谭志华 上海铁路机务综合开发有限公司

空气压缩机是铁路机车车辆制动系统以及其它辅助用风设备的基础风源设施。其性能和质量的优劣直接关系到行车安全，如何确保机车车辆制动性能及辅助用风性能的安全可靠是保证行车安全的重中之重。随着铁路实施的快客重载及新机型的逐步推广，机车车辆对供风需求量、性能、品质要求的不断提高，必然需要采用新的风源设备来满足不断变化的新要求。而螺杆式空气压缩机属于精密型转动机械设备，由于其动力平衡性好，具有结构简单、运行可靠性高、供风效率高、能耗低、易损件少、寿命长、维护费用低、操作维护方便、供风温度低、压比大、运转平稳、工作噪声小等诸多优点，其性能指标明显高于原有活塞式空气压缩机。广泛使用螺杆式空气压缩机替代活塞式空压机是符合我国铁路"跨越式"发展、铁路装备现代化的要求，是有助于充分发挥机车车辆性能及运行安全性的新技术、新设备，能够加快铁路现代化建设步伐。

1 螺杆式空气压缩机概述

铁路系统主要应用的新型空气压缩设备是TSA系列螺杆式空气压缩机。其主要作用是为机车、车辆制动及其他辅助供风设备提供压缩空气。

不论从适用范围广、机型多样化，还是从空气压缩机的性能技术参数、经济指标等来衡量，螺杆式空气压缩机的各项性能指标均明显优于活塞式空气压缩机。

2 螺杆式空压机基本结构及其工作原理

螺杆式空气压缩机的传动方式为直传动式，主要由驱动装置、压缩机主体、风冷系统组成。电机轴与压缩机主轴联接采用挠性联轴器，联轴器上安装离心式冷却风扇（叶轮），通过驱动装置带动风冷装置与压缩机主体旋转。风冷装置与压缩机主体以弹性联轴器为绕轴，将驱动装置的动力通过弹性联轴器的旋转运动传递到叶轮组成及压缩机主动转子，从而驱动螺杆泵工作。

螺杆式压缩机是一种双回转容积式压缩机。压缩机机头部分的双螺杆是一对单边非对称摆线齿形，齿数比Z1：Z2＝5：6的相互啮合的阴阳转子，其中阳转子为凸形齿(主动转子)，阴转子为凹形齿（从动转子）。在两齿啮合处形成一个个密闭的空腔，当主动转子带动从动转子内转动时，这些空腔沿轴向由吸气端向排气端方向螺旋运动，密封腔在排气端消失，同时在吸气端形成新的密封腔，其中被吸入的气体也随着运动由吸气端被推挤到排气端，最终这些由阴阳转子啮合形成的封闭腔随转子旋转，从泵入口向出口方向移动，并将气体由进气端推向出气端，排入到管线（如图1）。随着转子旋转，一对相互啮合的齿相继完成相同的吸气、压缩、排气工作循环。如果将阳转子的凸形齿部分视为活塞式空压机的活塞，阴转子的齿槽视作空压机的气缸，就如同活塞式空压机的往复工作过程。

图1 螺杆式空气压缩机结构图

螺杆式空气压缩机按照工艺流程可以分为气路系统与油路系统两大部分。

2.1 气路系统

气路系统由空气滤清器、进气阀、油细分离器等组成。气路流程：大气通过空气滤清器过滤后经进气阀、泄荷阀进入压缩室，与润滑油混合并进行压缩，压缩后的油气混合气体经过油气筒进入油细分离器，去除空气中所有的润滑油后，经过压力维持阀、冷却器进入总风缸存储。

2.2 油路系统

油路系统包括油气筒、冷却器、油过滤器和温控阀等。油路流程：油气筒内的润滑油在压力作用下，经油过滤器进入温控阀，温控阀控制两个通路，当机油温度低于下限（770C）时，直接通过旁通进入压缩室；当温度高于下限（770C）时，冷却器通路逐步打开，直至达到温度上限（930C）时冷却通路完全打开，此时经冷却后的机油由机体下部进入压缩机轴承各润滑点，最后通过油过滤器回流至油气筒，完成一个循环。

3 螺杆式空气压缩机性能特点

3.1 气体流动均匀

螺杆式空气压缩机是容积式风泵，阳转子的转速与出口端排气量成正比关系，通过阴阳转子连续不断做功，使出口空气均匀连续不断的产生，不会因产生脉冲压力对空气管路接口造成疲劳损伤，这是螺杆泵独特的优点。

