螺桿式空壓機散熱效果改善實踐

蔣雅彬

(東風汽車公司 水務公司，湖北 十堰 442000)

1 問題及現象

東風水務公司吳家溝水廠2011年完成了部分設備更新(清水泵房所有水泵機組及高低壓配電柜全部更新)，使用了西門子電機和變頻技術。

新設備投入運行后，雖然在穩(wěn)定性和節(jié)能降耗方面大幅度提升，但由于吳家溝水廠原水凈化工藝仍使用老設備，包括加礬加氯，沉淀池、DA濾池，以至于系統(tǒng)仍然故障頻發(fā)。故障表現為開機后半小時內自動停機，當夏天環(huán)境溫度較高時開機約15分鐘后自動停機。停機后運行人員需等待10分鐘方能手動啟動，啟動后很快又發(fā)生停機現象。經觀察，發(fā)現老設備是系統(tǒng)整體穩(wěn)定性差的主要來源，其中故障率最高的是空壓機房兩臺空壓機——寧波欣達螺桿壓縮機有限公司生產的SF7.5A螺桿式空壓機，使用年限約7年。兩臺空壓機一備一用，為DA濾池進水口氣動閘閥提供壓縮空氣。兩臺空壓機均出現此現象，嚴重影響DA濾池正常工作。

2 故障分析

該螺桿式空壓機包括：電機，螺桿主機，空氣過濾器，控制電磁閥，油過濾器，油氣分離器，溫控閥，油罐，散熱風扇，冷卻器。空壓機工作時，空氣先經過預過濾網，然后通過空氣過濾器及進氣控制器，進入螺桿主機壓縮腔與潤滑油混合，通過兩個非對稱轉子進行線性的、連續(xù)的壓縮。經過壓縮的油氣混合物進入油罐及分離系統(tǒng)進行三級分離(離心、自重和精分離)。經過分離的壓縮空氣通過冷卻器降溫后排出，壓力開關系統(tǒng)控制排氣壓力。當機器運行時，螺桿壓縮機潤滑油靠系統(tǒng)內壓力差自動循環(huán)，無須油泵。剛開機時，最小壓力閥關閉以保證潤滑油油循環(huán)所需的最小壓力。除了潤滑，潤滑油還起到密封、冷卻和降噪的作用。高效的油氣分離器和高效冷卻器確保輸出高品質壓縮空氣。

工作循環(huán)可分為吸氣、壓縮(壓縮與噴油)和排氣三個過程。隨著轉子旋轉，每對相互嚙合的齒相繼完成相同的工作循環(huán)。

潤滑油流程：分離油罐(油氣罐)→溫控閥→冷卻器(溫度未到溫控閥設定值時旁通)→油過濾器→主機(因氣壓差而變成霧狀的潤滑油被噴入壓縮腔，從而達到降低溫度、密封和潤滑的作用)→分離油罐(油氣罐)

空氣及油混合氣體在分離油罐(油氣罐)內經過旋轉分離、轉折、碰撞，大部分的油滴被分離出來，剩余的小部分油滴再經過油精分離器被分離出來，這部分油被插入油精分離器內的管子抽出，經節(jié)流單向閥流入主機的低壓部分。節(jié)流單向閥的節(jié)流作用是使被分離出來的油全部被及時抽走，而又不放走太多的壓縮空氣，如果節(jié)流孔被堵，油精分離器內將積滿油，會嚴重影響分離效果。節(jié)流單向閥的另一個作用是防止停機時，主機內的潤滑油倒流入油精分離器內。

分離油罐內的熱油流入溫控閥，溫控閥根據流入油的溫度控制流到冷卻器和旁通油量的比例，以控制排氣溫度不至于過低，過低的排氣溫度會使壓縮空氣中的水分在分離油罐內析出，使油乳化，最后油經過油過濾器噴入主機。

潤滑油循環(huán)由分離油罐與主機低壓腔之間的壓差維持，為了機器在運行時保持油的循環(huán)，必須保證分離油罐內始終有0.2-0.3 MPa的壓力，最小壓力閥就是起到這一作用的。

