張省偉， 劉瑤

(1.西安鐵路職業(yè)技術(shù)學(xué)院，西安 710026；2.神朔鐵路分公司機務(wù)段，榆林 719316)

0 引言

伴隨著我國鐵路機車從直流傳動到交流傳動技術(shù)的變革，作為鐵路機車風(fēng)源系統(tǒng)核心部件的壓縮機也普遍采用了螺桿式壓縮機，螺桿式壓縮機屬于轉(zhuǎn)動型機械設(shè)備，具有工作可靠性高、動平衡性能好、運轉(zhuǎn)平穩(wěn)、振動小、能耗低、效率高、噪音低、易損件少、使用壽命長、運行成本低、操作和維護方便等優(yōu)點，其各方面性能明顯高于鐵路機車之前所使用的活塞往復(fù)式壓縮機，符合了我國鐵路機車快速發(fā)展對于現(xiàn)代化設(shè)備的要求，因而逐步取代了原有活塞式往復(fù)式壓縮機并在我國新型電力機車上得到廣泛的應(yīng)用[1]。但是螺桿式壓縮機的結(jié)構(gòu)和作用原理相對于活塞往復(fù)式式壓縮機較為復(fù)雜，在運用和檢修中也在不少問題，現(xiàn)對螺桿式壓縮機的工作流程以及在運用過程中所發(fā)生的一些故障進行分析，并討論相應(yīng)的判斷和處理方法。

1 螺桿式壓縮機的工作流程

鐵路機車常用的螺桿式壓縮機有SL22-47型、GAR22型、TSA-230AD型及BT-3.0/10AD型，螺桿式壓縮機一般由底座、驅(qū)動裝置、空氣壓縮機主機和冷卻裝置等組成，在空氣壓縮機主機頭內(nèi)設(shè)有兩個螺旋形轉(zhuǎn)子螺桿，螺桿具有非對稱嚙合面，運轉(zhuǎn)時通過逐步減少兩個轉(zhuǎn)子間的空間來壓縮空氣，同時利用潤滑油起到降溫和潤滑作用，所以螺桿式壓縮機的工作流程主要是空氣壓縮流程和油循環(huán)流程。

1.1 空氣壓縮機主機的工作過程

螺桿式壓縮機具有與其他型號壓縮機相類似的空氣壓縮過程，即吸氣、壓縮和排氣過程，不過螺桿式壓縮機是利用螺旋式轉(zhuǎn)子連續(xù)不斷對空氣做功，因而會連續(xù)不斷的產(chǎn)生壓縮空氣，不會形成脈沖壓力，此過程主要在空氣壓縮機主機內(nèi)完成。

(1)吸氣過程：如圖1所示。

a)準備吸氣b)吸氣中c)吸氣結(jié)束

圖1 螺桿式壓縮機吸氣過程原理

如圖1a)所示，隨著螺旋形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子齒的一端逐漸脫離嚙合而形成了齒間容積，隨著這個齒間容積的擴大，將會在其內(nèi)部形成一定的真空，而此齒間容積僅與吸氣口連通，所以空氣在大氣壓的作用下經(jīng)空氣濾清器不斷流入齒間容積，壓縮機吸入越來越多的空氣，如圖1b)所示。隨著螺旋形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，齒間容積達到最大之后容積不再增加，齒間容積在此位置與吸氣口斷開，吸氣過程結(jié)束，如圖1b)所示。

(2)壓縮過程：如圖2所示。

a)即將壓縮b)壓縮中c)壓縮結(jié)束

圖2 螺桿式壓縮機壓縮過程原理

如圖2a)所示，隨著螺旋形轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)，嚙合面逐漸移向排氣端，齒間容積因螺旋形轉(zhuǎn)子齒的嚙合而不斷減小，被密封在齒間容積的空氣壓力被迫不斷升高，從而實現(xiàn)對空氣的連續(xù)壓縮，如圖2b)所示，直至齒間容積與排氣孔連通時，壓縮空氣達到最高壓力，壓縮過程結(jié)束，如圖2c)所示。

(3)排氣過程：齒間容積與排氣孔口連通后，即開始排氣過程，如圖3所示。

a)排氣中b)排氣結(jié)束

圖3 螺桿式壓縮機排氣過程原理

如圖3a)所示，隨著齒間容積的不斷縮小，被壓縮的空氣逐步通過排氣孔口排出，直至齒末端的型線完全嚙合，封閉的齒間容積體積變?yōu)榱銥橹梗藭r齒間容積內(nèi)所有壓縮空氣均通過排氣孔口被完全排出，排氣過程結(jié)束，如圖3b)所示。

1.2 空氣壓縮流程

如圖4所示。

圖4 螺桿式壓縮機系統(tǒng)流程圖

開機時，空氣通過空氣濾清器過濾后被吸入壓縮機，經(jīng)由進氣閥進入空氣壓縮機主機后被壓縮，經(jīng)潤滑油冷卻后形成的高壓油氣混合物被噴入油氣室，在擋板的撞擊作用下進行第一次氣體、液體的粗分離之后，再由油細分離器進行第二次細分離，當(dāng)氣體壓力堆積到最小壓力閥設(shè)定值后，最小壓力閥開啟，被壓縮的空氣經(jīng)冷卻器冷卻后從壓縮機出口輸出。停機時，最小壓力閥發(fā)揮止回功能，使得壓縮機和外部高壓氣路隔離，同時，壓縮機內(nèi)的壓縮空氣返回進氣閥并迫使進氣閥中的泄壓閥動作，從而將壓縮機內(nèi)氣壓快速降低，以保證下次壓縮機無負荷氣動。

