螺杆式空气压缩机润滑油乳化原因及防治措施

谭志华 上海铁路局上海铁路机务综合开发有限公司

螺杆式空气压缩机润滑油乳化原因及防治措施

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通过结构、系统性能等方面介绍，结合实际检修运用情况，对螺杆式空压机润滑油乳化现象进行分析，针对其乳化原因提出防治及处理措施，提高运用机车螺杆式空压机使用寿命。

螺杆式空气压缩机；润滑油；乳化；防治措施

机车上的空气压缩机是机车用风的关键部件，其产生的压缩空气除供给机车和车辆空气制动系统外，还供给包括机车撒砂系统、电空控制系统、车辆空气弹簧等辅助用风设备。其性能和质量的优劣直接影响列车的各用风设备能否正常工作及行车安全。如何确保机车车辆制动及辅助用风系统性能的安全和靠是保证行车安全的重中之重。而润滑油乳化现象是压缩机组运用过程中的常发性故障。该故障往往会随着区域、季节及气候不同集中爆发，若发生该故障未得到及时处置时，会使螺杆表面无法形成覆盖油膜，造成螺杆型线磨损从而带来排气量低、打风时间长等问题；进一步发展，会造成螺杆组轴承因缺油而损坏，使机头抱死，更有甚者会因负载过大而使电机烧损，危及行车安全。

1 原因分析

油脂中形成乳化液的三个必要条件是：一是两者不相溶的液体共存，例如：含有水分的润滑油；二是混合液中含有加速乳化现象的乳化剂，例如：润滑油含有环烷酸皂、胶体及生成的油泥等；三是乳化液形成所需的能量，例如：强烈搅动、循环流动等。所以，水分、乳化剂、激烈搅拌，都能引起空压机的乳化问题。其中，含有水分和激烈搅拌是产生乳化的主要原因。

根据螺杆式空气压缩机的工作原理，在主机做功时，润滑油和空气同时被压缩，经压缩的油气混合物在油气筒内不断的聚集再分离，同时通过内部油气分离结构及油细分离装置将压缩空气排出，分离出的润滑油继续参与下次循环。当空气中含有一定的水蒸气，且经压缩后水蒸气的含量超过饱和度时，就会冷凝成液态水。油分子和水分子互相包容经过强烈搅拌震荡便形成乳化液。有资料指明，乳化油好比癌细胞，一旦出现就会迅速扩散，促使润滑油快速乳化。在螺杆泵工作过程水蒸气冷凝成液态水的情况，主要与以下几个方面有关：空气的相对湿度、吸入空气的压力以及温度、压缩后的压力以及温度等。

机车用螺杆空压机因其使用需适应环境的不断变化及恶劣的空气状况的变化，在其设计时已经采取了一些必要措施，如采用高抗乳化性的润滑油、温控阀、精密的油细分离器等，以去除大量的液态水。因此在正常情况下是不会发生润滑油乳化现象的。但在运行中为什么会发生乳化现象？

结合实际检修运用情况，发生乳化现象主要存在几点问题。

1.1 空气湿度大

当机车运行在潮湿多雨的南方地区，尤其遇到梅雨季节时，空气相对湿度一般在90%左右，而此时也是螺杆泵故障的高发时段。而一般同区段运用机车，安装于机械间的电力机车用交流螺杆泵比安装于冷却间的内燃机车用直流螺杆泵故障率低。主要原因是电力机车机械间的密闭情况好于两侧有百叶窗通风的冷却间。多雨季节，内燃机车冷却风扇吸风使冷却间内形成负压，造成雨水倒灌，一方面使冷却间局部湿度增大，空压机组吸气过程中已经存在相当水分；另一方面，可能直接吸入小水珠。而当空气滤清器含水量超过其有效过滤吸附能力后，一部分冷凝水就直接被吸入机组。

1.2 排气温度低于压缩空气露点温度

由于螺杆泵本身没有单独的排水装置，而是根据压力空气露点原理，即当排气温度大于露点温度时，水在油中不会凝析，仅以水蒸气的状态存在，工作过程中通过排气口将含有水分的混合气体一起排出，达到排水的目的。在运用中，空压机本身是间歇做功，存在建立温度的过程，而此过程不可避免产生水分的析出。设计中是通过温控阀控制，将建立温度过程缩短，进而削减因水分析出造成的影响。例如：环境温度30℃，相对湿度90%，排气压力1 MPa（绝对压力）时，压力露点为74.5℃，压缩空气最大饱和含水能力为92 g/m3。这说明如果排气温度高于74.5℃且空气含水量低于92 g/m3时，空压机的排水可以正常进行，反之就会有水析出进入润滑油内，时间一久会造成油品乳化。