通過置換法，更換油氣分離器、濾油器、溫控閥、電磁控制閥等配件，故障并未消除，檢查電機、螺桿主機、油罐、氣路、油路系統(tǒng)，均工作正常，故將故障原因鎖定為空壓機冷卻系統(tǒng)。

根據溫度顯示儀顯示，空壓機工作后10分鐘內溫度由30℃升高到95℃，并很快升至110℃，當溫度顯示儀數值到達110℃時，空壓機進入保護性停機狀態(tài)。以防止設備高溫損壞，因溫升過快導致短時間內停機，屬非正常工作狀況。

綜合分析后判定故障原因為空壓機冷卻系統(tǒng)溫升過快，散熱效果不好。當空壓機工作后壓縮機內部高溫機油通過油管送至空壓機頂部散熱片，通過安裝在散熱片下方空壓機自帶風扇對散熱片送風散熱，散熱片上方由鍍鋅板制直徑400 mm的通風管將熱空氣送至空壓機房墻外，由裝在墻上一軸流風機對通風管進行強制性抽風?？諌簷C自帶散熱風扇的缺省設置為溫度到達85℃開始工作。

導致溫升太快散熱不良原因有兩點：一是散熱片積塵積油，二是抽風量不夠。

2.1 散熱片積塵積油

散熱片所處位置隱蔽，很難進行日常清潔，造成大量積塵積油，影響散熱效果。清理時需將其上方通風管整體拆下，工作量很大。另因下方有電機等電氣元件，用水沖洗除油時會損壞電路。(圖1)

圖1 散熱風扇、散熱片(隱藏)、通風管

2.2 抽風量不夠

通風管有三個進風口，分別對應兩臺空壓機(一備一用)和一套反沖洗自動控制柜，軸流風機同時對三臺設備抽風，導致單機抽風量不夠，熱空氣在通風管內滯留時間過長，影響散熱效果。(圖2)

圖2 通風管

3 改造方案

確定故障原因后，可以確認空壓機機組本身并無故障，只是外部增設的通風管影響了其散熱效果，故需針對通風管的結構進行改造，改造效果應方便散熱片維護和增加通風管單機抽風量。另可增加空壓機散熱風扇工作時長，以輔助增加散熱效果。

3.1 通風管開維修孔

圖3 通風管開孔

圖4 散熱片日常維護

為方便散熱片日常除塵除油維護，將通風管靠近散熱片位置開孔(圖3)，用鍍鋅板做蓋板加膠皮墊密封，需要做除塵處理時，拆下蓋板，用壓縮空氣管伸進去除塵。需做除油處理時，可拆下散熱片底部風扇電機，用塑料布包住下方電機安裝板，塑料布延伸至空壓機外，再由蓋板開口處對散熱片噴可去油污的清洗劑，之后用壓力水沖洗散熱片，可徹底清除油污。塑料布的作用是防止水濺到空壓機內電機及電路。(圖4)

3.2 調節(jié)散熱風扇啟動溫度

通過調節(jié)散熱風扇溫控開關，將啟動溫度由85℃開始工作改為30℃，增加其工作時間，以提高散熱效果。

3.3 通風管內加裝擋板

考慮到兩臺空壓機為一備一用，故將兩臺空壓機上方通風管內各裝一擋板，外接定位手柄啟閉，擋板結構類似蝶閥，開機時開啟擋板，換運行另一臺空壓機時，則關閉擋板，開啟另一空壓機擋板，這樣可使墻上軸流風機有針對性地對運行中空壓機進行單獨抽風。(圖5)

圖5 擋板結構示意圖

3.4 減少通風管旁路

空壓機房內反沖洗控制柜產生熱量并不大，因此將柜頂通風管封閉，使軸流風機更多地對空壓機進行抽風，提高抽風效果。

4 結語

通過以上措施，可保證吳家溝水廠兩臺螺桿式空壓機正常運行，空壓機散熱效果比改造前提升超過2倍。當然，如果空壓機房加裝空調，或者重新設計通風管道，對每臺空壓機配專用軸流風機進行抽風，效果將會最好，但相對成本會比較高，以上幾點措施的特點是材料費用低，結合實際，實施方便，效果顯著。