1.3 油循環(huán)流程

主回路：空氣壓縮機啟動時，在最小壓力閥的限制下，油氣室先建立起壓力，潤滑油被壓入溫控閥，經(jīng)油冷卻器、油過濾器后，通過噴油口噴入壓縮機主機，對壓縮機進行潤滑和冷卻后隨著壓縮空氣一同被排入到油氣室進行第一次粗分離。

輔回路：含有油的壓縮空氣在油氣室進行粗分離后，進入油細分離器進行第二次細分離，被分離出的潤滑油經(jīng)回油管進入機體發(fā)揮潤滑作用后被排入到油氣室。

2 螺桿式壓縮機常見故障分析

2.1 螺桿式壓縮機安全閥排氣

(1)故障原因分析

螺桿式壓縮機安全閥的作用是當(dāng)油氣室內(nèi)的壓力超過安全閥的整定值時，安全閥自動開啟泄壓，使油氣室壓力降至設(shè)定值以下，起到超壓保護作用。因此，安全閥排氣的主要原因是螺桿式壓縮機油氣室的壓力過高，造成此故障的原因有：①最小壓力閥粘滯，②空氣管路不暢通，③安全閥整定值錯誤或安全閥故障，④總風(fēng)缸壓力值設(shè)置過高，達到安全閥動作值。

(2)判斷和處理方法

首先，檢查總風(fēng)缸壓力，如其壓力不在規(guī)定范圍內(nèi)，應(yīng)調(diào)整總風(fēng)缸壓力控制器，使其達到規(guī)定要求；如果總風(fēng)缸壓力符合要求，應(yīng)更換螺桿壓縮機安全閥后再進行試驗，若故障依然存在，可拆開壓縮機出風(fēng)管，啟動壓縮機檢查其出風(fēng)口是否出風(fēng)，若無風(fēng)或出風(fēng)量很小，可判斷故障為最小壓力閥粘滯或壓縮機內(nèi)空氣管路堵塞。擰開最小壓力閥出風(fēng)口接頭，檢查出風(fēng)量，若無風(fēng)或出風(fēng)量很小，可判斷為最小壓力閥粘滯，則需要更換最小壓力閥；若最小壓力閥出風(fēng)口出風(fēng)正常，則故障為壓縮機風(fēng)管路堵塞，需對壓縮機風(fēng)路進行清理[2]。

2.2 壓縮空氣中有油或干燥器排污管排油

(1)故障原因分析

螺桿式壓縮機壓縮過程產(chǎn)生的含油氣體，先在油氣室中撞擊擋板后轉(zhuǎn)折使油、氣粗分離，然后進入油細分離器進行過濾和聚結(jié)，進一步使油、氣細分，被分離出來的殘余油聚結(jié)在油細分離器底部，經(jīng)由回油管及回油單向閥導(dǎo)回油路?？梢姡瑝嚎s空氣中有油的原因是油、氣分離不徹底，造成此故障的原因有：①油細分離器故障，②回油管堵塞或回油單向閥故障，③油位過高。

(2)判斷和處理方法

潤滑油油位過高會使油氣室機油過度攪動泡化，使得油細分析器工作負擔(dān)增大，無法正常實現(xiàn)油氣的分離，從而導(dǎo)致空氣中含有較多的油，因而，首先檢查壓縮機油位是否符合要求，若符合要求，可拆卸并清洗回油管和回油單向閥，若故障仍然不能消除，可判斷故障為油細分離器故障，需更換油細分離器。

2.3 螺桿式壓縮機空氣過濾器中有油

(1)故障原因分析

當(dāng)螺桿式壓縮機運轉(zhuǎn)時，經(jīng)濾清后的空氣通過進氣閥中的進氣截止閥進入壓縮機內(nèi)部；壓縮機停機時，壓縮腔的高壓空氣返回進氣腔而使截止閥閥板關(guān)閉防止油氣外泄，同時，進氣閥中的泄壓閥打開，使壓縮機內(nèi)部壓力空氣釋放，完成卸荷功能[3]。因此，造成此故障的原因有：①空氣中含油過多，泄壓時進入進氣區(qū)，②進氣截止閥關(guān)閉不及時。

(2)判斷和處理方法

首先，檢查壓縮空氣中是否有油或干燥器排污管是否排油，如果正常，可判斷為進氣截止閥關(guān)閉不及時或關(guān)閉不嚴，需要更換進氣閥；否則，按壓縮空氣中有油故障進一步判斷和處理。

螺桿式壓縮機在日常使用和檢修中故障較多，使用不當(dāng)或維修不及時都可能使設(shè)備的故障增加，甚至發(fā)生安全事故。掌握常見故障的判斷和處理方法、嚴格按照規(guī)程操作，就可減少事故的發(fā)生，從而確保安全行車。