综合治理空压机排气温度和油耗过高的问题

龚领

摘要：WJ-1.5/30型空压机是吹塑行业蓬勃发展的产物，但由于存在连续运转、环境条件恶劣等问题，其应用受到一定限制。文章针对WJ-1.5/30空压机排气温度高、油耗大的问题，从设备零部件的结构及外部环境两个方面分析其原因，提出综合改进措施。

关键词：中压往复空压机；排气温度；机械油耗；活塞环；拨油杆

中图分类号：TH452 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2013）17-0079-02

1 概述

WJ-1.5/30型空压机是吹塑行业蓬勃发展的产物，但由于存在连续运转、环境条件恶劣等因素，造成排气温度过高、油耗过大的问题，使产品的效率与可靠性大打折扣，为此我们开展相关的改进活动，把排气温度和油耗量控制在标准范围内。

2 问题的提出

该机为3缸W型结构，排气压力为3.0MPa，额定排量为1.5m3/min，驱动电机功率22kW，改进前排气温度达到192℃～196℃、油耗量达到95g/h。

2.1 涉及油耗有关零件现状

（1）一级活塞环为3道桶面环，切向弹力为18.6N，弹力偏小，切口型式为直切口；（2）油环为1道同向倒角油环，切向弹力为10.6N；（3）一级活塞裙部型线为正圆，回油孔空数量为14个；（4）二、三级活塞为倒级差，二级活塞供油孔的数量和直径为6-Φ3mm；（5）拨油杆为1根直径10mm的锥形体；（6）曲轴箱呼吸套筒内采用两块相互错位的隔板。

2.2 高排气温度、高油耗运转的危害

由于，润滑油受较高的排气温度影响使其粘度降低，所以，轻馏气化并开始氧化，形成了溶解于润滑油的液态氧化物以及不溶解于油的氧化物浮渣，在压缩机往复循环过程中与吸入空气中杂质混合，进一步形成了沥青、焦煤形状的氧化物，沉淀于不受磨合的活塞顶部与各气阀表面，逐渐形成积碳。

空压机的排气温度经常在接近或超过190℃工况下运行，造成曲轴箱和各运动部件热度升高。

受积碳影响，排气阀的阀口闭合不到位。活塞下行吸气时，把管道内的高温气体又吸回到腔体内，再次压缩后将其排出再吸入，如此往复，排气温度快速升高，加速了气阀组件的热变形，进一步加速了磨损，使其寿命、效率大幅度降低。

3 原因分析

3.1 油耗大产生的原因

从压缩机的结构分析，润滑油外溢主要有两个通道：通过排气阀被排出；曲轴箱内压高于大气压力形成压差的时间较长，使其外流。

活塞在气缸内，吸、排气往复循环至上、下止点前夕，形成两个负压过程，使曲轴箱内油雾通过环与活塞环槽的间隙、环本身的热开口间隙渗入气缸内，混于被压缩的气体中，随之被排出。油耗的多少，主要考虑以下六个方面：（1）空压机活塞环失效，其切、径向弹力不足以支撑于气缸的密封；（2）活塞环槽失精，其与环的间隙不足以阻止润滑油的渗入；（3）活塞回油孔直径过小或孔的数量过少，造成回油过缓，使润滑油被带走的几率大增；（4）刮油环的切向弹力不够；（5）二、三级倒级差活塞供油孔数量过多、孔直径过大；（6）吸气过程损失大，负压大。

从呼吸套筒中带走的油是由于拨油杆拨油量过大，引起曲轴箱内压力过高进而造成油雾外溢的结果。造成曲轴箱内压力过高的主要原因有两个：拨油杆为1根Φ10mm锥形体，其拨油面积过大；曲轴箱呼吸套筒的限制隔板不适合倒级差活塞，起不到应有的作用。

3.2 排气温度过高的原因

空压机安装地点环境恶劣。灰尘被吸入压缩机几率大增，加大各运动部件的磨损；当环境温度超过40℃国标上限时，又会加快各部件的温升，减小了油膜的厚度或形成的几率，使其不足以阻隔各运动部件的直接接触，加剧各运动部件的磨损。磨损直接造成温升加快，对排气温度升高起了推波助澜的作用。

