论文部分内容阅读
摘要：从城市轨道交通列车螺杆式空气压缩机工作原理出发，分析了螺杆式空气压缩机机油乳化危害及原因，提出了改进建议。
关键词：城市轨道交通列车；螺杆式空气压缩机；机油；乳化
引言
目前，螺杆式空气压缩机以其结构简单、易损件少、压比大、排温低、运转平稳、环境适应性强、维护费用较低等诸多特点，在我国城市轨道交通列车（简称城轨列车）中获得广泛应用。螺杆式空气压缩机为城轨列车提供干燥清洁的压缩空气，为空气弹簧、气动电器、气动塞拉门、列车制动等设备和系统提供动力气源，空气压缩机运行稳定性和可靠性，直接影响着列车的运行性能，关系到列车的安全正点。螺杆式空气压缩机油乳化问题长期困扰着城市轨道交通运营企业。
1.螺杆式空气压缩机概述
城轨列车用螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，电动机通过高效联轴器带动空气压缩机主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和机油混合气体经过粗、精两道分离，将机油分离出来，最后得到干燥洁净的压缩空气。机油的作用就是对主机压缩腔进行冷却和润滑。
1. 1.螺杆式空气压缩机工作原理
双螺杆式空气压缩机是一种容积式压缩机，其核心部件是压缩机主机。空气的压缩依靠装于机壳内互相平行啮合的陰阳转子间的齿槽容积变化实现。转子副在与其精密配合的机壳内转动，使转子齿槽之间的密闭空间容积不断产生周期性的变化，密闭于此空间内的空气压强随空间容积缩小而增大，并沿着转子轴线由吸入侧推向排出侧，完成吸入、封闭及输送、喷油及压缩、排气工作过程[2]（见图1）。
1. 2.双螺杆式空气压缩机工作流程
由进气过滤器滤除灰尘和杂质后的空气，经进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离器；在油气分离器内，含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部分油份被分离下来，然后进入油细分离器进行二次分离，得到含油量极少的压缩空气，当空气被压缩到规定压力值时，最小压力阀开启，压缩空气经冷却器冷却后送入压缩空气后处理系统。
2.螺杆式空气压缩机油乳化故障机理分析
在城轨列车运用和检修过程中，螺杆式空气压缩机油乳化现象普遍存在。空气压缩机油乳化，导致机油被稀释，机油粘度下降，润滑性能降低，运动部件磨耗加剧，压缩机使用寿命大大缩短。同时，危机列车安全正点运行。
空气压缩机油乳状必须具有三个必要条件：存在互不相溶（或不完全相溶）的两种液体；两种混合液中存在乳化剂；存在形成乳化液的能量，如强烈的搅拌、循环、流动等。
2.1 空气压缩机工作率低下，机油中存在液态水
机油中存在水是机油乳化的必要条件之一。目前，城轨列车制动均采用电制动（ED）优先、空气制动（EP）滞后补偿的原则，列车用风量极小，空气压缩机长处于非工作时间状态，每台空压机的实际工作率（空压机工作时间/列车工作时间）在10%左右。在很低的工作率下，压缩机短时间处于高温高压工作状态，主机压缩腔内存在水分比例很大的湿热空气，而在较长非工作时间内，空压机保持在较低温度范围工作，湿热空气冷却产生冷凝水，空气中的水分在压缩后无法以蒸发排出，冷凝成液态水落于机油中。
2.2 油品中的添加剂
机油添加剂（如抗氧化剂和防锈剂）具有亲油性的非极性基团，同时具有一定表面活性的亲水性极性基团。在一定转速下极性基团对水具有一定的亲合能力，增强了油水分离的难度，使油质乳化。
2.3 激烈搅拌
在空气压缩机高速旋转时，油和水被激烈而充分的搅拌。
在空气压缩机工作时，油和水被充分地搅拌，在乳化剂的作用下，亲水的极性基团有了与水充分亲合的机会，当亲合力足够大时，就会与水牢固的结合在一起。又由于亲油性的非极性基团能溶于油中，从而通过这种物质的作用使水和油结合在一起，水与油就不能分离，即产生乳化现象。
3.建议措施
螺杆式空压机的实际工作率低下，短时间处于高温高压工作状态，主机压缩腔内存在水分比例很大的湿热空气，而在较长非工作时间内，湿热空气冷却生产冷凝水，液态水落于机油中是机油乳化的最重要原因。建议在列车设计时，采用变频电机驱动空气压缩机，使空气压缩机根据用风量调节供风量，长时间处于工作状态，提高空压机的实际工作率，将是解决空气压缩机机油乳化的最佳方式。
参考文献：
[1].何成才 黄志高 . 铁路机车双螺杆压缩机过热原因分析[J] .铁道机车车辆，2013.（4）
[2].黄栋梨，戴九成.DF4B、DF4D机车空气压缩机润滑油惯性乳化原因和解决措施.铁道机车车辆，2007.（6）
[3]. 秦娟兰 应云飞 张 龙. 苏州地铁一号线车辆空气压缩机机油乳化故障分析及改进措施[J]现代城市轨道交通，2016.（6）
