HXD3機(jī)車LTZ3.2H型空氣干燥器異常排風(fēng)故障分析

何元龍

(武漢鐵路局 江岸機(jī)務(wù)段技術(shù)科,湖北武漢430301)

LTZ3.2H型空氣干燥器是HXD3機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)的重要組成,擔(dān)負(fù)著對(duì)壓縮空氣的凈化與干燥,其工作的穩(wěn)定性和可靠性直接關(guān)系到機(jī)車與列車的安全運(yùn)用。從2007年10月HXD3機(jī)車在江岸機(jī)務(wù)段批量投入運(yùn)用以來,LTZ3.2H型空氣干燥器比較突出的故障現(xiàn)象是干燥器大排風(fēng)、外電路及電控部分故障、干燥器上蓋密封圈漏風(fēng)。其中空氣干燥器大排風(fēng)如果不能及時(shí)處理將導(dǎo)致機(jī)破。

1 LTZ3.2H型空氣干燥器故障統(tǒng)計(jì)

截止到2010年6月底,LTZ3.2H型空氣干燥器大排風(fēng)造成機(jī)破5件,臨修20件。其中因空氣干燥器電控部分故障造成的臨修3件,空氣干燥器漏風(fēng)更換密封圈造成的臨修6件,空氣干燥器大排風(fēng)更換排水閥組成造成的臨修4件,機(jī)車運(yùn)行途中或庫(kù)內(nèi)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)空氣干燥器大排風(fēng)故障13件。另外因控制盒外電路接線故障導(dǎo)致干燥器及總風(fēng)缸積水4件,其中因干燥器內(nèi)部嚴(yán)重積水導(dǎo)致干燥劑失效,更換干燥劑造成臨修1件。

表1 LTZ3.2H型空氣干燥器故障統(tǒng)計(jì)

2 空氣干燥器工作原理

LTZ3.2H型空氣干燥器的組成為左、右兩個(gè)干燥劑塔,每個(gè)干燥塔下部有一個(gè)集成的油水分離器(A),干燥器中部有電控部分及進(jìn)氣閥組,上部有出氣閥組,下部有排水閥組、防凍加熱器及消聲器,結(jié)構(gòu)見圖1。

圖1 LTZ3.2H型空氣干燥器原理

電控部分的定時(shí)器根據(jù)程序設(shè)定控制電磁閥的開、關(guān)時(shí)間,工作周期為再生3 min、壓力同化1 min,時(shí)間允差±10 s。定時(shí)器與空氣壓縮機(jī)同時(shí)工作,當(dāng)空氣壓縮機(jī)停止工作時(shí)記憶當(dāng)前狀態(tài),空氣壓縮機(jī)再次工作時(shí)恢復(fù)記憶,保證干燥劑徹底再生,防止發(fā)生干燥劑過飽和。

如圖1所示,左側(cè)電磁閥處于得電狀態(tài),經(jīng)電磁閥開放的氣路干燥壓縮空氣被送到進(jìn)氣閥組、出氣閥組活塞的左側(cè)及左側(cè)排水閥組的活塞腔。壓縮空氣將進(jìn)氣閥組和出氣閥組活塞組推到右側(cè),開放右塔的進(jìn)氣和出氣通道,關(guān)閉左塔的進(jìn)氣和出氣通道,使右塔處在干燥狀態(tài)。壓縮空氣將排水閥組左側(cè)的活塞向左側(cè)推,壓縮活塞彈簧,打開左側(cè)氣路,排出油水分離器分離的冷凝水。同時(shí),經(jīng)上部再生節(jié)流孔膨脹后的超干燥空氣流過左塔的干燥劑,對(duì)干燥劑進(jìn)行除濕,左塔處于再生狀態(tài)。

當(dāng)再生過程累計(jì)達(dá)到3 min,左側(cè)電磁閥失電,進(jìn)氣活塞組、出氣活塞組保持原位置狀態(tài)不變,右塔仍然處于干燥狀態(tài);排水閥組左側(cè)活塞在彈簧力的作用下關(guān)閉再生空氣排放口,使左塔處于1 min的壓力同化過程,為左右兩塔“柔性轉(zhuǎn)換”做準(zhǔn)備,防止兩干燥塔轉(zhuǎn)換時(shí)氣流對(duì)干燥劑顆粒產(chǎn)生較大的沖擊。

空氣干燥器按照上述工作周期,左右塔交替工作在干燥、再生、壓力同化狀態(tài),使進(jìn)入總風(fēng)缸的壓縮空氣相對(duì)濕度小于35%,確保供給機(jī)車制動(dòng)系統(tǒng)和各輔助模塊的壓縮空氣潔凈、干燥。

