螺杆式压缩机常见故障分析

张省伟， 刘瑶

(1.西安铁路职业技术学院，西安 710026；2.神朔铁路分公司机务段，榆林 719316)

0 引言

伴随着我国铁路机车从直流传动到交流传动技术的变革，作为铁路机车风源系统核心部件的压缩机也普遍采用了螺杆式压缩机，螺杆式压缩机属于转动型机械设备，具有工作可靠性高、动平衡性能好、运转平稳、振动小、能耗低、效率高、噪音低、易损件少、使用寿命长、运行成本低、操作和维护方便等优点，其各方面性能明显高于铁路机车之前所使用的活塞往复式压缩机，符合了我国铁路机车快速发展对于现代化设备的要求，因而逐步取代了原有活塞式往复式压缩机并在我国新型电力机车上得到广泛的应用[1]。但是螺杆式压缩机的结构和作用原理相对于活塞往复式式压缩机较为复杂，在运用和检修中也在不少问题，现对螺杆式压缩机的工作流程以及在运用过程中所发生的一些故障进行分析，并讨论相应的判断和处理方法。

1 螺杆式压缩机的工作流程

铁路机车常用的螺杆式压缩机有SL22-47型、GAR22型、TSA-230AD型及BT-3.0/10AD型，螺杆式压缩机一般由底座、驱动装置、空气压缩机主机和冷却装置等组成，在空气压缩机主机头内设有两个螺旋形转子螺杆，螺杆具有非对称啮合面，运转时通过逐步减少两个转子间的空间来压缩空气，同时利用润滑油起到降温和润滑作用，所以螺杆式压缩机的工作流程主要是空气压缩流程和油循环流程。

1.1 空气压缩机主机的工作过程

螺杆式压缩机具有与其他型号压缩机相类似的空气压缩过程，即吸气、压缩和排气过程，不过螺杆式压缩机是利用螺旋式转子连续不断对空气做功，因而会连续不断的产生压缩空气，不会形成脉冲压力，此过程主要在空气压缩机主机内完成。

(1)吸气过程：如图1所示。

a)准备吸气b)吸气中c)吸气结束

图1 螺杆式压缩机吸气过程原理

如图1a)所示，随着螺旋形转子的旋转，转子齿的一端逐渐脱离啮合而形成了齿间容积，随着这个齿间容积的扩大，将会在其内部形成一定的真空，而此齿间容积仅与吸气口连通，所以空气在大气压的作用下经空气滤清器不断流入齿间容积，压缩机吸入越来越多的空气，如图1b)所示。随着螺旋形转子的旋转，齿间容积达到最大之后容积不再增加，齿间容积在此位置与吸气口断开，吸气过程结束，如图1b)所示。

(2)压缩过程：如图2所示。

a)即将压缩b)压缩中c)压缩结束

图2 螺杆式压缩机压缩过程原理

如图2a)所示，随着螺旋形转子的旋转，啮合面逐渐移向排气端，齿间容积因螺旋形转子齿的啮合而不断减小，被密封在齿间容积的空气压力被迫不断升高，从而实现对空气的连续压缩，如图2b)所示，直至齿间容积与排气孔连通时，压缩空气达到最高压力，压缩过程结束，如图2c)所示。

(3)排气过程：齿间容积与排气孔口连通后，即开始排气过程，如图3所示。

a)排气中b)排气结束

图3 螺杆式压缩机排气过程原理

如图3a)所示，随着齿间容积的不断缩小，被压缩的空气逐步通过排气孔口排出，直至齿末端的型线完全啮合，封闭的齿间容积体积变为零为止，此时齿间容积内所有压缩空气均通过排气孔口被完全排出，排气过程结束，如图3b)所示。

1.2 空气压缩流程

如图4所示。

图4 螺杆式压缩机系统流程图

开机时，空气通过空气滤清器过滤后被吸入压缩机，经由进气阀进入空气压缩机主机后被压缩，经润滑油冷却后形成的高压油气混合物被喷入油气室，在挡板的撞击作用下进行第一次气体、液体的粗分离之后，再由油细分离器进行第二次细分离，当气体压力堆积到最小压力阀设定值后，最小压力阀开启，被压缩的空气经冷却器冷却后从压缩机出口输出。停机时，最小压力阀发挥止回功能，使得压缩机和外部高压气路隔离，同时，压缩机内的压缩空气返回进气阀并迫使进气阀中的泄压阀动作，从而将压缩机内气压快速降低，以保证下次压缩机无负荷气动。

