2010年第4期机车电传动2010年7月10日发ELECTRIC DRIVE FOR LOCOMOTIVESJuly10.2010研机车用螺杆空气压缩机空气滤清器究性能及节能使用条件分析开肖银娥，谭强发(红五环集田股份有限公司，浙江衡州324000)摘要：分析机车用螺杆空气压缩机空气滤清器的特性要求和空气滤清器压差值对机组排气量、女，一直从事压缩机的设比功率等性能的影响，确定空滤芯使用时间的计算方式，为机车用螺杆空气压缩机的节能运行提出指计、研究、开发管理工作，导性意见。现任浙江红五环集团股份关键词：机车用螺杆压缩机；空气滤清器；压差；能耗；使用时间：经济运行有限公司螺杆压缩机研究所所长。中图分类号：TH455:U260文献标识码：A文章编号：1000-128X(201004-0025-03Air Cleaner Performance and Analysis of Energy-saving Use Conditionsof Screw Compressor for LocomotiveXIAO Yin-e,TAN Qiang(Hongwuhuan Group Co.,Ltd.,Quzhou,Zhejiang 324000,China)Abstract:This paper analyzed the air cleaner performance requirements and the influence of pressure difference on the volumedisplacement and specific power of the screw compressor for locomotive,which was used to determine the calculating method of cleaner insertpart use time.The result of the paper gives an energy-saving guideline for the screw compressor.Key words:screw compressor for locomotive;air cleaner;pressure difference;energy consumption;use time;economic operation0引言2)的“进气一排气”这个开放式系统中的第一道保护屏障。螺杆空气压缩机在任何工况条件下，空气滤清近年来，随着铁路高速化和重载化的发展，为了器必须滤除空压机吸入的空气中的有害粉尘、颗粒、适应铁路机车提速、安全及平稳牵引的需要，喷油螺杂质和异物，防止其进入压缩机内部，导致对主机、油杆空气压缩机（简称“螺杆空气压缩机”）以其易损件气分离滤芯、机油滤清器、润滑油（冷却液）等的性能少、可靠性高、动力平衡性好、适应性强、排气压力稳和寿命的损害，因此空气滤清器对压缩机起着至关重定等特性，在机车上得到普遍使用，如SSD、SSE、SS9、要的保护作用。高速动车组、“天梭号”、青藏线上机车等均采用了螺杆切向旋流管预滤器空气压缩机。螺杆空气压缩机是一个由多个具有不同功能的零部件集成的系统，除主机外还有电机、风机、冷却器、油分离器、空气滤清器、机油滤清器等重要部件。本文就空气滤清器的性能要求、节能使用条件等进行分析说明，供机车用螺杆空气压缩机设计、选型、维护时参考。1空气滤清器对螺杆压缩机的作用和影响空气滤清器（图1）是机车用螺杆空气压缩机（图安全芯滤芯排尘口收稿日期：2010-02-05：收修改稿日期：2010-04-28图1空气滤清器机动2010年在螺杆空气压缩机的使用过程中，由于空气滤清定值时，储灰能力按下列公式计算：器的存在又改变了压缩机的压缩比、排气量、轴功率、C≥A*F,比功率。空气滤清器对流过的空气产生一个阻力，而式中：C一储灰能力，g;空气必须损耗一定的静压力克服滤清器内的气体流动A一单位面积的规定储灰能力，gcm2;阻力（以下称空气滤清器压差，空气才能以一定的流F一一滤芯有效过滤面积，cm2。速通过空气滤清器。在空气滤清器的使用过程中，由滤芯储灰能力（容灰量）可以换算为在一定的流于空气流过滤清器，空气中的灰尘会积聚在空滤芯上，量和环境平均灰尘浓度条件下的空滤芯的使用时间。减少了滤芯的气流通道，从而使空气滤清器压差逐渐⑧空气滤清器的压差增长量：在螺杆空气压缩机增加。空气滤清器的初始压差、容灰量、使用过程中的的使用过程中，空气滤清器的压差应控制在5.0kPa之压差、寿命终了时的最大压差值对压缩机的排气量、内（也就是压差增长量应控制在2.0kPa之内）。比功率、压缩机的运行费用、压缩机是否节能运行等⑨过滤效率和过滤精度：在螺杆机使用过程中，空方面有重要的影响。气滤清器的过滤精度应保证在4.0μm以下。图3的曲线显示了目前的螺杆空气压缩机空气滤清器的精度指标，即：颗粒当量直径大于等于1.04m过滤效率为98.5%；颗粒当量直径大于等于4.0μm过滤效率为99.99%。