城市軌道交通列車螺桿式空氣壓縮機(jī)油乳化分析及建議

摘要：從城市軌道交通列車螺桿式空氣壓縮機(jī)工作原理出發(fā)，分析了螺桿式空氣壓縮機(jī)機(jī)油乳化危害及原因，提出了改進(jìn)建議。

關(guān)鍵詞：城市軌道交通列車；螺桿式空氣壓縮機(jī)；機(jī)油；乳化

引言

目前，螺桿式空氣壓縮機(jī)以其結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、壓比大、排溫低、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、環(huán)境適應(yīng)性強(qiáng)、維護(hù)費(fèi)用較低等諸多特點(diǎn)，在我國城市軌道交通列車（簡稱城軌列車）中獲得廣泛應(yīng)用。螺桿式空氣壓縮機(jī)為城軌列車提供干燥清潔的壓縮空氣，為空氣彈簧、氣動(dòng)電器、氣動(dòng)塞拉門、列車制動(dòng)等設(shè)備和系統(tǒng)提供動(dòng)力氣源，空氣壓縮機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性和可靠性，直接影響著列車的運(yùn)行性能，關(guān)系到列車的安全正點(diǎn)。螺桿式空氣壓縮機(jī)油乳化問題長期困擾著城市軌道交通運(yùn)營企業(yè)。

1.螺桿式空氣壓縮機(jī)概述

城軌列車用螺桿式空氣壓縮機(jī)是噴油單級雙螺桿壓縮機(jī)，電動(dòng)機(jī)通過高效聯(lián)軸器帶動(dòng)空氣壓縮機(jī)主機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行空氣壓縮，通過噴油對主機(jī)壓縮腔進(jìn)行冷卻和潤滑，壓縮腔排出的空氣和機(jī)油混合氣體經(jīng)過粗、精兩道分離，將機(jī)油分離出來，最后得到干燥潔凈的壓縮空氣。機(jī)油的作用就是對主機(jī)壓縮腔進(jìn)行冷卻和潤滑。

1. 1.螺桿式空氣壓縮機(jī)工作原理

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、排氣工作過程[2]（見圖1）。

1. 2.雙螺桿式空氣壓縮機(jī)工作流程

由進(jìn)氣過濾器濾除灰塵和雜質(zhì)后的空氣，經(jīng)進(jìn)氣控制閥進(jìn)入壓縮機(jī)主機(jī)，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，壓縮后的混合氣體從壓縮腔排入油氣分離器；在油氣分離器內(nèi)，含油氣體通過碰撞、攔截、重力作用，絕大部分油份被分離下來，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)。

2.螺桿式空氣壓縮機(jī)油乳化故障機(jī)理分析

在城軌列車運(yùn)用和檢修過程中，螺桿式空氣壓縮機(jī)油乳化現(xiàn)象普遍存在。空氣壓縮機(jī)油乳化，導(dǎo)致機(jī)油被稀釋，機(jī)油粘度下降，潤滑性能降低，運(yùn)動(dòng)部件磨耗加劇，壓縮機(jī)使用壽命大大縮短。同時(shí)，危機(jī)列車安全正點(diǎn)運(yùn)行。

空氣壓縮機(jī)油乳狀必須具有三個(gè)必要條件：存在互不相溶（或不完全相溶）的兩種液體；兩種混合液中存在乳化劑；存在形成乳化液的能量，如強(qiáng)烈的攪拌、循環(huán)、流動(dòng)等。

2.1 空氣壓縮機(jī)工作率低下，機(jī)油中存在液態(tài)水

機(jī)油中存在水是機(jī)油乳化的必要條件之一。目前，城軌列車制動(dòng)均采用電制動(dòng)（ED）優(yōu)先、空氣制動(dòng)（EP）滯后補(bǔ)償?shù)脑瓌t，列車用風(fēng)量極小，空氣壓縮機(jī)長處于非工作時(shí)間狀態(tài)，每臺空壓機(jī)的實(shí)際工作率（空壓機(jī)工作時(shí)間/列車工作時(shí)間）在10%左右。在很低的工作率下，壓縮機(jī)短時(shí)間處于高溫高壓工作狀態(tài)，主機(jī)壓縮腔內(nèi)存在水分比例很大的濕熱空氣，而在較長非工作時(shí)間內(nèi)，空壓機(jī)保持在較低溫度范圍工作，濕熱空氣冷卻產(chǎn)生冷凝水，空氣中的水分在壓縮后無法以蒸發(fā)排出，冷凝成液態(tài)水落于機(jī)油中。

2.2 油品中的添加劑

機(jī)油添加劑（如抗氧化劑和防銹劑）具有親油性的非極性基團(tuán)，同時(shí)具有一定表面活性的親水性極性基團(tuán)。在一定轉(zhuǎn)速下極性基團(tuán)對水具有一定的親合能力，增強(qiáng)了油水分離的難度，使油質(zhì)乳化。

2.3 激烈攪拌

在空氣壓縮機(jī)高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，油和水被激烈而充分的攪拌。

在空氣壓縮機(jī)工作時(shí)，油和水被充分地?cái)嚢?，在乳化劑的作用下，親水的極性基團(tuán)有了與水充分親合的機(jī)會，當(dāng)親合力足夠大時(shí)，就會與水牢固的結(jié)合在一起。又由于親油性的非極性基團(tuán)能溶于油中，從而通過這種物質(zhì)的作用使水和油結(jié)合在一起，水與油就不能分離，即產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。

3.建議措施

螺桿式空壓機(jī)的實(shí)際工作率低下，短時(shí)間處于高溫高壓工作狀態(tài)，主機(jī)壓縮腔內(nèi)存在水分比例很大的濕熱空氣，而在較長非工作時(shí)間內(nèi)，濕熱空氣冷卻生產(chǎn)冷凝水，液態(tài)水落于機(jī)油中是機(jī)油乳化的最重要原因。建議在列車設(shè)計(jì)時(shí)，采用變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)空氣壓縮機(jī)，使空氣壓縮機(jī)根據(jù)用風(fēng)量調(diào)節(jié)供風(fēng)量，長時(shí)間處于工作狀態(tài)，提高空壓機(jī)的實(shí)際工作率，將是解決空氣壓縮機(jī)機(jī)油乳化的最佳方式。

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作者簡介：

周莉（1965-），女（壯族），副教授，主要領(lǐng)域?yàn)殍F道車輛教學(xué)與研究。