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教你研究與使用空氣濾清器

     近年來,隨著鐵路高速化和重載化的發展,為了適應鐵路機車提速、安全及平穩牽引的需要,噴油螺桿空氣壓縮機(簡稱“螺桿空氣壓縮機”)以其易損件少、可靠性高、動力平衡性好、適應性強、排氣壓力穩定等特性,在機車上得到普遍使用,如SS 7D、SS 7E、SS 9、高速動車組、“天梭號”、青藏線上機車等均采用了螺桿空氣壓縮機。

    螺桿空氣壓縮機是一個由多個具有不同功能的零部件集成的系統,除主機外還有電機、風機、冷卻器、油分離器、空氣濾清器、機油濾清器等重要部件。本文就空氣濾清器的性能要求、節能使用條件等進行分析說明,供機車用螺桿空氣壓縮機設計、選型、維護時參考。

  1 空氣濾清器對螺桿壓縮機的作用和影響

  空氣濾清器是機車用螺桿空氣壓縮機的“進氣―排氣”這個開放式系統中的第一道保護屏障。螺桿空氣壓縮機在任何工況條件下,空氣濾清器必須濾除空壓機吸入的空氣中的有害粉塵、顆粒、雜質和異物,防止其進入壓縮機內部,導致對主機、油氣分離濾芯、機油濾清器、潤滑油(冷卻液)等的性能和壽命的損害,因此空氣濾清器對壓縮機起著至關重要的保護作用。

  在螺桿空氣壓縮機的使用過程中,由于空氣濾清器的存在又改變了壓縮機的壓縮比、排氣量、軸功率、比功率?諝鉃V清器對流過的空氣產生一個阻力,而空氣必須損耗一定的靜壓力克服濾清器內的氣體流動阻力(以下稱空氣濾清器壓差),空氣才能以一定的流速通過空氣濾清器。

    在空氣濾清器的使用過程中,由于空氣流過濾清器,空氣中的灰塵會積聚在空濾芯上,減少了濾芯的氣流通道,從而使空氣濾清器壓差逐漸增加?諝鉃V清器的初始壓差、容灰量、使用過程中的壓差、壽命終了時的最大壓差值對壓縮機的排氣量、比功率、壓縮機的運行費用、壓縮機是否節能運行等方面有重要的影響。

  2 空氣濾清器的控制參數

  目前,螺桿空氣壓縮機除部分采用帶堅固外殼的單級空氣濾清器外,大多采用了具有“切向旋流管預濾器”的雙級空氣濾清器?諝鉃V清器的控制參數(或特性參數、性能要求)說明如下:①工作溫度:-4080℃。

 、诿芊饪煽、抗振動疲勞性能符合要求.

 、劭諝鉃V清器進氣阻力復原率大于85%.

 、艹跏歼M氣阻力不大于3.0 kPa.

 、莩跏紴V清效率要求見表1.

 、拊陬~定空氣流量條件下,空氣濾清器的預濾效率要求見表2.

 、邽V芯儲灰能力(容灰量):在額定空氣體積流量下,當濾芯阻力增量達到2.5 kPa或濾清效率下降到規定值時,儲灰能力按下列公式計算:C≥AF,式中:C――儲灰能力,g;式中:A――單位面積的規定儲灰能力,g/cm 2;式中:F――濾芯有效過濾面積,cm 2。

  濾芯儲灰能力(容灰量)可以換算為在一定的流量和環境平均灰塵濃度條件下的空濾芯的使用時間。

 、嗫諝鉃V清器的壓差增長量:在螺桿空氣壓縮機的使用過程中,空氣濾清器的壓差應控制在5.0 kPa之內(也就是壓差增長量應控制在2.0 kPa之內)。

 、徇^濾效率和過濾精度:在螺桿機使用過程中,空氣濾清器的過濾精度應保證在4.0μm以下。目前的螺桿空氣壓縮機空氣濾清器的精度指標,即:顆粒當量直徑大于等于1.0μm過濾效率為98.5%;顆粒當量直徑大于等于4.0μm過濾效率為99.99%.在這里要指出,行業標準TB/T 2710.2 《機車、動車用空氣壓縮機技術條件第二部分:螺桿空氣壓縮機》的第3.13條規定的“空氣濾清器能濾除空氣中的直徑大于25μm 的固體顆!币雅c螺桿空氣壓縮機的實際要求脫節。

