【壓縮機網】1.概述
為降低全壽命周期成本，優(yōu)化產品設計，提高機車可用率，選取運行里程在30萬公里以上的和諧電力機車空壓機，按照鐵路行業(yè)機車、動車組用空氣壓縮機組試驗方法 [1]進行性能測試，通過測試數(shù)據(jù)分析，研究空壓機的可靠性能。
2.試驗基本情況
在中車株洲電力機車有限公司的協(xié)助下，選取待檢修的HXD1型電力機車6臺空氣壓縮機，主要信息如表1所示，其中4臺空壓機出廠約14年，1臺空壓機出廠約13年，一臺空壓機出廠約8年，如表1。
2.1.空壓機結構和技術說明
TSA-230AD型空壓機屬于噴油雙螺桿空氣冷卻式壓縮機，主要由：驅動裝置（電機）、壓縮裝置（壓縮機體）和冷卻裝置（冷卻器）三個主要部件構成。采用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，帶動主機轉動進行空氣壓縮，通過噴油對主機內的壓縮空氣進行冷卻和密封，主機排出的空氣和油混合氣體經過粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來，最后得到潔凈的壓縮空氣[4]。
3.試驗測試情況
隨機選取HXD1機車在線運行超過230萬公里的6臺空壓機，按照螺桿空氣壓縮機全壽命周期驗證試驗試驗要求，根據(jù)機車、動車組用空氣壓縮機組試驗方法[1]進行驗證試驗，判定其是否滿足機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件標準的相關要求。
4.試驗結果分析
4.1.外觀及拆解檢查
4.1.1.整機外觀
TSA-230AD空壓機外觀存在大量灰塵，但無零部件缺失，無明顯損壞，未發(fā)現(xiàn)明顯漏油、漏氣現(xiàn)象。
4.1.2.潤滑油
正常狀態(tài)下的潤滑油，隨著機組的運行，顏色會從初始的淡黃色變?yōu)辄S色，機組運行時間越長，黃色越深并漸漸變?yōu)榧t棕色。正常狀態(tài)下的潤滑油，無論顏色的深淺，都應該是清澈透明的，不應出現(xiàn)乳濁液狀態(tài)。
潤滑油作為噴油式螺桿空氣壓縮機最主要部件之一。在機頭轉子嚙合時，潤滑油由噴油孔進入螺桿副之間，潤滑油包裹壓縮空氣通過螺桿型線間孔隙逐漸壓縮，不僅起到潤滑作用，而且具有密封、冷卻、降低噪音和振動的效果。同時在溫控閥的控制下，通過調解進入冷卻器內部油量，可以使機組運行溫度始終處于最佳工作溫度范圍內。
而被測空壓機內部潤滑油成墨汁顏色，并且渾濁，這將導致潤滑油的潤滑性、密封性、冷卻性能的降低，有可能導致空壓機機頭轉子的異常磨損，從而導致容積流量[3]降低、排氣溫度升高、機械振動烈度加劇、噪聲增加等問題。
4.1.3.冷卻器
經過拆解檢查清洗，冷卻器表面附著有大量灰塵，內部微小通道有較多雜物。而冷卻器作為空壓機冷卻系統(tǒng)中的核心部件，其內部管路堵塞或者冷卻表面減小，將直接影響空壓機的冷卻器效果，可導致空壓機工作溫度偏高，機組在較高的環(huán)境溫度下運行存在空壓機發(fā)生高溫保護而停機的風險。
4.1.4.空氣過濾器
空氣過濾器是通過多孔過濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以凈化的設備。 它把含塵量低的空氣凈化處理后送入空壓機，以保證機組內潤滑油的潔凈度。通過拆解被測空壓機，空氣過濾器內殼附著有大量的灰塵，過濾器芯和安全濾芯容灰量已接近飽和。
4.1.5.電機
電機作為空壓機的動力部件，通過電機軸帶動空壓機進行工作，由拆解檢查可知。電機軸前后端蓋處已經聚集了大量灰塵，不僅影響轉矩而且對電機散熱存在一定的影響。
4.1.6.軸承
電機軸承和機頭軸承表面存在較多油泥和雜質，這些異物進入軸承內部，將會影響軸承轉動，并導致軸承磨損，可導致機組異常噪音或者振動，嚴重時會發(fā)生軸承跑圈或者軸承卡死。