机组的启动温度低势必造成排气温度低，同样如果空压机工作时间较短，建立温度过程长，不足以将内部空气水分带走，长时间也会引起润滑油乳化。一方面，位于冷却间的空压机由于大功率冷却风扇不停地工作，造成机组停止工作后迅速降温。当机组重新启动时，温控阀不能立刻打开，重复建温过程，水就会析出；另一方面，根据资料显示，单管供风机车上的空压机运转率仅有7%左右，不能达到理想状态的30%，空置率较高、静置冷却时间长，这样也会延长建温过程。

1.3 润滑油品质降低

润滑油品质降低也是造成乳化的一个原因。

一方面，空压机卸荷阀的主要作用是停机时为保护转子，避免转子反转，快速泄放内部压力，并反吹空气滤清器，且达到清洁其表面附着脏物的目的。但是反吹过程中，不可避免反吹的压力空气含有油气，细小的油滴附着在空滤内外壁上，长时间与空气、水分、灰尘等接触反应，就会产生皂类、酸类及胶体物质，这些物质会随着空压机吸气过程进入机体，加快润滑油乳化。

另一方面，润滑油在高温、高压环境下长期使用，会造成油品高温老化，丧失其油品本身的抗水性及抗乳化性，同时失效油品也会加速乳化的过程。

2 防治措施

在修造过程中，应尽量避免制造误差；加强配件清洗后的吹扫、烘干工艺流程；更换不同性能的温控阀，以提高其控制温度，进而提高排气温度；提高空气滤清器过滤精度，进而减少外界水珠进入。润滑油乳化预防解决的办法除尽量控制检修工艺及质量外，应在运用中特别要做到以下几点：

（1）及时清洁空滤，并定期更换，避免各种杂质特别是皂类、酸类杂质进入，污染润滑油，同时可降低因滤芯含水量增加而造成的水分进入问题。实际做法是将原有更换方式（空滤过脏时更换）改为第二次小修时更换，并加强每趟车到达后对空气滤芯的吹扫工作。

（2）在雨天及清洗机车时，尽量关闭空压机处百叶窗，减少水分进入。

（3）及时更换油过滤器，使其保持良好的过滤油脂杂质性能，保证润滑油清洁度。实际做法是将原有中修时更换油过滤器的方式改为第二次小修更换。

（4）及时补充、更换正确的润滑油，保证润滑油的抗乳化性能与抗水性能。

（5）通过改进机车线路，在机车正常运行中强制使用单机集中供风，保证空压机在30%~50%的效率下工作，避免因低于露点温度工作造成冷凝水不断聚集而产生的乳化现象。

（6）及时检查润滑油品质并定期排放润滑油内的冷凝水。实际中能够坚持每趟车到达后及时排水，减少冷凝水在润滑油内存在时间。

（7）机组长时间在超低运转率工作后或停机时间较长，如机车联调或检修期间而机组无运转、机组试验后短期库存或运输时。首次开机后，需要打开放风阀，长时间运转空压机组，最好能保证20 min-40 min，加速润滑油内水分排出，以消除冷凝水影响 (如果确认润滑油品质已降低较大时不适于此操作)。

（8）发现油品乳化现象时，残油要尽量排放彻底，使用新油反复清洗，彻底清除胶质。避免残油中有乳化情况而造成的进一步扩散。

3 结论

通过对油乳化现象的正确认识及判断，避免因乳化现象而带来的相关危害。通过对润滑油乳化情况的原因及整治措施分析，切实降低了现场运用机组的乳化现象发生，这对降低螺杆空气压缩机及制动系统相关设备养护成本、节约人工成本起到实际效益；同时对相关检修部门保障列车安全提供坚实的基础。

[1]刑自刎,螺杆压缩机-理论、设计及应用.北京机械工业出版社,2008年.

[2]俎玉玲,机车空压机润滑油乳化的分析与改进,机车车辆工艺,2006年第6期.

责任编辑：宋 飞

来稿时间：2016-11-23