噴油螺桿式空壓機排氣溫度高的原因分析及處理

陸蕊堅

（上海中醫(yī)藥大學附屬曙光醫(yī)院，上海201203）

1 引言

空壓機是將原動機的機械能轉(zhuǎn)化為氣體的動能和壓力能的機械，其廣泛應(yīng)用于國民經(jīng)濟的各個領(lǐng)域[1]。噴油螺桿式壓縮機作為回轉(zhuǎn)容積式壓縮機的一種，其具有性能可靠、振動小、噪聲低等優(yōu)點[2]。但在運行中也容易出現(xiàn)排氣溫度過高的故障。針對此類故障，本文結(jié)合Atlas Copco品牌GA15+噴油螺桿式壓縮機的原理及自己10多年的工作經(jīng)驗，對故障進行分析并處理，供同行對噴油螺桿式空壓機的使用及維護提供參考。

2 噴油螺桿式空壓機的結(jié)構(gòu)

2.1 結(jié)構(gòu)

GA15+噴油螺桿式壓縮機的結(jié)構(gòu)主要由3個系統(tǒng)組成：氣路系統(tǒng)、油路系統(tǒng)、電氣傳動系統(tǒng)及控制系統(tǒng)[3]。

2.1.1 氣路系統(tǒng)

氣路系統(tǒng)主要由空氣過濾器、卸荷閥、壓縮機主機、油氣分離器、最小壓力閥、后冷卻器、氣水分離器等部件組成[3]。

2.1.2 油路系統(tǒng)

油路系統(tǒng)由油過濾器、溫控閥、油氣分離器、油冷卻器、潤滑油等部件組成[3]。

2.1.3 電氣傳動及控制系統(tǒng)

電氣傳動及控制系統(tǒng)由電控柜、電機、電腦控制器、傳感器等部件組成[3]。

圖1 GA15+噴油螺桿式壓縮機的工作流程圖

圖2 噴油螺桿式壓縮機主機工作流程圖

3 主要部件的作用

空氣過濾器是用來過濾吸入的空氣中的雜質(zhì)。

卸荷閥的作用是當用氣量發(fā)生變化時，卸荷閥能通過機組控制系統(tǒng)的作用來調(diào)節(jié)打開的程度，以達到最好的經(jīng)濟效益，同時也確保機組能在適當?shù)膲毫Ψ秶鷥?nèi)正常運行。

壓縮機主機是由一對相互嚙合的陽螺桿和陰螺桿組成。陽轉(zhuǎn)子帶動陰轉(zhuǎn)子在機殼內(nèi)轉(zhuǎn)動，使轉(zhuǎn)子齒槽之間的氣體不斷地產(chǎn)生周期性的容積變化而沿著轉(zhuǎn)子軸線，由吸入側(cè)推向排出側(cè)，完成吸入、壓縮及輸送、壓縮完、排氣等4個過程[4]。

（1） 吸入過程：隨著陽螺桿帶動陰螺桿的旋轉(zhuǎn)，空氣從吸入口處吸入。最初的齒形空間完全被空氣填滿，此時為吸入過程。

（2）壓縮及輸送過程：被關(guān)閉在齒形空間和外殼之間的吸入空氣隨著螺桿進行相互咬合而被壓縮，逐漸向排氣端移動。通過在壓縮過程中在螺桿的咬合部位加入適當?shù)臐櫥蛠慝@得所產(chǎn)生的壓縮熱，并且抑制溫度上升。除此之外，進行螺桿潤滑和間隙間的密封，從而使其進行高效率的壓縮。

