成都铁路局成都动车段 四川成都 610051
摘要：本文介绍了铁路车辆中使用的螺杆式空气压缩机（以下简称：空压机）的结构特性及工作原理，具体分析了螺杆式空压机运用中常见的几种典型故障，结合现场经验提供了对应的分析方法和处理措施
关键词：铁路；螺杆式；空压机；原理；故障；处理措施
前言：供气系统是向整个列车提供压缩空气的气源。它不仅作用于空气制动系统，而且也为其它用气部件提供气源，如：列车气动门、汽笛、空气弹簧（二系悬挂）、气动刮雨器和升弓装置等。供气系统主要由空压机、空气干燥器、风缸及其他空气管路部件等组成，而空压机是整个供气系统的核心部件，没有空压机就没有气源，所以了解空压机的工作特性及故障预防处理措施极其必要。
一、螺杆式空压机的概述
1、螺杆式空压机的简介
空压机按照结构分类主要分为容积式和速度式两种。运用于铁路车辆中的空压机基本上都属于容积式，且主要包括往复式活塞空压机和回转式螺杆空压机两种。
螺杆空压机技术首先在欧洲的快速铁路客运机车上获得应用，取得成功后也在美国铁路中推开，并在20世纪90年代末引入中国铁路机车制动系统。由于螺杆空压机具有结构简单、易损件少、排温低、压比大、维护费用低、运转平稳、噪音小等优点，所以已经被广泛应用到机车、动车、轻轨和地铁等的制动系统中。国内运用铁路上的螺杆空压机主要有克诺尔SL系列空压机、阿特拉斯GAR系列空压机、石家庄嘉祥TSA系列空压机。
2、整体结构
螺杆空压机主要构成有驱动装置、空气压缩机体（俗称：机头）、风冷却装置、底座（吊架）等。一般为直接驱动型式，电机轴与压缩机主轴联接采用挠性联轴器，联轴器上安装离心式冷却风扇（叶轮），而风扇的蜗壳则通过中托架和风机后盖分别连接在电机端面法兰和压缩机端部法兰。因为有挠性联轴器作补偿，风机蜗壳、风机后盖、中托架以及电机端面法兰和压缩机端部法兰的同轴度要求容易通过机加工保证，再通过凸缘止口连接装配，使其组成一个同轴度良好的刚性整体。
驱动装置：三相交流电动机或直流电动机法兰式安装。
压缩机机体：由一对螺杆组装配在主机的壳体中，组成空压机主机，主机再装入油气筒中。螺杆主机与油气筒一体的组合方式，使其在空间上达到最紧凑的结构。油气筒组成上还装有油分离、过滤、控制元件。
风冷冷却装置：蜗壳与离心式风扇（叶轮）组成风机，提供机组冷却用风。蜗壳上部装有扩压器与冷却器相联接。冷却器由两部分组成，分别是润滑油冷却器和压缩空气后冷却器。冷却器借助离心式风扇（叶轮）供给的冷却空气来交换压缩过程所产生的热量。
控制方面采取压力开关、温度开关及安全阀等保护措施，保证了系统的运行安全。同时可对螺杆空压机配置计时器，记录机组的实际运行时间，以利于用户对机组的维护。
二、工作原理
1、气动系统流程工作原理
空气流程（见附图1 系统流程图）
外界空气由空气滤清器（11）滤去尘埃后，经由进气阀（14）到机头吸气口进入机体压缩室，压缩机内的一对转子（5、6）由电机带动旋转，润滑油因压力差喷入，此时气与油混合，油气混合物被压缩后从排气口到排油气筒（18）。油气混合物中的润滑油绝大部分通过碰撞拦截和沉降作用，凝聚成液相油被沉降在油气筒底部，这时压缩空气中仍含有少量未被分离的润滑油。经油细分离器（19）再次压缩空气分离压缩空气中的含油后，纯净的压缩空气经压力持阀（17）被送至后冷却器（12），冷却后的压缩空气从出口（13）进入使用系统中。
如果空气压缩机在空载时起动，则压力维持阀将保持闭合，从而使油气筒内压力迅速建立并提高。这一作用的结果是在空压机组中迅速形成油的循环。当油气筒内压力达到600KPa时，压力维持阀开启，而使通向出口的通道打开。
当压缩空气系统中的压力达到设定压力，螺杆空压机停机，压力维持阀与进气阀关闭闭合，压缩空气通过螺杆组回流，在进气口处压力提高致使卸荷阀（23）打开，而使空压机组中的压缩空气通过泄荷阀和空气滤清器泄放到大气中，机组压力迅速降到安全启动压力以下。同时在卸放过程中反吹空气滤清器。
2、油路系统流程工作原理
润滑油路系统由油细分离器、温控阀、油冷却器和油过滤器等组成。润滑油是利用压差原理进行循环，无油泵。润滑油流程工作原理：（见附图1 系统流程图）由于油气筒（18）内存在压力，润滑油从筒内流出，经过过滤器后进入温控阀（4），温控阀有二路出口，当温度低于下限值时，直接从旁通路进入机体，当温度高于下限值时，主通路逐渐打开，部分油到冷却器（12）冷却，油温高于上限值以上时，全部经过冷却器冷却后进入机体，机体内油路也是二路，一路由机体下部喷入压缩室，起密封间隙、吸收压缩热、润滑螺杆、降低噪音等作用；另一路通到主机两端，润滑轴承组；而后汇集于压缩室，随压缩空气一起进入油气筒。外置油细分离器机组与此略有不同。