4.2. 容積流量[3]
空壓機出廠時的額定容積流量[3]為3.0m3/min,而被測的6臺空壓機的實際容積流量[3]都發(fā)生了不同程度的衰減，其中3臺機組（圖11紅色直方圖）低于鐵路行業(yè)標準要求的空壓機出廠要求。其主要原因為機頭陰陽轉子由于長時間的運轉而造成了磨損、磨耗；并且其機頭內部的間隙容積，由于受到機車長時間的沖擊振動及其機組自身的振動的影響，已經發(fā)生了尺寸變化。
空壓機的容積流量[3]是指在所要求的排氣壓力下，空壓機單位時間內排出的氣體容積，折算到進氣狀態(tài)的量，是空壓機性能最重要的指標。其數(shù)值直接關系空壓機的打風能力，空壓機實際容積流量[3]的下降將導致打風時間的延長。
4.3.機械振動烈度
振動烈度是表征振動強烈程度的參量，絕大多數(shù)機械設備的結構損壞都是由振動速度過大引起的，被測6臺機組，007AD231D號和007AD244D號兩臺空壓機電機測的振動烈度超過GB/T 7777-2003[5]的標準要求，空壓機在此振動烈度下長期運行存在空壓機軸承、轉子損壞的風險。
4.4.極限環(huán)境
經過試驗證明，在+55℃的環(huán)境倉內，3臺被測空壓機潤滑油溫度超過溫度開關設定值，空壓機被迫熱保護停機。其主要原因有：空壓機外表面被大量灰塵覆蓋導致自然散熱能力低；空壓機冷卻器內部不清潔和外部被灰塵覆蓋，導致強制風冷效果降低；潤滑油性能發(fā)生了變化，潤滑效果降低導致空壓機運轉溫度上升。因此經過230萬公里運行的部分空壓機在極限高溫+55℃條件下無法長期運行。
經過試驗證明，被測機組在-40℃的環(huán)境倉內，空壓機無法一次性啟動成功。其主要原因有：潤滑油性能發(fā)生了變化，一方面潤滑效果降低導致轉矩阻力增加，另一方面潤滑油的傾點隨著雜質的增多而升高，導致-40℃時潤滑油發(fā)生凝固；空壓機軸承等部件存在磨損，導致阻力增大。因此空壓機在-40℃環(huán)境條件下存放一段時間后，導致機組無法一次性正常啟動。
4.5.溫度保護
按照TB/T 2710.2-2015[1] 機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件標準，第4.4.9章節(jié)要求“螺桿空壓機應設置溫度保護開關，其潤滑油及壓縮空氣在未經冷卻器之前的極限溫度不應超過120℃。當達到該極限溫度時，螺桿空壓機應通過螺桿空壓機外部關聯(lián)電路的控制迫使其停機”，其主要目的為防止?jié)櫥秃拖鹉z部件長時間處于高溫狀態(tài)下降低其使用壽命，并且防止機組溫度高于潤滑油閃點溫度（ANDEROL 3057M潤滑油閃點260℃）存在爆燃風險。經過測試所有被測空壓機溫度開關動作數(shù)值均小于120℃。
4.6.排氣溫度
被測6臺空壓機在環(huán)境溫度約30℃條件下，空壓機穩(wěn)定運行后潤滑油溫度平均測試值96℃，與國家鐵路產品質量監(jiān)督檢驗中心對該型新品空壓機的測試溫度數(shù)據(jù)87.9℃比較，排氣溫度有所增加。其主要原因為：空壓機由于長時間的運行，空壓機效率的降低而導致了發(fā)熱量有所增加，同時由于空壓機冷卻器內部不清潔和外部被灰塵覆蓋，冷卻效果的降低從而導致了排氣溫度的升高。但是所有空壓機的測試數(shù)據(jù)都滿足TB/T2710.2標準120℃的要求，證明其控溫系統(tǒng)基本正常。
4.7.噪聲
被測6臺空壓機的噪聲聲功率符合標準規(guī)定≤106dB(A)的要求，空壓機運行基本正常，不會對周圍環(huán)境造成超過標準要求的噪聲污染。
4.8.壓力卸荷
被測6臺空壓機的壓力卸荷時間，經過測試都符合≤14s的標準規(guī)定，空壓機仍具有防背壓保護功能，可有效的防止空壓機因為高背壓啟動導致的電機燒毀或斷軸等故障。
4.9.接地電阻
