苏州地铁1号线车辆空气压缩机机油乳化故障分析及改进措施

苏州地铁1号线车辆空气压缩机机油乳化故障分析及改进措

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秦娟兰;应云飞;张龙

【摘要】针对苏州地铁1号线列车制动系统空气压缩机机油乳化故障,从机油水汽的存在、曲轴拨杆激烈搅拌、油品中的添加剂及空气压缩机工作周期不足4个方面分析了空气压缩机机油乳化故障机理;通过对1号线列车制动空气压缩机组跟踪取样,实验排查,查找导致机油乳化故障的根本原因;提出了采用空气干燥器节流孔的扩孔方案处理故障的可行性措施及建议.

【期刊名称】《现代城市轨道交通》

【年(卷),期】2016(000)003

【总页数】5页(P42-45,49)

【关键词】空气压缩机;机油;乳化;故障处理

【作者】秦娟兰;应云飞;张龙

【作者单位】湖北铁道运输职业学院,湖北武汉 430064;湖北铁道运输职业学院,湖北武汉 430064;苏州轨道交通运营分公司,江苏苏州 215002

【正文语种】中文

【中图分类】U260.35+1

苏州地铁1号线列车运营初期，空气压缩机机油乳化故障严重困扰着车辆乘务中心和车辆检修中心。压缩空气是地铁车辆单元制动机、电空控制装置、风动门驱动

装置及空气悬挂装置等用风设备的工作介质。空气压缩机机油乳化，导致机油稀释，润滑性能降低，运动部件磨损加剧，大大缩短了空气压缩机的使用寿命；同时机油乳化，压缩空气质量降低，为列车正常运行留下隐患，甚至危及行车安全。

苏州地铁 1号线列车采用 4 辆编组，其形式为：=TC1* M = M * TC2=，在每节拖车 TC 上均安装了风源模块，它包括压缩空气的产生、净化、传输、存储和压力控制等环节。风源模块采用 VV120 型空气压缩机组，它产生的压缩空气经双塔式空气干燥器净化后，储存在各车辆总风缸中，供本车用风设备使用。对于用风设备，尤其是空气制动装置，只有在压缩空气的相对湿度低于 35% 的临界湿度条件下才能可靠的工作，在这个临界湿度下，即使空气中含有像酸一样的腐蚀性物质，空气制动装置也不会出现腐蚀现象。因此，在空气压缩机后需采用空气干燥器来将压缩空气的湿度降低到对车辆上用风设备无危害的程度。

VV120 型空气压缩机组（图 1）由三相交流电机驱动压缩机曲轴旋转，采用 2 级

活塞压缩、2 级空气冷却，润滑系统采用飞溅式润滑。飞溅式润滑是在连杆大头下端装设拨杆，利用运动零件的机械作用，将润滑油送至活塞与气缸的间隙和轴端的摩擦表面，增强密封作用，同时降低压缩机的摩擦功、摩擦热和零件的磨损，提高空气压缩机的机械效率。

空气干燥器为双塔形、无热再生吸附式干燥器（图2）。干燥器的 2 个干燥塔内

装有物理吸附特性的干燥剂，可从流经的压缩空气中吸走水分子。无热再生吸附式双塔干燥器的再生和吸附工作在 2 个塔中同时进行，当压缩空气在 1 个塔内通过

干燥剂进行干燥时，另 1 个塔内的干燥剂被干燥的空气吹扫进行再生处理。

图2表明空气干燥器处在工作状态中，干燥塔 a 处在干燥状态，干燥塔 b 处在再

生状态。在控制装置预先设定的时序控制下，通往 a 塔双活塞阀入口打开，通往

b 塔双活塞阀入口关闭。到达干燥塔a的饱和压缩空气里的油和冷凝物在通过油水分离器时被其丝网表面内“拉希格环”粘附，a 塔内的干燥剂吸附流动的压缩空气

里水分子，干燥后的压缩空气大部分到达出气口（出气口的空气湿度不大于35%），经由主风管输送，存储在主风缸及其他用风设备中。少部分干燥后的压

缩空气通过再生节流孔进入干燥塔 b（再生塔），吸收其饱和干燥剂表面的水分，经由双活塞阀排泄口排放到大气中，b 塔干燥剂再生。干燥器完成半个循环周期。经由同样的方式通过塔内各阀的切换完成干燥塔 b 吸附、干燥塔a 再生的下半个

