机车空压机的结构及其比较

TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"摘要： 1一、 绪论 2\o"CurrentDocument"二、 V-2.4/9型活塞式空压机 2\o"CurrentDocument"概述 2\o"CurrentDocument"结构特征 3\o"CurrentDocument"主要零、部件结构特点 3\o"CurrentDocument"空气压缩机组成 4\o"CurrentDocument"工作原理 5\o"CurrentDocument"三、 SL22-47型螺杆式空气压缩机 5技术参数 6\o"CurrentDocument"空气压缩机组成 6\o"CurrentDocument"工作原理 8四、 TC2000B型CRH2动车组空压机 10概述 10空气压缩机组成 10\o"CurrentDocument"工作原理 12\o"CurrentDocument"五、 三类空压机的特点比较 13\o"CurrentDocument"V-2.4/9型活塞式空压机的特点 13\o"CurrentDocument"SL22-47型螺杆式空气压缩机特点 13\o"CurrentDocument"TC2000B型空气压缩机特点 13\o"CurrentDocument"参考文献 13\o"CurrentDocument"致谢 14摘要：机车风源系统是机车制动系统用风的基础，也是全列车制动及辅助用风的基础。影响机车风源系统供风能力的主要因素有：空气压缩机型式、空气压缩机的排气压力与排气量、总风缸容积与压力范围等。机车空气管路保障列车运行安全，提高列车技术速度和铁路通过能力的极为重要的装置。空气管路系统包括风源系统、制动系统、撒砂系统、风喇叭和刮雨器系统、控制用风系统和其他辅助用风装置。为确保机车各用风系统的正常工作，并具有必要的可靠性和耐久性，要求风源系统所提供的压缩空气必须是足够的、符合质量要求的、清洁和干燥的压力空气。本文简要介绍了机车活塞式空压机、螺杆式空压机以及动车组空压机的结构及其比较，分析了空压机结构与参数对机车风源系统的影响，并对空压机的机构参数和性能参数的比较，为机车空压机的选型及参数的设定提供有力的借鉴。关键词：机车空气压缩机结构组成性能—、绪论压缩空气，即被外力压缩的空气。空气具有可压缩性，经空气压缩机做机械功使本身体积缩小、压力提高后的空气叫压缩空气。压缩空气是一种重要的动力源。与其它能源比，它具有下列明显的特点：清晰透明，输送方便，没有特殊的有害性能，没有起火危险，不怕超负荷，能在许多不利环境下工作，空气在地面上到处都有，取之不尽。机车风源系统由空气压缩机、总风缸、风源净化装置、止回阀、高压安全阀、调压器和油水分离器等主要部件组成。空气制动机是以压力空气为动力来源，因此机车上装有空气压缩机，空气压缩机用来制造具有一定压力的空气，除供给空气制动机使用外，不供给机车的自动控制及撒砂系统和其他用风装置。一台机车上装有相同的两组空气压缩机，其目的是为了增加供气量，以适应牵引长大列车制动的需要。同时每组空压机的体积与容量可以减少，也便于在机车上安装和驱动。当一台空气压缩机发生故障时，另一台空气压缩机可单独继续供给压缩空气，维持列车运行，保证行车安全。空气压缩机是机车的总风源，负责将空气压缩到机车的三个风缸中，用于实现机车空气制动、撒沙、鸣笛、百页窗开关等功能。目前机车上的压缩空气由空压机提供，压缩机机型主要有活塞式空压机及螺杆式空压机等。