（3）壓縮完過程：壓縮一直持續(xù)到最初的齒形到排氣口為止，當達到被排氣側(cè)的箱體遮住為止，壓縮完畢。

（4） 排出過程：更進一步地說螺桿的嚙合前進，當在被排氣側(cè)殼體擋住的螺桿空間處形成開口部時，將空氣一下子全部排出。因為這種過程是通過各種齒形連續(xù)且高速，重復(fù)的運轉(zhuǎn)和活塞式有所不同，能夠獲得脈動少且安定的壓縮空氣。油氣分離器是將從壓縮機主機壓縮后的油氣混合氣體通過三重分離，將潤滑油和壓縮空氣進行分離。經(jīng)過離心分離和重力分離將大部分的潤滑油聚集到油坦克的底部，通過系統(tǒng)內(nèi)部的壓力送入油路系統(tǒng)循環(huán)使用。另有少量潤滑油通過油氣分離器濾芯吸附過濾沉積于濾芯底部凹槽內(nèi)，經(jīng)回油管回收到壓縮機主機。

最小壓力閥的作用為在排氣閥全開而無背壓的情況下，保證油坦克中有4bar左右的壓力，以滿足機組正常運轉(zhuǎn)所需的油壓要求。另外當壓縮機與供氣總管相聯(lián)接時，最小壓力閥還可起單向閥的作用，以防止氣體倒流。

后冷卻器的作用是利用冷卻介質(zhì)在其散熱片的外側(cè)對其內(nèi)部的壓縮空氣進行冷熱交換，從而降低其壓縮空氣的溫度，同時還能降低后處理設(shè)備的負荷。

氣水分離器是將飽和的濕空氣經(jīng)切線方向流入，從而產(chǎn)生的離心力并高速撞擊擋板分離出液態(tài)水，并由底部的浮球閥通過系統(tǒng)壓力向外排出冷凝水。

油過濾器的作用是過濾掉潤滑油中的大部分雜質(zhì)，保證壓縮機主機的安全可靠運行，并延長壓縮機主機的使用壽命。

溫控閥的作用是通過其閥芯熱脹冷縮的特性來來控制進入油冷卻器的潤滑油比例，使?jié)櫥偷臏囟缺３值竭m中，在確保其壽命的同時也防止產(chǎn)生冷凝水。

油冷卻器的作用是對系統(tǒng)循環(huán)用潤滑油進行冷卻，確保機組正常運行所需的油溫。

潤滑油的作用是潤滑、冷卻、密封等作用。潤滑是在相對摩擦的表面之間形成一種保護膜，從而減少磨損，同時減少動力消耗。冷卻是將機械部件摩擦時產(chǎn)生的熱量，通過潤滑油帶走，以降低機械部件的溫度。密封是在螺桿及殼體間形成油膜，從而提高腔體的密閉性，防止竄氣。壓縮機潤滑油分為礦物油和合成油，合成油具有綜合性能優(yōu)異、壽命長等優(yōu)點[5]。

4 螺桿空壓機的工作原理

4.1 空氣回路

空氣通過空氣過濾器過濾，去除掉灰塵、雜質(zhì)后，通過卸荷閥進入到壓縮機主機內(nèi)與潤滑油混合壓縮，壓縮后的油氣混合物由切線方向進入到油坦克，并在油坦克壁和導流罩間進行離心分離。分離后的油由于重力的作用滴入到油坦克底部，油氣混合物中的大部分油份已經(jīng)被分離。最后通過油氣分離器的吸附作用，把空氣和油分離，空氣經(jīng)過最小壓力閥保壓后進入后冷卻器進行冷卻。冷卻出來的水分及飽和濕空氣通過旋風分離從氣水分離器排出，壓縮空氣進入管網(wǎng)。

4.2 潤滑油回路

具有壓力的油氣混合物進入油坦克，油坦克將油送入溫控閥，如果油溫高于溫控閥的設(shè)定溫度，則溫控閥開啟，潤滑油進入油冷卻器進行冷卻，（高于設(shè)定溫度15℃時，潤滑油全部進入油冷卻器冷卻）。冷卻后的潤滑油經(jīng)過油過濾器進行過濾，（如果油溫低于溫控閥的設(shè)定溫度，則溫控閥關(guān)閉，潤滑油直接進入油過濾器進行過濾），過濾后的潤滑油進入壓縮機主機與空氣一起壓縮，同時油氣分離器分離后的油通過回油管進入壓縮機主機進行壓縮，潤滑油起到了冷卻、密封和潤滑的作用。

