修程)中沒(méi)有更換油氣分離器的技術(shù)規(guī)定，需要C4修(大修程)在機(jī)車檢修基地進(jìn)行更換。而HXD1B型機(jī)車一個(gè)C4修程周期一般超出4年，油氣分離器的工作時(shí)間超出了它的維護(hù)周期，導(dǎo)致油氣分離器因使用過(guò)久，分離能力降低。

解決措施：對(duì)油氣分離器進(jìn)行壽命管理。在1個(gè)C4修程內(nèi)，機(jī)車正常運(yùn)行約2年或3 000 h后予以更換，以先達(dá)到項(xiàng)為準(zhǔn)，從而確保油氣分離器功能正常。

2.2.2壓縮機(jī)油量偏多致使油氣分離器功能失效

壓縮機(jī)正常油量為6.2 L，由于壓縮機(jī)內(nèi)的油位會(huì)隨壓縮機(jī)停機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短和溫度的變化而變化。有時(shí)在油視窗中看不到油位，但壓縮機(jī)內(nèi)的油量是正常的。檢修人員往往根據(jù)油視窗中顯示的油位進(jìn)行補(bǔ)油，當(dāng)按規(guī)定補(bǔ)油至上限標(biāo)記時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)的實(shí)際油量已經(jīng)過(guò)剩(超出6.2 L)。壓縮機(jī)運(yùn)行時(shí)機(jī)殼內(nèi)油氣混合物的含油量增加，超出了油氣分離器的承載能力。油氣分離器長(zhǎng)期工作在這種惡劣環(huán)境，油、氣分離功能逐步喪失。高含油量空氣直接被送出，進(jìn)入制動(dòng)、電氣系統(tǒng)。

解決措施：為避免油量過(guò)多造成油氣分離器損壞，控制壓縮機(jī)油量非常關(guān)鍵。杭州機(jī)務(wù)段在機(jī)車檢修生產(chǎn)實(shí)踐中，總結(jié)了一套實(shí)用的油位檢查和補(bǔ)油方法。具體步驟如下。

(1)檢查油位或補(bǔ)油前，先讓壓縮機(jī)運(yùn)行5 min以上，寒冷季節(jié)運(yùn)行時(shí)間適當(dāng)延長(zhǎng)，使壓縮機(jī)油溫達(dá)到83 ℃左右。油控制單元的溫度自動(dòng)調(diào)節(jié)器打開通向油冷器的通道，油進(jìn)入油冷器開始冷卻。然后停止壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，待5 min后壓縮機(jī)內(nèi)壓力會(huì)完全泄去。停機(jī)后5～20 min內(nèi)從油視窗中觀察油位，標(biāo)準(zhǔn)油位應(yīng)在視油窗上、下限標(biāo)記范圍內(nèi)(見(jiàn)圖5)。

圖5 油視窗標(biāo)準(zhǔn)油位

(2)如果油位低于油視窗下限標(biāo)記，或估計(jì)油位在下個(gè)維護(hù)周期之前會(huì)達(dá)到油視窗下限標(biāo)記，就應(yīng)該補(bǔ)油。受壓縮機(jī)后的50 L冷卻風(fēng)缸的影響，會(huì)導(dǎo)致風(fēng)缸內(nèi)的壓縮空氣返回到壓縮機(jī)內(nèi)部，可能在壓縮機(jī)停機(jī)20 min后仍然看不到油位或者油位偏低。此時(shí)需要將加油蓋旋松1/2圈進(jìn)行泄壓，油位如果升至正常位置，則更換密封墊，擰緊加油口蓋(擰緊力矩90～100 N·m)。如果此時(shí)油位仍然偏低，則需要通過(guò)安裝在加油口蓋上的油標(biāo)尺來(lái)檢查油位。

(3)切斷壓縮機(jī)電源，確保壓縮機(jī)不會(huì)意外啟動(dòng)。先將加油口蓋旋松，待殼體內(nèi)壓力降低至和外界相同，再將加油口蓋連同油標(biāo)尺取出，用無(wú)絨布擦凈油標(biāo)尺上的油跡。然后重新蓋上加油口蓋，螺紋不要旋入，再取出加油口蓋，讀取油標(biāo)尺上的油位。若油位位于油標(biāo)尺的下限標(biāo)記之下，則需要補(bǔ)油，可補(bǔ)至油視窗或油標(biāo)尺上限標(biāo)記位置。從下限至上限標(biāo)記的加油量為500 mL。由于受油溫、油中氣泡含量以及停機(jī)時(shí)其他邊界條件的影響，壓縮機(jī)油位的波動(dòng)不可避免，油位波動(dòng)允許略超出油視窗上限標(biāo)記。如果油位高出油標(biāo)尺上限標(biāo)記10 mm，則必須放油。

2.2.3回油管與油氣分離器儲(chǔ)油凹槽底面間距不當(dāng)

