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螺杆式空气压缩机(简称螺杆空压机)主要由气路、油路、控制管路和水路(若是水冷机型)等组成。其中的油路在空压系统中至关重要,螺杆机很多关键部件特别需要润滑油来完成轴承润滑、系统清洁、减震、密封和传导散热。多年来,空压机主机尺寸不断缩小,转速越来越快,集成度越来越高,从而推高了内部温度并增加了润滑油必须承受的压力。
简要了解一下油路系统的主要组件,以及与之相关的常见问题,有助于我们在日常操作、维护过程中更好地对系统进行理解、排查。需要注意的是,虽然螺杆空压机油路系统中的主要部件都可以在设备上找到,但品牌、系列、机型不同,它们在系统中的位置可能有所不同。因此,本文所述内容仅供参考,具体螺杆空压机产品还需根据具体设备分析,正如下边组成空压机组系统的流程简图,仅为某一种设备示意所用。
油气桶
在常规的喷油螺杆空压机上,停机的时候大部分润滑油停留在三个位置,即油气桶底部、压缩机和油冷却器中。
油气桶(又称为油分罐)是螺杆空压机必不可少的一个装置,是将压缩后的油气混合物分离的一个压力容器,内有油分芯、回油管、安全阀、最小压力阀、压力表等安装在罐体上。对于螺杆空压机来说,油气桶可以说是油路的起点。从图中可以看出,润滑油通常位于罐状气缸的下部,有时该气缸还装有用于空气/油分离的组件。
大多数与油气桶相关的问题都源于水,如果由于油温低而在油气桶中积聚了一定量的水,或者分离过程未能将水从压缩空气中蒸发,它会在很长一段时间内持续对润滑产生不利影响。比如,不仅会导致空压机需要润滑的部位生锈、磨损,而且会引起油气桶底部腐蚀,导致金属颗粒物污染。油气桶底部通常是整个空压系统的较低点,因此也存在空气中的污染物或颗粒物通过入口被吸收、分离并积聚在油气桶底部的风险。如果发生这种情况时,润滑油会在油液分析中显示出高颗粒数或多余的金属物,如此一来,即便更换了新润滑油后也会误导判断,以为是其他部位有问题。由于这些杂质常常沉淀在油气桶底部,因此换油并不能非常有效地去除它们。当然,我们可以通过观察润滑油的含水量分析来做保养,确保最大程度地减少过多水分的夹带。
油滤清器
空压机开机后,在最小压力阀的作用下油气桶快速建立压力,推动润滑油开始循环。油分桶底部的润滑油,流经过滤器底座外侧的小入口通道,在巧妙的设计下,被迫通过过滤器外壳封闭侧附近的开口,在过滤器滤除油中的杂质。润滑油过滤器在去除通过进气口吸入时可能从外部大气中吸进的固体颗粒物等方面非常有效,当然,滤芯也能捕捉润滑油中携带的从零部件上摩擦形成的铁屑和润滑油结焦体。
许多过滤器在入口内部设置了一个弹簧加载阀,当润滑油太稠而无法有效通过时,该阀将打开让油绕过。这样设计的过滤器还有一个额外的好处,就是在润滑油温度低且粘度较高的情况下能够保护空压机免于缺油而出现干摩擦和高温。
因此,过滤器是非常关键的维护项目,必须定期更换以确保油分桶底部无颗粒物。如果过滤器被部分或完全堵塞,会导致系统缺乏润滑油,造成设备严重损坏。
温控阀
温控阀又称恒温阀。众所周知,不管使用哪种润滑油,其均有最佳运行温度范围,超温或者低温运行,都会出现相应的不利后果,比如不能建立油膜或润滑油粘度过大。对于螺杆空压机来说,润滑油的温度在70~85℃之间最佳。当空压机久置之后启动时油温只与环境温度相当,为了让空压机顺利启动,温控阀会将润滑油直接引导到主机而不经过油冷却器。这将确保润滑油快速升温,达到理想的工作温度。一旦润滑油达到可接受的工作温度,温控阀将引导油流到油冷却器以保持该工作温度并确保油不会过热。
