机车空气压缩机及风源系统.docx

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机车空气压缩机及风源系统

内燃机车空气管路和风源系统

摘要：

机车空气管路以及制动系统、撒砂系统、其他辅助用风装置、空气压缩机型式、总风缸压力范围的选取原则、油水分离器及风源净化装置

关键词：

机车；空气管路：

空气压缩机；总风缸；

一、空气管路

内燃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。

为确保内燃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，首先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；其次是安全可靠。

除了空气管路系统各主要零部件的设计结构应充分具有安全可靠性能以外，还必须对整个结构和装置采取完备的安全措施。

例如对关键容器必须备有安全阀，空气压缩机的容量储备及多重控制装置等等。

（一）制动系统

1、组成：

主要介绍JZ-7型空气制动机系统主要由空气压缩机、总风缸、调压器、制动阀、中继阀、作用阀、变向阀，紧急制动阀、无动力装置、油水分离器、附加风缸、双针压力表、管道滤尘器、制动缸及各种塞门等组成。

2、主要部件的功用

（1）单独制动阀——单独操纵机车的制动、缓解和保压作用，它与车辆制动机的状态无关。

（2）自动制动阀——操纵全列车的制动、缓解和保压作用

（3）中继阀——根据自动制动阀控制的均衡风缸压力变化，控制列车管的充排气，以实现列车的制动、缓解和保压作用。

（4）分配阀——根据列车管的压力变化控制作用阀的充、排气，以实现机车的制动、缓解和保压作用。

（5）作用阀——受分配阀和单独制动的控制，直接控制机车制动缸的充排气，使机车产生制动、缓解和保压作用。

（二）撒砂系统

为了提高轮轨间的粘着力，在机车上还设有由撒砂开关、撒砂作用阀、撒砂电磁阀、撒砂阀等组成的撒砂系统。

机车动轮在受到污染（水、油和冰霜）的钢轨上启动或运行时，由于轮轨点着状态的恶化，会产生空转，在紧急制动时，由于制动力较大，车轮往往会产生滑行。

空转和滑行会损坏轮轨，影响行车安全。

为了改善轮轨的接触状态，提高黏着系数,司机应适时在轮轨接触处进行撒砂（在施行紧急制动时，撒砂系统会自动撒砂）,防止动轮空转或滑行，使机车顺利启动和正常运行。

为此，在机车上设置撒砂系统。

撒砂系统由砂箱、脚踏开关、手动按钮、撒砂阀和喷嘴等组成。

砂箱安装在转向架构架端部的四个角上，每个砂箱的装砂量约1000kg，砂箱顶部设小盖，便于装砂、搅拌（砂潮湿结块）和观察。

脚踏开关安装在司机室操纵台下，当需要撒砂时，司机踏脚踏开关或按手动按钮，来自总风缸管的压力空气进入撒砂阀，吹动砂子，并随压力空气顺着撒砂管喷嘴喷出,将砂均匀地撒在机车前进方向车轮踏面下的轨面上。

对砂的要求是必需纯净而干燥。

当机车施行紧急制动时，自动制动阀上的非常撒砂管路的压力空气进入压力继电器，使电磁阀得电，与司机脚踏的作用一样，自动撒砂。

解除紧急制动、松开脚踏开关或松开手动按钮，撒砂结束。

（三）其他辅助用风装置

风喇叭、刮雨器及电气部分邮电控阀等的用风，均由机车上的风源系统提供。

设在司机室顶部的风喇叭、司机室跨、瞭望窗上的刮雨器，根据需要司机可操纵有关按钮，由总风缸的压力空气（750kPa～900kPa）直接供给，使风喇叭发出鸣叫和刮雨器动作。