使用了非正规厂家生产的润滑油，在高温下其品质的劣势凸显，其产生的氧化物浮渣又与各运动部件磨损形成的金属细末混合，加快压缩机活塞、气阀、汽缸盖等主要零部件积炭的产生，使排气温度升高。

供水系统发生故障或冷却水质差，碳酸盐硬度过大。循环水的浊度较高（有时高达600×10-6）、水质差，使中间冷却器和汽缸水套管间环隙结垢相当严重，降低热传导效能；水箱置于室外又没有加装水过滤装置，水中杂物较多，堵塞了管路，造成冷却水循环不畅，冷却效果极差。

压缩机主要零部件自然磨损超过极限值，刮油环将汽缸内孔磨损大，还出现了拉伤失圆等等；检查还发现活塞回油孔直径偏小且位置不合理，造成回油不畅、刮油环作用未能充分发挥，直接导致油耗过大

4 改进与防治措施

一是调整汽缸与活塞、活塞与活塞环的配合间隙。按照标准调整影响油耗的几个重要间隙：汽缸与活塞、活塞环开口间隙、活塞环与活塞槽配合间隙等。

二是提高压缩环密封和回油效果。（1）采用高弹性模量的材质。添加铬、铜、钼等低合金微量元素，改善活塞环的金相组织，提高其耐磨性；（2）将活塞环结构形式由矩形改为斜切口；（3）使用鼻形锥面环或扭曲环（底面有鼻形切台）作为最后两道压缩环；（4）增大回油孔直径0.2mm，并将其位置改在活塞回油槽下斜面上；（5）加大刮油环的切向弹力，将原±20%的切向弹力公差改为+10%～+20%；（6）减少二级活塞供油孔的数量和直径，由原6-Φ3mm改为4-Φ2.5mm。

三是调整拨油杆截圆面积和曲轴箱内压力。把圆截面积改为椭圆形，通过减少拨油杆与润滑油的接触面积来限制拨油量、降低曲轴箱内压力。改造曲轴箱的呼吸套筒，将隔板去掉用“铁刨花”来替代。

四是加大吸气口径，减少吸气滤清器压力损失。

五是强化对工作场地治理，降低环境的灰尘、温度对空压机恶劣影响，加装一定长度的吸气管路，将吸气口引到远离环境差的场地。加强对吸气过滤器管理，定期检查、清理并适时更换。

六是改进冷却水供给系统，使冷却水质符合要求。（1）加强供水管路结垢情况的监控，对易结水垢的死角采用机械处理的方法，定期清除，必要时可更换相关的管件；采取对冷却水中加适量的六偏磷酸钠，控制其中的碳酸盐分解速度，保证水质的pH值达到要求。（2）定期检查水质、清洗对气缸起散热作用的水套及级间的冷却器，保证各部件的散热系统正常工作。采取酸碱综合法，依据水垢的厚度，加入5%～6%的HCI溶液，对部件进行清洗。

七是使用“保险丝”压制，千分尺测量方法，调整活塞上止点间隙。

八是根据空压机使用的时间，适时调整维护保养计划，保证各部件质量达到正常运行标准。

5 结语

综上所述，对空压机排气温度高与油耗量大问题，提出、分析产生的原因以及进行深入的解剖，提出各项改进措施，使工作均明晰、准确、得当。实践效果进一步验证了采用的改进方法、措施的合理性及必要性，为今后对相关压力高、排气量大的空压机产品的改进积累了宝贵的经验。

参考文献

[1] 顾文卿.最新压缩机生产设计运行维护及故障排除应用手册[M].北京：银声出版社，2004.

[2] 王龙洲，等.活塞环与柴油机油耗损耗关系[J].润滑与密封，2002，（3）：65-66.

[3] 陈安与，等.车用发动机活塞环组对润滑油消耗的机理分析[J].润滑与密封，2002，（5）：94-96.

[4] 杨乐之，等.活塞式压缩机结构[M].北京：机械工业出版社，1990.

[5] 内燃机活塞环术语（GB/T1149.2-94）[S].

[6] 石油五厂研究所.压缩机油[M].北京：石油工业出版社，1982.