被測6臺空壓機的接地電阻測量結果，都符合≤50mΩ的標準規(guī)定，空壓機接地導通良好。
4.10.絕緣電阻
被測6臺空壓機的絕緣電阻測量結果，都符合≥100MΩ的標準規(guī)定，空壓機絕緣良好。
4.11.啟停機正常
被測6臺空壓機在常溫工況下，每小時啟停機次數(shù)≥30次，持續(xù)時間8h，全部機組運行情況良好，無滲漏現(xiàn)象。
4.12.超負荷運行
被測6臺空壓機在1100kPa壓力下運行4小時，全部運行狀態(tài)良好，無部件損壞，無漏氣、漏油現(xiàn)象。
4.13.滲漏現(xiàn)象
被測6臺空壓機經過驗證，均不存在明顯的滲漏現(xiàn)象。
5.驗證結論
通過對在大秦線運行里程230萬公里以上HXD1電力機車空壓機的外觀檢查和性能測試，該狀態(tài)下空壓機的容積流量[3]發(fā)生了明顯衰減，將會導致機車打風時間延長。并且由于潤滑油的老化、旋轉部件的磨耗、空壓機冷卻效果的下降等原因，導致了空壓機在高溫下長期運行有發(fā)生熱保護而被迫停機的風險。同時空壓機也不能在-40℃低溫條件下一次性啟動成功，因此在特殊高低溫條件下，需先對采取措施才能正常使用。但經過檢查和測試，該狀態(tài)下的空壓機外觀完整，無零部件缺失或者損壞，無滲漏現(xiàn)象，接地導通良好，絕緣電阻滿足要求，且能夠在超負荷110%排氣壓力下正常工作，因此該狀態(tài)下的空壓機在常溫下除容積流量[3]部分機組發(fā)生衰減外，其它的工作性能是良好的。
參考文獻
[1] TB/T 2710.2-2015 機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件第2部分：螺桿空氣壓縮機組.
[2] TB/T 2711-2015 機車、動車組用空氣壓縮機組試驗方法.
[3] GB/T 15487-2015 容積式壓縮機流量測定方法.
[4] GB/T 4975-2018 容積式壓縮機術語總則.
[5] GB/T 7777-2003 容積式壓縮機機械振動測量與評價.
來源：本站原創(chuàng)
【壓縮機網】1.概述
為降低全壽命周期成本，優(yōu)化產品設計，提高機車可用率，選取運行里程在30萬公里以上的和諧電力機車空壓機，按照鐵路行業(yè)機車、動車組用空氣壓縮機組試驗方法 [1]進行性能測試，通過測試數(shù)據(jù)分析，研究空壓機的可靠性能。
2.試驗基本情況
在中車株洲電力機車有限公司的協(xié)助下，選取待檢修的HXD1型電力機車6臺空氣壓縮機，主要信息如表1所示，其中4臺空壓機出廠約14年，1臺空壓機出廠約13年，一臺空壓機出廠約8年，如表1。
2.1.空壓機結構和技術說明
TSA-230AD型空壓機屬于噴油雙螺桿空氣冷卻式壓縮機，主要由：驅動裝置（電機）、壓縮裝置（壓縮機體）和冷卻裝置（冷卻器）三個主要部件構成。采用聯(lián)軸器直聯(lián)傳動，帶動主機轉動進行空氣壓縮，通過噴油對主機內的壓縮空氣進行冷卻和密封，主機排出的空氣和油混合氣體經過粗、精兩道分離，將壓縮空氣中的油分離出來，最后得到潔凈的壓縮空氣[4]。
3.試驗測試情況
隨機選取HXD1機車在線運行超過230萬公里的6臺空壓機，按照螺桿空氣壓縮機全壽命周期驗證試驗試驗要求，根據(jù)機車、動車組用空氣壓縮機組試驗方法[1]進行驗證試驗，判定其是否滿足機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件標準的相關要求。
4.試驗結果分析
4.1.外觀及拆解檢查
4.1.1.整機外觀
TSA-230AD空壓機外觀存在大量灰塵，但無零部件缺失，無明顯損壞，未發(fā)現(xiàn)明顯漏油、漏氣現(xiàn)象。
4.1.2.潤滑油
正常狀態(tài)下的潤滑油，隨著機組的運行，顏色會從初始的淡黃色變?yōu)辄S色，機組運行時間越長，黃色越深并漸漸變?yōu)榧t棕色。正常狀態(tài)下的潤滑油，無論顏色的深淺，都應該是清澈透明的，不應出現(xiàn)乳濁液狀態(tài)。