1.3 油循环流程

主回路：空气压缩机启动时，在最小压力阀的限制下，油气室先建立起压力，润滑油被压入温控阀，经油冷却器、油过滤器后，通过喷油口喷入压缩机主机，对压缩机进行润滑和冷却后随着压缩空气一同被排入到油气室进行第一次粗分离。

辅回路：含有油的压缩空气在油气室进行粗分离后，进入油细分离器进行第二次细分离，被分离出的润滑油经回油管进入机体发挥润滑作用后被排入到油气室。

2 螺杆式压缩机常见故障分析

2.1 螺杆式压缩机安全阀排气

(1)故障原因分析

螺杆式压缩机安全阀的作用是当油气室内的压力超过安全阀的整定值时，安全阀自动开启泄压，使油气室压力降至设定值以下，起到超压保护作用。因此，安全阀排气的主要原因是螺杆式压缩机油气室的压力过高，造成此故障的原因有：①最小压力阀粘滞，②空气管路不畅通，③安全阀整定值错误或安全阀故障，④总风缸压力值设置过高，达到安全阀动作值。

(2)判断和处理方法

首先，检查总风缸压力，如其压力不在规定范围内，应调整总风缸压力控制器，使其达到规定要求；如果总风缸压力符合要求，应更换螺杆压缩机安全阀后再进行试验，若故障依然存在，可拆开压缩机出风管，启动压缩机检查其出风口是否出风，若无风或出风量很小，可判断故障为最小压力阀粘滞或压缩机内空气管路堵塞。拧开最小压力阀出风口接头，检查出风量，若无风或出风量很小，可判断为最小压力阀粘滞，则需要更换最小压力阀；若最小压力阀出风口出风正常，则故障为压缩机风管路堵塞，需对压缩机风路进行清理[2]。

2.2 压缩空气中有油或干燥器排污管排油

(1)故障原因分析

螺杆式压缩机压缩过程产生的含油气体，先在油气室中撞击挡板后转折使油、气粗分离，然后进入油细分离器进行过滤和聚结，进一步使油、气细分，被分离出来的残余油聚结在油细分离器底部，经由回油管及回油单向阀导回油路。可见，压缩空气中有油的原因是油、气分离不彻底，造成此故障的原因有：①油细分离器故障，②回油管堵塞或回油单向阀故障，③油位过高。

(2)判断和处理方法

润滑油油位过高会使油气室机油过度搅动泡化，使得油细分析器工作负担增大，无法正常实现油气的分离，从而导致空气中含有较多的油，因而，首先检查压缩机油位是否符合要求，若符合要求，可拆卸并清洗回油管和回油单向阀，若故障仍然不能消除，可判断故障为油细分离器故障，需更换油细分离器。

2.3 螺杆式压缩机空气过滤器中有油

(1)故障原因分析

当螺杆式压缩机运转时，经滤清后的空气通过进气阀中的进气截止阀进入压缩机内部；压缩机停机时，压缩腔的高压空气返回进气腔而使截止阀阀板关闭防止油气外泄，同时，进气阀中的泄压阀打开，使压缩机内部压力空气释放，完成卸荷功能[3]。因此，造成此故障的原因有：①空气中含油过多，泄压时进入进气区，②进气截止阀关闭不及时。

(2)判断和处理方法

首先，检查压缩空气中是否有油或干燥器排污管是否排油，如果正常，可判断为进气截止阀关闭不及时或关闭不严，需要更换进气阀；否则，按压缩空气中有油故障进一步判断和处理。

螺杆式压缩机在日常使用和检修中故障较多，使用不当或维修不及时都可能使设备的故障增加，甚至发生安全事故。掌握常见故障的判断和处理方法、严格按照规程操作，就可减少事故的发生，从而确保安全行车。