城市軌道交通列車螺桿式空氣壓縮機油乳化分析及建議

摘要：從城市軌道交通列車螺桿式空氣壓縮機工作原理出發，分析了螺桿式空氣壓縮機機油乳化危害及原因，提出了改進建議。

關鍵詞：城市軌道交通列車；螺桿式空氣壓縮機；機油；乳化

引言

目前，螺桿式空氣壓縮機以其結構簡單、易損件少、壓比大、排溫低、運轉平穩、環境適應性強、維護費用較低等諸多特點，在我國城市軌道交通列車（簡稱城軌列車）中獲得廣泛應用。螺桿式空氣壓縮機為城軌列車提供干燥清潔的壓縮空氣，為空氣彈簧、氣動電器、氣動塞拉門、列車制動等設備和系統提供動力氣源，空氣壓縮機運行穩定性和可靠性，直接影響著列車的運行性能，關系到列車的安全正點。螺桿式空氣壓縮機油乳化問題長期困擾著城市軌道交通運營企業。

1.螺桿式空氣壓縮機概述

城軌列車用螺桿式空氣壓縮機是噴油單級雙螺桿壓縮機，電動機通過高效聯軸器帶動空氣壓縮機主機轉動進行空氣壓縮，通過噴油對主機壓縮腔進行冷卻和潤滑，壓縮腔排出的空氣和機油混合氣體經過粗、精兩道分離，將機油分離出來，最后得到干燥潔凈的壓縮空氣。機油的作用就是對主機壓縮腔進行冷卻和潤滑。

1. 1.螺桿式空氣壓縮機工作原理

雙螺桿式空氣壓縮機是一種容積式壓縮機，其核心部件是壓縮機主機。空氣的壓縮依靠裝于機殼內互相平行嚙合的陰陽轉子間的齒槽容積變化實現。轉子副在與其精密配合的機殼內轉動，使轉子齒槽之間的密閉空間容積不斷產生周期性的變化，密閉于此空間內的空氣壓強隨空間容積縮小而增大，并沿著轉子軸線由吸入側推向排出側，完成吸入、封閉及輸送、噴油及壓縮、排氣工作過程[2]（見圖1）。

1. 2.雙螺桿式空氣壓縮機工作流程

由進氣過濾器濾除灰塵和雜質后的空氣，經進氣控制閥進入壓縮機主機，在壓縮過程中與噴入的冷卻潤滑油混合，壓縮后的混合氣體從壓縮腔排入油氣分離器；在油氣分離器內，含油氣體通過碰撞、攔截、重力作用，絕大部分油份被分離下來，然后進入油細分離器進行二次分離，得到含油量極少的壓縮空氣，當空氣被壓縮到規定壓力值時，最小壓力閥開啟，壓縮空氣經冷卻器冷卻后送入壓縮空氣后處理系統。

2.螺桿式空氣壓縮機油乳化故障機理分析

在城軌列車運用和檢修過程中，螺桿式空氣壓縮機油乳化現象普遍存在。空氣壓縮機油乳化，導致機油被稀釋，機油粘度下降，潤滑性能降低，運動部件磨耗加劇，壓縮機使用壽命大大縮短。同時，危機列車安全正點運行。

空氣壓縮機油乳狀必須具有三個必要條件：存在互不相溶（或不完全相溶）的兩種液體；兩種混合液中存在乳化劑；存在形成乳化液的能量，如強烈的攪拌、循環、流動等。

2.1 空氣壓縮機工作率低下，機油中存在液態水

機油中存在水是機油乳化的必要條件之一。目前，城軌列車制動均采用電制動（ED）優先、空氣制動（EP）滯后補償的原則，列車用風量極小，空氣壓縮機長處于非工作時間狀態，每臺空壓機的實際工作率（空壓機工作時間/列車工作時間）在10%左右。在很低的工作率下，壓縮機短時間處于高溫高壓工作狀態，主機壓縮腔內存在水分比例很大的濕熱空氣，而在較長非工作時間內，空壓機保持在較低溫度范圍工作，濕熱空氣冷卻產生冷凝水，空氣中的水分在壓縮后無法以蒸發排出，冷凝成液態水落于機油中。

2.2 油品中的添加劑

機油添加劑（如抗氧化劑和防銹劑）具有親油性的非極性基團，同時具有一定表面活性的親水性極性基團。在一定轉速下極性基團對水具有一定的親合能力，增強了油水分離的難度，使油質乳化。

2.3 激烈攪拌

在空氣壓縮機高速旋轉時，油和水被激烈而充分的攪拌。

在空氣壓縮機工作時，油和水被充分地攪拌，在乳化劑的作用下，親水的極性基團有了與水充分親合的機會，當親合力足夠大時，就會與水牢固的結合在一起。又由于親油性的非極性基團能溶于油中，從而通過這種物質的作用使水和油結合在一起，水與油就不能分離，即產生乳化現象。

3.建議措施

螺桿式空壓機的實際工作率低下，短時間處于高溫高壓工作狀態，主機壓縮腔內存在水分比例很大的濕熱空氣，而在較長非工作時間內，濕熱空氣冷卻生產冷凝水，液態水落于機油中是機油乳化的最重要原因。建議在列車設計時，采用變頻電機驅動空氣壓縮機，使空氣壓縮機根據用風量調節供風量，長時間處于工作狀態，提高空壓機的實際工作率，將是解決空氣壓縮機機油乳化的最佳方式。

參考文獻：

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[2].黃棟梨，戴九成.DF4B、DF4D機車空氣壓縮機潤滑油慣性乳化原因和解決措施.鐵道機車車輛，2007.（6）

[3]. 秦娟蘭 應云飛 張 龍. 蘇州地鐵一號線車輛空氣壓縮機機油乳化故障分析及改進措施[J]現代城市軌道交通，2016.（6）

[4].候品楊 .廣州地鐵3號線列車空氣壓縮機機油乳化原因分析及改進措施[J]. 機車電傳動，2009.（2）

作者簡介：

周莉（1965-），女（壯族），副教授，主要領域為鐵道車輛教學與研究。