深海潜水供气用高压空压机组的调试

梁坤龙+朱志敏

摘 要：本文主要介绍深海潜水供气用高压空压机组的主要构成、特点，以及在调试高压空压机组过程中的常见故障及采取的解决措施，为高压空压机组的调试工作提供一定的参考。

关键词：高压空压机组；调试；安全；故障排除与预防

中图分类号： U673.2 文献标识码：A

Abstract：This paper introduces how to test the high-pressure air compressor unit which supplies air to divers who work in the deep sea water， including the composition， characteristics of it， trouble shooting and prevention during the test.

Key words：High-pressure air compressor unit； Test； Safety； Trouble shooting and prevention

1 概述

某新型船舶有很多新型设备是在业内首次安装使用，例如该船的关键设备深海潜水生命支持高压空压机组就是其中之一。

该高压空压机组主要用于供给深海潜水员呼吸用气，以保证潜水员的生命安全，为深海潜水作业的必备设备。

该高压空压机组气体压力高，高压气体容易泄漏，容易造成人员伤害，故操作需谨慎。

该高压空压机组是在普通高压空压机基础上增加空气干燥净化系统和自动保护控制系统，其操作安全性好、自动化程度高、产生的高压空气质量好，能有效地保障潜水员在水下作业的生命安全和船员使用设备的安全性。

本文主要针对该高压空压机组的结构组成、特点进行分析，并针对调试中高压空压机组出现的常见故障采取有效的解决措施，为深海潜水生命支持高压空压机组的调试工作提供一定的参考。

2 高压空压机组的结构组成及安全保障系统

通常，把压缩空气压力小于10.0 Mpa的空压机，称为中低压空压机；压力在10.0～100.0 Mpa的，称为高压空压机。

普通船舶使用的空压机一般为中低压空压机，其压缩空气压力一般小于3.0 MPa，主要用于船舶主机的起动及常规的控制空气系统。

船用的中低压空压机一般只有两级压缩，压缩机通过外部冷却管系对机体和压缩空气进行冷却，机内润滑常依靠空压机曲轴运动的惯性进行甩油润滑，一、二级汽缸处设有定时的气水分离泄放阀。

中低压空压机结构相对简单，没有过多安全控制系统，造价相对较低，使用简单方便 。

2.1 高压空压机组的结构组成

高压空压机组是集高压空压机、 干燥净化和自动保护控制为一体，高压空压机为活塞式电动往复式压缩机，四级压缩，两列气缸呈60°夹角，自带进气消音器、水泵、滑油泵、注油器、各级冷却器、各级安全阀、油水分离器、平衡机构、滑油加热器、干燥净化的吸附器等。

本高压空压机组的额定工作压力为20.0 Mpa， 电机额定转速为1 000 r/min，排量为13 L/min，四级安全阀的起跳压力为21.0～22.0 Mpa。

相对于中低压空压机而言，高压空压机组具有压力高、结构复杂、控制系统多、功能完善、价值高、自动化程度高等特点。

本高压空压机组配有一套独立的控制空气系统，主要用于对高压空压机组的各气动控制阀进行气动的开启，主要包括Ⅰ、Ⅳ级泄放气动阀及Ⅱ、Ⅲ级卸载气动阀、左右吸附器切换气动阀、系统卸载气动阀的开启。

同时，本高压空压机组配有一个对四个汽缸进行专门润滑的机带注油器，防止汽缸中的活塞在运动中因润滑不够引起的损坏。

本高压空压机组安装两个干燥净化的吸附器，对高压的空气进行吸附水分、杂质及电动加热烘干，以保证对潜水员持续提供新鲜干净的空气。

大气中的自由空气通过高压空压机组吸进压缩机内部进行四级压缩，产生的高压气体再通过油水分离器进行气水分离，最后通过干燥净化系统对高压空气进行干燥和过滤净化，产生符合潜水员呼吸需要的新鲜干净的压缩空气。

