螺桿式空氣壓縮機潤滑油乳化原因及防治措施

譚志華 上海鐵路局上海鐵路機務綜合開發有限公司

螺桿式空氣壓縮機潤滑油乳化原因及防治措施

譚志華 上海鐵路局上海鐵路機務綜合開發有限公司

通過結構、系統性能等方面介紹，結合實際檢修運用情況，對螺桿式空壓機潤滑油乳化現象進行分析，針對其乳化原因提出防治及處理措施，提高運用機車螺桿式空壓機使用壽命。

螺桿式空氣壓縮機；潤滑油；乳化；防治措施

機車上的空氣壓縮機是機車用風的關鍵部件，其產生的壓縮空氣除供給機車和車輛空氣制動系統外，還供給包括機車撒砂系統、電空控制系統、車輛空氣彈簧等輔助用風設備。其性能和質量的優劣直接影響列車的各用風設備能否正常工作及行車安全。如何確保機車車輛制動及輔助用風系統性能的安全和靠是保證行車安全的重中之重。而潤滑油乳化現象是壓縮機組運用過程中的常發性故障。該故障往往會隨著區域、季節及氣候不同集中爆發，若發生該故障未得到及時處置時，會使螺桿表面無法形成覆蓋油膜，造成螺桿型線磨損從而帶來排氣量低、打風時間長等問題；進一步發展，會造成螺桿組軸承因缺油而損壞，使機頭抱死，更有甚者會因負載過大而使電機燒損，危及行車安全。

1 原因分析

油脂中形成乳化液的三個必要條件是：一是兩者不相溶的液體共存，例如：含有水分的潤滑油；二是混合液中含有加速乳化現象的乳化劑，例如：潤滑油含有環烷酸皂、膠體及生成的油泥等；三是乳化液形成所需的能量，例如：強烈攪動、循環流動等。所以，水分、乳化劑、激烈攪拌，都能引起空壓機的乳化問題。其中，含有水分和激烈攪拌是產生乳化的主要原因。

根據螺桿式空氣壓縮機的工作原理，在主機做功時，潤滑油和空氣同時被壓縮，經壓縮的油氣混合物在油氣筒內不斷的聚集再分離，同時通過內部油氣分離結構及油細分離裝置將壓縮空氣排出，分離出的潤滑油繼續參與下次循環。當空氣中含有一定的水蒸氣，且經壓縮后水蒸氣的含量超過飽和度時，就會冷凝成液態水。油分子和水分子互相包容經過強烈攪拌震蕩便形成乳化液。有資料指明，乳化油好比癌細胞，一旦出現就會迅速擴散，促使潤滑油快速乳化。在螺桿泵工作過程水蒸氣冷凝成液態水的情況，主要與以下幾個方面有關：空氣的相對濕度、吸入空氣的壓力以及溫度、壓縮后的壓力以及溫度等。

機車用螺桿空壓機因其使用需適應環境的不斷變化及惡劣的空氣狀況的變化，在其設計時已經采取了一些必要措施，如采用高抗乳化性的潤滑油、溫控閥、精密的油細分離器等，以去除大量的液態水。因此在正常情況下是不會發生潤滑油乳化現象的。但在運行中為什么會發生乳化現象？

結合實際檢修運用情況，發生乳化現象主要存在幾點問題。

1.1 空氣濕度大

當機車運行在潮濕多雨的南方地區，尤其遇到梅雨季節時，空氣相對濕度一般在90%左右，而此時也是螺桿泵故障的高發時段。而一般同區段運用機車，安裝于機械間的電力機車用交流螺桿泵比安裝于冷卻間的內燃機車用直流螺桿泵故障率低。主要原因是電力機車機械間的密閉情況好于兩側有百葉窗通風的冷卻間。多雨季節，內燃機車冷卻風扇吸風使冷卻間內形成負壓，造成雨水倒灌，一方面使冷卻間局部濕度增大，空壓機組吸氣過程中已經存在相當水分；另一方面，可能直接吸入小水珠。而當空氣濾清器含水量超過其有效過濾吸附能力后，一部分冷凝水就直接被吸入機組。

1.2 排氣溫度低于壓縮空氣露點溫度

由于螺桿泵本身沒有單獨的排水裝置，而是根據壓力空氣露點原理，即當排氣溫度大于露點溫度時，水在油中不會凝析，僅以水蒸氣的狀態存在，工作過程中通過排氣口將含有水分的混合氣體一起排出，達到排水的目的。在運用中，空壓機本身是間歇做功，存在建立溫度的過程，而此過程不可避免產生水分的析出。設計中是通過溫控閥控制，將建立溫度過程縮短，進而削減因水分析出造成的影響。例如：環境溫度30℃，相對濕度90%，排氣壓力1 MPa（絕對壓力）時，壓力露點為74.5℃，壓縮空氣最大飽和含水能力為92 g/m3。這說明如果排氣溫度高于74.5℃且空氣含水量低于92 g/m3時，空壓機的排水可以正常進行，反之就會有水析出進入潤滑油內，時間一久會造成油品乳化。