控制用风系统供给电气系统的电据接触器、转换开关等电器的动力风缸用风，要求风压较低（550kPa～600kPa）。

因此，在风源系统中设置低压风缸，由总风缸供气,经调压阀将总风缸的空气压力减至550kPa～600kPa，贮存在低压风缸内，供有关装置使用。

二、风源系统

风源系统是准时供给列车制动系统足够的、符合规定压力和高质量的压缩空气。

同时也供给机车撒砂系统、风喇叭和刮雨器系统,控制用风系统和其他用风装置所需的压缩空气。

 内燃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。

机车风源系统是机车空气管路系统的基础，也是全列车空气管路系统的基础。

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。

这些参数的选择主要取决于机车使用范围和牵引能力，还应考虑空气于燥器再生耗气率、总体布置的可行性以及机车设计任务书。

我们应合理的配置，使其充分利用。

（一）空气压缩机型式的选择

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。

内燃机车空气压缩机的驱动可分为两类：

一类是由柴油驱动，如G1.1型空气压缩机；另一类是由电动机独立驱动，如NPT5型空气压缩机和3W-1.6/9型空气压缩机等。

机车用空气压缩机基本为往复活塞式空气压缩机。

按气缸布置方式有立式（三缸）、W形（三缸）和V形（四缸）三种形式，均为两级压缩、中间冷却的结构。

V形空气压缩机还具有后冷却功能，额定排气压力均为900kPa，由直流电动机驱动。

电动机由机车启动发电机供给电源，电压为110V。

只要机车柴油机运转工作，空气压缩机就能按照调压器调定的空气压（750kPa～900kPa）自动地进行工作，另外，还具有手动功能。

产生的压缩空气经油水分离器、风源净化装置除去油、水分和杂质后储存在总风缸中，及时供给各用风系统或装置使用。

机车一般设有两台空气压缩机，机车工作时两台空气压缩机可同时工作，也可一台单独工作。

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供风能力，螺杆式空气压缩机排气量的选择可以比活塞式空气压缩机排气量小。

机车空气压缩机的排气量取决于制动时空气实际消耗量及管路系统的空气泄漏量，机车控制与辅助装置及其他用风量，列车充气缓解时间，还与总风缸的容积大小有关。

客运机车空气压缩机的排气量选择较为方便。

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。

（二）总风缸

机车上设置两个由钢板焊接而成的总风缸。

用以储存存压缩空气,用气时通过管路输往各用风装置。

在总风缸的一端，装有排水塞门，司机应经常在具有压力的情况下，开放此塞门，排除积水。

1、总风缸压力范围与压缩机排气压力的选择

机车空气压缩机的排气压力一般与机车总风缸最高压力相等，而总风缸的压力范围取决于列车管的压力（即列车管定压）。

实际上，列车管压力提高至超过600kPa对制动效果并不合适，所以当列车管压力为600kPa时，对加速缓解，总风缸压力取800kPa即△P=200kPa）是相当满足了；但对加速充气，总风缸压力取900kPa更为理想。

由于总风缸压力不可能是恒定为某一数值，必然在一定范围内波动，宜选择最小压差在150kPa以上，故而在列车管压力为600kPa条件下，总风缸压力取值为750-900kPa是较为合适的。

而对于列车管压力为500kPa条件下，总风缸压力范围为750-900kPa就更能满足缓解与充气要求。

根据总风缸压力范围为750-900kPa，可选择如下：

（1）活塞式空气压缩机的额定排气压力选择定为900kPa。

利用其超负荷运用特点，可使排气压力提高到额定值的1.1倍，即最大990kPa。

这样即满足了强泵要求，也满足了正常情况下的总风缸压力范围。

（2）螺杆空气压缩机因为有超负荷运用的限制（利用安全阀限压），其额定排气压力应选择为1000kPa。

2、总风缸容积的计算与选择

机车总风缸为储存机车以及列车用压缩空气的压力容器，其容积的选择必须根据机车空气压缩机排气量、机车制动耗风量及管路系统的泄漏等确定。

一般采用下式计算（仅考虑货运机车的总风缸容积）。

Vz={rmax（V1+V2+V3+V4）+[V3A1+（V1+V2+V4）A2-QP0]t}/（p降-A1t）（13）

式中：

Vz--选取的总风缸容积；

P降--总风缸压力允许下降量，取150kPa；

t--一次全制动后的再充气时间，按（列车牵引计算规程》取4000t级52辆2.5min（150s），5000t级65辆3.2min（192s），6000t级78辆4.0min（240s）。

由上式可知，一旦机车牵引的列车最大辆数确定，则总风缸容积Vz主要与空气压缩机排气量Q及再充气缓解时间t有关。

此值按常用全制动的再充气时间确定，一般较为适中。

初充气时，压缩空气消耗量高达60007800L/min，大大超过空气压缩机的排气量，因此还须由总风缸储存的压缩空气共同来补充，这样空气压缩机的运转时间将大大增长。