从目前国外机车普遍采用活塞式或螺杆式空气压缩机的现实来看，这两种型式的空气压缩机都能适应机车风源系统的要求。但由于我国活塞式空气压缩机制造工艺及材料的影响，机车用活塞式空气压缩机普遍质量不高。如存在漏油，漏风，连杆与曲轴断裂，进排气阀碎等惯性质量问题；同时还存在噪声大，振动大，油耗大，易损易耗件多，检修周期短，整机使用寿命短及故障率高，可靠性低等。这已严重影响了机车风源系统的正常工作。螺杆式空气压缩机已在许多领域逐步替代了活塞式空气压缩机。目前国产螺杆式空气压缩机的主要零部件（如机头）采用进口高品质产品，整机故障率极低，已达到国外水平。尽管螺杆式空气压缩机的价格较高，但由于检修周期长，故障少，油耗低，寿命长，易损易耗件少，其综合运用成本还是较活塞式空气压缩机低。国产机车用活塞式空气压缩机工作率一般最高取10%-20%,而机车用螺杆式空气压缩机为保证其油气分离的效果及防止润滑油的乳化，要求其工作率不小于30%,且越大越好。也可以说满足同样的目前有部分机车装用螺杆式空气压缩机。通过对比国内机车应优先采用螺杆式空气压缩机，以提高机车风源系统的可靠性，保证机车或列车的安全运用。其性能和可靠性远比往复活塞式空气压缩机好，它将是机车用往复活塞式空气压缩机的更新换代产品。随着铁路的发展，动车组将慢慢普及，动车组空压机也成为空压机的行列，如CRH2动车组TC2000B型空压机。二、V-2.4/9型活塞式空压机1.概述V-2.4/9型活塞式空气压缩机是四缸V形结构、风冷、两级压缩的往复式活塞空气压缩机。空气压缩机由机车、传动系统、空气压缩系统、润滑系统等组成，采用JD320S型三相异步电动机。实物图如图1所示。图］V-2.4/9型空气压缩机结构特征V-2.4/9型活塞式空气压缩机是由4个气缸组成，4个气缸成双重V形布置，夹角为90°气缸顶部装有气缸盖，气缸盖内装有进、排气阀，并有管路相互连接，形成空气压缩系统。冷却器的一部分与一级排气、二级排气管路相接，用以冷却一级压缩后的气体；另一部分用以冷却二级排气温度，所以本空气压缩机的终了排气温度较低。曲轴是由架在机体两端滚动轴承支撑。曲轴中部的两个曲拐分别带动两组活塞连杆组。此外，还带动装在机体前端的润滑油泵以及装在联轴器上的风扇运动，使空气压缩机的润滑系统和冷却系统工作。机体下部盛有适量的润滑油。油面位置由机体两侧的油标显示，当禁止状态的润滑油液面穿过油标中部的黑色圆面为适量。机体两侧的中下部装有放油阀。3•主要零、部件结构特点机体机体是空气压缩机部分的重要基础件，所有的零部件都是被支撑、连接、紧固在机体上。本空气压缩机的机体采用箱式结构，材质采用灰铸铁，具有良好的刚性，受力情况不好。机体顶部有气缸安装孔;两侧有供拆装连杆大端的窗口；两端有安装轴承的座孔及安装油泵断面。机体下部用以存放润滑油，底面有4个口18孔用来个基座连接。曲轴曲轴是空气压缩机种重要零件之一，原动机通过曲轴把旋转运动转换成活塞的往返运动。本空气压缩机的曲轴用高度强合金结构钢制成，曲轴颈经磨削加工有较高的尺寸精度和表面第3页共14页粗糙度两端分别安装92212和32210滚动轴承，曲轴的一端通过偏心结构带动油泵工作。在轴颈中部有互相连通的油孔，并且和油泵的出油端相通。连杆连杆是受力复杂的零件。压缩机连杆材质为45钢。连杆大端采用部分结构，小端也是开式结构，杆身呈工字型，并有油孔贯通。联轴器联轴器是将空气压缩机与原动机连接的重要部件。压缩机有两种联轴器形式可供选用。弹性套联轴器具有外形尺寸小，组装精度高的特点;轮胎式联轴器具有耐冲击，吸收震动好，组装精度低。橡胶件无耗损，外形尺寸大的特点。