制动系统螺杆式空压机过热故障浅析.docx

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摘 要： 本文针对制动系统螺杆式空压机过热故障，从各方面开展分析研究，获取故障的根本原因，并针对根本原因开展应对措施。进一步地，以案例为出发点，制定方案，对隐患进行提前预报警研究，有效规避风险，从而消除故障。
Keys：空压机、过热故障、运转率
1 引言
某地铁项目车辆运维过程中，发现制动系统螺杆式空压机报出过热故障信息。经调查分析，过热空压机供风性能下降明显，给车辆充气时间明显较正常充气时间可至3倍以上，油样检查可观察到明显的金属杂质，底部存在明显水珠。为调查车辆制动系统空压机过热的原因，从故障车辆调查、故障空压机返厂拆检分析、空压机制造质量管控、空压机运转率等方面进行详细的调查。
2 原因分析
原理分析
该地铁项目采用八编组，具体型式为A1-B1-C1-D1-D2-C2-B2-A2，制动主空压机采用冗余设计方案，在B1以及B2车上各布置一台，正常情况下，主空压机启动采用单/双日控制模式，奇数日为B1 车上的主空压机工作，偶数日为B2 车上的主空压机工作。当TCMS 通过MVB 信号检测到总风压力低于设定值时，启动单主空压机工作模式，TCMS发送启动空压机命令，空压机控制继电器吸合，进而控制空压机接触器得电吸合，空压机得电启动，当总风压力到达阈值时主空压机停止工作。当TCMS 控制主空压机启动空压机启动指令后，若“主空压机工作请求状态”仍为低电平，则表示对应主空压机故障，HMI报“主空压机过热，已停止工作”信息。
相关开关、继电器及线路检查
压力开关、温度开关、高温熔断器，确认静态导通正常。电气接线未见虚接、脱落等异常现象。进一步对制动主空压机供电电路进行检查无异常，检查继电器接线无异常，继电器及接触器工作正常。
空压机检查
检查故障车辆空压机油位正常且无渗漏油、空气滤芯及真空指示器正常、散热部分无明显积尘；功能试验主压缩机打气从设定值至阈值耗时7 分30 秒（标
准5 分钟内）异常；取制动空压机油分析，油样呈紫色（正常），油内存在大量金属杂质，磁铁正常吸取。
故障空压机返厂拆检情况
返厂油样检测与现场结果一致，通过测试风源流量，³/min， m³/min±6%，流量不合格。检查内部各部件情况，空气过滤粗滤芯表面状态良好，精滤芯状态较差，油过滤器外观检查无异常，油气分离器胶条颜色较深，转子进气口及主壳体内腔有明显锈迹。拆除转子上端盖，端盖内壁有锈迹，检查平轴承安装位置也有锈迹。拆除螺杆主机排气侧端盖，检查锁紧螺母状态，阴阳转子排气侧锁紧螺母紧固状态正常，碟簧位置有明显锈迹。将主壳体移出，检查吸气侧壳体表面状态，阴转子与主壳体端面（进气端）出现严重磨损，检查转子表面状态，阴转子进气端有异常磨损，出气端无异常，阳转子两端均无明显异常，阴阳转子接触表面无明显磨损痕迹。检查排气侧端盖表面状态，表面有锈蚀。检查轴承，阴转子侧推力轴承异常磨，阳转子侧推力轴承状态正常。
经过对转子的拆解，发现转子壳体内壁有明显锈蚀，阴转子与壳体上、下端面发生磨损，阴阳转子间接触表面磨损，由于螺杆主机转子正常工作时，阴阳转子之间是间隙配合，且接触表面是有油膜起到润滑、密封作用，保证压缩过程气体不会发生径向泄漏，但当表面发生磨损后，阴阳转子之间的间隙变大，会导致气体在压缩过程中产生经向泄漏，导致压缩机排气量不足；而且螺杆主机转子正常工作时，在压力作用下，阴转子会向吸气侧发生了轴向移动，而当吸气侧与壳体端面发生异常磨损后，引起转子排气侧与壳体端面间隙逐渐变大，导致转子产生的压缩空气顺着间隙泄走，而无法汇集到排气口排出转子；壳体内壁磨损也会导致转子与壳体间的间隙变大，压缩空气顺着间隙泄走；所以空压机表现为流量低，当磨损持续加剧时，甚至会导致机体内温度上升，引起高温报警。
空压机制造质量控制情况
空压机使用的转子为整体进口部件，供应商为德国Jacklin，转子部件会附带有合格证明；转子随机组组装为空压机、风源装置之后，均会进行例行试验，测试合格。制动空压机只使用安德鲁3057此一种润滑油，并无其他润滑油的使用情况。
空压机运转率调查分析
根据列车运行数据，从空压机开始启动到停机计为空压机运转时间，空压机开始停机到空压机开始启动计为空压机停机时间。经过对对空压机启停等相关数据进行统计, 空压机单次运转时间在4~5 分钟范围内，空压机单次停机时间在24~28 分钟范围内，%。
故障原因总结分析
结合故障空压机拆检内部均出现锈蚀、磨损的情况，转子异常磨损引起油路温度升高，运转温度保护回路温度开关动作导致车辆报主空压机过热故障。进一步地，由于车辆运行线路乘客较少，空压机运转率低，初步统计空压机运转率不足20%，导致空压机油中水分含量高且未能及时排出，机组内部长期有水导致相关铁制部件锈蚀，进而导致磨损。
3 解决方案
针对取样润滑油中存在明显铁屑及水分的空压机采取更换润滑油及油过滤器等措
施的临时处理方案，避免空压机内部进一步磨损。
针对取样润滑油普查中存在明显铁屑及水分，内部转子可能已经存在磨损问题的空
压机，按照紧急严重程度依次返厂进行拆检及返工。
针对目前车辆制动系统空压机运转率较低以及空压机机组内部水分较多造成锈蚀
的问题，组织调整干燥器再生塔喷嘴直径的优化方案：增大双塔干燥器的再生耗气量，进而降低风源装置排量，从而可以有效延长风源装置的单次打风时间，以此来提高风源装置的运转率。风源装置需保证一定的运转率（风源运转率=风源运行时间÷车辆运行时间），才可以保证机组温度，使得机体内的水分有效随压缩空气排出机体。同时可以采取车辆结束运行回库后，适当打开车辆总风缸排水塞门，操作风源装置
连续运行一定时间的优化方案，使得机体内当天积聚的水分在机体温度升高后，随压缩空气排出机体。
4预防方案
针对车辆不同运营周期，特别是开通初期，载客量不足时，车辆运行过程中空簧耗气量较小，容易发生运转率不足隐患，通过TCMS收集数据，增加运转率评判机制，在HMI或者通过车地数据传输，及时给车辆运维提供预报警机制，提前采取措施，有效规范风险隐患发生。
5总结
本文从制动系统主空压机过热故障，透过层层现象，明确故障的根本原因，通过采取有效措施，控制故障影响及消除隐患，进一步通过预报警模型，有效规避风险，为其余的运营线路，特别是新开通线路提供很好的借鉴意义。
Reference
[1]陈创希《螺杆式空压机的结构及故障分析》装备制造技术2023年
[2]王健《城市轨道交通电机械制动系统总体设计方案和关键技术研究》城市轨道交通研究2021年
[3]孙艺洋《浅析城市轨道交通车辆制动系统检修方案》科技创新导报2016年

 
-全文完-