機組的啟動溫度低勢必造成排氣溫度低，同樣如果空壓機工作時間較短，建立溫度過程長，不足以將內部空氣水分帶走，長時間也會引起潤滑油乳化。一方面，位于冷卻間的空壓機由于大功率冷卻風扇不停地工作，造成機組停止工作后迅速降溫。當機組重新啟動時，溫控閥不能立刻打開，重復建溫過程，水就會析出；另一方面，根據資料顯示，單管供風機車上的空壓機運轉率僅有7%左右，不能達到理想狀態的30%，空置率較高、靜置冷卻時間長，這樣也會延長建溫過程。

1.3 潤滑油品質降低

潤滑油品質降低也是造成乳化的一個原因。

一方面，空壓機卸荷閥的主要作用是停機時為保護轉子，避免轉子反轉，快速泄放內部壓力，并反吹空氣濾清器，且達到清潔其表面附著臟物的目的。但是反吹過程中，不可避免反吹的壓力空氣含有油氣，細小的油滴附著在空濾內外壁上，長時間與空氣、水分、灰塵等接觸反應，就會產生皂類、酸類及膠體物質，這些物質會隨著空壓機吸氣過程進入機體，加快潤滑油乳化。

另一方面，潤滑油在高溫、高壓環境下長期使用，會造成油品高溫老化，喪失其油品本身的抗水性及抗乳化性，同時失效油品也會加速乳化的過程。

2 防治措施

在修造過程中，應盡量避免制造誤差；加強配件清洗后的吹掃、烘干工藝流程；更換不同性能的溫控閥，以提高其控制溫度，進而提高排氣溫度；提高空氣濾清器過濾精度，進而減少外界水珠進入。潤滑油乳化預防解決的辦法除盡量控制檢修工藝及質量外，應在運用中特別要做到以下幾點：

（1）及時清潔空濾，并定期更換，避免各種雜質特別是皂類、酸類雜質進入，污染潤滑油，同時可降低因濾芯含水量增加而造成的水分進入問題。實際做法是將原有更換方式（空濾過臟時更換）改為第二次小修時更換，并加強每趟車到達后對空氣濾芯的吹掃工作。

（2）在雨天及清洗機車時，盡量關閉空壓機處百葉窗，減少水分進入。

（3）及時更換油過濾器，使其保持良好的過濾油脂雜質性能，保證潤滑油清潔度。實際做法是將原有中修時更換油過濾器的方式改為第二次小修更換。

（4）及時補充、更換正確的潤滑油，保證潤滑油的抗乳化性能與抗水性能。

（5）通過改進機車線路，在機車正常運行中強制使用單機集中供風，保證空壓機在30%~50%的效率下工作，避免因低于露點溫度工作造成冷凝水不斷聚集而產生的乳化現象。

（6）及時檢查潤滑油品質并定期排放潤滑油內的冷凝水。實際中能夠堅持每趟車到達后及時排水，減少冷凝水在潤滑油內存在時間。

（7）機組長時間在超低運轉率工作后或停機時間較長，如機車聯調或檢修期間而機組無運轉、機組試驗后短期庫存或運輸時。首次開機后，需要打開放風閥，長時間運轉空壓機組，最好能保證20 min-40 min，加速潤滑油內水分排出，以消除冷凝水影響 (如果確認潤滑油品質已降低較大時不適于此操作)。

（8）發現油品乳化現象時，殘油要盡量排放徹底，使用新油反復清洗，徹底清除膠質。避免殘油中有乳化情況而造成的進一步擴散。

3 結論

通過對油乳化現象的正確認識及判斷，避免因乳化現象而帶來的相關危害。通過對潤滑油乳化情況的原因及整治措施分析，切實降低了現場運用機組的乳化現象發生，這對降低螺桿空氣壓縮機及制動系統相關設備養護成本、節約人工成本起到實際效益；同時對相關檢修部門保障列車安全提供堅實的基礎。

[1]刑自刎,螺桿壓縮機-理論、設計及應用.北京機械工業出版社,2008年.

[2]俎玉玲,機車空壓機潤滑油乳化的分析與改進,機車車輛工藝,2006年第6期.

責任編輯：宋 飛

來稿時間：2016-11-23