SDA4型内燃机车空压机机油乳化的原因分析与改进措施

徐晓沁

摘要：根据现场国外现场实际情况对SDA4型机车配置的BT-3.0/10A3型螺杆空压机机油乳化的原因进行分析，找到引起空压机机油乳化的原因并提供解决乳化问题的改进方案。

关键词：空压机;机油乳化;原因分析;改进措施

0  引言

机油乳化是螺杆式空压机的常见故障，是机油与水混合在一定的温度和压力下形成的，尤其是在天气寒冷或多雨潮湿的季节。这一现象主要是由这种空压机的结构和空气流程所决定的。由于空气中的含有的气态水在被压缩后会变成液态水，而在整个空压机工作过程中空气与机油在机油室重复进行混合、分离，当液态水不随压缩空气排除时，液态水与机油混合在一起就会出现乳化现象。资阳公司配属给国外地方铁路用户的SDA4型内燃机车自2016年2月份投入运用以来，在2016年6月份开始就陆续发现有空压机机油出现乳化的现象，通过油位镜检查发现机油颜色呈浑浊黄色，打开底部排油口后有大量液态水排出。

1  空压机机油乳化带来的危害

机油乳化引起的机油变质将降低机油室内机油黏度，对空压机的润滑、冷却、密封作用减弱，使得机体内加工面、螺杆表面生锈及轴承损坏，最终会导致螺杆压缩机机头损坏。

2  空压机工作原理

空压机包括：空气系统、润滑油系统和冷却系统。各个系统工作原理如下：

2.1 空气系统

开机时空气由空滤器吸入，经由进气阀进入主机，在主机压缩腔压缩，经机油冷却后排入油气室，这种含油空气在油气室内经撞击进行第一次气、液粗分，再经由油细分离器进行第二次气、液精分，当油气室压力达到输出压力后，被压缩的空气通过最小压力阀排出，经后冷却器冷却，提供给空气制动系统。

停机时，最小压力阀止回，切断后部高压气路，阻止高压气返回主机系统。同时进气阀中的进气止回阀关闭，主机压缩腔的高压气体返至低压腔迫使进气阀中的泄压阀动作，将系统压缩空气与进气阀吸气口连通经由空气滤清器放入大气（见图1 空压机工作原理图）。

2.2 机油系统

2.2.1 主回路：空压机起动时，在最小压力阀作用下，优先建立起机油循环所需之压力，机油压入温控阀，经油冷却器冷却（或不经过油冷却器冷却）、油过滤器过滤，通过喷油口射入机体内，然后随压缩空气排到油气室进行粗分。

2.2.2 辅助回路：含油压缩空气经油气室粗分后，进入油细分离器进行细分，聚集在其底部的少许机油，经回油管、可视回油单向阀，进入机体，用以润滑排气端轴承继而返回油气室（见图1空压机工作原理图）。

2.3 冷风系统

机组运行时，电机带动风叶轮高速旋转，使周围环境中的冷风从连接法兰，导风口吸入，经风叶轮加速甩出后，沿风机壳导风罩吹向冷却器（图中未画出）用以冷却压缩空气和润滑油（见图1空压机工作原理图）。

3  机油乳化的原因

从螺杆式空压机的工作原理得知，当空压机工作时，空气由空气滤清器吸入，通过进气阀后进入主机，在主机腔内压缩。空气经机油冷却后进入油气室，含油的空气在油气室内经撞击、阻拦、离心等作用先进行第一次机油与空气的粗分，然后经过油细分离器进行第二次机油与空气的精分，当油气室压力达到输出压力后，被压缩的空气通过最小压力阀排出，经后冷却器冷却，提供给空气制动系统，而BT-3.0/10A3型螺杆式空压机原始温控阀的动作点为83℃，当机油温度达到78℃时，通向冷却器通道開启，导致机油温度下降，在这样的情况下，使得空气中的水分和机油进行了充分的混合，给机油的乳化创造了条件。空压机在打满风后，机油温度会慢慢下降，达不到让主机腔内水气化的温度，就会引起机油乳化。