当列车充满风后，压缩空气的消耗量大大减少，空气压缩机再次运转的间隙时间就会延长。

由于实际运行中，正常为两台空气压缩机工作，总风缸容积实际取值比计算值小。

实际上，总风缸除了降低空气压缩机在充气过程中的负载率外，其最大的用处在于能及时在制动系统泄漏和充气时给予补气，并能及时满足机车控制与辅助系统的用风要求。

加大机车空气压缩机排气量可缩短列车充气时间，但空气压缩机排气量P值的选取在机车设汁和运营中，受诸多方面的牵制，并且其值达到某一确定值时，列车充气时间就不会再缩短了。

其原因在与列车充气性能还要受机车车辆制动机本身性能的影响。

空气压缩机与总风缸里的压缩空气一起向列车充气。

在整个充气过程中，总风缸压力的最低值下降到500kPa左右，它表明再加大机车空气压缩机排气量还能缩短列车初充气时间。

提高机车空气压缩机排气量或加大机车总风缸容积均能缩短列车初充气时间；当机车空气压缩机排气量与总风缸容积的匹配达到某一值时，再加大机车空气压缩机排气量或加大总风缸容积对缩短充气时间影响不大。

原因在于列车充气性能还要受机车车辆制动机本身性能的影响。

（三）油水分离器及风源净化装置

油水分离器主要的功用是将压缩空气中所含油、冷凝水及杂质分离出来，以提高空气质量，减少制动系统的故障。

油水分离器装于空气压缩机与第一总风缸之间的管路上。

油水分离器主要由上体、下体、导向器、滤网、芯柱、挡罩、弹簧以及排污塞门组成。

油水分离器的原理是：

由宁气压缩机送出来的压力空气，从进风端进入螺旋导向器的外侧空间，形成空气的旋转流动，由于离心力的作用，一部分油滴、水分和机械杂质分离出来，并沿筒体内壁落入挡罩的下部空间。

压缩空气经过滤网的再次过滤，经芯部从出风端将清洁的压缩空气送入总风缸储存。

为保证压力空气的质量，应时常打开排污塞门排除污物，并定期对滤网进行清洗。

空气压缩机输出的压缩空气,除含有一定的水和油外，还经常混杂一些其他机械杂质。

这些东西如果被带到制动机或其他风动装置的各部件中去，就会污损机件或堵塞风路，特别是呈酸性的冷凝水，使制动阀及管道等产生严重锈蚀，影响空气管路系统的正常工作，甚至造成严重事故。

为了防止事故的发生，在空气压缩机出口至第一总风缸之间的管路上，装有油水分离器和风源净化装置，以便将压力空气中所含的油、水和杂质分离出来，提高空气质量，减少制动系统和其他风动机构的故障。

经风源净化装置处理后的压缩空气含油率低于1×10-5，含尘埃的颗粒不大于20μm，相对湿度低于35%。

（四）止回阀、调压阀、高压保安阀、

1、止回阀的作用是当空气压缩机空载启动或停止运转时，防止总风缸内的压缩空气向空气压缩机气缸逆流。

 2、调压阀安装在总风缸支管上，其作用是将总风缸的空气压力信号转变成为电气信号，以控制空气压缩机驱动电机电源回路的闭合或断开，使空气压缩机转动或停止，总风缸内的空气压力经常保持在规定范围内。

3、高压安全阀安装在总风缸支路上，它的用途是当调压器一旦发生故障，空气压缩机的运转失去控制时，防止总风缸超压而发生危险，即当总风缸空气压力上升到（950±20）kPa时，高压安全阀开启，空气压缩机即使运转不停，总风缸压力也不致继续上升，同时为了使总风缸保持足够的风压储备，高压安全阀在总风缸压力下降到不低于750kPb时，能自动关闭。

当高压安全阀起作用时，不仅将总风缸的压力空气排向大气，而且发出声响,提醒司机注意。

参考文献：

1、内燃机车空气管路系统

2、汤祥根，张开文.5000t级重载列车供风能力的研究铁道学报，1994，（增刊）.