許榮斌 郭志剛 徐祥暉 祝啟鵬 李 亮

(南京中車浦鎮(zhèn)海泰制動設(shè)備有限公司 江蘇 南京 211800)

軌道交通用供風(fēng)裝置為列車制動系統(tǒng)提供干燥、潔凈的壓縮空氣。目前，螺桿式供風(fēng)裝置在軌道交通制動系統(tǒng)中廣泛使用，由空氣產(chǎn)生模塊、空氣后處理模塊、電控模塊及集成吊架等組成[1]。

螺桿式供風(fēng)裝置內(nèi)空氣產(chǎn)生模塊的核心部件為螺桿式空氣壓縮機(jī)及電機(jī)。為延長壓縮機(jī)驅(qū)動電機(jī)的使用壽命，軌道交通用螺桿式供風(fēng)裝置設(shè)有卸荷模塊。壓縮機(jī)停機(jī)后，卸荷模塊及時將壓縮機(jī)及油氣分離罐內(nèi)的壓力降至允許啟動壓力，確保壓縮機(jī)空載啟動。本文通過試驗測試，分析螺桿式供風(fēng)裝置卸荷過程中的壓力特性及卸荷時長的影響因素，排查卸荷異常故障。

1 卸荷模塊組成及卸荷原理介紹

1.1 卸荷模塊組成

螺桿式供風(fēng)裝置中空氣產(chǎn)生模塊的流程圖如圖1所示，卸荷模塊由卸荷電磁閥、節(jié)流栓、卸荷壓力開關(guān)及卸荷管路組成。卸荷電磁閥用于控制卸荷管路通斷，節(jié)流栓用于控制卸荷回路排氣速率，卸荷壓力開關(guān)用于判斷壓縮機(jī)中氣體壓力是否滿足要求。壓縮機(jī)啟動則卸荷電磁閥使卸荷管路隔斷，壓縮機(jī)可正常建立工作壓力；壓縮機(jī)停止則卸荷電磁閥使卸荷管路貫通，壓縮機(jī)及油氣分離罐內(nèi)的壓縮空氣通過卸荷回路及空氣后處理模塊排出。

圖1 空氣產(chǎn)生模塊工作流程圖

1.2 卸荷工作原理

供風(fēng)裝置接收到停止工作信號，電機(jī)停止工作，同時卸荷電磁閥使卸荷管路貫通，壓縮機(jī)和油氣分離罐內(nèi)的壓縮空氣經(jīng)卸荷回路中卸荷電磁閥、節(jié)流栓以及最小壓力閥后端的空氣后處理設(shè)備卸載至允許啟動壓力300 kPa，確保壓縮機(jī)再次啟動為空載啟動。為保證供風(fēng)裝置可再次及時啟動，確保列車用風(fēng)需求，壓縮機(jī)內(nèi)壓力卸載至允許啟動壓力的時間t≤14 s[2]。

卸荷過程中，壓縮機(jī)及油氣分離罐內(nèi)壓力下降，導(dǎo)致潤滑油中空氣溶解度下降[3]，空氣從潤滑油中析出。若卸荷過快，潤滑油中空氣析出產(chǎn)生的油泡無法及時破滅，油泡可能淹沒油分芯，導(dǎo)致潤滑油進(jìn)入油分芯內(nèi)，消耗潤滑油、污染油分芯、降低壓縮空氣質(zhì)量。因此，壓縮機(jī)內(nèi)壓力卸載至允許啟動壓力的時間大于t1(不同壓縮機(jī)和油氣分離罐結(jié)構(gòu)，t1時間不同，本文所述t1=8 s)。

2 卸荷壓力特性分析

2.1 試驗方法

如圖1所示，分別在卸荷管路、油氣分離罐注油口、空氣產(chǎn)生模塊排出口設(shè)有壓力傳感器。壓力傳感器1布置在測點(diǎn)1用于測量卸荷管路入口壓力；壓力傳感器2布置在測點(diǎn)2用于測量油氣分離罐內(nèi)壓力(油分芯入口側(cè))；壓力傳感器3布置在測點(diǎn)3用于測量空氣產(chǎn)生模塊排出口壓力。當(dāng)空氣產(chǎn)生模塊排出口壓力上升至0.96 MPa，電機(jī)失電停止工作時，采集上述過程中各測點(diǎn)壓力。

