消防用活塞式空气压缩机应用浅析

卢锦忠



消防用活塞式空气压缩机应用浅析

卢锦忠

福建省公安消防总队后勤部

活塞式空气压缩机在消防中的应用越来越频繁。目前，消防部队使用的空气压缩机主要是为空气呼吸器的气瓶等提供充气保障。但是，消防部队在使用空气压缩机的过程中仍存在着诸多问题，影响了消防救援的及时性与有效性。该文针对漏油、过热、异响等几种常见故障，分析故障产生的原因及其排除方法，并提出合适的装备配置建议。

消防 空气压缩机 故障分析

1 空气压缩机概况

空气压缩机按工作原理可分为速度式和容积式两大类：速度式空气压缩机的工作原理是：气体在高速旋转叶轮的作用下，得到较大的动能，随后在扩压装置中急剧降速，使气体的动能转变成势能，从而提高气体压力；容积式空气压缩机的工作原理是：通过直接压缩气体，使气体容积缩小而达到提高气体压力的目的。容积式根据气缸测活塞的特点又分为回转式和往复式两类。

2 活塞式空气压缩机工作原理

在气缸内作往复运动的活塞向右移动时，气缸内活塞左腔的压力低于大气压力，吸气阀开启，外界空气吸入缸内，这个过程称为压缩过程。当缸内压力高于输出空气管道内压力后，排气阀打开。压缩空气送至输气管内，这个过程称为排气过程。活塞的往复运动是由电动机带动的曲柄滑块机构形成的。曲柄的旋转运动转换为滑动——活塞的往复运动。其工作原理如图 1所示：

1 —排气阀；2 —气缸；3 —活塞；4 —活塞杆；5 —滑块；6 —连杆；7 —曲柄；8 —吸气阀；9 —阀门弹簧。

这种结构的压缩机在排气过程结束时总有剩余容积存在。在下一次吸气时，剩余容积内的压缩空气会膨胀，从而减少了吸入的空气量，降低了效率，增加了压缩功。且由于剩余容积的存在，当压缩比增大时，温度急剧升高。故当输出压力较高时，应采取分级压缩。分级压缩可降低排气温度，节省压缩功，提高容积效率，增加压缩气体排气量。

3 活塞式空气压缩机在消防部队应用现状

3.1 主要技术参数

目前消防部队使用的空气压缩机主要是为空气呼吸器的气瓶提供充气保障。其主要技术参数如下：

(1) 气瓶规格：主要有2L、3L、4.7L、6.8L及9L。

(2) 气瓶工作压力：30MPa。

(3) 主要品牌：德国宝华BAUER、意大利COLTRI SUB、美国MSA、意大利HIGHAIR等。

(4) 主要排量：100L/min、200 L/min、215 L/min、240 L/min、265 L/min、300L L/min、500 L/min、600 L/min等。

(5) 动力源：220V、380V、柴油驱动。

主要特点有：充气量大，气瓶数量多；充气时间要求快速。

3.2 常见故障原因及故障排除

消防部队在使用空气压缩机的过程中存在的主要问题有：只会实际操作使用，维护保养意识不强；充气时安全保护意识不强；当遇到故障时无法及时解决；使用人员固定性不强，往往刚学会正常使用及维护后即调离岗位，新人员缺乏培训。

下面就漏油、过热、异响等几种常见故障，分析其产生的原因与故障排除的方法。

3.2.1 漏油故障

在空压机的日常操作中，经常会出现空压机漏油现象，外表有润滑油溢出。

空压机漏油故障原因有：(1) 油封脱落或油封缺陷漏油；(2) 主轴松旷导致油封漏油；(3) 结合面渗漏，进、回油管接头松动；(4) 皮带安装过紧导致主轴瓦磨损；(5) 铸造或加工缺陷也会造成空压机漏油现象。

空压机漏油故障判断与排除方法：

(1) 空压机漏油，要注意观察油封部位，检查油封是否有龟裂、内唇口有无开裂或翻边。有上述情况之一的应更换；检查油封与主轴结合面是否划伤与缺陷，存在划伤与缺陷的应予更换。检查回油是否畅通，回油不畅使曲轴箱压力过高导致油封漏油或脱落，必须保证回油管最小管径，并且不扭曲、不折弯，回油顺畅。检查油封、箱体配合尺寸，不符合标准的予以更换。