5 故障分析及處理

5.1 排氣溫度高

排氣溫度高是最為常見的故障，如何觸發(fā)排氣溫度高的報警？當壓縮機排氣溫度超過設(shè)定值120℃時，由安裝在壓縮機主機排氣管上的溫度傳感探頭將電信號傳送給電腦控制器，電腦控制器將此信號與設(shè)定值比較，高于設(shè)定值就自動報警停機。

結(jié)合原理并且從壓縮機主機排氣管這個檢測點來向工作的整個流程進行展開分析及處理問題，比從說明書或自己的一些工作經(jīng)驗上來說更不容易遺漏故障點。

5.1.1 檢查檢測點——傳感器及連接線束故障

原因：傳感器的老化失靈、連接線束的松動或破損，都會引起排氣溫度高的誤報警。

處理方法：檢查溫度傳感器，此款機型的溫度傳感器選用的是PT1000，在測量溫度為0℃時其電阻值為1000Ω，在測量溫度為100℃時其電阻值為1385Ω，該電阻值與溫度的變化成正比關(guān)系，如阻值有問題，需更換傳感器。同時檢查線束是否有破損或松脫，更換或重新固定線束。

5.1.2 檢查之前的壓縮流程——潤滑油和空氣

（1） 潤滑油問題

根據(jù)工作原理總結(jié)成4個字“油熱、油少”，油熱就是進入壓縮機主機的潤滑油溫度高；油少就是進入壓縮機主機的潤滑油量少。按照流程圖會產(chǎn)生這2個問題的故障點：通過檢查加載時油冷卻器進出口溫差就能判斷是油熱還是油少，如果溫差低于18℃，就要考慮潤滑油溫度高的問題；如果溫差高于18℃，就要考慮潤滑油少的問題。

油熱：油冷卻器臟堵、冷卻風扇電機故障、冷卻風扇電氣控制部分故障、溫控閥故障。

油少：潤滑油量少、油過濾器堵塞、油冷卻器內(nèi)部結(jié)垢或積碳。

原因（1）：潤滑油需要通過油冷卻器冷卻，但是油冷卻器的翅片上堆積著大量的灰塵、雜質(zhì)，導致風扇無法將冷空氣吹過翅片，無法充分的給潤滑油散熱。

處理方法：清掃油冷卻器翅片上的灰塵、雜質(zhì)。

原因（2）：潤滑油的熱量，需要通過空氣來進行冷卻，但風扇不能工作，無法給潤滑油散熱。

處理方法：檢查風扇電機是否軸承故障或絕緣故障，有問題修理電機。若電機沒有故障，則需要檢查冷卻風扇電氣控制部分，是否電氣方面出現(xiàn)故障，不能控制電機工作，則需要修理電氣回路。

原因（3）：溫控閥是控制潤滑油進入油冷卻器的比例，以達到控制油溫及進一步控制主機排氣溫度的目的。當潤滑油溫度低于溫控閥設(shè)定溫度時，溫控閥不工作，潤滑油不進入油冷卻器。此款機型采用的40℃的溫控閥，當潤滑油溫度高于溫控閥設(shè)定溫度時，溫控閥開始打開，一部分潤滑油開始進入油冷卻器，當溫度高于設(shè)定溫度15℃時（即55℃），溫控閥全部打開，潤滑油全部進入油冷卻器冷卻[3]。

處理方法：根據(jù)測溫儀測量進入油冷卻器的管道溫度可以判斷潤滑油是否進入油冷卻器，如超過設(shè)定溫度還不進入油冷卻器冷卻，可以判斷此溫控閥故障?；蛘咄ㄟ^拆除溫控閥，將溫控閥放入熱水里觀察頂針是否動作，放入冷水里頂針是否回位來判斷其是否故障。如有故障，請更換溫控閥。