空气压缩机组成空气滤清器空气滤清器是空气进入压缩机的门户，主要用于清除进入空气滤清器空气中的杂物。所以空气滤清器需要定期检查其状况并及时更换滤芯。本空压机的滤清器采用特制滤芯，一般使用3~6个月就需要更换新品。在沙尘大的地区，应缩短检修和更换滤芯的周期。气缸盖气钮盖安装在气钮顶部，4个气缸盖相同，每个气缸盖内部有2个腔，分别装有进、排气阀。气钮盖侧面与各进排气管路相连，本空气压缩机气缸盖采用灰铸铁材料铸成。气缸气钮是空气压缩机中组成压缩容积的主要部分。本空气压缩机的两级气缸均采用球墨铸铁材料制成。有较高的强度和良好的耐磨性。主要工作表面经磨削加工，有较高的表面粗糙度。活塞及活塞环两级活塞均采用铸铝材料铸造而成，上部装有活塞环。活塞环为密封零件，同时起布油和导热的作用，须具有良好的密封性和耐磨性。改进后的活塞环结构增加了漏油环，有效地改善了活塞环的密封性能。活塞环在装入活塞和气缸时，环的开口间隙与环槽的间隙应符合标准。气阀本空气压缩机的气阀由阀座、行程限制器、阀片、弹簧片和螺栓螺母等零件组成，共有5个气阀，阀片用专用材料制造，经热处理有一定的强度和耐磨性。由于气阀的工作环境恶劣，是空气压缩机中的薄弱环节，需经常检验其状态。润滑系统润滑系统是空气压缩机系统中重要的辅助系统，由滤油器、油泵、油压调节装置和油压表等组成。本空气压缩机主要部位采用压力润滑。润滑油由设在曲轴端的油泵供给，润滑油从曲轴拐颈的油孔溢出，润滑曲拐和连杆瓦，并通过连杆瓦的油孔进入至连杆尽头，屯胡活塞和活塞销衬套。气缸与活塞、活塞环间的润滑是依靠轴间隙处的油飞溅润滑。油泵本空气压缩机的油泵是柱塞泵。柱塞的运动通过曲轴端部的偏心轴带动连杆，连杆带动柱塞实现的。润滑油从机体底部通过滤油网被吸入油泵，在出油通路上装有压力表，稳压装置和油压调节装置。本空气压缩机使用铁路压缩油200号。油压调节装置油压调节装置在机体外气缸安装平面上，并有管路与压力表相通，在空气压缩机运转中可以随时观察压力，必要时刻通过油压调节装置调节滑油压力。调节过程如下：取下保护帽，松开放松螺母；用螺丝刀旋转调节螺钉，调整油压到合适位置；完成后将保护帽和放松螺母拧紧。冷却系统空气压缩机的冷却是必要的，包括对压缩空气的冷却和对受热机件的冷却。本空气压缩机泵用了强迫通风的冷却装置，主要部件为轴流式风扇和冷却器，冷却器的散热元件为板(管)翅式结构。工作原理原动机通过连轴器将动力输入，带动压缩机曲轴按指定方向旋转。经过连杆的作用，使装在连杆小端的活塞在气缸内作往复运动。V-2.4/9型活塞空气压缩机的各级活塞均为单作用式。活塞的运动不断的改变着活塞顶部与气缸之间形成的容积。在气缸顶部气阀作用下，进入空压机的气体按照一定的规律运动，形成进气一压一缩排气的空气压缩过程。当一级活塞向下运动时活塞顶部的容积逐渐扩大，形成负压。空气通过空气滤清器进入气缸。活塞运动到上止点时，进气停止，进气阀关闭，完成进气过程。当活塞向上运动时，活塞顶部的容积逐渐减少。随着容积的减少，进入气缸的空气被压缩，压力升高。温度逐渐升高。当阀片承受的压力超过进气阀片背面压力和弹簧弹力的合力时，空气推开排气阀的阀片进入气缸盖的排气腔，一级压缩完成。二级压缩过程与一级压缩过程相同。不过它的进气压力是一级压缩后的气体压力，所以二级排气压力更高，达到了本空气压缩机的额定排气压力。二级压缩过程是在二级气缸内完成的。三、SL22-47型螺杆式空气压缩机HXD’型电力机车采用两台SL22-47型螺杆式空气压缩机作为系统风源。SL22-47型螺杆式空气压缩机具有温度、压力控制装置，可以实现无负荷启动。冷却器排风口向下，向车内排风。空气压缩机机组的开停状态有总风压力开关进行自动控制，也可以通过手动按钮强行控制开停。实物图如图2所示。

