近年來，隨著鐵路高速化和重載化的發(fā)展，為了適應(yīng)鐵路機(jī)車提速、安全及平穩(wěn)牽引的需要，噴油螺桿空氣壓縮機(jī)（簡稱“螺桿空氣壓縮機(jī)”）以其易損件少、可靠性高、動力平衡性好、適應(yīng)性強、排氣壓力穩(wěn)定等特性，在機(jī)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(jī)車等均采用了螺桿空氣壓縮機(jī)。螺桿空氣壓縮機(jī)是一個由多個具有不同功能的零部件集成的系統(tǒng)，除主機(jī)外還有電機(jī)、風(fēng)機(jī)、冷卻器、油分離器、空氣濾清器、機(jī)油濾清器等重要部件。本文就空氣濾清器的性能要求、節(jié)能使用條件等進(jìn)行分析說明，供機(jī)車用螺桿空氣壓縮機(jī)設(shè)計、選型、維護(hù)時參考。

　　1 空氣濾清器對螺桿壓縮機(jī)的作用和影響

　　空氣濾清器是機(jī)車用螺桿空氣壓縮機(jī)的“進(jìn)氣D排氣”這個開放式系統(tǒng)中的**道保護(hù)屏障。螺桿空氣壓縮機(jī)在任何工況條件下，空氣濾清器必須濾除空壓機(jī)吸入的空氣中的有害粉塵、顆粒、雜質(zhì)和異物，防止其進(jìn)入壓縮機(jī)內(nèi)部，導(dǎo)致對主機(jī)、油氣分離濾芯、機(jī)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(jī)起著至關(guān)重要的保護(hù)作用。

　　在螺桿空氣壓縮機(jī)的使用過程中，由于空氣濾清器的存在又改變了壓縮機(jī)的壓縮比、排氣量、軸功率、比功率。空氣濾清器對流過的空氣產(chǎn)生一個阻力，而空氣必須損耗一定的靜壓力克服濾清器內(nèi)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*大壓差值對壓縮機(jī)的排氣量、比功率、壓縮機(jī)的運行費用、壓縮機(jī)是否節(jié)能運行等方面有重要的影響。

　　2 空氣濾清器的控制參數(shù)

　　目前，螺桿空氣壓縮機(jī)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(yù)濾器”的雙級空氣濾清器?？諝鉃V清器的控制參數(shù)（或特性參數(shù)、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(jìn)氣阻力復(fù)原率大于85%.

　　④初始進(jìn)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(yù)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(dāng)濾芯阻力增量達(dá)到2.5 kPa或濾清效率下降到規(guī)定值時，儲灰能力按下列公式計算：C≥AF，式中：CDD儲灰能力，g；式中：ADD單位面積的規(guī)定儲灰能力，g/cm 2；式中：FDD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(huán)境平均灰塵濃度條件下的空濾芯的使用時間。

　　⑧空氣濾清器的壓差增長量：在螺桿空氣壓縮機(jī)的使用過程中，空氣濾清器的壓差應(yīng)控制在5.0 kPa之內(nèi)（也就是壓差增長量應(yīng)控制在2.0 kPa之內(nèi)）。

　?、徇^濾效率和過濾精度：在螺桿機(jī)使用過程中，空氣濾清器的過濾精度應(yīng)保證在4.0μm以下。目前的螺桿空氣壓縮機(jī)空氣濾清器的精度指標(biāo)，即：顆粒當(dāng)量直徑大于等于1.0μm過濾效率為98.5%；顆粒當(dāng)量直徑大于等于4.0μm過濾效率為99.99%.在這里要指出，行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)TB/T 2710.2 《機(jī)車、動車用空氣壓縮機(jī)技術(shù)條件第二部分：螺桿空氣壓縮機(jī)》的第3.13條規(guī)定的“空氣濾清器能濾除空氣中的直徑大于25μm 的固體顆粒”已與螺桿空氣壓縮機(jī)的實際要求脫節(jié)。

　　3 空氣濾清器壓差對壓縮機(jī)參數(shù)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(huán)境空氣的灰塵濃度?？諝鉃V清器壓差變化后，壓縮機(jī)的壓縮比、排氣量、軸功率、比功率隨之變化。為進(jìn)一步分析問題方便，表3列出參數(shù)符號及測點位置定義。

　?、贄l件：不考慮進(jìn)氣閥的阻力損失，主機(jī)排氣壓力恒定，主機(jī)排氣溫度恒定，并且設(shè)定濾清器吸氣狀態(tài)為標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)，即溫度20℃、大氣壓力1.0 Bar、相對濕度0%.

　　② 壓縮機(jī)進(jìn)口壓力：P 1 =P a -（ΔP+ v 2 /2），v為從空氣濾清器到主機(jī)進(jìn)氣閥的接管內(nèi)氣流的速度。當(dāng)略去氣流速度時，則P 1 =P a -ΔP.

　　③當(dāng)ΔP=0，并且不計接管內(nèi)氣流速度，此時對應(yīng)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(tài)點作為基準(zhǔn)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(shù)、多變效率的函數(shù)，可以按專業(yè)書籍推薦的公式進(jìn)行計算，但計算結(jié)果與實測值存在較大出入。在這里根據(jù)基準(zhǔn)點的可測量性，結(jié)合已有的廣泛使用的螺桿空氣壓縮機(jī)計算程序，將機(jī)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(jī)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(yīng)關(guān)注到K 1、K 2、K 3、K 4在不同壓差下的增長幅度。當(dāng)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。

　　①軸功率N下降、壓縮比上升對使用無不良影響，在機(jī)組使用過程中很少受到關(guān)注。

　?、诳諝鉃V清器壓差ΔP對排氣量的影響十分顯著，當(dāng)壓差達(dá)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(jī)車的氣量要求，因此：a）初始壓力差的影響在壓縮機(jī)制造和機(jī)車選配壓縮機(jī)時必須得到重視；b）為了保證機(jī)車氣量需求，應(yīng)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(zhì)少，材料燃燒時產(chǎn)生的煙霧少，這些特點使列車減少了引發(fā)火災(zāi)的幾率，也改善了乘客在失火狀況下的生存條件。

　　4 結(jié)語

　　北京地鐵4 號線車輛所選用的大部件均按相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求通過了振動、EMC和其他常規(guī)的試驗；編列后，又通過了列車級的各種試驗；試驗結(jié)果均優(yōu)于業(yè)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(jìn)行了AW3負(fù)載運行試驗，在蓄電池牽引工況下，列車平穩(wěn)地運行了一個區(qū)間，目前該功能正廣泛地應(yīng)用于段內(nèi)調(diào)車作業(yè)。新型的外掛密閉門表現(xiàn)了良好的隔音降噪效果，且可靠性較高，得到業(yè)主的好評。