潤滑油作為噴油式螺桿空氣壓縮機最主要部件之一。在機頭轉子嚙合時，潤滑油由噴油孔進入螺桿副之間，潤滑油包裹壓縮空氣通過螺桿型線間孔隙逐漸壓縮，不僅起到潤滑作用，而且具有密封、冷卻、降低噪音和振動的效果。同時在溫控閥的控制下，通過調解進入冷卻器內部油量，可以使機組運行溫度始終處于最佳工作溫度范圍內。
而被測空壓機內部潤滑油成墨汁顏色，并且渾濁，這將導致潤滑油的潤滑性、密封性、冷卻性能的降低，有可能導致空壓機機頭轉子的異常磨損，從而導致容積流量[3]降低、排氣溫度升高、機械振動烈度加劇、噪聲增加等問題。
4.1.3.冷卻器
經過拆解檢查清洗，冷卻器表面附著有大量灰塵，內部微小通道有較多雜物。而冷卻器作為空壓機冷卻系統(tǒng)中的核心部件，其內部管路堵塞或者冷卻表面減小，將直接影響空壓機的冷卻器效果，可導致空壓機工作溫度偏高，機組在較高的環(huán)境溫度下運行存在空壓機發(fā)生高溫保護而停機的風險。
4.1.4.空氣過濾器
空氣過濾器是通過多孔過濾材料的作用從氣固兩相流中捕集粉塵，并使氣體得以凈化的設備。 它把含塵量低的空氣凈化處理后送入空壓機，以保證機組內潤滑油的潔凈度。通過拆解被測空壓機，空氣過濾器內殼附著有大量的灰塵，過濾器芯和安全濾芯容灰量已接近飽和。
4.1.5.電機
電機作為空壓機的動力部件，通過電機軸帶動空壓機進行工作，由拆解檢查可知。電機軸前后端蓋處已經聚集了大量灰塵，不僅影響轉矩而且對電機散熱存在一定的影響。
4.1.6.軸承
電機軸承和機頭軸承表面存在較多油泥和雜質，這些異物進入軸承內部，將會影響軸承轉動，并導致軸承磨損，可導致機組異常噪音或者振動，嚴重時會發(fā)生軸承跑圈或者軸承卡死。
4.2. 容積流量[3]
空壓機出廠時的額定容積流量[3]為3.0m3/min,而被測的6臺空壓機的實際容積流量[3]都發(fā)生了不同程度的衰減，其中3臺機組（圖11紅色直方圖）低于鐵路行業(yè)標準要求的空壓機出廠要求。其主要原因為機頭陰陽轉子由于長時間的運轉而造成了磨損、磨耗；并且其機頭內部的間隙容積，由于受到機車長時間的沖擊振動及其機組自身的振動的影響，已經發(fā)生了尺寸變化。
空壓機的容積流量[3]是指在所要求的排氣壓力下，空壓機單位時間內排出的氣體容積，折算到進氣狀態(tài)的量，是空壓機性能最重要的指標。其數(shù)值直接關系空壓機的打風能力，空壓機實際容積流量[3]的下降將導致打風時間的延長。
4.3.機械振動烈度
振動烈度是表征振動強烈程度的參量，絕大多數(shù)機械設備的結構損壞都是由振動速度過大引起的，被測6臺機組，007AD231D號和007AD244D號兩臺空壓機電機測的振動烈度超過GB/T 7777-2003[5]的標準要求，空壓機在此振動烈度下長期運行存在空壓機軸承、轉子損壞的風險。
4.4.極限環(huán)境
經過試驗證明，在+55℃的環(huán)境倉內，3臺被測空壓機潤滑油溫度超過溫度開關設定值，空壓機被迫熱保護停機。其主要原因有：空壓機外表面被大量灰塵覆蓋導致自然散熱能力低；空壓機冷卻器內部不清潔和外部被灰塵覆蓋，導致強制風冷效果降低；潤滑油性能發(fā)生了變化，潤滑效果降低導致空壓機運轉溫度上升。因此經過230萬公里運行的部分空壓機在極限高溫+55℃條件下無法長期運行。
經過試驗證明，被測機組在-40℃的環(huán)境倉內，空壓機無法一次性啟動成功。其主要原因有：潤滑油性能發(fā)生了變化，一方面潤滑效果降低導致轉矩阻力增加，另一方面潤滑油的傾點隨著雜質的增多而升高，導致-40℃時潤滑油發(fā)生凝固；空壓機軸承等部件存在磨損，導致阻力增大。因此空壓機在-40℃環(huán)境條件下存放一段時間后，導致機組無法一次性正常啟動。
4.5.溫度保護