高压空压机组的功能流程，如图1所示。

2.2 高压空压机组的安全保障系统

高压空气就像高压电一样，具有较高危险性。本高压空压机组在三、四级的安全阀出口增加了超压停机的安保系统。正常运行下，本机组设置一个常开的滑油压力开关，通过机带滑油泵产生的滑油压力使之保持在常开的状态，当压缩机里的压缩空气超过三、四级安全阀的起跳压力，安全阀打开的同时高压气体推动系统里的一个柱塞运动，堵死流向压力开关的滑油，使压力开关失压闭合，空压机组自动报警停机。

本高压空压机组配有控制空气瓶，其工作压力为20.0 Mpa，空气瓶里装有一个可调式低压报警压力开关，压力一般设定为5.0 Mpa，当空气瓶的压力低于5.0 Mpa时，进行低压报警停机。控制空气瓶的出口装有一个减压阀，把出口压力调低到4.0 Mpa后直接供高压空压机组作为控制空气使用。若控制空气压力过高，容易造成高压气体对人体的伤害及气动阀件的损坏；若压力过低，则气动阀无法正常打开。

在高压空压机组自动控制中，当高压空压机组起动时，Ⅰ、Ⅳ级油水分离器的自动泄放阀、Ⅱ、Ⅲ级卸载阀、吸附器气动阀在各自电磁阀得电打开的同时控制空气直接打开各气动阀，Ⅰ、Ⅳ级油水分离器实现自动泄放，Ⅱ、Ⅲ级卸载阀实现自动卸载，吸附器直接通气干燥净化，此时的高压空压机组在无负载的情况下轻松正常启动。高压空压机组正常启动后，Ⅰ、Ⅳ级油水分离器的自动泄放阀、Ⅱ、Ⅲ级卸载阀各自电磁阀失电闭合使控制空气断开，各个气动阀在自身弹簧的弹力作用下关闭，Ⅰ、Ⅳ级油水分离器的自动泄放阀每隔22分钟进行一次定时打开排放。若高压空压机组起动时，Ⅰ、Ⅳ级油水分离器的自动泄放阀、Ⅱ、Ⅲ级卸载阀没有正常打开，高压空压机组进行报警。endprint

本高压空压机组配有左右吸附器共2个，常规下设定吸附器的干燥工作时间为15小时，等待0.5小时后进行再生工作2.5小时，左右两个吸附器进行轮换错开工作。高压空压机自动保护及控制功能流程见表1。

3 高压空压机组调试时常见故障及处理

3.1 控制空气压力过低报警停机

当控制空气瓶里的压力低于压力开关设定的5.0 Mpa压力时，高压空压机组的压力开关闭合得电，机组低压报警停车。

发生此类故障时，可将压力开关的设定值调低到机组不报警，消除报警后就按下启动按钮使机组正常启动。

高压空压机组设有一个检测控制空气压力的滑油压力开关，当控制空气压力足够时，在启动机组时控制空气自动打开Ⅱ、Ⅲ级卸载阀，同时有一路控制空气支管直通机组的油底壳，使滑油的压力高于0.07 Mpa，滑油压开关闭合得电，使机组正常启动运行，机组运行后此滑油压力开关由机带滑油泵供油得压保持常闭状态。

控制空气瓶里的压力为零时，压力开关设定值无法调低在零之下，各气动阀也因没有控制空气而无法打开，滑油压力开关无法得压闭合，机组无法启动。此时即使人工短接滑压力开关，使其闭合得电，因没有控制空气，故此吸附器的气动阀无法打开，机组启动运行后也无法向控制空气瓶供气，造成无法启动。

遇到此问题时可用工装接头把油水分离器Ⅳ级压缩空气出口处与吸附器的空气出口连接在一起，这样就可在不通过吸附器的情况下向控制空气瓶充气，当控制空气瓶的压力高于5.0 Mpa时停机，拆除工装接头，管子复位，滑油压力开关复位，高压空压机组在自动控制模式下就可正常启动运行了。

