螺桿空壓機(jī)散熱措施研究

姜文龍，高亞寧，王 麗

（中國石油集團(tuán)川慶鉆探工程有限公司長慶固井公司，陜西西安 710018）

0 引言

以深圳壽力、柳州富達(dá)生產(chǎn)的壓風(fēng)機(jī)為研究對(duì)象，共同特點(diǎn)是均采用空氣散熱和潤滑冷卻的方式散熱，在介質(zhì)為空氣的情況下，經(jīng)常因?yàn)榄h(huán)境因素和工作時(shí)間長而引起高溫報(bào)警、停機(jī)，直接影響正常生產(chǎn)。如何避免高溫現(xiàn)象的發(fā)生就顯得尤為重要。

1 風(fēng)冷型壓縮機(jī)型號(hào)及廠家

公司現(xiàn)有風(fēng)冷型空壓機(jī)22 臺(tái)，生產(chǎn)廠家和型號(hào)見表1。通過表1 可以得出：屬于風(fēng)冷型的壓縮機(jī)驅(qū)動(dòng)方式分為電動(dòng)和柴油2 種，但均為螺桿式，也就說明他們工作原理相同。通過調(diào)研可發(fā)現(xiàn)相同工作原理的螺桿空壓機(jī)潤滑方式和散熱方式也相同。

表1 風(fēng)冷型壓縮機(jī)型號(hào)及廠家

2 工作原理

2.1 空壓機(jī)工作原理

以雙螺桿空壓機(jī)為例（圖1），對(duì)空壓機(jī)工作原理（圖2）進(jìn)行解析。

2.2 散熱原理

風(fēng)冷壓風(fēng)機(jī)機(jī)組包括：壓縮機(jī)、電機(jī)、進(jìn)氣系統(tǒng)、排氣系統(tǒng)、冷卻潤滑系統(tǒng)、氣量調(diào)節(jié)系統(tǒng)和監(jiān)控、風(fēng)扇電動(dòng)機(jī)。風(fēng)冷空壓機(jī)工作過程中產(chǎn)生的熱量主要由2 部分帶走：①風(fēng)冷壓風(fēng)機(jī)空氣在風(fēng)扇驅(qū)動(dòng)之下，穿過油冷卻器及后冷卻器，帶走壓縮過程中產(chǎn)生的熱量；②通過冷卻潤滑系統(tǒng)帶走。

風(fēng)冷機(jī)組的冷卻潤滑系統(tǒng)包括風(fēng)扇、翅板式油冷卻器/后冷卻器、油過濾器、溫控閥和連接管線。當(dāng)空壓機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，壓縮機(jī)內(nèi)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)吸入氣體，大量的潤滑油被噴入壓縮機(jī)體內(nèi)，與氣體直接混合。在壓縮機(jī)的運(yùn)行的4 個(gè)過程中，大量潤滑油和空氣形成油氣混合物，在完成排氣后流經(jīng)分離器，油與空氣分離開來，空氣進(jìn)入供氣管路，油被冷卻后再次噴入壓縮機(jī)，被作為耐磨軸承和傳動(dòng)齒輪的潤滑劑。潤滑油主要起3 個(gè)作用：①冷卻：帶走壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，可有效地控制壓縮放熱引起的油溫升高；②密封：填補(bǔ)轉(zhuǎn)子與殼體及轉(zhuǎn)子與轉(zhuǎn)子之間的泄漏間隙，減少內(nèi)泄漏；③潤滑：在轉(zhuǎn)子之間形成潤滑油膜，以使陽轉(zhuǎn)子得以直接驅(qū)動(dòng)陰轉(zhuǎn)子。

圖1 雙螺桿空壓機(jī)實(shí)體

圖2 雙螺桿空壓機(jī)工作原理

3 空壓機(jī)高溫原因分析

造成空壓機(jī)高溫的現(xiàn)象主要分為3 個(gè)部分：①風(fēng)冷壓風(fēng)機(jī)空氣受阻造成高溫；②冷卻潤滑系統(tǒng)故障造成高溫；③外部因素造成高溫。