2.2 正常卸荷

如圖2所示，空氣產(chǎn)生模塊排出口壓力升至0.96 MPa，電機(jī)失電停止工作，經(jīng)過13 s壓縮機(jī)及油氣分離罐內(nèi)壓力下降至0.3 MPa，卸荷時間符合要求。

圖2 卸荷過程中測點(diǎn)壓力變化曲線

如上圖所示，在壓力上升階段，各時刻測點(diǎn)壓力基本相同；在壓力下降階段(壓縮機(jī)停止工作)，各測點(diǎn)壓力先同步下降，后空氣產(chǎn)生模塊排出壓力下降速率與卸荷回路及油氣分離罐內(nèi)壓力下降速率出現(xiàn)差異。該壓力下降速率出現(xiàn)差異時刻最小壓力閥關(guān)閉，此時空氣產(chǎn)生模塊排出口與油氣分離罐及卸荷回路被最小壓力閥隔離，壓縮機(jī)及油氣分離罐內(nèi)的壓縮空氣通過卸荷回路排出，最小壓力閥后端壓縮空氣通過空氣后處理模塊排出。

從上述分析可以看出，卸荷過程由兩個階段組成：共同卸荷階段、隔離卸荷階段，壓力變化特性如表1所示。

表1 卸荷過程測點(diǎn)壓力變化

卸荷時長可表示為:

t=t1+t2

式中：t1為共同卸荷階段耗時，t2為隔離卸荷階段耗時。

式中：Ps為空氣產(chǎn)生模塊停機(jī)壓力，Pc為最小壓力閥關(guān)閉壓力，P0為大氣壓力，Vall為供風(fēng)裝置內(nèi)可儲存壓縮空氣總?cè)莘e，vall為停機(jī)總排氣流量。

式中：V為壓縮機(jī)、油氣分離罐及連接管路總?cè)莘e，vd為停機(jī)卸荷回路排氣流量。

對于特定的供風(fēng)裝置，其可儲存的壓縮空氣總?cè)莘e及壓縮機(jī)、油氣分離罐和連接管路容積不變，卸荷時長t由最小壓力閥關(guān)閉壓力Pc及停機(jī)排氣流量vall、vd決定。

2.3 卸荷異常

如圖3所示，空氣產(chǎn)生模塊排出口壓力升至0.96 MPa，電機(jī)失電停止工作，經(jīng)29.6 s油氣分離罐內(nèi)壓力下降至0.3 MPa，不符合卸荷時間不大于14 s的要求。

圖3 卸荷異常各測點(diǎn)壓力變化曲線

如上圖所示，在卸荷階段，卸荷回路壓力與油氣分離罐壓力同步下降，但壓力值存在較大差異，與正常卸荷壓力特性不符。進(jìn)一步分析油氣分離罐與卸荷回路壓差，卸荷階段上述壓差最高可達(dá)0.27 MPa，如圖4所示。根據(jù)上述分析可知，油氣分離罐測點(diǎn)與卸荷回路測點(diǎn)存在較大流阻，即油分芯或者卸荷管路堵塞。

圖4 油氣分離罐與卸荷回路壓差變化曲線

圖3中，壓力上升階段，油氣分離罐壓力、空氣產(chǎn)生模塊排出口壓力基本一致，可判斷油分芯流阻正常。檢查卸荷回路管路，卸荷管路入口處有一異物，具體位置如圖5所示。

圖5 卸荷管路被異物堵塞

3 結(jié)論

(1)軌道交通用螺桿式供風(fēng)裝置停機(jī)后，為確?？稍俅渭皶r啟動，壓縮機(jī)內(nèi)壓力卸載至允許啟動壓力的時間不大于14 s；為避免卸荷過快導(dǎo)致潤滑油泡進(jìn)入油分芯，壓力卸載至允許啟動壓力的時間大于t1(t1由壓縮機(jī)及油氣分離罐結(jié)構(gòu)決定)。

(2)油氣分離罐出口的最小壓力閥使卸荷過程分為兩個階段：共同卸荷階段、隔離卸荷階段。共同卸荷階段，油氣分離罐壓力、卸荷回路壓力、空氣產(chǎn)生模塊排出口壓力同步下降，壓力值基本相同；隔離卸荷階段，油氣分離罐壓力、卸荷回路壓力同步下降，壓力值基本相同。

(3)供風(fēng)裝置結(jié)構(gòu)確定的情況下，卸荷時長可通過停機(jī)總排氣流量、停機(jī)卸荷排氣流量及最小壓力閥關(guān)閉壓力進(jìn)行調(diào)節(jié)。