圖3 噴油螺桿式壓縮機機房通風圖

原因（4）：潤滑油量的不足直接影響到壓縮機主機內(nèi)壓縮熱量不能被有效的帶走，從而導致潤滑油溫的上升。

處理方法：直接檢查油位計內(nèi)潤滑油的油位高低。如果油位偏低，添加潤滑油，同時檢查為什么油位會低，是添加潤滑油的時候添加少了，還是有漏油現(xiàn)象或者是油耗增大了？添加少了，補充點潤滑油問題就解決了。如果發(fā)現(xiàn)有漏油，那需要同時修復(fù)漏油，這樣才能確保機器正常運行。但如果不是添加少，也沒有發(fā)現(xiàn)有漏油，那需要關(guān)注下是否油耗增大了。通過檢查排出的冷凝水里是否有比較多的油份或者用氣端是否有油份可以判斷是否油耗增大，或通過計算來判斷。如油耗增大，需要針對油耗大來進行處理。正常油耗計算公式如下：（含油量以0.003 cc/m3計算）正常耗油量=[排氣量 （m3/min） ×含油量0.003（cc/m3）×60（min）×運行時間（h）]

原因（5）：進入壓縮機主機的潤滑油都需要通過油過濾器進行過濾，保護壓縮機螺桿。當油過濾器堵塞時，進入壓縮機主機的潤滑油量減少，壓縮熱量不能被有效的帶走，從而導致潤滑油溫的上升。

處理方法：更換油過濾器，同時更換潤滑油，以確保潤滑油的品質(zhì)。

原因（6）：壓縮機長期運行溫度過高，會加快潤滑油氧化變質(zhì)，導致潤滑油壽命縮短，使油冷卻器內(nèi)部及油路系統(tǒng)產(chǎn)生積碳、結(jié)焦。壓縮機運行溫度低，空氣中的水分凝結(jié)成冷凝水進入潤滑油，會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象；保養(yǎng)不及時；換油不徹底；混合使用不同潤滑油。上述幾種情況也會導致油路系統(tǒng)產(chǎn)生積碳、結(jié)焦現(xiàn)象。潤滑油的冷卻和潤滑作用降低，從而發(fā)生油溫高[6]。

處理方法：加強日常巡檢。定期保養(yǎng)，使用同一品牌型號的潤滑油。確保更換潤滑油時，機組內(nèi)的舊油排放干凈，殘油量小于5%。使用合成油會降低此類故障的發(fā)生。

（2） 空氣問題

吸入壓縮機主機的空氣溫度高——環(huán)境溫度高。

原因：噴油螺桿式壓縮機需要在0～40℃的環(huán)境下運行。由于空壓機在運行時會產(chǎn)生熱量，并向四周散發(fā)。如果空壓機房沒有通風設(shè)計，空壓機排出的熱量將會再次返回機器內(nèi)部，反復(fù)循環(huán)，導致空壓機油溫高報警停機[7]。

處理方法：改善空壓機房的環(huán)境，確保有進風，有排風，防止空壓機機房溫度上升。圖3為空壓機房設(shè)置。對于按圖3（b） 進行設(shè)置時，風扇容量應(yīng)該與壓縮機的風扇容量匹配[3]。

6 結(jié)語

對于噴油螺桿式空壓機在運行中發(fā)生排氣溫度高的故障是最為常見的。故障的發(fā)生不但會影響正常的工作，而且還會影響潤滑油及壓縮機的壽命。發(fā)生故障時，我們可以通過壓縮機的原理及個人經(jīng)驗來快速、高效地處理。同時應(yīng)該在問題處理后思考如何減少此類故障的發(fā)生。我們可以從空壓機房的設(shè)置、日常的巡檢和維護及空壓機的定期保養(yǎng)等方面著手，自然能夠有效地減少空壓機故障的發(fā)生率，確?？諌簷C的正常運行。