螺桿式空氣壓縮機常見故障及排除方法

譚志華 上海鐵路機務綜合開發有限公司

空氣壓縮機是鐵路機車車輛制動系統以及其它輔助用風設備的基礎風源設施。其性能和質量的優劣直接關系到行車安全，如何確保機車車輛制動性能及輔助用風性能的安全可靠是保證行車安全的重中之重。隨著鐵路實施的快客重載及新機型的逐步推廣，機車車輛對供風需求量、性能、品質要求的不斷提高，必然需要采用新的風源設備來滿足不斷變化的新要求。而螺桿式空氣壓縮機屬于精密型轉動機械設備，由于其動力平衡性好，具有結構簡單、運行可靠性高、供風效率高、能耗低、易損件少、壽命長、維護費用低、操作維護方便、供風溫度低、壓比大、運轉平穩、工作噪聲小等諸多優點，其性能指標明顯高于原有活塞式空氣壓縮機。廣泛使用螺桿式空氣壓縮機替代活塞式空壓機是符合我國鐵路"跨越式"發展、鐵路裝備現代化的要求，是有助于充分發揮機車車輛性能及運行安全性的新技術、新設備，能夠加快鐵路現代化建設步伐。

1 螺桿式空氣壓縮機概述

鐵路系統主要應用的新型空氣壓縮設備是TSA系列螺桿式空氣壓縮機。其主要作用是為機車、車輛制動及其他輔助供風設備提供壓縮空氣。

不論從適用范圍廣、機型多樣化，還是從空氣壓縮機的性能技術參數、經濟指標等來衡量，螺桿式空氣壓縮機的各項性能指標均明顯優于活塞式空氣壓縮機。

2 螺桿式空壓機基本結構及其工作原理

螺桿式空氣壓縮機的傳動方式為直傳動式，主要由驅動裝置、壓縮機主體、風冷系統組成。電機軸與壓縮機主軸聯接采用撓性聯軸器，聯軸器上安裝離心式冷卻風扇（葉輪），通過驅動裝置帶動風冷裝置與壓縮機主體旋轉。風冷裝置與壓縮機主體以彈性聯軸器為繞軸，將驅動裝置的動力通過彈性聯軸器的旋轉運動傳遞到葉輪組成及壓縮機主動轉子，從而驅動螺桿泵工作。

螺桿式壓縮機是一種雙回轉容積式壓縮機。壓縮機機頭部分的雙螺桿是一對單邊非對稱擺線齒形，齒數比Z1：Z2＝5：6的相互嚙合的陰陽轉子，其中陽轉子為凸形齒(主動轉子)，陰轉子為凹形齒（從動轉子）。在兩齒嚙合處形成一個個密閉的空腔，當主動轉子帶動從動轉子內轉動時，這些空腔沿軸向由吸氣端向排氣端方向螺旋運動，密封腔在排氣端消失，同時在吸氣端形成新的密封腔，其中被吸入的氣體也隨著運動由吸氣端被推擠到排氣端，最終這些由陰陽轉子嚙合形成的封閉腔隨轉子旋轉，從泵入口向出口方向移動，并將氣體由進氣端推向出氣端，排入到管線（如圖1）。隨著轉子旋轉，一對相互嚙合的齒相繼完成相同的吸氣、壓縮、排氣工作循環。如果將陽轉子的凸形齒部分視為活塞式空壓機的活塞，陰轉子的齒槽視作空壓機的氣缸，就如同活塞式空壓機的往復工作過程。

圖1 螺桿式空氣壓縮機結構圖

螺桿式空氣壓縮機按照工藝流程可以分為氣路系統與油路系統兩大部分。

2.1 氣路系統

氣路系統由空氣濾清器、進氣閥、油細分離器等組成。氣路流程：大氣通過空氣濾清器過濾后經進氣閥、泄荷閥進入壓縮室，與潤滑油混合并進行壓縮，壓縮后的油氣混合氣體經過油氣筒進入油細分離器，去除空氣中所有的潤滑油后，經過壓力維持閥、冷卻器進入總風缸存儲。

2.2 油路系統

油路系統包括油氣筒、冷卻器、油過濾器和溫控閥等。油路流程：油氣筒內的潤滑油在壓力作用下，經油過濾器進入溫控閥，溫控閥控制兩個通路，當機油溫度低于下限（770C）時，直接通過旁通進入壓縮室；當溫度高于下限（770C）時，冷卻器通路逐步打開，直至達到溫度上限（930C）時冷卻通路完全打開，此時經冷卻后的機油由機體下部進入壓縮機軸承各潤滑點，最后通過油過濾器回流至油氣筒，完成一個循環。

3 螺桿式空氣壓縮機性能特點

3.1 氣體流動均勻

螺桿式空氣壓縮機是容積式風泵，陽轉子的轉速與出口端排氣量成正比關系，通過陰陽轉子連續不斷做功，使出口空氣均勻連續不斷的產生，不會因產生脈沖壓力對空氣管路接口造成疲勞損傷，這是螺桿泵獨特的優點。