根据该公司的实际使用来看，机油严重乳化的现象集中出现在6-10月，也就是在泰国的雨季。在这段时间内，基本上每天都会下雨，每次短则数分钟，长则持续约30分钟至数小时左右，空气湿度可达82.8%，且降雨量较大。在这种情况下，潮湿的空气进入主机腔内与机油混合时，油温达不到水化气的温度，最终液化成水残留在主机腔内，与机油混合搅拌，导致了机油乳化现象的发生。在泰国雨季时，每次机车回段打开空压机底部放油口都有大量的液态水排出，而用户使用机车时因运营原因不可能每次回段都停机长时间打开空压机放油口排水，久而久之，机油乳化程度就由轻微乳化转化为严重乳化，并造成主机腔内积水，锈蚀主机腔，影响空压机的正常运行。

4  空压机机油乳化判定

4.1  轻度乳化

在高温高湿环境中，空压机组运转率低于30%，机油可能会出现轻度乳化现象，机油呈淡棕色或淡黄色。如图2-图4所示。轻度乳化不影响使用，观察使用。

4.2 中度乳化

如果轻微乳化现象长时间没有消除，可能导致机油中度乳化，机油颜色表现为浑浊黄色或浑浊棕色如图5-图8所示，发生中度乳化时，可按以下措施进行处理：

①先短时启动空压机组，检查压缩机机头内是否有异响。

②若无异响，保持空压机在额定转速连续运行30min以上，然后停机观察乳化现象是否减轻或消除，若有所改善，继续运行，直至乳化现象完全消除。若无改善，则需更换润滑油。

③若有异响，则立即切断电源，检查空压机，查找到故障原因并处理。

4.3 严重乳化

若机油发生严重乳化，现象如图9-图12所示，机油颜色变为白色、乳白色。必须立即切断空压机组电源，更换机油。

5  改进措施

5.1 将空压机空载时间由120s更改为300s

空载设置可保持机油温度下降，增加空载时间可减少空压机停机时间，提高空压机运转率，可使油温保持持续上升的趋势，减少因机油温度低造成的水蒸气液化，从而缓解机油的乳化。

5.2 将空压机温控阀动作温度由83℃改为90℃。

在100%湿度34℃环境中，水气化的油温为83℃，改前温控阀为83℃（油温≤78℃时直通路开启，>78℃通向冷却器通道开启，88℃全开），在78℃时机油开始经过散热器，很难使油温上升到83℃;温控阀更改为90℃后（油温≤85℃时直通路开启，>85℃通向冷却器通道开启，95℃全开），在85℃时机油才经过散热器，从而使油温迅速升到85℃，使得机油中水气化，让机体内的水随压缩空气排出，从而不会产生乳化现象。该公司使用的空压机润滑油为安润龙3057M聚α烯烃（PAO）压缩机油，额定工作温度范围：-40°F至400°F（-40°C至205°C），提高温控阀温度至90℃不会影响机油本身的性能。

6  实施效果

截止2019年3月初，国外服务组已完成5.1-5.2中的所有改进措施。并在2019年8月9日开始空压机机油乳化测试实验，测试机车为70103、70104、70109三台机车，6台空压机。测试时间为8月9日-10月7日，期间为该国雨季，能最大程度的检验空压机乳化改进措施达到的成果，测试实验结果如表1。

实验结果表明所采用的防止空压机机油乳化的改进措施是有效的，6台空压机在泰国雨季测试期间并未出现机油乳化的现象，效果明显。

7  结束语

SDA4型机车是我公司第一次投入东南亚市场运用，虽然在空压机的设计上是针对的该国运用环境的，但是在开始使用时仍然出现了机油严重乳化的问题，最重要的原因就是忽视了该国雨季短时间的强降雨使得空气中水分含量增加，一部分无法排出的水气累积在机体腔内，时间一长就使得机油发生乳化。最终解决机油乳化的方案归根结底，都是从各种途径通过提高机油油温，达到水气化的温度，使机体里的水气随压缩空气排出。机油乳化虽然是一种空压机的常见故障，但针对其使用环境的充分考量，采取正确的改进措施，就能减少、避免空压机机油乳化的现象发生，降低由此造成的空压机损伤，延长空压机使用寿命。

参考文献：

[1]王应志.螺杆式空气压缩机机油乳化原因分析及解决措施[J].内燃机车，2008（11）.

[2]惠州市标顶空压机技术有限公司，BT-3.0/10A3螺杆空气压缩机使用维护说明书[DB/OL].2017年12月.

[3]姜宪宪，陈清.BT型螺杆式空壓机压缩空气中有油的原因分析及处理[J].内燃机与配件，2018（02）：132-133.