3.1 空氣流動(dòng)散熱受阻造成高溫

（1）風(fēng)扇旋向不正確造成空氣不能正確的流經(jīng)油冷卻器及后冷卻器造成高溫報(bào)警。

（2）室內(nèi)溫度過高（≥40 ℃），未及時(shí)改良或開啟通風(fēng)設(shè)施造成高溫報(bào)警。當(dāng)室內(nèi)空氣溫度超過40 ℃時(shí)，壓風(fēng)機(jī)工作過程中產(chǎn)生的溫度不能及時(shí)得到置換，由空氣置換進(jìn)行的冷卻部分不能夠充分得到冷卻。

3.2 冷卻潤滑系統(tǒng)造成的故障

（1）溫控閥損壞：油的流動(dòng)由系統(tǒng)中的壓差推動(dòng)，從分離器罐流向壓縮機(jī)主機(jī)，油溫低于77 ℃時(shí)，溫控閥關(guān)閉，油不經(jīng)過冷卻器而直接流過油過濾器，到達(dá)主機(jī)各工作點(diǎn)，由于吸收壓縮過程中產(chǎn)生的熱量，油溫逐漸升高，當(dāng)油溫高于77 ℃（88 ℃24KT 機(jī)型），溫控閥開始打開，部分油流過冷卻器，經(jīng)油過濾器到主機(jī)。如果溫控閥損壞，高度數(shù)的油不流過冷卻器而直接由油過濾器進(jìn)行冷卻，不僅會(huì)造成高溫報(bào)警，同時(shí)會(huì)造成油濾器的濾芯高溫變形，甚至造成濾芯部件融化，進(jìn)一步加劇設(shè)備磨損。油過濾器堵塞、旁通閥失靈：油過濾器內(nèi)有可更換濾芯和內(nèi)置壓力旁通閥。油過濾器堵塞造成油不能及時(shí)到達(dá)主機(jī)的各個(gè)工作點(diǎn)，形成不了潤滑加劇設(shè)備磨損造成高溫。當(dāng)旁通閥失靈，油流經(jīng)過濾器的壓降會(huì)超過0.14 MPa，此時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)顯示報(bào)警信號(hào)。

（2）其他因素：分離器罐油位過低：當(dāng)分離器罐油位過低時(shí)，會(huì)造成油冷卻器不能及時(shí)進(jìn)行溫度傳遞，潤滑過程中的形不成有效油膜，也會(huì)造成高溫報(bào)警。油/汽冷卻器翅片過臟：油/汽冷卻器翅片過臟會(huì)造成溫度不能及時(shí)得到有效排除，設(shè)備出現(xiàn)高溫報(bào)警。熱電阻溫度傳感器失效：熱電阻溫度傳感器是壓縮機(jī)機(jī)頭部分溫度測(cè)量的一個(gè)重要元件，它的數(shù)據(jù)直接反饋壓縮機(jī)工況的狀態(tài)和磨損程度，在熱電阻溫度傳感器失效時(shí)極易造成壓縮機(jī)損壞，甚至報(bào)廢。

3.3 外部因素

除以上介紹的造成高溫報(bào)警的因素之外，空壓機(jī)連接附件的部分設(shè)施也會(huì)造成高溫報(bào)警。①排氣口設(shè)計(jì)或安裝不合理造成彎頭過多，排氣口堵塞也會(huì)造成散熱不暢而形成高溫；②容易忽略的疏水閥，疏水管線。在部分螺桿式壓風(fēng)機(jī)的壓縮氣體出口處安裝了疏水閥，該部分主要作用是對(duì)經(jīng)壓縮后的氣體進(jìn)行過濾，壓縮氣體中存在的水分和雜質(zhì)會(huì)做一個(gè)簡單的過濾，該部分若出現(xiàn)問題不僅會(huì)對(duì)隨后的空氣干燥造成麻煩，長期堵塞或得不到有效排除也會(huì)造成壓縮氣體滯留，壓縮氣體得不到有效排出，蹩壓或高溫。