[4].候品杨 .广州地铁3号线列车空气压缩机机油乳化原因分析及改进措施[J]. 机车电传动，2009.（2）
作者简介：
周莉（1965-），女（壮族），副教授，主要领域为铁道车辆教学与研究。
关键词：城市轨道交通列车；螺杆式空气压缩机；机油；乳化
引言
目前，螺杆式空气压缩机以其结构简单、易损件少、压比大、排温低、运转平稳、环境适应性强、维护费用较低等诸多特点，在我国城市轨道交通列车（简称城轨列车）中获得广泛应用。螺杆式空气压缩机为城轨列车提供干燥清洁的压缩空气，为空气弹簧、气动电器、气动塞拉门、列车制动等设备和系统提供动力气源，空气压缩机运行稳定性和可靠性，直接影响着列车的运行性能，关系到列车的安全正点。螺杆式空气压缩机油乳化问题长期困扰着城市轨道交通运营企业。
1.螺杆式空气压缩机概述
城轨列车用螺杆式空气压缩机是喷油单级双螺杆压缩机，电动机通过高效联轴器带动空气压缩机主机转动进行空气压缩，通过喷油对主机压缩腔进行冷却和润滑，压缩腔排出的空气和机油混合气体经过粗、精两道分离，将机油分离出来，最后得到干燥洁净的压缩空气。机油的作用就是对主机压缩腔进行冷却和润滑。
1. 1.螺杆式空气压缩机工作原理
双螺杆式空气压缩机是一种容积式压缩机，其核心部件是压缩机主机。空气的压缩依靠装于机壳内互相平行啮合的陰阳转子间的齿槽容积变化实现。转子副在与其精密配合的机壳内转动，使转子齿槽之间的密闭空间容积不断产生周期性的变化，密闭于此空间内的空气压强随空间容积缩小而增大，并沿着转子轴线由吸入侧推向排出侧，完成吸入、封闭及输送、喷油及压缩、排气工作过程[2]（见图1）。
1. 2.双螺杆式空气压缩机工作流程
由进气过滤器滤除灰尘和杂质后的空气，经进气控制阀进入压缩机主机，在压缩过程中与喷入的冷却润滑油混合，压缩后的混合气体从压缩腔排入油气分离器；在油气分离器内，含油气体通过碰撞、拦截、重力作用，绝大部分油份被分离下来，然后进入油细分离器进行二次分离，得到含油量极少的压缩空气，当空气被压缩到规定压力值时，最小压力阀开启，压缩空气经冷却器冷却后送入压缩空气后处理系统。
2.螺杆式空气压缩机油乳化故障机理分析
在城轨列车运用和检修过程中，螺杆式空气压缩机油乳化现象普遍存在。空气压缩机油乳化，导致机油被稀释，机油粘度下降，润滑性能降低，运动部件磨耗加剧，压缩机使用寿命大大缩短。同时，危机列车安全正点运行。
空气压缩机油乳状必须具有三个必要条件：存在互不相溶（或不完全相溶）的两种液体；两种混合液中存在乳化剂；存在形成乳化液的能量，如强烈的搅拌、循环、流动等。
2.1 空气压缩机工作率低下，机油中存在液态水
机油中存在水是机油乳化的必要条件之一。目前，城轨列车制动均采用电制动（ED）优先、空气制动（EP）滞后补偿的原则，列车用风量极小，空气压缩机长处于非工作时间状态，每台空压机的实际工作率（空压机工作时间/列车工作时间）在10%左右。在很低的工作率下，压缩机短时间处于高温高压工作状态，主机压缩腔内存在水分比例很大的湿热空气，而在较长非工作时间内，空压机保持在较低温度范围工作，湿热空气冷却产生冷凝水，空气中的水分在压缩后无法以蒸发排出，冷凝成液态水落于机油中。
2.2 油品中的添加剂
机油添加剂（如抗氧化剂和防锈剂）具有亲油性的非极性基团，同时具有一定表面活性的亲水性极性基团。在一定转速下极性基团对水具有一定的亲合能力，增强了油水分离的难度，使油质乳化。
2.3 激烈搅拌
在空气压缩机高速旋转时，油和水被激烈而充分的搅拌。
在空气压缩机工作时，油和水被充分地搅拌，在乳化剂的作用下，亲水的极性基团有了与水充分亲合的机会，当亲合力足够大时，就会与水牢固的结合在一起。又由于亲油性的非极性基团能溶于油中，从而通过这种物质的作用使水和油结合在一起，水与油就不能分离，即产生乳化现象。
3.建议措施
螺杆式空压机的实际工作率低下，短时间处于高温高压工作状态，主机压缩腔内存在水分比例很大的湿热空气，而在较长非工作时间内，湿热空气冷却生产冷凝水，液态水落于机油中是机油乳化的最重要原因。建议在列车设计时，采用变频电机驱动空气压缩机，使空气压缩机根据用风量调节供风量，长时间处于工作状态，提高空压机的实际工作率，将是解决空气压缩机机油乳化的最佳方式。
参考文献：
[1].何成才 黄志高 . 铁路机车双螺杆压缩机过热原因分析[J] .铁道机车车辆，2013.（4）
[2].黄栋梨，戴九成.DF4B、DF4D机车空气压缩机润滑油惯性乳化原因和解决措施.铁道机车车辆，2007.（6）
[3]. 秦娟兰 应云飞 张 龙. 苏州地铁一号线车辆空气压缩机机油乳化故障分析及改进措施[J]现代城市轨道交通，2016.（6）
[4].候品杨 .广州地铁3号线列车空气压缩机机油乳化原因分析及改进措施[J]. 机车电传动，2009.（2）
作者简介：
周莉（1965-），女（壮族），副教授，主要领域为铁道车辆教学与研究。