HXD3机车LTZ3.2H型空气干燥器异常排风故障分析

何元龙

(武汉铁路局 江岸机务段技术科,湖北武汉430301)

LTZ3.2H型空气干燥器是HXD3机车风源系统的重要组成,担负着对压缩空气的净化与干燥,其工作的稳定性和可靠性直接关系到机车与列车的安全运用。从2007年10月HXD3机车在江岸机务段批量投入运用以来,LTZ3.2H型空气干燥器比较突出的故障现象是干燥器大排风、外电路及电控部分故障、干燥器上盖密封圈漏风。其中空气干燥器大排风如果不能及时处理将导致机破。

1 LTZ3.2H型空气干燥器故障统计

截止到2010年6月底,LTZ3.2H型空气干燥器大排风造成机破5件,临修20件。其中因空气干燥器电控部分故障造成的临修3件,空气干燥器漏风更换密封圈造成的临修6件,空气干燥器大排风更换排水阀组成造成的临修4件,机车运行途中或库内试验发现空气干燥器大排风故障13件。另外因控制盒外电路接线故障导致干燥器及总风缸积水4件,其中因干燥器内部严重积水导致干燥剂失效,更换干燥剂造成临修1件。

表1 LTZ3.2H型空气干燥器故障统计

2 空气干燥器工作原理

LTZ3.2H型空气干燥器的组成为左、右两个干燥剂塔,每个干燥塔下部有一个集成的油水分离器(A),干燥器中部有电控部分及进气阀组,上部有出气阀组,下部有排水阀组、防冻加热器及消声器,结构见图1。

图1 LTZ3.2H型空气干燥器原理

电控部分的定时器根据程序设定控制电磁阀的开、关时间,工作周期为再生3 min、压力同化1 min,时间允差±10 s。定时器与空气压缩机同时工作,当空气压缩机停止工作时记忆当前状态,空气压缩机再次工作时恢复记忆,保证干燥剂彻底再生,防止发生干燥剂过饱和。

如图1所示,左侧电磁阀处于得电状态,经电磁阀开放的气路干燥压缩空气被送到进气阀组、出气阀组活塞的左侧及左侧排水阀组的活塞腔。压缩空气将进气阀组和出气阀组活塞组推到右侧,开放右塔的进气和出气通道,关闭左塔的进气和出气通道,使右塔处在干燥状态。压缩空气将排水阀组左侧的活塞向左侧推,压缩活塞弹簧,打开左侧气路,排出油水分离器分离的冷凝水。同时,经上部再生节流孔膨胀后的超干燥空气流过左塔的干燥剂,对干燥剂进行除湿,左塔处于再生状态。

当再生过程累计达到3 min,左侧电磁阀失电,进气活塞组、出气活塞组保持原位置状态不变,右塔仍然处于干燥状态;排水阀组左侧活塞在弹簧力的作用下关闭再生空气排放口,使左塔处于1 min的压力同化过程,为左右两塔“柔性转换”做准备,防止两干燥塔转换时气流对干燥剂颗粒产生较大的冲击。

空气干燥器按照上述工作周期,左右塔交替工作在干燥、再生、压力同化状态,使进入总风缸的压缩空气相对湿度小于35%,确保供给机车制动系统和各辅助模块的压缩空气洁净、干燥。

3 空气干燥器排水管路改造前异常排风的原因

2007年10～12月HXD3机车开始在江岸机务段批量投入运用,空气干燥器异常排风故障频繁发生,严重干扰了正常运输秩序,给供车造成很大的压力。经过工厂、机务段双方技术人员的仔细排查,发现Ⅰ、Ⅱ空气干燥器排水管“T”型连接方式(见图2)是造成异常排风的主要原因。

图2 两个干燥器排水管“T”型连接示意图

经现场反复试验保持排水管“T”型连接方式不变,两台空气压缩机分别单独打风时干燥器不发生异常排风故障。把排水管从“T”型接头处拆开,两台空气压缩机同时打风时干燥器也不发生异常排风故障。把排水管从“T”型接头处拆开,使两台空气压缩机同时打风,再从“T”型接头处把排水管连接好,当一台干燥器的干燥塔处于再生状态,另一台干燥器的干燥塔进入再生状态时,干燥器发生异常排风故障。

故障原因分析在排水管“T”型连接方式下,当两个风泵都在打风,设Ⅰ空气干燥器有干燥塔处于再生状态,再生气流→干燥剂→油水分离器→开放的排水阀→消声器→排水管→“T”型接头→“U”型排水管→大气。这时如果Ⅱ空气干燥器进入再生状态,在其排水阀打开的瞬间,Ⅱ空气干燥器干燥塔内的压力同化时积蓄的总风从排水阀迅速进入排水管,两股气流在“T”型接头处交汇并相互干涉,气流排泄不畅导致两台干燥器的排水管内空气压力急剧上升,顶开排水阀组中本应该处于关闭状态的排水阀,导致来自风泵的压缩空气经进气阀口→油水分离器→被顶开的排水阀→消声器→排水管→“T”型接头→“U”型排水管→大气,发生异常排风。