在这里要指出，行业标准TBT2710.2《机车、动车用空气压缩机技术条件第二部分：螺杆空气压缩机》的第3.13条规定的“空气滤清器能滤除空气中的直径大于25μm的固体颗粒”已与螺杆空气压缩机的实际要求脱节。99.999图2机车用螺杆空气压缩机2空气滤清器的控制参数目前，螺杆空气压缩机除部分采用带坚固外壳的单级空气滤清器外，大多采用了具有“切向旋流管预滤器”的双级空气滤清器（图1）。空气滤清器的控制参图3空气滤清器过滤效率与颗粒直径关系曲线图数（或特性参数、性能要求）说明如下：①工作温度：-40-80℃。3空气滤清器压差对压缩机参数的影响分析②密封可靠、抗振动疲劳性能符合要求。随着空气滤清器使用时间的增加，空气滤清器压③空气滤清器进气阻力复原率大于85%。差从初始压差值逐渐增加。这个压差值的增长速度主④初始进气阻力不大于3.0kPa。要取决于环境空气的灰尘浓度。空气滤清器压差变化⑤初始滤清效率要求见表1。后，压缩机的压缩比、排气量、轴功率、比功率随之变表1空气滤清器初始滤清效率化。为进一步分析问题方便，表3列出参数符号及测点位置定义。滤芯滤材表3参数符号及测点位置定义列表270目石英砂A,粗粒滤清器滤清器出口压缩机树脂处理微孔滤纸≥99.5≥98.5空滤压缩机进气口压缩机进口压缩比排气口压差性能参数状态参数状态参数状态参数⑥在额定空气流量条件下，空气滤清器的预滤效压力：P压力：P排气量：Q率要求见表2。流量：V流量：V,流量：V。轴功率：N表2空气滤清器预滤效率温度：T,比功率：N,大气预滤器形式△P变化P,T恒定状态变化270目石英砂A,粗粒V变化变化A细粒切向旋流管预滤器≥67①条件：不考虑进气阀的阻力损失，主机排气压⑦滤芯储灰能力（容灰量）：在额定空气体积流量力恒定，主机排气温度恒定，并且设定滤清器吸气下，当滤芯阻力增量达到2.5kPa或滤清效率下降到规状态为标准状态，即温度20℃、大气压力1.0相麟第4期肖银蛾，谭强：机车用螺杆空气压缩机空气滤清器性能及节能使用条件分析湿度0%。10.0-1.0②压缩机进口压力：P=P,-（△P+pv2),v为从空-2.0气滤清器到主机进气阀的接管内气流的速度。当略去-3.0气流速度时，则P=P,-△P。7.04.0③当△P=0,并且不计接管内气流速度，此时对应-5.0轴功率为N。,压缩比为Eo,排气量为Q。,比功率为N。(此60-7.0状态点作为基准点)，则：3.0-9.0轴功率减少百分比：10.0001.02.03.04.05.06.07.08.09.01011排气量减少百分比：图5比功率增加百分比：0.010.0K,、K2、K,、K4是压力、温度、比容、多变指数、多9.0-2.0变效率的函数，可以按专业书籍推荐的公式进行计8.03.04.0算，但计算结果与实测值存在较大出入。在这里根据5.0基准点的可测量性，结合已有的广泛使用的螺杆空气5.06.0压缩机计算程序，将机车上常用的功率22kW,排气量4.07.02.4m3/min,排气压力分别为800kPa、900kPa、1000kPa8.0样本机的K1、K2、K3、K曲线绘制如图4~图6所示。2.0-9.01.010.00.010.0-1.001.02.03.04.05.06.07.08.09.0109.0-2.08.0-3.0图62.4mmin-1000kPa(g)K,、K2、K,、K曲线0-5.0从图4~图6可以看出，随着空气滤清器压差△P的6.0增加，排气量Q和轴功率N下降，而压缩比ε和比功率N,-7.0则上升。这里应关注到K,、K2、K,、K4在不同压差下的0增长幅度。当压差△P增加，排气压力按800kPa、20-9.0900kPa、1000kPa排列，三者的排气量的减少幅度基本1.010.00一致，轴功率的减少幅度则变小，比功率的增加幅度01.02.03.04.05.06.07.08.09.01011则变大。这是由于压缩比变大，压缩功增加的缘故。表4列出几个典型压差时的增长比例，供实际选型时参图42.4mmin-800kPa(g)K,、K2、K,、K,曲线考。表4螺杆空气压缩机性能参数变化百分比空滤排气量减少百分比/%比功率增加百分比/%压差kPa800 kPa900 kPa 1 000 kPa800 kPa900 kPa 1000 kPa800 kPa900 kPa 1 000 kPa4.0-3.8-3.8-3.8-2.0-1.9+1.9+2.0+2.16.0-5.7-5.7-5.7-3.0-2.8-2.6+2.9+3.1+3.38.0-7.7-7.7-7.7-4.0-3.7-3.5+4.0+4.3+4.510.0-9.6-9.6-9.6-4.9-4.6-4.4+5.2+5.5+5.8①轴功率N下降、压缩比ε上升对使用无不良影响，此：在机组使用过程中很少受到关注。a)初始压力差的影响在压缩机制造和机车选配压②空气滤清器压差△P对排气量的影响十分显著，缩机时必须得到重视：当压差达到8.0kPa时，排气量下降近8.0%，即使在空气b)为了保证机车气量需求，应尽可能考虑空气滤滤清器推荐的压差值5.0kPa时，排气量减少也近5.0%。清器在小压差条件下使用。排气量的下降过多则可能影响机车的气量要求，因(下转第48页)