图2SL22-47型螺杆式空气压缩机1.技术参数型号SL22-47转速2920r/min流量2750X(1土6%)L/min工作压力106Pa轴功率25X(1±7%)KW机油量7/6L机油牌号Anderal3057M工作温度范围-40°C〜+50°C电机型号KB/25-180LB工作电压380V频率50Hz工作电流20%4810%功率因数0.89启动电流440X(1+20%)A冲击电流（峰值）810X(1+20%)A保护等级IP55冷却空气流速0.55m2/s控制电压DC110X(1土30%)V整备质量300X(1±3%)kg2.空气压缩机组成SL22-47型螺杆式空气压缩机组包含以下主要部件：三相电机、压缩机、弹性支座(F1)、空气系统和空气滤清器，各部分通过螺栓连接形成紧凑的自支撑结构，整个空气压缩机组通过弹性支座与机车连接，空气压缩机组结构示意图如图3所示，其他控制部件功能如下：真空指示器通过真空指示器的显示状态可以判断干式滤芯是否需要进行更换。若指示器为红色表示应更换滤芯。温度开关如果压缩机内的工作温度超过温度开关的设定值，该温度开关将动作，并切断空气压缩机组的控制电源。温度传感器温度传感器安装在空气压缩机头位置。工作时，温度传感器对压缩空气出口的温度进行测量，在温度异常升高的情况下，温度传感器将对空气压缩机进行停机保护。启动开关启动开关用于检测压力，受进气阀压力控制，压缩机停机后，空气压缩机内压力立即传至进气阀阀座内，当压力超过320kPa时，压力开关断开。随着空气压缩机内的压力被卸荷阀迅速卸除，进气阀压力也降低，当压力降至恢复压力时，压力开关恢复接通，此时压缩机才能再次启动，保证了电动机在低负载下启动，压缩机再次启动的时间间隔为6s,空压机运行时，进气阀腔内压力低于大气压力，压力开关处于接通状态。油加热器空气压缩机安装了一个温度调节装置控制油加热。在环境气温下降至约(-20±5°C)时,油加热器开始工作，对空气压缩机润滑油进行预热，预热期间空气压缩机不能继续工作。

1压缩机4.7温度喟节装置A2空气排出口11-1压缩机壳4.K启动开关1*1弓单性支择1-2.7油过滤筒4.9温度开关R2施转方向1-10量油计4.14温度监视器11吊环螺钉（传送接线片）1.U安全阀5空气过滤器反安装部件M2用于冷却空气的最小间隙1.205.6干式空气过滤器<)1埴油孔2电机5.7真空指示器<)2排油口4电气系统6适配器壳4.6桶加热图3SL22-47型螺杆式空气压缩机组结构工作原理螺杆式空气压缩机为间歇工作制，动作值为8.25kPa时启动，达lOOOkPa时停止。HXD,型电力机车装有两台空气压缩机，在正常使用状态下，只有一台空气压缩机组投入运用。空气压缩机组是否投入运用，由操纵端所选。I端司机室控制1号压缩机组（靠近I端司机室），II端司机室控制2号压缩机组（靠近II号司机室）。当总风缸压力下降速度过快使得总分压力降至750kPa以下时，两台空气压缩机组同时投入运用。螺杆式空气压缩机有两个螺旋形转子。空气输送几乎没有波动，lOOOkPa的压缩空气压力是一级压缩产生的。空气压缩过程空气通过空气滤清器(F)和单向阀吸入压缩机体。空气被压缩后，通过与转子连接的输送口吧被推进压缩机壳。如果压缩机启动时，压缩机壳里无空气压力，最小压力阀将保持关闭状态，以便使压缩机壳迅速建立起空气压力。空气压力，润滑油开始循环。