活塞式与螺杆式空气压缩机工作原理分析研究

(山东职业学院 城市轨道交通系 山东 济南 230000)

一、引言

城轨车辆制动主要包括电制动和空气制动，空气制动是通过压缩空气作为制动力，促使列车减速或者停车。压缩空气通过空气压缩机产生压缩空气，城轨车辆常用的空气压缩机有活塞式空气压缩机与螺杆式空气压缩机[1][3]。空气压缩机作为供风系统的重要组成部分，也是车辆容易出现故障的常见部件。两种空气压缩机无论在结构还是工作原理上都大有不同。目前对这两种空气压缩机进行单独研究的较多，但对这2种空气压缩机同时进行对比分析的论文鲜有报道[2]。因此本文对城轨车辆上常用活塞式与螺杆式空气压缩机进行分析研究。

二、空气压缩机工作原理分析

(一)活塞式空气压缩机工作原理分析

图1.VV120型活塞式空气压缩机结构

活塞式空气压缩机因体积较小、维护方便、噪声低等优点，在各方面得到广泛的应用，与其他压缩机相比应用更为广泛[3]。城轨车辆上目前最常用的是VV120型空气压缩机[4]，该种空气压缩机工作过程包含2次压缩2次冷却，可达到920L/min的压缩能力。VV120型空气压缩机主要由交流电机、空气过滤器、高压缸、低压缸、曲轴、中间冷却器、后冷却器等组成。具体结构如图1[3][5]。

活塞式空气压缩机的工作过程主要包括2部分，第一部分为机械工作部分，交流电机通电转动通过柔性连接与曲轴相连带动曲轴转动，曲轴上连接活塞杆，带动活塞杆在活塞缸内坐活塞运动，相当于一个曲柄滑块机构，活塞缸内有大量的油，既可以实现飞溅润滑同时具有散热的功能。第二部分为气体压缩部分，空气经空气过滤器进入集气室，然后同时进入2个低压缸进行一次压缩，空气经过1次压缩后进入中间冷却器进行1次冷却后进入高压缸进行2次压缩，后经后冷却器进行2次冷却，两次压缩后空气的压力已达到使用要求但空气的相对湿度较高，需要空气干燥器进行干燥处理，相对湿度低于35%时方可使用[6]。

(二)螺杆式空气压缩机工作原理分析

螺杆式空气压缩机是城轨车辆上另外一种常用的空气压缩机，它的特点是温控能力好、压缩效率高，但是压缩机结构较为复杂。螺杆式空气压缩机主要部件包括交流电机、空气滤清器、冷却器、吸气阀、机头、油气筒、油气分离器、温控阀压力维持阀等部件组成，具体结构见图2[3][7]。

图2.TSA-0.9AR螺杆式空气压缩机结构

1一空气滤清器；2一后冷却器；3一冷却器；4一油冷却器；5一空气供给口；6一服气阀；7一真空指示器；8一压力开关；9一压力维持阀；10一油气筒；11一油细分离器；12隔板；13一温度开关；14一电加热器；15一放油阀；16一油过滤器：17-温控阀；18-安全阀；19-卸位阀20-机头；21一离心式风扇；22-联轴器；23-电动机

螺杆式空气压缩机的工作过程，机械部分主要包括电机转动带动机头主螺杆转动，主螺杆与从动螺杆在油膜的作用下形成密封空间，进而对空气进行压缩，另外电机主轴带有风扇，可以进行通风散热。

螺杆式空气压缩机主要有三种工况，分别为无负载时循环润滑；压缩工况；停机排气工况[8]。当压缩机外部无负载时启动时，压缩机不向外部输出压缩空气，只是内部进行油路的循环润滑，此时油气混合体经过机头进入油气筒，液态油经隔板汇聚到油气筒底部，沿着底部管路流入油过滤器，经温控阀进入后冷却器，完成冷却后回流入机头，对机头进行循环润滑，温控阀可以调节油温，进入油气筒的雾化状的油沿着油细分离器的管路回流进入机头进行机头润滑；当，压缩机外部有负载时，空气从空气滤清器由吸气阀吸入机头，机头转动啮合，由于机头内部存在大量的油，在啮合过程中两个螺杆之间形成油膜使得空气在油膜内进行压缩，从机头流出的气体为具有一定压力的油气混合体，油气混合体在隔板处进行一次过滤，过滤处理液态油，在油细分离器进行二次过滤，过滤掉雾化状的油，当油气筒内压力不断增大，到达600Kpa时[3][9]，压力维持阀打开，气体进入冷却器冷却压缩气体，完成冷却后将气体送入干燥塔干燥；当车辆断电，空气压缩机停机时，油气筒内的残留气体经左侧节流管路流入卸荷阀，然后经管路排向大气。

三、两种空压机对比总结

活塞式空气压缩机与螺杆式空气压缩机在过滤与冷却等过程有其相似之处，但在压缩等过程原理又大为不同。对2种空气压缩分析比较。活塞式空气压缩机压缩效率高，结构简单，工作原理简单，易与维修，目前宁波地铁部分线路车辆均采用活塞式空气压缩机。螺杆式空气压缩机机构以及工作原理都比较复杂，但这种压缩机寿命较长，维护周期较长，目前深圳地铁部分线路采用螺杆式空气压缩机[10-11]。