【壓縮機網】1.概述
為降低全壽命周期成本，優化產品設計，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，通過測試數據分析，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。采用聯軸器直聯傳動，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，未發現明顯漏油、漏氣現象。
4.1.2.潤滑油
正常狀態下的潤滑油，隨著機組的運行，顏色會從初始的淡黃色變為黃色，機組運行時間越長，黃色越深并漸漸變為紅棕色。正常狀態下的潤滑油，無論顏色的深淺，都應該是清澈透明的，不應出現乳濁液狀態。
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，機組在較高的環境溫度下運行存在空壓機發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，折算到進氣狀態的量，是空壓機性能最重要的指標。其數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.極限環境
經過試驗證明，在+55℃的環境倉內，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電路的控制迫使其停機”，其主要目的為防止潤滑油和橡膠部件長時間處于高溫狀態下降低其使用壽命，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值均小于120℃。
4.6.排氣溫度
被測6臺空壓機在環境溫度約30℃條件下，空壓機穩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督檢驗中心對該型新品空壓機的測試溫度數據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據都滿足TB/T2710.2標準120℃的要求，證明其控溫系統基本正常。
4.7.噪聲
被測6臺空壓機的噪聲聲功率符合標準規定≤106dB(A)的要求，空壓機運行基本正常，不會對周圍環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≥30次，持續時間8h，全部機組運行情況良好，無滲漏現象。
4.12.超負荷運行
被測6臺空壓機在1100kPa壓力下運行4小時，全部運行狀態良好，無部件損壞，無漏氣、漏油現象。
4.13.滲漏現象
被測6臺空壓機經過驗證，均不存在明顯的滲漏現象。
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，該狀態下空壓機的容積流量[3]發生了明顯衰減，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，該狀態下的空壓機外觀完整，無零部件缺失或者損壞，無滲漏現象，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，因此該狀態下的空壓機在常溫下除容積流量[3]部分機組發生衰減外，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
【壓縮機網】1.概述
為降低全壽命周期成本，優化產品設計，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，通過測試數據分析，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。采用聯軸器直聯傳動，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，未發現明顯漏油、漏氣現象。
4.1.2.潤滑油
正常狀態下的潤滑油，隨著機組的運行，顏色會從初始的淡黃色變為黃色，機組運行時間越長，黃色越深并漸漸變為紅棕色。正常狀態下的潤滑油，無論顏色的深淺，都應該是清澈透明的，不應出現乳濁液狀態。
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，機組在較高的環境溫度下運行存在空壓機發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，折算到進氣狀態的量，是空壓機性能最重要的指標。其數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.極限環境
經過試驗證明，在+55℃的環境倉內，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電路的控制迫使其停機”，其主要目的為防止潤滑油和橡膠部件長時間處于高溫狀態下降低其使用壽命，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值均小于120℃。
4.6.排氣溫度
被測6臺空壓機在環境溫度約30℃條件下，空壓機穩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督檢驗中心對該型新品空壓機的測試溫度數據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據都滿足TB/T2710.2標準120℃的要求，證明其控溫系統基本正常。
4.7.噪聲
被測6臺空壓機的噪聲聲功率符合標準規定≤106dB(A)的要求，空壓機運行基本正常，不會對周圍環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≥30次，持續時間8h，全部機組運行情況良好，無滲漏現象。
4.12.超負荷運行
被測6臺空壓機在1100kPa壓力下運行4小時，全部運行狀態良好，無部件損壞，無漏氣、漏油現象。
4.13.滲漏現象
被測6臺空壓機經過驗證，均不存在明顯的滲漏現象。
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，該狀態下空壓機的容積流量[3]發生了明顯衰減，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，該狀態下的空壓機外觀完整，無零部件缺失或者損壞，無滲漏現象，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，因此該狀態下的空壓機在常溫下除容積流量[3]部分機組發生衰減外，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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