3.2 喷油特性

螺杆式空气压缩机没有独立的油泵供油设备，润滑油是利用压差原理进行循环喷油。空压机在压缩工作过程中通过压力不断向压缩室及轴承内压入润滑油，将压缩室内热量吸收带走，使压缩室工作温度接近等温压缩，达到出口处排气温度降低的目的。同时，注入的润滑油在阴阳转子间，转子端面与出气端端盖面，转子与机壳内壁间形成油膜，达到堵塞泄露、密封及降噪的效果，减少压缩空气内泄漏。

3.3 容积效率高

螺杆式空气压缩机工作中吸气、封闭及传输、压缩及喷油、排气四个过程采用单级连续方式。而活塞式空气压缩机存在活塞顶部与气缸上端盖须保留一定安全距离，工作过程中一定程度上存在残留的部分气体无法参与压缩过程的"死角"。由于活塞式空压机设计结构上先天存不足，无法排除全部气体，这就形成活塞式空压机固有的容积效率问题。因此等容积情况下，螺杆式空气压缩机能极大提高容积效率。

3.4 动平衡性好，振动小

在运行中，作用于螺杆上的径向力由于阴阳转子对称布置而相互抵消，作用于螺杆槽内的气体轴向负荷也相互抵消，所以螺杆式空压机没有不平衡惯性力，机器可平稳地高速工作，可实现无基础运转，再加上螺杆泵底座的减震装置，较以往活塞式空压机相比，在振动方面有较强的优越性能。

3.5 维护保养简便

日常运用、整备维护保养中，螺杆压缩机零部件少，没有易损件，仅需要定期进行更换空气滤清器滤芯、油过滤器、油细分离器等，及进行安全阀、温控开关等控制元件的检测。因而它运转可靠，寿命长，大修间隔期可达4-8万h。

4 常见故障及排除方法

4.1 空压机组油耗量过大

螺杆式空压机润滑油的设计更换周期一般是2年或者一个机车中修期。如果在运用过程中机油消耗过快，出现频繁补充润滑油的现象时，主要原因是机油管路渗漏或者排气时含油量过大造成的。此情况不能及时被发现并消除，会导致空压机缺油，无法维持正常润滑，没有油膜保护下的轴承、转子磨损加大，并且使转子间密封不好，影响排气量，严重时会造成转子、轴承烧损，造成机头转子"抱死"。产生该故障的主要原因及故障排除方法：

(1)专用机油加入量过大。机油加入量过多会造成机油过度搅动和泡化，使油细分离器无法在规定限度内正常工作，从而使出口空气中含油量增大。

故障排除方法：正确油位应该在机组加载运行时，通过视油镜观察到的油位不应高于最高限度油位。若油位过高，则卸除机组压力后排出余油至正常位置。

(2)空压机组有漏油情况或机头的轴密封件损坏、磨损，油从轴封位置漏出。

故障排除方法：目视法检查各油管路接头、管体、机头密封处，若有明显油迹时，拆除该管路或轴承密封件维修更换。

(3)润滑油变质或超期使用。机油变质会造成油细分离器无法正常工作，使出口空气含油量增大。

故障排除方法：对油品进行采样化验，不合格及时更换。正确选择规定润滑油，建立完善空压机润滑油采购、检验、验收管理制度。

(4)个别油过滤器存在倒置安装情况。倒置安装时，在过滤器底部容易积存水份，使油过滤器外壳内锈蚀穿孔，造成机油泄漏。

故障排除方法：观察油过滤器安装方式，若为倒置式安装时，立即拆除改造。

(5)油气分离器内芯破损或超期使用。

故障排除方法：更换油细分离器。

(6)回油管堵死。

故障排除方法：一般回油管路堵死在静态密闭压力试验中无法检测，在静态实验前必须确认所有管路的贯通状态，检查更换不良管路。

(7)压力维持阀作用不良。压力维持阀处有泄漏点或维持阀阀提前开启，造成油气筒内部压力降低，气体油雾浓度高，通过油细分离器时流速增快，造成油细分离器负荷加重，分离效果降低，耗油量增加。

故障排除方法：检查压力维持阀的最小开启压力能否达到600±50 kPa。达到最小压力时不能正常工作，检修更换压力维持阀。

4.2 排气压力与排气量低于额定值

机组运转时出现部分或全部不能供风，运行时间极度延长的故障不能及时发现并消除时，会导致输出压力不稳定，空压机长时间加载运行，最终造成设备疲劳工作，使设备损坏危及行车安全。产生此类故障的主要原因及故障排除方法：

