消防用活塞式空氣壓縮機應用淺析

盧錦忠

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消防用活塞式空氣壓縮機應用淺析

盧錦忠

福建省公安消防總隊后勤部

活塞式空氣壓縮機在消防中的應用越來越頻繁。目前，消防部隊使用的空氣壓縮機主要是為空氣呼吸器的氣瓶等提供充氣保障。但是，消防部隊在使用空氣壓縮機的過程中仍存在著諸多問題，影響了消防救援的及時性與有效性。該文針對漏油、過熱、異響等幾種常見故障，分析故障產生的原因及其排除方法，并提出合適的裝備配置建議。

消防 空氣壓縮機 故障分析

1 空氣壓縮機概況

空氣壓縮機按工作原理可分為速度式和容積式兩大類：速度式空氣壓縮機的工作原理是：氣體在高速旋轉葉輪的作用下，得到較大的動能，隨后在擴壓裝置中急劇降速，使氣體的動能轉變成勢能，從而提高氣體壓力；容積式空氣壓縮機的工作原理是：通過直接壓縮氣體，使氣體容積縮小而達到提高氣體壓力的目的。容積式根據氣缸測活塞的特點又分為回轉式和往復式兩類。

2 活塞式空氣壓縮機工作原理

在氣缸內作往復運動的活塞向右移動時，氣缸內活塞左腔的壓力低于大氣壓力，吸氣閥開啟，外界空氣吸入缸內，這個過程稱為壓縮過程。當缸內壓力高于輸出空氣管道內壓力后，排氣閥打開。壓縮空氣送至輸氣管內，這個過程稱為排氣過程。活塞的往復運動是由電動機帶動的曲柄滑塊機構形成的。曲柄的旋轉運動轉換為滑動——活塞的往復運動。其工作原理如圖 1所示：

1 —排氣閥；2 —氣缸；3 —活塞；4 —活塞桿；5 —滑塊；6 —連桿；7 —曲柄；8 —吸氣閥；9 —閥門彈簧。

這種結構的壓縮機在排氣過程結束時總有剩余容積存在。在下一次吸氣時，剩余容積內的壓縮空氣會膨脹，從而減少了吸入的空氣量，降低了效率，增加了壓縮功。且由于剩余容積的存在，當壓縮比增大時，溫度急劇升高。故當輸出壓力較高時，應采取分級壓縮。分級壓縮可降低排氣溫度，節省壓縮功，提高容積效率，增加壓縮氣體排氣量。

3 活塞式空氣壓縮機在消防部隊應用現狀

3.1 主要技術參數

目前消防部隊使用的空氣壓縮機主要是為空氣呼吸器的氣瓶提供充氣保障。其主要技術參數如下：

(1) 氣瓶規格：主要有2L、3L、4.7L、6.8L及9L。

(2) 氣瓶工作壓力：30MPa。

(3) 主要品牌：德國寶華BAUER、意大利COLTRI SUB、美國MSA、意大利HIGHAIR等。

(4) 主要排量：100L/min、200 L/min、215 L/min、240 L/min、265 L/min、300L L/min、500 L/min、600 L/min等。

(5) 動力源：220V、380V、柴油驅動。

主要特點有：充氣量大，氣瓶數量多；充氣時間要求快速。

3.2 常見故障原因及故障排除

消防部隊在使用空氣壓縮機的過程中存在的主要問題有：只會實際操作使用，維護保養意識不強；充氣時安全保護意識不強；當遇到故障時無法及時解決；使用人員固定性不強，往往剛學會正常使用及維護后即調離崗位，新人員缺乏培訓。

下面就漏油、過熱、異響等幾種常見故障，分析其產生的原因與故障排除的方法。

3.2.1 漏油故障

在空壓機的日常操作中，經常會出現空壓機漏油現象，外表有潤滑油溢出。

空壓機漏油故障原因有：(1) 油封脫落或油封缺陷漏油；(2) 主軸松曠導致油封漏油；(3) 結合面滲漏，進、回油管接頭松動；(4) 皮帶安裝過緊導致主軸瓦磨損；(5) 鑄造或加工缺陷也會造成空壓機漏油現象。

空壓機漏油故障判斷與排除方法：

(1) 空壓機漏油，要注意觀察油封部位，檢查油封是否有龜裂、內唇口有無開裂或翻邊。有上述情況之一的應更換；檢查油封與主軸結合面是否劃傷與缺陷，存在劃傷與缺陷的應予更換。檢查回油是否暢通，回油不暢使曲軸箱壓力過高導致油封漏油或脫落，必須保證回油管最小管徑，并且不扭曲、不折彎，回油順暢。檢查油封、箱體配合尺寸，不符合標準的予以更換。

