螺杆式空压机机油乳化分析

王莲芝

（苏州大学城市轨道交通学院，215137，苏州∥高级工程师）

螺杆式空气压缩机于20世纪90年代末引入我国轨道交通车辆制动系统，主要作用是为轨道交通车辆制动、空气弹簧减振等提供压缩空气，具有结构简单、易损件少、排温低、供风效率高、维护费用低、运转平稳等诸多优点。但是，其在使用中常常会遇到机油乳化现象，严重影响空压机的正常使用，甚至造成空压机大部件报废。本文通过对螺杆式空压机工作原理和使用的分析，提出防止机油乳化的预防措施。

1 螺杆式空压机工作原理

轨道交通车辆用螺杆式空压机组由驱动装置、空压机机体、风冷装置和弹性底座等4大主要部件构成，其工作原理如图1所示。空压机工作时，外部的空气经由空气滤清器、进气止回阀被吸入压缩机单元内；同时，由于运转中压缩机组里的压差，机油经机油滤清器被吸入压缩机单元，用来冷却、润滑和密封压缩机单元。吸入的空气和机油在此被压缩成混合气体喷入油箱，冲击油箱内壁及折流板后，在油箱内振荡，进行第一次油气分离，99%的机油会形成油滴与空气分离。接着，仍含油的压缩气体通过油气分离器进行第二次精细分离，极少量通过油气分离器的机油会聚集在油气分离器底部，在机体内压力差的作用下经回油管返回到压缩机单元。经过二次分离后的纯净压缩空气进入冷却器冷却后被输出到后部的压缩空气系统。

图1 螺杆式空压机工作原理图

机油乳化是螺杆式空压机的常见故障，是机油与水混合后在一定温度和压力下形成的，尤其是在天气寒冷或多雨潮湿的季节。这一现象主要是由这种空压机的结构和空气流程决定的。由于空气中含有的水蒸气在被压缩后会形成水滴，而在整个空压机工作过程中空气与机油一直在进行混合、分离，这样就给机油乳化创造了条件；当压缩空气中的水分留在油箱而不随压缩空气排出时，就会造成机油乳化。避免机油乳化的根本方法是使空气中的水分始终保持气态，这样水分就会随压缩空气排出。

2 螺杆式空压机机油乳化的原因及预防措施

2.1 温控阀作用不良及其预防

温控阀是螺杆式空压机的重要部件之一，其作用是自动控制空压机油箱内的油温，使排气温度维持在水的露点之上，以便油中的水分能正常气化排出。

一般螺杆式空压机温控阀的动作点为83℃。当机油温度达到83℃时，温控阀开始逐渐打开机油通向冷却器的油路，部分机油流经冷却器冷却后喷入压缩机单元；当机油温度低于83℃时，温控阀关闭机油冷却油路，此时机油只在油箱及压缩机单元间流动。这种方式可保证空压机在起动时很快达到最佳工作温度，并在工作过程中也保持最佳温度，避免温度过高或过低对空压机的危害。温控阀故障时，一种情况是导致冷却油路提前打开或因温控阀阀芯不能复原而使冷却油路处于常开状态，造成机油温度低，使空压机在低温下工作，这时压缩空气中的水蒸气就会凝结成液态水留在油箱；另一种情况是导致冷却油路打开太迟或完全不能打开，将造成空压机机油温度高，甚至使空压机自动停机。

预防措施：根据维护手册，每工作6 000h或最迟4年应对温控阀进行检查，但在实际运用中，有时会因使用了不合格的空气滤清器、机油滤清器，或没有定期更换空气滤芯、机油滤芯，造成机油脏污，使温控阀动作不灵、犯卡，进而使空压机长期在低温下工作，造成机油乳化。因此，应根据具体情况设定检修周期，定期检查温控阀的动作情况，并清洁温控阀内部部件，使阀芯保持动作灵活。当空压机工作时，若油温保持在77～93℃，说明温控阀工作正常，反之需维修或更换。

2.2 最低压力阀关闭不严及其预防

最低压力阀安装在空压机出气口与冷却器之间。空压机起动后，该阀先处于关闭状态，没有压力空气输出；当油箱内的压力达到约0.65MPa时，最低压力阀开启，压缩空气被输出到车辆的压缩空气系统中。最低压力阀有三个作用：一是使压缩机单元及油箱内形成压力差，便于启动机油循环；二是当空压机停机时，该阀立刻关闭，阻止压缩空气系统中的空气返回油箱；三是在压力迅速升高油箱温度也随之升高时，配合温控阀的动作，使机油温度迅速达到规定的工作温度。最低压力阀关不严会使油箱中的机油温度上升慢，导致进入油箱中的水蒸气因低温液化而停留在油箱中，同时从压缩空气系统返回的空气也夹带着水分一起返回油箱。

预防措施：定期检查最低压力阀，保持阀内部清洁，动作灵活。如压力阀密封不严，或开启压力低于0.65MPa，应即时维修或更换。

2.3 空气滤清器不合格或太脏及其预防

外界空气必须经空气滤清器过滤后才能进入压缩机单元，空气滤清器保证了进入压缩机单元的空气是洁净、合格的。但是，有的单位出于经济方面考虑，安装了不合格的滤芯或人为延长滤芯的更换周期，使空气中的灰尘不能被有效过滤。灰尘进入空压机内后，会加速压缩机单元内的转子、轴承等部件的磨损；并使机油提前变脏，导致空压机内部各种阀件的动作不良，如进气止回阀不密封；还可造成温控阀犯卡，最低压力阀犯卡等。而这些阀件故障将直接影响空压机的正常工作，导致空压机在较低温度下工作，造成机油乳化，并大大缩短空压机的使用寿命。

预防措施：使用合格的空气滤清器滤芯并定期更换。根据维护手册，该滤芯每工作1 200h或最长1年需更换。但更换周期应根据实际的使用环境进行适当调整，尤其在我国北方，风沙很大，这样滤芯的更换周期就应大大缩短。作为更换滤芯的参考依据，在空压机上装有一个真空指示器，如果空压机工作时真空指示器上的红色标志可见，就要准备更换滤芯了。当停机后仍可看到红色标记时，必须立即更换滤芯。

2.4 空压机运转效率低及其预防

根据设计要求，空压机在运用中的最低运转效率为30%。保证螺杆式空压机较高的工作效率，目的之一就是保证空压机内部保持较长时间的高温，防止液态水在压缩机内部产生。运转效率＝压缩机运行小时／机车运行小时。实际运用中，发现大部分发生机油乳化的空压机工作效率均远低于30%，空压机总在冷态下起动且运转时间很短；当机油温度还未升到80℃左右时，压缩空气系统的压力已达到1MPa，使空压机自动停机。这是目前造成螺杆式空压机机油乳化最主要的原因之一。

预防措施：调整车辆的制动系统，避免多台空压机同时工作；增大空气系统中干燥塔的排风量，尽量延长单台空压机的工作时间，使其运转效率大于30%。

2.5 加装机油预热器

空压机在环境温度低于－20℃的寒冷区域工作时很难达到最佳温度（77～93℃），容易因油温低造成机油乳化。这时，应考虑加装机油预热器，自动给机油加温，以利于空压机起动并保持最佳的工作温度。

3 结语

综上所述，机油乳化虽然是螺杆式空压机的常见故障，但只要采取正确的预防措施，就能减少、避免空压机机油乳化现象的发生，降低由此造成的空压机损坏甚至报废，延长空压机的使用寿命。

［1］ 连苏宁.城市轨道交通车辆构造［M］.北京：机械工业出版社，2010.