正常情况下,温控阀并不属于容易损坏的部件,只有在一些特殊情况下,该阀门可能会被润滑油中可能存在的异物堵塞。因为如上图所见,该阀门通常位于油滤清器的后方,流经的润滑油经过了过滤。但是,日积月累之下因润滑油造成的脏堵无法彻底杜绝,我们就需要定期清理和保养该阀门。
除润滑油原因之外,此处发生故障还可能与阀门自身相关。比如阀门的执行部件失效、控制器通信不佳等导致阀门卡涩,润滑油一直保持旁路打开,从而导致润滑油很快高温。
油冷却器
螺杆空压机的排气温度过高,会引起跳闸、积碳、效率降低甚至损坏零部件。控制喷油螺杆空压机排气温度的关键措施之一就是控制润滑油的温度。由于参与压缩过程的润滑油在工作中受到了极大的摩擦,承受了压缩热导致的温升,因此润滑油温度会非常高。温度会对润滑油产生许多负面影响,比如会缩短添加剂的寿命,而添加剂的关键性作用就是提高剪切强度、改变粘度、防止过度发泡等。除此之外,对润滑油的基础油本身也会造成伤害,如果过热会造成酸度变高,而酸会造成漆膜堵塞组件、降低效率,造成设备严重损坏。
风冷式空压机
大多数风冷式空气压缩机都有一个大排量风扇,主要作用是从润滑油中带走大量热量。相比水冷机,风扇可以让机柜内的所有组件散热,而不仅仅局限于散热器。优秀的风冷机匹配,会在冷却器、风扇和机柜本身的设计中通过大量的工程设计,用以确保优化气流来散热。
而我们运维人员要做的事,就是必须定时清洁和维护这些冷却器,确保散热效果。风冷式空压机的冷却器外表面常常因为聚集了过多的灰尘或其它碎屑,导致传热效果打折扣,从而导致油温升高。简单地对冷却器进行吹扫,清除积灰会对空压机的工作温度产生巨大影响。另外,油泥会积聚在冷却器管壁上,让润滑油与冷却器内壁绝缘,从而导致散热效果变差,这通常需要专用的清洗剂进行清洗。
水冷式空压机
水冷式空压机的常见问题之一是冷却水水质,根据GB-《压缩空气站设计规范》7.0.4空气压缩机及其冷却器冷却水的水质标准,应符合现行国家标准《工业循环冷却水处理设计规范》GB的有关规定。很多企业为了节省投入,常常直接采用自来水或其它工艺流程循环水作为空压机的冷却水,长期使用之后水中钙镁离子浓度增加,形成水垢,导致散热效果变差。另一个常见问题是冷却水温度,可能温度太低,导致压缩空气中冷凝水增多;或者温度不够低,导致油温高。另外,冷却水水压低,可能是循环水悬浮颗粒物浓度超标,导致进水管道过滤器上滤网被堵塞。
断油阀
一般来说,空压机断油阀安装在空压机主机排气口下端。空压机开机后断油阀打开,通过油过滤器的润滑油进入主机;当空压机停机后断油阀关闭,切断供油。断油阀主要就是用来控制主油路进入空压机机头的一个开关,在空压机停机时切断给主机的供油,避免润滑油从主机口喷出,防止停机瞬间出现油倒流的情况。如果没有这个阀门,可能会在主机运行压力非常低或完全用尽润滑油,或者当压力损失时油可能会倒流。
空气/油分离器
空气经过空压机主机压缩,会排出温度极高的空气、油和水的混合物,接下来需要分离出下游能使用的压缩空气成品,同时将润滑油回收到油气桶,并去除压缩空气中产生的水蒸气和液态水,这项复杂的任务将由空气/油分离器执行。油气混合物一般在分离器外部旋转,通过离心效应可将大部分润滑油分离,在重力作用下滴落到气缸内部并回到底部,而压缩空气从分离器上部排出。润滑油将开始下一个循环。
空压机主机
事实上,油路的核心节点之一就是空压机的机头。在这个环节之中,将把高速旋转的转子包裹在喷入腔内的润滑油中,在转子和壳体之间形成一层薄油膜,防止阴阳转子、转子与壳体直接接触。润滑油在此过程将获得极高的温度,它会通过将温度带出并远离主机来减轻转子和轴承的这种极端热量。润滑油需要非常接近设计粘度或厚度才能有效地达成预期目的。如果油膜太厚,它可能无法足够快地传递热量,这会导致主机高温。如果油膜太薄或因油压不够导致油量不足,就会造成金属摩擦损坏和机头高温,严重者可能会导致机头抱死。