当压缩机壳内空气压力达到大约650kPa时，最小压力逆止阀打开并将压缩空气送出。送出的压缩空气达到系统定额定压力后,压缩机受总分压力开关控制自动停机，最小压力阀将自动关闭，将系统和压缩机壳内的通路隔断。每次压缩机停机后，压缩机壳的空气压力被自动释放。压缩机停机后，最小压力阀和单向阀关闭。在进气口，由于压缩机体逆流而压力升高，导致减压阀打开。压缩机壳内压缩空气壳通过减压逆流进空气滤清器后排向大气，从而快速将压缩机壳内空气压力降低到约180kPa,剩余的压力通过减压阀上的缩孔被缓慢排放至0.停机时间t>6s后，可以实现空压机的无负荷在启动。工作原理如图4所示油循环过程当压缩机运转时，在压缩机壳内建立起的空气压力将壳内的润滑油通过油过滤清器输送到轴承，传动装置和压缩机体内油喷射点。这些由用于润滑，密封转子凸轮尖部，带走空气压缩产生的热量。当压缩机传送的油气混合物通过输送口并钉在壳上挡板上。这一过程属于粗级过滤。之后，压缩空气又经过油细分离器进行精级过滤。精级过滤分离的油被收集到油细分离器底部。其他当压缩机运转时，如果在压缩机壳内没有建立起空气压力，压缩机将不能被充分润滑和冷却。在这种情况下，转子可能被损坏。当润滑油温度高于83°C时，油控制单元中温控阀打开到油冷却器的通道。对润滑油进行冷却；当润滑油温度低于83°C时，油冷却器的通道保持关闭，油被直接传送到压缩机体。通过这种方式可达到润滑油的最佳操作温度，可以有效避免机油乳化。压缩机壳的油气混合物的温度又输送口的温度开关(T1)监测。如果温度高于设定值U2°C,温度开关动作，压缩机停止工作。若环境温度较低(-20°C以下),压缩机可以通过油加热器对润滑油进行预热后再启动空气压缩机。

吸气倒a）吸气过程 bJ压缩过程C）压缩起程 d）排气id程图4工作原理示意图四、TC2000B型CRH2动车组空压机概述CRH2采用3台TC2000B型空气压缩机组成风源，分别位于3.、5、7号车的地板下，主要为空气制动系统供风，同时为气动辅助设备（包括风笛、空气弹簧、门控和集便器等）提供风源。它主要由空气压缩机和三相交流电机组成。TC2000B型空压机示意图如图5所示。图5TC2000B型空气压缩机空气压缩机组成（1） 曲轴箱曲轴箱为铝合金制，兼具储油器功能，实现了轻量化。在曲轴箱上部，使用12个M10双头螺柱、通过密封垫安装了曲轴箱上盖。曲轴箱下部则使用4个M12六角头螺栓安装有装配及搬运用脚。（2） 曲轴曲轴的输入端、自由端均使用滚子轴承进行支撑。输入端轴端为锥形轴，轴端有固定联轴节压板的M10阴螺纹。输入时在这一轴端中插入联轴法兰盘，使用键、联轴节压板进行固定并传达。另外，为了防止基于油封的轴的磨耗，输入端轴承部分安装有插入。型密封圈的金属套，使用轴承螺母、垫圈与轴承一起进行了固定。轴承箱被4个M10双头螺柱固定于曲轴箱，并通过压入油封的轴承盖防止向外部的漏油。气缸低气压及高压气钮的活塞裙部的突起和曲轴箱安装部的空镶嵌在一起，并被定位，各使用4个M12双头螺柱进行了安装。另外，在此间，为了防止漏油，在气缸侧槽中分别插入了0型密封圈。连接杆低压、高压端的连接杆为通用品，在小端部压入有活塞支持用衬套。大端的上下嵌入有嵌入式开封衬套。活塞低压活塞、高压赛分别为铝合金制、铸铁制，通过相同的重量平衡了惯性了偶。活塞上部设置有3个环槽，上部2个插入有活塞环，下部1个插入有油环。活塞销游动嵌合(使用木锤轻轻敲入的程度)于活塞，并使用C型挡圈对两端进行了定位。阀部阀部采用了低噪音型的簧片与气缸盖一起使用M12双头螺柱安装在气缸上。