  3 空氣濾清器壓差對壓縮機參數的影響分析

  隨著空氣濾清器使用時間的增加,空氣濾清器壓差從初始壓差值逐漸增加。這個壓差值的增長速度主要取決于環境空氣的灰塵濃度?諝鉃V清器壓差變化后,壓縮機的壓縮比、排氣量、軸功率、比功率隨之變化。為進一步分析問題方便,表3列出參數符號及測點位置定義。

 、贄l件:不考慮進氣閥的阻力損失,主機排氣壓力恒定,主機排氣溫度恒定,并且設定濾清器吸氣狀態為標準狀態,即溫度20℃、大氣壓力1.0 Bar、相對濕度0%.

 、 壓縮機進口壓力:P 1 =P a -(ΔP+ v 2 /2),v為從空氣濾清器到主機進氣閥的接管內氣流的速度。當略去氣流速度時,則P 1 =P a -ΔP.

 、郛敠=0,并且不計接管內氣流速度,此時對應軸功率為N 0,壓縮比為0,排氣量為Q 0,比功率為N r0(此狀態點作為基準點),則:壓縮比增加百分比:K 1 =Δ / 0 =( - 0)/ 0 = / 0 -1軸功率減少百分比:K 2 =ΔN/N 0 =(N- N 0)/ N 0 =N /N 0 -1排氣量減少百分比:K 3 =ΔQ/Q 0 =(Q-Q 0)/Q 0 =Q/Q 0 -1比功率增加百分比:K 4 =ΔN r / N r0 =(N r -N r0)/N r0 =N r /N r0 -1 K 1、K 2、K 3、K 4是壓力、溫度、比容、多變指數、多變效率的函數,可以按專業書籍推薦的公式進行計算,但計算結果與實測值存在較大出入。在這里根據基準點的可測量性,結合已有的廣泛使用的螺桿空氣壓縮機計算程序,將機車上常用的功率22 kW,排氣量2.4 m 3 /min,排氣壓力分別為800 kPa、900 kPa 、1 000 kPa樣本機的K 1、K 2、K 3、K 4曲線繪制可以看出,隨著空氣濾清器壓差ΔP的增加,排氣量Q和軸功率N下降,而壓縮比和比功率N r則上升。這里應關注到K 1、K 2、K 3、K 4在不同壓差下的增長幅度。當壓差ΔP 增加,排氣壓力按8 00 kPa 、900 kPa、1 000 kPa排列,三者的排氣量的減少幅度基本一致,軸功率的減少幅度則變小,比功率的增加幅度則變大。這是由于壓縮比變大,壓縮功增加的緣故。表4 列出幾個典型壓差時的增長比例,供實際選型時參考。

 、佥S功率N下降、壓縮比上升對使用無不良影響,在機組使用過程中很少受到關注。

 、空氣濾清器壓差ΔP對排氣量的影響十分顯著,當壓差達到8.0 kPa時,排氣量下降近8.0%,即使在空氣濾清器推薦的壓差值5.0 kPa時,排氣量減少也近5.0%.

  排氣量的下降過多則可能影響機車的氣量要求,因此:a)初始壓力差的影響在壓縮機制造和機車選配壓縮機時必須得到重視;b)為了保證機車氣量需求,應盡可能考慮空氣濾清器在小壓差條件下使用。

  阻燃性能高,車輛材料燃燒時釋放的有毒物質少,材料燃燒時產生的煙霧少,這些特點使列車減少了引發火災的幾率,也改善了乘客在失火狀況下的生存條件。

  4 結語

  北京地鐵4 號線車輛所選用的大部件均按相關標準要求通過了振動、EMC和其他常規的試驗;編列后,又通過了列車級的各種試驗;試驗結果均優于業主合同的要求。所有列車于2009年9月投入載客試運營,運營狀況良好。

    其中,蓄電池牽引功能在正線進行了AW3負載運行試驗,在蓄電池牽引工況下,列車平穩地運行了一個區間,目前該功能正廣泛地應用于段內調車作業。新型的外掛密閉門表現了良好的隔音降噪效果,且可靠性較高,得到業主的好評。


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