3.2 噴油特性

螺桿式空氣壓縮機沒有獨立的油泵供油設備，潤滑油是利用壓差原理進行循環噴油。空壓機在壓縮工作過程中通過壓力不斷向壓縮室及軸承內壓入潤滑油，將壓縮室內熱量吸收帶走，使壓縮室工作溫度接近等溫壓縮，達到出口處排氣溫度降低的目的。同時，注入的潤滑油在陰陽轉子間，轉子端面與出氣端端蓋面，轉子與機殼內壁間形成油膜，達到堵塞泄露、密封及降噪的效果，減少壓縮空氣內泄漏。

3.3 容積效率高

螺桿式空氣壓縮機工作中吸氣、封閉及傳輸、壓縮及噴油、排氣四個過程采用單級連續方式。而活塞式空氣壓縮機存在活塞頂部與氣缸上端蓋須保留一定安全距離，工作過程中一定程度上存在殘留的部分氣體無法參與壓縮過程的"死角"。由于活塞式空壓機設計結構上先天存不足，無法排除全部氣體，這就形成活塞式空壓機固有的容積效率問題。因此等容積情況下，螺桿式空氣壓縮機能極大提高容積效率。

3.4 動平衡性好，振動小

在運行中，作用于螺桿上的徑向力由于陰陽轉子對稱布置而相互抵消，作用于螺桿槽內的氣體軸向負荷也相互抵消，所以螺桿式空壓機沒有不平衡慣性力，機器可平穩地高速工作，可實現無基礎運轉，再加上螺桿泵底座的減震裝置，較以往活塞式空壓機相比，在振動方面有較強的優越性能。

3.5 維護保養簡便

日常運用、整備維護保養中，螺桿壓縮機零部件少，沒有易損件，僅需要定期進行更換空氣濾清器濾芯、油過濾器、油細分離器等，及進行安全閥、溫控開關等控制元件的檢測。因而它運轉可靠，壽命長，大修間隔期可達4-8萬h。

4 常見故障及排除方法

4.1 空壓機組油耗量過大

螺桿式空壓機潤滑油的設計更換周期一般是2年或者一個機車中修期。如果在運用過程中機油消耗過快，出現頻繁補充潤滑油的現象時，主要原因是機油管路滲漏或者排氣時含油量過大造成的。此情況不能及時被發現并消除，會導致空壓機缺油，無法維持正常潤滑，沒有油膜保護下的軸承、轉子磨損加大，并且使轉子間密封不好，影響排氣量，嚴重時會造成轉子、軸承燒損，造成機頭轉子"抱死"。產生該故障的主要原因及故障排除方法：

(1)專用機油加入量過大。機油加入量過多會造成機油過度攪動和泡化，使油細分離器無法在規定限度內正常工作，從而使出口空氣中含油量增大。

故障排除方法：正確油位應該在機組加載運行時，通過視油鏡觀察到的油位不應高于最高限度油位。若油位過高，則卸除機組壓力后排出余油至正常位置。

(2)空壓機組有漏油情況或機頭的軸密封件損壞、磨損，油從軸封位置漏出。

故障排除方法：目視法檢查各油管路接頭、管體、機頭密封處，若有明顯油跡時，拆除該管路或軸承密封件維修更換。

(3)潤滑油變質或超期使用。機油變質會造成油細分離器無法正常工作，使出口空氣含油量增大。

故障排除方法：對油品進行采樣化驗，不合格及時更換。正確選擇規定潤滑油，建立完善空壓機潤滑油采購、檢驗、驗收管理制度。

(4)個別油過濾器存在倒置安裝情況。倒置安裝時，在過濾器底部容易積存水份，使油過濾器外殼內銹蝕穿孔，造成機油泄漏。

故障排除方法：觀察油過濾器安裝方式，若為倒置式安裝時，立即拆除改造。

(5)油氣分離器內芯破損或超期使用。

故障排除方法：更換油細分離器。

(6)回油管堵死。

故障排除方法：一般回油管路堵死在靜態密閉壓力試驗中無法檢測，在靜態實驗前必須確認所有管路的貫通狀態，檢查更換不良管路。

(7)壓力維持閥作用不良。壓力維持閥處有泄漏點或維持閥閥提前開啟，造成油氣筒內部壓力降低，氣體油霧濃度高，通過油細分離器時流速增快，造成油細分離器負荷加重，分離效果降低，耗油量增加。

故障排除方法：檢查壓力維持閥的最小開啟壓力能否達到600±50 kPa。達到最小壓力時不能正常工作，檢修更換壓力維持閥。

4.2 排氣壓力與排氣量低于額定值

機組運轉時出現部分或全部不能供風，運行時間極度延長的故障不能及時發現并消除時，會導致輸出壓力不穩定，空壓機長時間加載運行，最終造成設備疲勞工作，使設備損壞危及行車安全。產生此類故障的主要原因及故障排除方法：