3.2 滑油压力低报警停车

高压空压机组的三级安全阀和四级安全阀达到设定的压力时便会自动起跳，一般三级安全阀的设定起跳压力为13.7～14.2 Mpa，四级的设定起跳压力为21.0～22.0 Mpa。本机设有一个高压安全保护的滑油压力开关，当机组正常运行时，机带的滑油泵直接供油给滑油压力开关，使滑油压力高于0.1 Mpa，润滑油压力开关闭合得电，机组正常运行。当三、四级安全阀任何一个高压起跳，泄放出来的高压气体直接推动一个柱塞的运行，使柱塞堵住了滑油的通过，滑油压力开关失压断电，机组报警停机，防止机组继续运行打气，造成安全事故。

我们在调试中出现类似故障，高压空压机组经检查后发现并没有高压安全阀起跳机组就报警停车，打开安全阀进行检查，发现安全阀起跳后复位不好，还有少量的漏气导致柱塞运动，滑油被堵死，滑油压力开关失压断开失电。对此我们更换新的安全阀后再进行试验，机组能顺利启动运行。

3.3 冷却高温报警停机

高压空压机组的冷却系统主要通过外部冷却淡水来冷却滑油冷却器、各级空气冷却器、缸头和缸体。为了检查机组冷却系统的效果，在一级空气冷却器出口处安装了一个温度开关，当经过空气冷却器冷却后的压缩空气温度高于51 ℃时，温度开关闭合得电，机组冷却高温报警停车。在调试过程中曾出现过类似的高温报警故障，经检查淡水泵是正常开启供水的，泵的出口压力为0.4 Mpa，机组上的淡水压力表压力为0.3 Mpa，检查发现机组的回水阀没有开启，我们判断冷却水通过旁通管系回到淡水泵进行循环作用，冷却淡水没有正常通过机组进行冷却，造成二级压缩空气的进口温度高于51 ℃，机组报警停车。但我们把回水阀打开，高温冷却报警信号还是没有消除，机组依然无法启动。经分析是因为机舱的发电机在不断的运行，造成环境温度偏高，二级空气冷却器进口的压缩气体及缸体需经过一段时间的自然冷却才能把温度逐渐降下来。经过几个小时自然冷却后，机组的高温报警信号消除，机组重新可正常启动运行。

4 安全要求

（1） 参与调试的人员，均需参加安全方面的培训；

（2）调试前应对系统进行密性试验，防止泄漏；

（3） 调试前通知设备和系统附近的无关人员撤场；

（4） 操作、调试人员应带好目镜，耳塞或耳罩；

（5）调试中或设备检修后重启时，应遵循如下程序：

① 检查所有阀门是否处于合适的位置，是否处于正确的启闭状态；

② 除去所有为调试、安全而安装的附件、工装、盲板及维修标注牌；

③ 检查系统并除去其外来异物；

④ 将已建立连锁的设备、程序解锁；

⑤ 打开并再次关闭排污阀；

⑥ 通知调试人员，设备即将启动；

⑦ 盘车至少一圈，以确保无机械干涉；

⑧ 确保所有安全保护措施均处于合适操作位置；

⑨ 观察机器是否正常，否则应立即停车检查。

（6）当设备附件、气瓶附件、阀件等不满足安全使用要求时，应整体更换（除阀件手轮外），禁止自行拆卸。假如需要拆检，则应由厂家服务工程师指导下进行，同时在起送装置上挂牌“正在检修，严禁启动”，并采取措施将空压机断路，以避免因疏忽或意外而启动空压机。

5 结束语

高压空压机组是集高压空压机、干燥净化和自动保护控制系统为一体的新型设备，它高效安全地满足了某特种船潜水员潜水作业时呼吸用气的需要，保证了潜水员水下的生命安全。熟练掌握高压空压机组的调试技能及快速解决该设备常见的故障就变得更为重要。高压空压机组具有一定的危险性，高压气体造成人员伤害的事件也常有发生，但在熟练掌握该设备的结构特点及控制原理后，一切都变得简单起来。

该调试经验能为后续船的调试工作提供一定的参考。

参考文献

[1]船舶设计使用手册轮机分册[M].国防工业出版社，2013.

[2]容积式空气压缩机安全要求[S].GB 22207-2009.

[3]压缩空气站设计规范[S].GB 50029-2003.endprint