(2) 用力搬动主轴检查颈向间隙是否过大，间隙过大应同时更换轴瓦及油封。

(3) 检查各结合部密封垫密封情况，修复或更换密封垫；检查进、回油接头螺栓及箱体螺纹并拧紧。

(4) 空压机漏油检查并重新调整皮带松紧程度，拇指按下10mm为宜。

(5) 空压机漏油，需要检查箱体铸造或加工存在的缺陷，修复或更换缺陷件。

3.2.2 过热故障

在空压机的日常操作中，会因空压机的长时间超负荷运作而出现空压机过热故障。空压机过热故障现象表现为空压机排气温度过高或运转部位发烫。

空压机过热故障原因有：(1) 松压阀或卸荷阀不工作； (2) 气制动系统泄露严重；(3) 运转部位供油不足及拉缸。

空压机过热故障判断与排除方法：

(1) 进气卸荷时检查松压阀组件，有卡滞的清洗排除或更换失效件。排气卸荷时检查卸荷阀有堵塞或卡滞的要清洗修复或更换失效件，有效排除空压机过热故障。

(2) 检查制动系统件和管路。

(3) 活塞与缸套之间润滑不良、间隙过小或拉缸均可导致过热，遇该情况应检查、修复或更换失效件。

3.2.3 异响故障分析

在空压机日常使用的过程中，空压机经常会出现异响，例如：金属撞击声，均匀的敲击声，摩擦啸叫声的空压机异响故障。

空压机异响故障原因有：(1) 连杆瓦磨损严重，连杆螺栓松动，连杆衬套磨损严重，主轴磨损严重或损坏产生撞击声；(2) 皮带过松，主、被动皮带槽型不符造成打滑产生空压机异响；(3) 空压机运行后没有立即供油，金属干摩擦产生空压机异响；(4) 固定螺栓松动；(5) 紧固齿轮螺母松动，造成齿隙过大产生空压机异响敲击声；(6) 活塞顶有异物。

空压机异响故障判断与排除方法：

(1) 空压机异响时，检查连杆瓦、连杆衬套、主轴瓦是否磨损、拉伤或烧损，连杆螺栓是否松动，检查空压机主油道是否畅通；建议更换磨损严重或拉伤的轴瓦、衬套、主轴瓦，拧紧连杆螺栓，用压缩空油孔对准空压机进油孔；疏通主油道。重新装配时，应注意主轴轴承。

(2) 空压机异响时，检查主、被动皮带轮槽型是否一致，不一致请更换，并调整皮带松紧度。

(3) 检查润滑油进油压力、机油管路是否破损、堵塞，压力不足应立即调整、清理、更换失效管路；检查润滑油的油质及杂质含量，并与使用标准比较，超标时应立即更换；检查空压机是否供油，若无供油，应立即进行全面检查。

(4) 检查空压机固定螺栓是否松功并予以紧固，有助于缓解空压机异响。

(5) 齿轮传动的空压机还应检查齿轮有否松动或齿轮安装配合情况，螺母松动的拧紧螺母，配合有问题的应予更换。

(6) 清除异物，有助于缓解空压机异响。

4 消防部队空气压缩机配置建议

消防部队使用空气压缩机的主要用途是为正压式空气呼吸器、长管呼吸器等提供充气及气源保障任务。现在空气压缩机已不再是单一的一种设备，往往都会配套其他辅助设备（如防爆箱、储气瓶等）。特别是防爆充气箱的配置可以最大限度保障充气过程的安全性。而且整个系统均通过各种电子设备连接，实现整个充气过程的自动化及智能化。在保障实际需要的前提下，应该尽可能配置更安全、更人性化的先进设备，保障消防部队执行各类复杂任务，全面提升公安消防部队灭火救援能力。下面针对使用主体的不同，提出三种配置方案：

4.1 方案一

本方案适应充气需求量大，日充气量40~60瓶6.8L气瓶（适合战勤保障大队），如图2所示。

图2 战勤保障大队空气压缩机配置方案

该方案包含600L空气压缩机、6×50L储气系统、4瓶防爆箱。该方案的优点是：(1) 充气快速，最快3分钟可以完成4个6.8L气瓶充气至30MPa；(2) 采用阶梯系统，可以最大限度保证气瓶充气时压力差；(3) 自动开机、关机及故障自动停机，智能化程度高；(4) 操作方便，维护简单，安全性高。

4.2 方案二

本方案适应充气需求量中等，日充气量20~40瓶6.8L气瓶（适合特勤中队等），如图3所示。

图3 特勤中队空气压缩机配置方案

该方案包含300L或265L空气压缩机、2瓶防爆箱。该方案的优点是：(1) 充气速度中等，安全性高；(2) 自动开机、关机及故障自动停机，智能化程度高；(3) 操作方便，维护简单。

4.3 方案三

本方案适应充气需求量较小，日充气量10~20瓶6.8L气瓶（适合普通中队），如图4所示。该方案包含100L空气压缩机、单瓶防爆箱。该方案的优点是：（1）移动方便，随机性强；（2）操作简单。

5 总结

本文针对活塞式空气压缩机在消防救援中的应用现状，对各类应用故障进行了详细的分析，提出了解决方法，并根据实际需要，提出了先进的配备方案，这将有助于全面提升公安消防部队灭火救援能力。

[1] 田景亮. 往复式空气压缩机操作维修指南[M]. 沈阳: 辽宁科学技术出版社, 2010.

[2] GB50029-2003, 压缩空气站设计规范[S]. 北京: 中国计划出版社, 2003.

[3] 钱翼稷. 空气动力学[M]. 北京: 北京航天航空大学出版社, 2004.

[4] GB22207-2008, 容积式空气压缩机安全要求[S]. 中国国家标准化管理委员会, 2008.