(1)空氣濾清器積垢堵塞嚴重，致使吸氣阻力增大，造成吸氣量不足。

故障排除方法：檢查空氣濾清器濾芯，堵塞嚴重或超期使用的及時更換。若發現濾芯內側存留較多油跡時，需檢查油細分離器及泄荷閥工作是否正常。油細分離器內芯破損或超期使用及泄荷閥卡死不能復位會造成機油泄漏，通過進氣閥逆流附著于濾芯上，容易造成濾芯堵塞。

(2)進氣閥故障。進氣閥開閉作用不良時會造成吸氣困難。

故障排除方法：檢查進氣閥密封圈密封作用是否良好；進氣閥閥蓋、滑道是否有毛刺卡死及機械憋勁現象。

(3)壓力維持閥故障。壓力維持閥頂蓋在經常開合運動中造成磨損或者卡住，在油氣筒中無法建立600 kPa壓力。停機后由于沒有壓差，造成壓縮空氣逆流。

故障排除方法：開機后觀察壓力維持閥最小開啟壓力能否達到600±50 kPa。達到最小壓力維持閥半開或未開，則需要對調節彈簧、閥芯、閥蓋進行檢修。

(4)空氣管路有泄漏處。

故障排除方法：對機體進行靜態壓力試驗，用肥皂水逐個排查泄漏點，并進行維修。

(5)螺桿組磨損嚴重。空壓機螺桿組由于磨損嚴重、超差，產生間隙較大而引起的空氣回流，泄漏量增大，影響排氣量。

故障排除方法：維修或更換螺桿組。

(6)油氣筒組成泄漏。油氣筒組成泄漏主要是安裝不良造成的機械密封泄漏，主要表現在相互接觸端面表面不平整、表面有異物夾入、O形圈與軸套壓緊不夠、O形圈破損等方面。

故障排除方法：對油氣筒進行靜態充壓實驗，在水中查找相應漏氣點，進行維修。

4.3 排氣壓力高，壓縮機未卸載，安全閥已泄放

(1)壓力控制開關的設定值不當。

故障排除方法：重新檢測調整壓力開關設定值。

(2)壓力控制開關連接管路泄漏。

故障排除方法：重點檢查壓力開關的連接管路，發現泄漏進行維修。

(3)泄荷閥卡住無法關閉或關閉不嚴。

故障排除方法：檢修泄荷閥，必要時更換。

4.4 排氣溫度過高，溫度開關斷開

正常情況下，主機的排氣溫度應該控制在760C～920C之間，排氣溫度低于壓力露點會產生結露現象，使系統內出現較多液態水造成潤滑油乳化。而排氣溫度過高，則會對許多元件造成損壞，嚴重情況能燒損主機。螺桿式空壓機壓縮過程中產生的熱量主要由油氣混合氣體帶出主機，經冷卻器散熱。超溫故障的產生主要與冷卻系統和潤滑異常有關。

(1)冷卻葉輪組成故障。葉輪主要作用一方面對冷卻器組成吹風；另一方面作為動力源，使冷卻風在渦殼和外部空氣間循環流動。由于轉速較高，剛性較差，旋轉時容易受損。

故障排除方法：檢查空壓機運行環境通風是否良好、葉輪是否損壞、渦殼及各連接處是否有明顯漏風。發現不良處所維修或更換。

(2)散熱器作用不良。散熱器作為主要的散熱元件，其作用優劣直接影響到散熱效果。

故障排除方法：若散熱器表面翅片管有大量倒伏，則需用鑷子將倒伏片平整，增加散熱面積；若各個翅片間被油泥堵塞，則需拆解散熱器，用熱水噴洗；檢查散熱器油冷卻管路內部積碳油泥情況，嚴重的用專用清洗液循環清洗。

(1)供油不足。主要原因是油過濾器內芯太臟或堵塞造成的。

故障排除方法：檢查油過濾器，更換濾芯同時更換機油，并找出機油污染源。若工作環境差，粉塵較多時，應適當縮短油過濾器更換周期，并調整機油化驗周期。

(2)溫控閥故障。如果溫控閥故障，潤滑油可能不經冷卻器直接進入機頭，造成溫度無法下降。

故障排除方法：開機運行一段時間后，檢查低溫油管溫度，超過85℃以上的，證明溫控閥未開啟或半開啟，造成高溫油路不通。故障原因主要由溫控閥閥芯熱敏彈簧故障及閥芯卡死或動作不到位造成的。可根據情況維修或更換。

(3)壓力開關作用不良。若壓力開關損壞或設定值設定過高，造成空壓機負荷增加，會引起超溫情況。

故障排除方法：檢測壓力開關設定值是否符合要求，不符合的予以調整或更換。