循环周期。

图2中右边剖面图表示再生节流孔内部结构，再生节流孔孔径的大小控制再生过

程的用气量。孔径越大，参与再生的干燥空气越多，到达总风缸的干燥空气就越少，空气压缩机打风时间延长，空气压缩机工作周期增大。因此，再生节流阀孔径的大小影响空气压缩机工作周期和工作效率。

空气压缩机机油形成乳状液必须具有 3 个必要条件：一是必须有互不相溶（或不

完全相溶）的 2 种液体；二是 2 种混合液中应有乳化剂存在；三是要有形成乳化

液的能量，如强烈的搅拌、循环、流动等。

机油水汽、曲轴拨杆激烈搅拌、机油乳化剂是产生空气压缩机机油乳化的内在原因。地铁车辆空气压缩机工作周期不足也可导致机油乳化。

2.1 机油中水汽的存在

机油中水汽的存在，会加速油质的老化及产生乳化；同时会与油中添加剂作用，促使其分解，导致设备锈蚀。在空气压缩机中，发现机油中进水的主要原因是空气压缩机工作时潮湿的空气（春夏时节）以一定的速度通过空气过滤器内纤维层，较大的尘埃被纤维层拦截而分离，较小的杂质被空气过滤器纤维膜吸附，空气中的水分并没减少，而是直接进入压缩机，水汽在 2 个低压缸中经过压缩，温度升高，水

汽不会冷凝析出，低压缸中不会有水进入曲轴箱，水汽随空气进入低压缸压缩后经冷却器进入高压缸；当低压缸排出的压缩空气进入冷却器后经过冷却，当排气温度低于随空气的压力和湿度的升高而升高的压力露点温度（一定压力下水蒸气变为露

珠时候的温度）时，在中冷器管璧上就有冷凝水析出，并积存在空气压缩机冷却器下盖里，也有小部分冷凝水随压缩空气进入高压缸。如果高压缸组装或配件不良，水经活塞环下窜到曲轴箱内。空气压缩机工作过程中水汽会在高速转动的曲轴作用下混入机油中，使油中带水，导致机油乳化。此外，空气压缩机停止工作后曲轴箱内为负压，使得有空气中少量的水汽及混合水蒸气经油滤器通气孔进入曲轴箱，也为机油乳化留下隐患。

2.2 油品中的添加剂

机油添加剂（如抗氧化剂和防锈剂），大都是具有一定表面活性的化合物或混合物。在这些物质的分子结构中，一端是具有亲油性的非极性基团，另一端是具有一定表面活性的亲水性极性基团。虽然它们都溶解于油而不溶解于水，但在一定转速下极性基团对水就具有一定的亲合能力，增强了油水分离的难度，使油质乳化。因此，机油的品质也影响着空气压缩机的正常工作。

2.3 激烈搅拌

在空气压缩机高速旋转（955r/min 以上）时，在曲轴连杆大头拨油杆带动下，油和水被激烈而充分的搅拌，呈乳浊液态。此时，亲水的极性基团有了与水充分亲合的机会，当亲合力很大时，就会与水牢固的结合在一起。又由于亲油性的非极性基团能溶于油中，从而通过这种物质的作用使水和油结合在一起。因此，这时水就不能与油分离，即产生乳化现象。空气压缩机曲轴及拨杆的高速搅拌加剧了机油的乳化。机油中溶有空气，特别是在高温搅拌下，会加速油的氧化变质，油品气化变质而产生的环烷酸皂、胶体等物质都是乳化剂，使油更容易乳化。

2.4 空气压缩机工作周期不足

空气压缩机工作周期不足，工作效率= t / T × %，T 为列车从早晨出库到晚上回

到库内的 1 个运营周期；t 是在 1 个运营周期内空气压缩机累计工作时间，工作

效率低也是导致机油乳化的原因之一。地铁列车制动控制策略一般是优先采用电制