另外，使用密封垫对其间进行了密封。阀为具有细长舌形的片状阀，一端与旨在限制阀升程的止动器一起固定在阀座，另一端则通过本身的弹簧作用紧贴在阀座。排出阀与吸入阀一样，与旨在限制阀升程的止动器一起固定在阀座。当活塞进入吸入行程时，气缸内的气压达到大气压(在高压端的情况下为中间冷却器内压力)以下，通过其压力差打开吸入片状阀并向气缸内流入空气。当活塞进入压缩行程时，气缸内压力达到排出口压力(在低压段的情况下为中间冷却器内压力)以上，通过其压力差打开排出片状阀，并排出空气。中间冷却器中间冷却器是通过安装板安装在了曲轴箱下部，连接管、入口部连接在低压气缸盖、出口部连接在高压气钮盖。另外使用。型密封圈进行了密封。中间冷却器具有集管座与管为一体化的构造，冷却低压段中的压缩空气，并传送到高压段。集管座部设置有安全阀。安全阀调整为390kpa,当冷却器内压力异常上升时，安全阀喷气。正常情况下，冷却器内压力为排出压力880kpa时约为200~250kpa。吸入式滤尘器与吸入式消音器吸入式滤尘器及吸入式消音器各通过2个M12双头螺柱安装在曲轴箱，分别通过连接进行了连接。而且，吸入式消音器通过低压吸入管连接到低气压缸盖。吸入式滤尘器具有将滤尘器芯片内置于吸入式滤尘器体和盖之中的构造，可以通过去下分离销来简单地分解，实现了维护的简单化。吸入式消音器减少了吸入口的阀部气流声音。润滑装置润滑方式采用了基于齿轮泵的强制润滑方式.原因是，为了防止高速运转引起的各部的缺油及采取噪音对策。曲轴箱、储油器内的油通过100网孔的滤油器进行清净，并通过储油器、曲轴箱、齿轮泵体的通路吸入到齿轮泵的吸入口。然后通过主动齿轮，并进行压送。最后流过装配在齿轮泵体的欧氏联轴节、联轴节，并通过曲轴给油到压缩机各部。另外，从齿轮泵体排出的油，通过齿轮泵盖的油路被压送至装配在齿轮泵体的安全阀的头部，当油压异常上升时，排放有。这一安全阀通过弹簧进行了安装，正常时的油压为150~390kpa,可以通过去下设置在齿轮泵盖的1/8管塞来确认油压。关于齿轮泵的驱动，想曲轴插入7X7X3平键(129)和嵌入油封环的联轴节，并通过欧氏联轴节向主动齿轮泵体间万一发生偏心时也可以给与充分的容许。另外，在压入联轴节与曲轴的弹簧座之间放入弹簧,以防止欧氏联轴节、主动齿轮、联轴节之间脱落。工作原理空压机组为单级压缩，由车上压力调节器控制，空压机组为间歇工作。空压机组机头采用双螺杆压缩模式，转子之间的气体容量随转子的旋转不断变化，进气端口打开时，吸入气体。两个端口均随转子转动被转子遮蔽，空气被压缩的同时还向排气端口运动，转子最终打开排气口时，压缩气体在转子继续转动时，在压力达到最大时排入油气桶内。机头的压缩率由两个转子的齿形、端口的尺寸及阴阳转子轴间隙距确定见图6图7。图6阴阳转子啮合 图7机头润滑油注入空压机转子啮合处及转子与机头壳体之间间隙，吸入并带走压缩空气过程中产生的大部分热量。双螺杆结构的设计原理避免了所有的往复运动部件，将振动减少到最低限度，具有运行载荷低，噪音低、运行安全平稳和减少机械磨耗等特点。空气进入空压机机头前需要经过空气过滤器(F)的处理，真空指示器(U)用于指示空气过滤器滤芯的堵塞程度。空气经机头压缩，进入油气桶后先碰到隔板，大颗粒的油滴碰到隔板后下流至油气桶底部，经过油细分离器过滤掉部分润滑油后进入冷却器。低温时，润滑油通过油细分离器、油过滤器、温控阀、油管路返回空压机机头。高温时，温控阀打开，使润滑油流向冷却器和油管路返回空压机机头。冷却空气进气外壳吸入，经蜗壳和扩压器导向，吹进集成冷却器的散热翅片，冷却压缩空气及润滑油。