按照TB/T 2710.2-2015[1] 機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件標準，第4.4.9章節(jié)要求“螺桿空壓機應設置溫度保護開關，其潤滑油及壓縮空氣在未經冷卻器之前的極限溫度不應超過120℃。當達到該極限溫度時，螺桿空壓機應通過螺桿空壓機外部關聯(lián)電路的控制迫使其停機”，其主要目的為防止?jié)櫥秃拖鹉z部件長時間處于高溫狀態(tài)下降低其使用壽命，并且防止機組溫度高于潤滑油閃點溫度（ANDEROL 3057M潤滑油閃點260℃）存在爆燃風險。經過測試所有被測空壓機溫度開關動作數(shù)值均小于120℃。
4.6.排氣溫度
被測6臺空壓機在環(huán)境溫度約30℃條件下，空壓機穩(wěn)定運行后潤滑油溫度平均測試值96℃，與國家鐵路產品質量監(jiān)督檢驗中心對該型新品空壓機的測試溫度數(shù)據(jù)87.9℃比較，排氣溫度有所增加。其主要原因為：空壓機由于長時間的運行，空壓機效率的降低而導致了發(fā)熱量有所增加，同時由于空壓機冷卻器內部不清潔和外部被灰塵覆蓋，冷卻效果的降低從而導致了排氣溫度的升高。但是所有空壓機的測試數(shù)據(jù)都滿足TB/T2710.2標準120℃的要求，證明其控溫系統(tǒng)基本正常。
4.7.噪聲
被測6臺空壓機的噪聲聲功率符合標準規(guī)定≤106dB(A)的要求，空壓機運行基本正常，不會對周圍環(huán)境造成超過標準要求的噪聲污染。
4.8.壓力卸荷
被測6臺空壓機的壓力卸荷時間，經過測試都符合≤14s的標準規(guī)定，空壓機仍具有防背壓保護功能，可有效的防止空壓機因為高背壓啟動導致的電機燒毀或斷軸等故障。
4.9.接地電阻
被測6臺空壓機的接地電阻測量結果，都符合≤50mΩ的標準規(guī)定，空壓機接地導通良好。
4.10.絕緣電阻
被測6臺空壓機的絕緣電阻測量結果，都符合≥100MΩ的標準規(guī)定，空壓機絕緣良好。
4.11.啟停機正常
被測6臺空壓機在常溫工況下，每小時啟停機次數(shù)≥30次，持續(xù)時間8h，全部機組運行情況良好，無滲漏現(xiàn)象。
4.12.超負荷運行
被測6臺空壓機在1100kPa壓力下運行4小時，全部運行狀態(tài)良好，無部件損壞，無漏氣、漏油現(xiàn)象。
4.13.滲漏現(xiàn)象
被測6臺空壓機經過驗證，均不存在明顯的滲漏現(xiàn)象。
5.驗證結論
通過對在大秦線運行里程230萬公里以上HXD1電力機車空壓機的外觀檢查和性能測試，該狀態(tài)下空壓機的容積流量[3]發(fā)生了明顯衰減，將會導致機車打風時間延長。并且由于潤滑油的老化、旋轉部件的磨耗、空壓機冷卻效果的下降等原因，導致了空壓機在高溫下長期運行有發(fā)生熱保護而被迫停機的風險。同時空壓機也不能在-40℃低溫條件下一次性啟動成功，因此在特殊高低溫條件下，需先對采取措施才能正常使用。但經過檢查和測試，該狀態(tài)下的空壓機外觀完整，無零部件缺失或者損壞，無滲漏現(xiàn)象，接地導通良好，絕緣電阻滿足要求，且能夠在超負荷110%排氣壓力下正常工作，因此該狀態(tài)下的空壓機在常溫下除容積流量[3]部分機組發(fā)生衰減外，其它的工作性能是良好的。
參考文獻
[1] TB/T 2710.2-2015 機車、動車組用空氣壓縮機組技術條件第2部分：螺桿空氣壓縮機組.
[2] TB/T 2711-2015 機車、動車組用空氣壓縮機組試驗方法.
[3] GB/T 15487-2015 容積式壓縮機流量測定方法.
[4] GB/T 4975-2018 容積式壓縮機術語總則.
[5] GB/T 7777-2003 容積式壓縮機機械振動測量與評價.
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