SDA4型內(nèi)燃機(jī)車空壓機(jī)機(jī)油乳化的原因分析與改進(jìn)措施

徐曉沁

摘要：根據(jù)現(xiàn)場國外現(xiàn)場實(shí)際情況對SDA4型機(jī)車配置的BT-3.0/10A3型螺桿空壓機(jī)機(jī)油乳化的原因進(jìn)行分析，找到引起空壓機(jī)機(jī)油乳化的原因并提供解決乳化問題的改進(jìn)方案。

關(guān)鍵詞：空壓機(jī);機(jī)油乳化;原因分析;改進(jìn)措施

0 ?引言

機(jī)油乳化是螺桿式空壓機(jī)的常見故障，是機(jī)油與水混合在一定的溫度和壓力下形成的，尤其是在天氣寒冷或多雨潮濕的季節(jié)。這一現(xiàn)象主要是由這種空壓機(jī)的結(jié)構(gòu)和空氣流程所決定的。由于空氣中的含有的氣態(tài)水在被壓縮后會變成液態(tài)水，而在整個空壓機(jī)工作過程中空氣與機(jī)油在機(jī)油室重復(fù)進(jìn)行混合、分離，當(dāng)液態(tài)水不隨壓縮空氣排除時，液態(tài)水與機(jī)油混合在一起就會出現(xiàn)乳化現(xiàn)象。資陽公司配屬給國外地方鐵路用戶的SDA4型內(nèi)燃機(jī)車自2016年2月份投入運(yùn)用以來，在2016年6月份開始就陸續(xù)發(fā)現(xiàn)有空壓機(jī)機(jī)油出現(xiàn)乳化的現(xiàn)象，通過油位鏡檢查發(fā)現(xiàn)機(jī)油顏色呈渾濁黃色，打開底部排油口后有大量液態(tài)水排出。

1 ?空壓機(jī)機(jī)油乳化帶來的危害

機(jī)油乳化引起的機(jī)油變質(zhì)將降低機(jī)油室內(nèi)機(jī)油黏度，對空壓機(jī)的潤滑、冷卻、密封作用減弱，使得機(jī)體內(nèi)加工面、螺桿表面生銹及軸承損壞，最終會導(dǎo)致螺桿壓縮機(jī)機(jī)頭損壞。

2 ?空壓機(jī)工作原理

空壓機(jī)包括：空氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。各個系統(tǒng)工作原理如下：

2.1 空氣系統(tǒng)

開機(jī)時空氣由空濾器吸入，經(jīng)由進(jìn)氣閥進(jìn)入主機(jī)，在主機(jī)壓縮腔壓縮，經(jīng)機(jī)油冷卻后排入油氣室，這種含油空氣在油氣室內(nèi)經(jīng)撞擊進(jìn)行第一次氣、液粗分，再經(jīng)由油細(xì)分離器進(jìn)行第二次氣、液精分，當(dāng)油氣室壓力達(dá)到輸出壓力后，被壓縮的空氣通過最小壓力閥排出，經(jīng)后冷卻器冷卻，提供給空氣制動系統(tǒng)。

停機(jī)時，最小壓力閥止回，切斷后部高壓氣路，阻止高壓氣返回主機(jī)系統(tǒng)。同時進(jìn)氣閥中的進(jìn)氣止回閥關(guān)閉，主機(jī)壓縮腔的高壓氣體返至低壓腔迫使進(jìn)氣閥中的泄壓閥動作，將系統(tǒng)壓縮空氣與進(jìn)氣閥吸氣口連通經(jīng)由空氣濾清器放入大氣（見圖1 空壓機(jī)工作原理圖）。

2.2 機(jī)油系統(tǒng)

2.2.1 主回路：空壓機(jī)起動時，在最小壓力閥作用下，優(yōu)先建立起機(jī)油循環(huán)所需之壓力，機(jī)油壓入溫控閥，經(jīng)油冷卻器冷卻（或不經(jīng)過油冷卻器冷卻）、油過濾器過濾，通過噴油口射入機(jī)體內(nèi)，然后隨壓縮空氣排到油氣室進(jìn)行粗分。