4 結(jié)術(shù)語

通過對(duì)空壓機(jī)產(chǎn)生高溫的原因分析，了解到造成高溫的一些原因，方便我們?cè)谌粘９ぷ髦袑?duì)壓風(fēng)機(jī)進(jìn)行檢查和維護(hù)保養(yǎng)，避免高溫現(xiàn)象的發(fā)生，具體可進(jìn)行如下操作：

（1）空壓機(jī)房應(yīng)配備通風(fēng)設(shè)施，以保證室內(nèi)溫度≤40 ℃。

（2）壓風(fēng)機(jī)周圍至少1 m 內(nèi)不得有障礙物，以利維修和通風(fēng)。

（3）對(duì)壓風(fēng)機(jī)需日常進(jìn)行維護(hù)的部件要按期進(jìn)行維護(hù)：如油過濾器、控制閥和進(jìn)口空氣過濾器（俗稱空氣濾子）。

（4）每次啟動(dòng)空壓機(jī)前要進(jìn)行自檢，一般的空壓機(jī)都配有電腦自檢模塊，啟動(dòng)前只需按鍵操作即可。

（5）空壓機(jī)啟動(dòng)后完成1 個(gè)加載周期后要對(duì)空壓機(jī)工況進(jìn)行檢查。如若出現(xiàn)空壓機(jī)振動(dòng)較大、觀察孔觀察到的油液不足、發(fā)出刺耳聲音或者加載時(shí)間過長等現(xiàn)象都需要對(duì)空壓機(jī)進(jìn)行進(jìn)一步的檢查。

（6）對(duì)空壓機(jī)風(fēng)扇和冷卻器的檢查。這個(gè)沒有固定的周期，具體的環(huán)境不同，所需要維護(hù)的次數(shù)也不同。具體需要維護(hù)的就是對(duì)潤滑油的油質(zhì)檢查、對(duì)油過濾器的更換、對(duì)風(fēng)扇的清理和對(duì)冷卻器的清理。

（7）需要在日常維護(hù)中對(duì)疏水閥和管道進(jìn)行檢查。

（8）重視每年的二級(jí)保養(yǎng)，在開展二級(jí)保養(yǎng)過程中要關(guān)注一個(gè)重要點(diǎn)的保養(yǎng)，避免漏保。①對(duì)油氣分離器的保養(yǎng)，（每隔1 a或者P1數(shù)值超過0.07 MPar，監(jiān)控器發(fā)出P1報(bào)警信號(hào)時(shí)）在此環(huán)節(jié)需要注意，油氣分離器為壓力容器，對(duì)油氣分離器的保養(yǎng)最好由專業(yè)人員執(zhí)行。在對(duì)油氣分離器進(jìn)行保養(yǎng)時(shí)要根據(jù)油質(zhì)的變化調(diào)整二級(jí)保養(yǎng)的周期，嚴(yán)重變質(zhì)的需要縮短周期。在對(duì)油氣分離器保養(yǎng)過程中一定要做的就是要更換初級(jí)濾芯和次級(jí)濾芯；②清理和疏通回油管；③檢查和保養(yǎng)傳感器。

以上只是對(duì)出現(xiàn)高溫情況的提前預(yù)防，如果發(fā)生高溫報(bào)警（T1，T2溫度過高），切記不可錯(cuò)誤操作，如：強(qiáng)制高溫運(yùn)行；切斷溫度傳感器運(yùn)行；人為強(qiáng)制冷卻，停機(jī)等待溫度降低后再次啟動(dòng)等。

需要注意的是：停機(jī)等待溫度降低后重新啟動(dòng)，此類做法只適合于環(huán)境溫度過高的情況，對(duì)于其他情況一概是錯(cuò)誤的做法。此時(shí)需要對(duì)其他部件，部位進(jìn)行檢查，最好是專業(yè)人員指導(dǎo)下對(duì)部件進(jìn)行清理維護(hù)。