(1)空气滤清器积垢堵塞严重，致使吸气阻力增大，造成吸气量不足。

故障排除方法：检查空气滤清器滤芯，堵塞严重或超期使用的及时更换。若发现滤芯内侧存留较多油迹时，需检查油细分离器及泄荷阀工作是否正常。油细分离器内芯破损或超期使用及泄荷阀卡死不能复位会造成机油泄漏，通过进气阀逆流附着于滤芯上，容易造成滤芯堵塞。

(2)进气阀故障。进气阀开闭作用不良时会造成吸气困难。

故障排除方法：检查进气阀密封圈密封作用是否良好；进气阀阀盖、滑道是否有毛刺卡死及机械憋劲现象。

(3)压力维持阀故障。压力维持阀顶盖在经常开合运动中造成磨损或者卡住，在油气筒中无法建立600 kPa压力。停机后由于没有压差，造成压缩空气逆流。

故障排除方法：开机后观察压力维持阀最小开启压力能否达到600±50 kPa。达到最小压力维持阀半开或未开，则需要对调节弹簧、阀芯、阀盖进行检修。

(4)空气管路有泄漏处。

故障排除方法：对机体进行静态压力试验，用肥皂水逐个排查泄漏点，并进行维修。

(5)螺杆组磨损严重。空压机螺杆组由于磨损严重、超差，产生间隙较大而引起的空气回流，泄漏量增大，影响排气量。

故障排除方法：维修或更换螺杆组。

(6)油气筒组成泄漏。油气筒组成泄漏主要是安装不良造成的机械密封泄漏，主要表现在相互接触端面表面不平整、表面有异物夹入、O形圈与轴套压紧不够、O形圈破损等方面。

故障排除方法：对油气筒进行静态充压实验，在水中查找相应漏气点，进行维修。

4.3 排气压力高，压缩机未卸载，安全阀已泄放

(1)压力控制开关的设定值不当。

故障排除方法：重新检测调整压力开关设定值。

(2)压力控制开关连接管路泄漏。

故障排除方法：重点检查压力开关的连接管路，发现泄漏进行维修。

(3)泄荷阀卡住无法关闭或关闭不严。

故障排除方法：检修泄荷阀，必要时更换。

4.4 排气温度过高，温度开关断开

正常情况下，主机的排气温度应该控制在760C～920C之间，排气温度低于压力露点会产生结露现象，使系统内出现较多液态水造成润滑油乳化。而排气温度过高，则会对许多元件造成损坏，严重情况能烧损主机。螺杆式空压机压缩过程中产生的热量主要由油气混合气体带出主机，经冷却器散热。超温故障的产生主要与冷却系统和润滑异常有关。

(1)冷却叶轮组成故障。叶轮主要作用一方面对冷却器组成吹风；另一方面作为动力源，使冷却风在涡壳和外部空气间循环流动。由于转速较高，刚性较差，旋转时容易受损。

故障排除方法：检查空压机运行环境通风是否良好、叶轮是否损坏、涡壳及各连接处是否有明显漏风。发现不良处所维修或更换。

(2)散热器作用不良。散热器作为主要的散热元件，其作用优劣直接影响到散热效果。

故障排除方法：若散热器表面翅片管有大量倒伏，则需用镊子将倒伏片平整，增加散热面积；若各个翅片间被油泥堵塞，则需拆解散热器，用热水喷洗；检查散热器油冷却管路内部积碳油泥情况，严重的用专用清洗液循环清洗。

(1)供油不足。主要原因是油过滤器内芯太脏或堵塞造成的。

故障排除方法：检查油过滤器，更换滤芯同时更换机油，并找出机油污染源。若工作环境差，粉尘较多时，应适当缩短油过滤器更换周期，并调整机油化验周期。

(2)温控阀故障。如果温控阀故障，润滑油可能不经冷却器直接进入机头，造成温度无法下降。

故障排除方法：开机运行一段时间后，检查低温油管温度，超过85℃以上的，证明温控阀未开启或半开启，造成高温油路不通。故障原因主要由温控阀阀芯热敏弹簧故障及阀芯卡死或动作不到位造成的。可根据情况维修或更换。

(3)压力开关作用不良。若压力开关损坏或设定值设定过高，造成空压机负荷增加，会引起超温情况。

故障排除方法：检测压力开关设定值是否符合要求，不符合的予以调整或更换。