油、氣分離過(guò)程中積存在油氣分離器儲(chǔ)油凹槽中的油，在空氣壓力作用下，通過(guò)安裝在儲(chǔ)油凹槽中心位置的油氣分離器蓋上的回油管，經(jīng)過(guò)濾器返回到壓縮機(jī)螺桿組。機(jī)務(wù)段在更換油氣分離器檢修作業(yè)中，因存在不規(guī)范的拆裝行為，造成回油管管端與儲(chǔ)油凹槽底部的間距偏大，凹槽中的油無(wú)法通過(guò)回油管回到螺桿組，而是隨空氣從出風(fēng)口排出，經(jīng)過(guò)空氣干燥器后直接進(jìn)入制動(dòng)、電氣系統(tǒng)。

解決措施：更換油氣分離器時(shí)，應(yīng)確保油氣分離器儲(chǔ)油凹槽底面與回油管端部的間距在3～5 mm之間。具體測(cè)量步驟如下。

(1)將防護(hù)塞塞入油氣筒口做好防護(hù)，用壁紙刀或磨制刀片輕輕剔除油氣筒上法蘭面和油氣分離器蓋表面殘留密封墊，清理干凈碎屑，然后取出防護(hù)塞。檢查安裝在油氣分離器蓋上的回油管下端開的1 mm深的十字槽,狀態(tài)良好，去除毛刺，清理吹掃回油管。

(2)保證回油管對(duì)中并垂直于油氣分離器蓋安裝面，用鋼板尺測(cè)量回油管端部至油氣分離器蓋安裝面的距離，記為L(zhǎng)1。在新品油氣分離器上面加密封墊，然后在油氣分離器密封墊上面放一平板，用鋼板尺測(cè)量油氣分離器儲(chǔ)油凹槽底面距此平板的距離，記為L(zhǎng)2。

(3)回油管與儲(chǔ)油凹槽底面間距為L(zhǎng)2-L1。通過(guò)松開回油管鎖緊螺母可以調(diào)整回油管長(zhǎng)度，控制兩者之間的間距在3～5 mm之間。

2.3 溫度過(guò)高壓縮機(jī)停機(jī)故障

壓縮機(jī)溫度過(guò)高導(dǎo)致停機(jī)故障的主要原因有以下2個(gè)方面：

(1)因油氣分離器失效或回油管安裝偏差，隨空氣排出的壓縮機(jī)油增多，壓縮機(jī)內(nèi)部油量消耗較快而使油量減少，壓縮過(guò)程中產(chǎn)生的熱量不能被充分帶走，溫度升高。當(dāng)送風(fēng)口溫度達(dá)到停機(jī)極限，溫度開關(guān)動(dòng)作，壓縮機(jī)停機(jī)。

解決措施：如上所述，對(duì)油氣分離器進(jìn)行壽命管理并控制壓縮機(jī)正常油位，以及準(zhǔn)確控制回油管管端與儲(chǔ)油凹槽底部的間距，能有效減少壓縮機(jī)油的非正常消耗。

(2) 因壓縮機(jī)維護(hù)保養(yǎng)不當(dāng)，油冷卻器散熱片較臟，散熱功能下降，壓縮機(jī)油溫升高，溫度開關(guān)保護(hù)壓縮機(jī)停機(jī)。

解決措施：日常維護(hù)須確保冷卻器散熱片清潔，機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中如發(fā)現(xiàn)冷卻器污損，必須用蒸汽噴嘴對(duì)散熱片兩面進(jìn)行吹洗，最好從冷空氣流向的相反方向開始吹洗。如果污物不易除去，可使用堿性清潔劑清洗，或者使用各種尺寸的刷子清除污物(不要使用鐵刷)。

3 結(jié)束語(yǔ)

壓縮機(jī)是機(jī)車的關(guān)鍵部件，如發(fā)生故障，機(jī)車就無(wú)法運(yùn)行。杭州機(jī)務(wù)段通過(guò)對(duì)壓縮機(jī)工作原理及常見(jiàn)故障的分析研究，提出了壓縮機(jī)檢查、維護(hù)、保養(yǎng)的實(shí)用措施。通過(guò)落實(shí)措施后的跟蹤調(diào)查，壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)良好，故障率大幅度下降。但壓縮機(jī)油位的不確定性，始終給機(jī)車的運(yùn)用和檢修帶來(lái)諸多不利因素。建議壓縮機(jī)制造廠設(shè)計(jì)研發(fā)單位或機(jī)車大修基地技術(shù)部門根據(jù)壓縮機(jī)故障情況，對(duì)壓縮機(jī)進(jìn)行有針對(duì)性的改造，使司乘、檢修人員能直觀準(zhǔn)確地讀取油位，便于壓縮機(jī)維護(hù)保養(yǎng)，確保機(jī)車運(yùn)行安全穩(wěn)定。