(2) 用力搬動主軸檢查頸向間隙是否過大，間隙過大應同時更換軸瓦及油封。

(3) 檢查各結合部密封墊密封情況，修復或更換密封墊；檢查進、回油接頭螺栓及箱體螺紋并擰緊。

(4) 空壓機漏油檢查并重新調整皮帶松緊程度，拇指按下10mm為宜。

(5) 空壓機漏油，需要檢查箱體鑄造或加工存在的缺陷，修復或更換缺陷件。

3.2.2 過熱故障

在空壓機的日常操作中，會因空壓機的長時間超負荷運作而出現空壓機過熱故障。空壓機過熱故障現象表現為空壓機排氣溫度過高或運轉部位發燙。

空壓機過熱故障原因有：(1) 松壓閥或卸荷閥不工作； (2) 氣制動系統泄露嚴重；(3) 運轉部位供油不足及拉缸。

空壓機過熱故障判斷與排除方法：

(1) 進氣卸荷時檢查松壓閥組件，有卡滯的清洗排除或更換失效件。排氣卸荷時檢查卸荷閥有堵塞或卡滯的要清洗修復或更換失效件，有效排除空壓機過熱故障。

(2) 檢查制動系統件和管路。

(3) 活塞與缸套之間潤滑不良、間隙過小或拉缸均可導致過熱，遇該情況應檢查、修復或更換失效件。

3.2.3 異響故障分析

在空壓機日常使用的過程中，空壓機經常會出現異響，例如：金屬撞擊聲，均勻的敲擊聲，摩擦嘯叫聲的空壓機異響故障。

空壓機異響故障原因有：(1) 連桿瓦磨損嚴重，連桿螺栓松動，連桿襯套磨損嚴重，主軸磨損嚴重或損壞產生撞擊聲；(2) 皮帶過松，主、被動皮帶槽型不符造成打滑產生空壓機異響；(3) 空壓機運行后沒有立即供油，金屬干摩擦產生空壓機異響；(4) 固定螺栓松動；(5) 緊固齒輪螺母松動，造成齒隙過大產生空壓機異響敲擊聲；(6) 活塞頂有異物。

空壓機異響故障判斷與排除方法：

(1) 空壓機異響時，檢查連桿瓦、連桿襯套、主軸瓦是否磨損、拉傷或燒損，連桿螺栓是否松動，檢查空壓機主油道是否暢通；建議更換磨損嚴重或拉傷的軸瓦、襯套、主軸瓦，擰緊連桿螺栓，用壓縮空油孔對準空壓機進油孔；疏通主油道。重新裝配時，應注意主軸軸承。

(2) 空壓機異響時，檢查主、被動皮帶輪槽型是否一致，不一致請更換，并調整皮帶松緊度。

(3) 檢查潤滑油進油壓力、機油管路是否破損、堵塞，壓力不足應立即調整、清理、更換失效管路；檢查潤滑油的油質及雜質含量，并與使用標準比較，超標時應立即更換；檢查空壓機是否供油，若無供油，應立即進行全面檢查。

(4) 檢查空壓機固定螺栓是否松功并予以緊固，有助于緩解空壓機異響。

(5) 齒輪傳動的空壓機還應檢查齒輪有否松動或齒輪安裝配合情況，螺母松動的擰緊螺母，配合有問題的應予更換。

(6) 清除異物，有助于緩解空壓機異響。

4 消防部隊空氣壓縮機配置建議

消防部隊使用空氣壓縮機的主要用途是為正壓式空氣呼吸器、長管呼吸器等提供充氣及氣源保障任務。現在空氣壓縮機已不再是單一的一種設備，往往都會配套其他輔助設備（如防爆箱、儲氣瓶等）。特別是防爆充氣箱的配置可以最大限度保障充氣過程的安全性。而且整個系統均通過各種電子設備連接，實現整個充氣過程的自動化及智能化。在保障實際需要的前提下，應該盡可能配置更安全、更人性化的先進設備，保障消防部隊執行各類復雜任務，全面提升公安消防部隊滅火救援能力。下面針對使用主體的不同，提出三種配置方案：

4.1 方案一

本方案適應充氣需求量大，日充氣量40~60瓶6.8L氣瓶（適合戰勤保障大隊），如圖2所示。

圖2 戰勤保障大隊空氣壓縮機配置方案

該方案包含600L空氣壓縮機、6×50L儲氣系統、4瓶防爆箱。該方案的優點是：(1) 充氣快速，最快3分鐘可以完成4個6.8L氣瓶充氣至30MPa；(2) 采用階梯系統，可以最大限度保證氣瓶充氣時壓力差；(3) 自動開機、關機及故障自動停機，智能化程度高；(4) 操作方便，維護簡單，安全性高。

4.2 方案二

本方案適應充氣需求量中等，日充氣量20~40瓶6.8L氣瓶（適合特勤中隊等），如圖3所示。

圖3 特勤中隊空氣壓縮機配置方案

該方案包含300L或265L空氣壓縮機、2瓶防爆箱。該方案的優點是：(1) 充氣速度中等，安全性高；(2) 自動開機、關機及故障自動停機，智能化程度高；(3) 操作方便，維護簡單。

4.3 方案三

本方案適應充氣需求量較小，日充氣量10~20瓶6.8L氣瓶（適合普通中隊），如圖4所示。該方案包含100L空氣壓縮機、單瓶防爆箱。該方案的優點是：（1）移動方便，隨機性強；（2）操作簡單。

5 總結

本文針對活塞式空氣壓縮機在消防救援中的應用現狀，對各類應用故障進行了詳細的分析，提出了解決方法，并根據實際需要，提出了先進的配備方案，這將有助于全面提升公安消防部隊滅火救援能力。

[1] 田景亮. 往復式空氣壓縮機操作維修指南[M]. 沈陽: 遼寧科學技術出版社, 2010.

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[3] 錢翼稷. 空氣動力學[M]. 北京: 北京航天航空大學出版社, 2004.

[4] GB22207-2008, 容積式空氣壓縮機安全要求[S]. 中國國家標準化管理委員會, 2008.