干燥器异常排风故障的原因明确后,厂方对干燥器排水管路进行了改造,取消“T”型接头,使每个干燥器的排水管连接到“U”型排水管,如图3所示,改造后干燥器异常排风故障得到控制。

图3 两个干燥器排水管改造后示意图

在查找干燥器异常排风故障原因的过程中,发现干燥器进风管路使用的碳钢管内壁锈蚀,而机车风源系统设计要求使用不锈钢管,为消除铁锈对干燥器阀件动作的不良影响,厂方将风源系统的碳钢风管改换为不锈钢管。

4 空气干燥器排水管路改造后异常排风的原因及处理方法

2009年以来,干燥器异常排风故障次数又明显增加,机车牵引列车运行中单泵打风时也出现干燥器异常排风故障,机车回段检查试验过程中故障现象时有时无,给机车整备和检修工作带来很大的压力。

对发生过异常排风故障干燥器的排水阀组进行解体检查发现,干燥器排水阀组活塞腔内部存在积水、排水阀控制气路风管接头锈蚀、滤网上附着铁锈。排水阀组结构见图4所示。

图4 排水阀组结构示意图

因为两个电磁阀的风源来自出气阀组的出口处,电磁阀得电开放气路,送往进气阀组、出气阀组、排水阀组的压缩空气是干燥的,所以不会造成排水阀的活塞腔积水。如果电磁阀的风源含水,则左右两边排水阀组的活塞腔及风管内都会有残留水分。然而解体故障的排水阀组发现,通常只有一侧的控制气路风管接头锈蚀,排水阀的活塞内腔积水,而另一侧完好,这说明积水不是从电磁阀开放的气路进来,而是另有途径。

(1)故障原因分析

随着干燥器运用时间的延长,干燥器排水阀组活塞内侧的K环4和密封圈5上涂敷的润滑剂在排水阀动作过程中被气、水冲刷损失殆尽,K环和密封圈由于润滑不良而逐渐磨损,导致该部位密封性能下降。干燥塔处于干燥工作状态时,油水分离器分离的冷凝水沉降在下部排水阀组的气道内,等这个干燥塔转换到再生工作状态时才排放。气道中的凝结水在总风压力的作用下从密封不良的K环4和密封圈5的间隙压入排水阀组的活塞腔和风管内。由于风管接头1的材质为碳钢,在积水的侵蚀下接头内壁和端面产生锈蚀。剥离下来的铁锈附着在滤网上使气路通透性变差。

干燥器在连续工作中,处于压力同化的干燥塔内部压力最大为空气干燥器的出气口压力。由于滤网通透性变差,从排水阀组活塞杆的K环4和密封圈5泄漏的压力空气来不及经滤网→控制风管→电磁阀的常开气路→大气,使活塞腔积蓄部分压力,这相当于抵消了一部分排水阀活塞弹簧关闭阀口的预压力。所以在活塞腔积蓄的压力和另一侧排气阀开启瞬间排出空气压力的共同作用下,排气阀被顶开而造成干燥器异常排风。

(2)改进措施

运用过程中发生此类故障,及时把故障信息反馈给干燥器厂方,由厂方技术人员现场更换排水阀组,恢复干燥器正常工作状态。

列车运行途中,装有 LTZ3.2H型空气干燥器的HXD3机车打风一旦出现干燥器异常排风故障,给出了机车乘务员维持运行的处理方法,可以断开操纵台的风泵开关,20 s后重新闭合风泵开关,恢复打风和压缩空气干燥。上述操作是通过停止泵风进而终止干燥器异常排风。因为干燥器异常排风通常在干燥塔转换到干燥状态时发生,断开风泵开关后,被顶开的排水阀释放了干燥塔内的大部分压力。再恢复打风时干燥器记忆断电前的工作状态,风泵向干燥塔内充气,再生气流远没有连续工作时排气阀开启瞬间的压力冲击大,可以避免干燥器发生异常排风。要求机车乘务员在运行中发现干燥器异常排风故障,机车回段后要报修,以便更换故障的排水阀组,及时消除故障隐患。

5 结束语

建议干燥器厂方把排水阀控制气路风管接头材质改为不锈钢,提高耐蚀性;控制好排水阀组活塞杆的K环4和密封圈5的配合公差,并于组装时提供较为充分的润滑,提高干燥器工作的可靠性和耐久性。

通过对发生异常排风故障干燥器的持续整修及机车运行中发生异常排风故障应急处理方法的宣传与实践,2009年7月以来,装用LTZ3.2H型空气干燥器的HXD3机车再没有发生因干燥器异常排风导致的机破。

[1] 姜靖国.JZ-7型空气和电空制动机[M].北京.中国铁道出版社,2001.

[2] HXD3型交流传动电力机车运用保养说明书(2)[Z].中国北车集团大连机车车辆有限公司,2007.

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