2.2.2 輔助回路：含油壓縮空氣經(jīng)油氣室粗分后，進(jìn)入油細(xì)分離器進(jìn)行細(xì)分，聚集在其底部的少許機(jī)油，經(jīng)回油管、可視回油單向閥，進(jìn)入機(jī)體，用以潤滑排氣端軸承繼而返回油氣室（見圖1空壓機(jī)工作原理圖）。

2.3 冷風(fēng)系統(tǒng)

機(jī)組運(yùn)行時，電機(jī)帶動風(fēng)葉輪高速旋轉(zhuǎn)，使周圍環(huán)境中的冷風(fēng)從連接法蘭，導(dǎo)風(fēng)口吸入，經(jīng)風(fēng)葉輪加速甩出后，沿風(fēng)機(jī)殼導(dǎo)風(fēng)罩吹向冷卻器（圖中未畫出）用以冷卻壓縮空氣和潤滑油（見圖1空壓機(jī)工作原理圖）。

3 ?機(jī)油乳化的原因

從螺桿式空壓機(jī)的工作原理得知，當(dāng)空壓機(jī)工作時，空氣由空氣濾清器吸入，通過進(jìn)氣閥后進(jìn)入主機(jī)，在主機(jī)腔內(nèi)壓縮?？諝饨?jīng)機(jī)油冷卻后進(jìn)入油氣室，含油的空氣在油氣室內(nèi)經(jīng)撞擊、阻攔、離心等作用先進(jìn)行第一次機(jī)油與空氣的粗分，然后經(jīng)過油細(xì)分離器進(jìn)行第二次機(jī)油與空氣的精分，當(dāng)油氣室壓力達(dá)到輸出壓力后，被壓縮的空氣通過最小壓力閥排出，經(jīng)后冷卻器冷卻，提供給空氣制動系統(tǒng)，而BT-3.0/10A3型螺桿式空壓機(jī)原始溫控閥的動作點(diǎn)為83℃，當(dāng)機(jī)油溫度達(dá)到78℃時，通向冷卻器通道開啟，導(dǎo)致機(jī)油溫度下降，在這樣的情況下，使得空氣中的水分和機(jī)油進(jìn)行了充分的混合，給機(jī)油的乳化創(chuàng)造了條件?？諌簷C(jī)在打滿風(fēng)后，機(jī)油溫度會慢慢下降，達(dá)不到讓主機(jī)腔內(nèi)水氣化的溫度，就會引起機(jī)油乳化。

根據(jù)該公司的實(shí)際使用來看，機(jī)油嚴(yán)重乳化的現(xiàn)象集中出現(xiàn)在6-10月，也就是在泰國的雨季。在這段時間內(nèi)，基本上每天都會下雨，每次短則數(shù)分鐘，長則持續(xù)約30分鐘至數(shù)小時左右，空氣濕度可達(dá)82.8%，且降雨量較大。在這種情況下，潮濕的空氣進(jìn)入主機(jī)腔內(nèi)與機(jī)油混合時，油溫達(dá)不到水化氣的溫度，最終液化成水殘留在主機(jī)腔內(nèi)，與機(jī)油混合攪拌，導(dǎo)致了機(jī)油乳化現(xiàn)象的發(fā)生。在泰國雨季時，每次機(jī)車回段打開空壓機(jī)底部放油口都有大量的液態(tài)水排出，而用戶使用機(jī)車時因運(yùn)營原因不可能每次回段都停機(jī)長時間打開空壓機(jī)放油口排水，久而久之，機(jī)油乳化程度就由輕微乳化轉(zhuǎn)化為嚴(yán)重乳化，并造成主機(jī)腔內(nèi)積水，銹蝕主機(jī)腔，影響空壓機(jī)的正常運(yùn)行。

4 ?空壓機(jī)機(jī)油乳化判定

4.1 ?輕度乳化

在高溫高濕環(huán)境中，空壓機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)率低于30%，機(jī)油可能會出現(xiàn)輕度乳化現(xiàn)象，機(jī)油呈淡棕色或淡黃色。如圖2-圖4所示。輕度乳化不影響使用，觀察使用。

4.2 中度乳化

如果輕微乳化現(xiàn)象長時間沒有消除，可能導(dǎo)致機(jī)油中度乳化，機(jī)油顏色表現(xiàn)為渾濁黃色或渾濁棕色如圖5-圖8所示，發(fā)生中度乳化時，可按以下措施進(jìn)行處理：