3 空氣干燥器排水管路改造前異常排風(fēng)的原因

2007年10～12月HXD3機(jī)車開始在江岸機(jī)務(wù)段批量投入運(yùn)用,空氣干燥器異常排風(fēng)故障頻繁發(fā)生,嚴(yán)重干擾了正常運(yùn)輸秩序,給供車造成很大的壓力。經(jīng)過工廠、機(jī)務(wù)段雙方技術(shù)人員的仔細(xì)排查,發(fā)現(xiàn)Ⅰ、Ⅱ空氣干燥器排水管“T”型連接方式(見圖2)是造成異常排風(fēng)的主要原因。

圖2 兩個(gè)干燥器排水管“T”型連接示意圖

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)反復(fù)試驗(yàn)保持排水管“T”型連接方式不變,兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)分別單獨(dú)打風(fēng)時(shí)干燥器不發(fā)生異常排風(fēng)故障。把排水管從“T”型接頭處拆開,兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)同時(shí)打風(fēng)時(shí)干燥器也不發(fā)生異常排風(fēng)故障。把排水管從“T”型接頭處拆開,使兩臺(tái)空氣壓縮機(jī)同時(shí)打風(fēng),再?gòu)摹癟”型接頭處把排水管連接好,當(dāng)一臺(tái)干燥器的干燥塔處于再生狀態(tài),另一臺(tái)干燥器的干燥塔進(jìn)入再生狀態(tài)時(shí),干燥器發(fā)生異常排風(fēng)故障。

故障原因分析在排水管“T”型連接方式下,當(dāng)兩個(gè)風(fēng)泵都在打風(fēng),設(shè)Ⅰ空氣干燥器有干燥塔處于再生狀態(tài),再生氣流→干燥劑→油水分離器→開放的排水閥→消聲器→排水管→“T”型接頭→“U”型排水管→大氣。這時(shí)如果Ⅱ空氣干燥器進(jìn)入再生狀態(tài),在其排水閥打開的瞬間,Ⅱ空氣干燥器干燥塔內(nèi)的壓力同化時(shí)積蓄的總風(fēng)從排水閥迅速進(jìn)入排水管,兩股氣流在“T”型接頭處交匯并相互干涉,氣流排泄不暢導(dǎo)致兩臺(tái)干燥器的排水管內(nèi)空氣壓力急劇上升,頂開排水閥組中本應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)的排水閥,導(dǎo)致來自風(fēng)泵的壓縮空氣經(jīng)進(jìn)氣閥口→油水分離器→被頂開的排水閥→消聲器→排水管→“T”型接頭→“U”型排水管→大氣,發(fā)生異常排風(fēng)。

干燥器異常排風(fēng)故障的原因明確后,廠方對(duì)干燥器排水管路進(jìn)行了改造,取消“T”型接頭,使每個(gè)干燥器的排水管連接到“U”型排水管,如圖3所示,改造后干燥器異常排風(fēng)故障得到控制。

圖3 兩個(gè)干燥器排水管改造后示意圖

在查找干燥器異常排風(fēng)故障原因的過程中,發(fā)現(xiàn)干燥器進(jìn)風(fēng)管路使用的碳鋼管內(nèi)壁銹蝕,而機(jī)車風(fēng)源系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求使用不銹鋼管,為消除鐵銹對(duì)干燥器閥件動(dòng)作的不良影響,廠方將風(fēng)源系統(tǒng)的碳鋼風(fēng)管改換為不銹鋼管。

4 空氣干燥器排水管路改造后異常排風(fēng)的原因及處理方法

2009年以來,干燥器異常排風(fēng)故障次數(shù)又明顯增加,機(jī)車牽引列車運(yùn)行中單泵打風(fēng)時(shí)也出現(xiàn)干燥器異常排風(fēng)故障,機(jī)車回段檢查試驗(yàn)過程中故障現(xiàn)象時(shí)有時(shí)無,給機(jī)車整備和檢修工作帶來很大的壓力。

對(duì)發(fā)生過異常排風(fēng)故障干燥器的排水閥組進(jìn)行解體檢查發(fā)現(xiàn),干燥器排水閥組活塞腔內(nèi)部存在積水、排水閥控制氣路風(fēng)管接頭銹蝕、濾網(wǎng)上附著鐵銹。排水閥組結(jié)構(gòu)見圖4所示。

圖4 排水閥組結(jié)構(gòu)示意圖

因?yàn)閮蓚€(gè)電磁閥的風(fēng)源來自出氣閥組的出口處,電磁閥得電開放氣路,送往進(jìn)氣閥組、出氣閥組、排水閥組的壓縮空氣是干燥的,所以不會(huì)造成排水閥的活塞腔積水。如果電磁閥的風(fēng)源含水,則左右兩邊排水閥組的活塞腔及風(fēng)管內(nèi)都會(huì)有殘留水分。然而解體故障的排水閥組發(fā)現(xiàn),通常只有一側(cè)的控制氣路風(fēng)管接頭銹蝕,排水閥的活塞內(nèi)腔積水,而另一側(cè)完好,這說明積水不是從電磁閥開放的氣路進(jìn)來,而是另有途徑。