三、常见运用故障的分析及处理
通过上述的分析介绍我们认识了螺杆空压机的结构和工作原理，下面我们以铁路螺杆空压机运用中常见的几个故障为例，来探讨故障分析与处理的一般思路。
1.润滑油乳化
乳化液是油和水的混合物，含水量达到约0.15%（1500 ppm）时润滑油明显混浊，称为轻度乳化。润滑油中的含水量较多时称为中度和严重乳化。在空气湿度较大的季节或连续阴雨天气下，乳化现象极易发生。如果轻度的乳化现象未及时消除，乳化会加重，严重乳化的润滑油使压缩机转子和轴承的润滑不足，导致压缩机组发生严重故障，如：出现异音、负载增大、转子卡死和由此导致压缩机和电机烧损等。因此我们要从以下几方面来加强对空压机的养护，减少空压机油的乳化发生。
1）按照要求使用空压机供应商指定牌号的润滑油。空压机后续的补油应与出厂前的加油类型一致并与油标牌的规定相一致，不同类型的润滑油不允许混合使用。
2）压缩机的工作周期（即运转率）不能低于30%，特别是在空气湿度较高时要提高空压机的运转率同时加强空压机的排水，以消除润滑油的轻度乳化现象。
3）如果已经达到了换油周期，或润滑油中含有较多的杂质和油泥，或润滑油变成了深红色，则必须立即更换润滑油，更换前还要先用新油对油腔体进行分步清洗。
2.空压机不能启动
空压机不能正常启动的原因较多，主要可以从以下几个方面来分析和处理：
1）电源部分故障 查阅电路图对空压机电机及相关保护器、线缆、线路进行排查，找出故障线路点或电气元件后及时进行修复处理。
2）压力开关、温控开关故障 查看压力开关及温控开关（通常都为常闭式设计）是否未连接，连接线是否松脱或折断，夹紧螺钉是否松动；如有上述现象及时修复。
3）腔体内压力过高 如果空压机腔体内压力未降至设定启动压力以下，空压机将不能再次启动。检查油气筒内压力是否降至启动压力，可打开进气阀的卸压部分进行检查，查看卸荷阀件是否卡滞、卸荷口是否堵塞，如有及时清理或更换损坏阀件。如果更换卸荷阀件后空压机也存在腔体压力消除缓慢，可拆卸检查油细分离器，看是否因为油细分离器实效引起。
3.安全阀排放空气
首先对安全阀进行检查，排除因安全阀自身问题产生的故障，如：压力值调整错误、安全阀阀芯损坏。如有及时进行调整、修复。其它方面的故障包括：压力维持阀粘滞、冷却器和空气管路不畅或结冰、主风缸压力开关设置过高或开关自身故障都可能导致安全阀排风，所以在查找此故障时要逐一排除，才能找出故障点根除故障。
4.异常的油耗
润滑油具有降低运动件磨耗、减少表面磨损、传递机体热量、防止器件锈蚀等作用，是螺杆空压机正常工作不可或缺的重要材料。油耗过高、不及时补油容易最终导致空压机烧损，所以我们在日常的库检中要加强对空压机油位检查。对正常缺油的空压机进行补油，对异常油耗的空压机要进行认真分析，找出故障原因，通常可从以下几个方面进行分析。
1）管路问题 油管路破损或松动后将会产生润滑油泄露，此故障现象比较明显，油路外部有大量油迹或明显滴油。找出故障管路或管接头位置，进行紧固或更换受损管件即可消除故障。
2）逆止阀故障 逆止阀损坏后滞留于油细分离器中润滑油将不能通过回油管返回油气筒内，部分润滑油将被压缩空气带走进入主风缸或制动管路，从而形成高油耗。此故障不易发现，必须拆卸阀件后才能判断，处理方式通常是直接更换逆止阀。
3）油细分离器坏 油细分离器滤芯通常用多层细密玻璃纤维制成，压缩空气中的油雾经过油细分离器二次分离后几乎可被完全滤去，剩余的油雾颗粒大小约在0.1μm以下，分离效果可达到排气含油量不大于5PPM或更低。所以油细分离器如果实效或损坏将会导致润滑油的大量异常消耗。此故障不易直观判断，必须要进行日常油耗的统计并拆解机盖后才能发现，通常发现油细分离器损坏都是直接更换处理。
总结
随着螺杆空压机在铁路车辆上的大量运用，充分认识它的工作特性及熟练对其进行故障分析处理便显得极其迫切、重要。作为空压机的使用及维修人员不仅要会分析和处理空压机的日常运用故障，更重要的还应该加强空压机的日常维护和保养，“双剑合并”才能将故障消灭于萌芽，才能保证铁路车辆的安全运营。
参考文献：
[1]殳企平.城市轨道交通车辆制动技术[G].中国水利水电出版社，2011.
[2]张曙光.CRH2型动车组[T].中国铁道出版社，2008.
[3]张曙光.HXD3型电力机车[T].中国铁道出版社，2010.
作者简介：
吴建，（1986.9—），男，本科，助理工程师，从事动车设备技术管理工作。
论文作者:吴建
论文发表刊物:《基层建设》2016年7期
论文发表时间:2016/7/7
标签：空压机论文; 润滑油论文; 故障论文; 螺杆论文; 压力论文; 油气论文; 压缩空气论文; 《基层建设》2016年7期论文;