①先短時啟動空壓機(jī)組，檢查壓縮機(jī)機(jī)頭內(nèi)是否有異響。

②若無異響，保持空壓機(jī)在額定轉(zhuǎn)速連續(xù)運(yùn)行30min以上，然后停機(jī)觀察乳化現(xiàn)象是否減輕或消除，若有所改善，繼續(xù)運(yùn)行，直至乳化現(xiàn)象完全消除。若無改善，則需更換潤滑油。

③若有異響，則立即切斷電源，檢查空壓機(jī)，查找到故障原因并處理。

4.3 嚴(yán)重乳化

若機(jī)油發(fā)生嚴(yán)重乳化，現(xiàn)象如圖9-圖12所示，機(jī)油顏色變?yōu)榘咨⑷榘咨?。必須立即切斷空壓機(jī)組電源，更換機(jī)油。

5 ?改進(jìn)措施

5.1 將空壓機(jī)空載時間由120s更改為300s

空載設(shè)置可保持機(jī)油溫度下降，增加空載時間可減少空壓機(jī)停機(jī)時間，提高空壓機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)率，可使油溫保持持續(xù)上升的趨勢，減少因機(jī)油溫度低造成的水蒸氣液化，從而緩解機(jī)油的乳化。

5.2 將空壓機(jī)溫控閥動作溫度由83℃改為90℃。

在100%濕度34℃環(huán)境中，水氣化的油溫為83℃，改前溫控閥為83℃（油溫≤78℃時直通路開啟，>78℃通向冷卻器通道開啟，88℃全開），在78℃時機(jī)油開始經(jīng)過散熱器，很難使油溫上升到83℃;溫控閥更改為90℃后（油溫≤85℃時直通路開啟，>85℃通向冷卻器通道開啟，95℃全開），在85℃時機(jī)油才經(jīng)過散熱器，從而使油溫迅速升到85℃，使得機(jī)油中水氣化，讓機(jī)體內(nèi)的水隨壓縮空氣排出，從而不會產(chǎn)生乳化現(xiàn)象。該公司使用的空壓機(jī)潤滑油為安潤龍3057M聚α烯烴（PAO）壓縮機(jī)油，額定工作溫度范圍：-40°F至400°F（-40°C至205°C），提高溫控閥溫度至90℃不會影響機(jī)油本身的性能。

6 ?實(shí)施效果

截止2019年3月初，國外服務(wù)組已完成5.1-5.2中的所有改進(jìn)措施。并在2019年8月9日開始空壓機(jī)機(jī)油乳化測試實(shí)驗(yàn)，測試機(jī)車為70103、70104、70109三臺機(jī)車，6臺空壓機(jī)。測試時間為8月9日-10月7日，期間為該國雨季，能最大程度的檢驗(yàn)空壓機(jī)乳化改進(jìn)措施達(dá)到的成果，測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表1。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明所采用的防止空壓機(jī)機(jī)油乳化的改進(jìn)措施是有效的，6臺空壓機(jī)在泰國雨季測試期間并未出現(xiàn)機(jī)油乳化的現(xiàn)象，效果明顯。

7 ?結(jié)束語

SDA4型機(jī)車是我公司第一次投入東南亞市場運(yùn)用，雖然在空壓機(jī)的設(shè)計上是針對的該國運(yùn)用環(huán)境的，但是在開始使用時仍然出現(xiàn)了機(jī)油嚴(yán)重乳化的問題，最重要的原因就是忽視了該國雨季短時間的強(qiáng)降雨使得空氣中水分含量增加，一部分無法排出的水氣累積在機(jī)體腔內(nèi)，時間一長就使得機(jī)油發(fā)生乳化。最終解決機(jī)油乳化的方案歸根結(jié)底，都是從各種途徑通過提高機(jī)油油溫，達(dá)到水氣化的溫度，使機(jī)體里的水氣隨壓縮空氣排出。機(jī)油乳化雖然是一種空壓機(jī)的常見故障，但針對其使用環(huán)境的充分考量，采取正確的改進(jìn)措施，就能減少、避免空壓機(jī)機(jī)油乳化的現(xiàn)象發(fā)生，降低由此造成的空壓機(jī)損傷，延長空壓機(jī)使用壽命。

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