(1)故障原因分析

隨著干燥器運(yùn)用時(shí)間的延長(zhǎng),干燥器排水閥組活塞內(nèi)側(cè)的K環(huán)4和密封圈5上涂敷的潤(rùn)滑劑在排水閥動(dòng)作過程中被氣、水沖刷損失殆盡,K環(huán)和密封圈由于潤(rùn)滑不良而逐漸磨損,導(dǎo)致該部位密封性能下降。干燥塔處于干燥工作狀態(tài)時(shí),油水分離器分離的冷凝水沉降在下部排水閥組的氣道內(nèi),等這個(gè)干燥塔轉(zhuǎn)換到再生工作狀態(tài)時(shí)才排放。氣道中的凝結(jié)水在總風(fēng)壓力的作用下從密封不良的K環(huán)4和密封圈5的間隙壓入排水閥組的活塞腔和風(fēng)管內(nèi)。由于風(fēng)管接頭1的材質(zhì)為碳鋼,在積水的侵蝕下接頭內(nèi)壁和端面產(chǎn)生銹蝕。剝離下來的鐵銹附著在濾網(wǎng)上使氣路通透性變差。

干燥器在連續(xù)工作中,處于壓力同化的干燥塔內(nèi)部壓力最大為空氣干燥器的出氣口壓力。由于濾網(wǎng)通透性變差,從排水閥組活塞桿的K環(huán)4和密封圈5泄漏的壓力空氣來不及經(jīng)濾網(wǎng)→控制風(fēng)管→電磁閥的常開氣路→大氣,使活塞腔積蓄部分壓力,這相當(dāng)于抵消了一部分排水閥活塞彈簧關(guān)閉閥口的預(yù)壓力。所以在活塞腔積蓄的壓力和另一側(cè)排氣閥開啟瞬間排出空氣壓力的共同作用下,排氣閥被頂開而造成干燥器異常排風(fēng)。

(2)改進(jìn)措施

運(yùn)用過程中發(fā)生此類故障,及時(shí)把故障信息反饋給干燥器廠方,由廠方技術(shù)人員現(xiàn)場(chǎng)更換排水閥組,恢復(fù)干燥器正常工作狀態(tài)。

列車運(yùn)行途中,裝有 LTZ3.2H型空氣干燥器的HXD3機(jī)車打風(fēng)一旦出現(xiàn)干燥器異常排風(fēng)故障,給出了機(jī)車乘務(wù)員維持運(yùn)行的處理方法,可以斷開操縱臺(tái)的風(fēng)泵開關(guān),20 s后重新閉合風(fēng)泵開關(guān),恢復(fù)打風(fēng)和壓縮空氣干燥。上述操作是通過停止泵風(fēng)進(jìn)而終止干燥器異常排風(fēng)。因?yàn)楦稍锲鳟惓Ｅ棚L(fēng)通常在干燥塔轉(zhuǎn)換到干燥狀態(tài)時(shí)發(fā)生,斷開風(fēng)泵開關(guān)后,被頂開的排水閥釋放了干燥塔內(nèi)的大部分壓力。再恢復(fù)打風(fēng)時(shí)干燥器記憶斷電前的工作狀態(tài),風(fēng)泵向干燥塔內(nèi)充氣,再生氣流遠(yuǎn)沒有連續(xù)工作時(shí)排氣閥開啟瞬間的壓力沖擊大,可以避免干燥器發(fā)生異常排風(fēng)。要求機(jī)車乘務(wù)員在運(yùn)行中發(fā)現(xiàn)干燥器異常排風(fēng)故障,機(jī)車回段后要報(bào)修,以便更換故障的排水閥組,及時(shí)消除故障隱患。

5 結(jié)束語

建議干燥器廠方把排水閥控制氣路風(fēng)管接頭材質(zhì)改為不銹鋼,提高耐蝕性;控制好排水閥組活塞桿的K環(huán)4和密封圈5的配合公差,并于組裝時(shí)提供較為充分的潤(rùn)滑,提高干燥器工作的可靠性和耐久性。

通過對(duì)發(fā)生異常排風(fēng)故障干燥器的持續(xù)整修及機(jī)車運(yùn)行中發(fā)生異常排風(fēng)故障應(yīng)急處理方法的宣傳與實(shí)踐,2009年7月以來,裝用LTZ3.2H型空氣干燥器的HXD3機(jī)車再?zèng)]有發(fā)生因干燥器異常排風(fēng)導(dǎo)致的機(jī)破。

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