1 LMF 船用空壓機組的工作原理
一般來講， 排量在 11m 3 / min 的空壓機采用原動機驅(qū)動活塞式空壓機模式。當排量大于 11 m 3 / min時， **級使用螺桿機， 第二、三、四級采用活塞機，通常稱這樣的機組為復(fù)合式壓縮機組。下文以復(fù)合式機組為例進行分析。
機組在供電后， 控制單元自動檢測各繼電器和狀態(tài)參數(shù)是否在規(guī)定范圍之內(nèi)。如果在規(guī)定范圍內(nèi)， 機組顯示準備好， 就可以開機運轉(zhuǎn)。啟動機組時， 機組按照預(yù)定的開啟順序使淡水冷卻泵、海水冷卻泵、潤滑油泵等依次運轉(zhuǎn)。之后機組會自動在空載狀態(tài)下啟動， 并逐漸升速到規(guī)定轉(zhuǎn)速同時關(guān)閉自動排濕閥門， 進入正常工作狀態(tài)。
空氣首先通過濾清器進入螺桿機進氣口上的進氣控制閥， 然后進入螺桿機內(nèi)被壓縮， 在油氣分離罐內(nèi)空氣從油氣混合氣中分離出來。隨后壓縮空氣在中間冷卻器內(nèi)被冷卻后進入活塞機的第二級氣缸內(nèi)被再次壓縮。依次類推， 直到從*后壓縮級的氣缸排出， 經(jīng)過漁人閥調(diào)壓控制后達到氣槍激發(fā)需要的工作壓力。
該機組安裝有 SIEM ENS PLC 控制柜， 用來實現(xiàn)對機組運轉(zhuǎn)參數(shù)的實時檢測和狀態(tài)監(jiān)控功能。對超過預(yù)先設(shè)定的報警值參數(shù)用黃色指示燈報警； 超過預(yù)先設(shè)定的停機保護參數(shù)時， 機組則自動停機實現(xiàn)對機組的保護。
2 LMF 機組結(jié)構(gòu)特點
機組包含有： 機體部件、動力驅(qū)動、潤滑、冷卻、電器、自動控制等系統(tǒng)。
一般包含一臺驅(qū)動機、一臺螺桿機、一臺活塞式壓縮機、電器控制柜和各種電泵等。原驅(qū)動機可以是柴油機， 也可以是電動機。原驅(qū)動機安裝在螺桿機和活塞機的中間， 用彈性聯(lián)軸器將這兩臺機器相連接， 這些部件全部安裝在公共底座上。機組輸出的工作壓力一般為 138 207bar.
3 LMF 機組常見故障
LM F 機組常見故障可以分為電源電器、溫度、工作壓力、潤滑系統(tǒng)、濾清器、傳動系統(tǒng)故障等。下面對上述常見故障作簡要分析， 供同行參考。
3. 1 電源電器故障
3. 1. 1 供電電源相序反向
**次安裝機組時， 如果三相電源接線相序不正確， 將無法進入啟動狀態(tài)， 并在 PLC 控制柜上顯示電源故障、相序反向。需要停止供電， 并更換連接反向的兩根電源線的接線位置。這屬于人為操作錯誤， 應(yīng)反復(fù)檢查無誤后再開機供電。
3. 1. 2 供給電源功率不足
采用 PLC 系統(tǒng)控制的 LM F 機組， 對電源供給的功率要求比較嚴格。如果供給電源除為 LMF 機組供給電源外， 同時也為其他較大用電功率設(shè)備提供電源， 那么， 一旦總電源的供電功率相對較小時， 已經(jīng)運轉(zhuǎn)的 LMF 機組可能受另外一臺設(shè)備大啟動電流的影響而出現(xiàn)自動停機故障。在這種情況下需要重新配置電源，并合理控制用電設(shè)備的啟停操作， 在設(shè)備配置時， 應(yīng)同時考慮好或計算好供電負荷問題。
3. 1. 3 PLC 控制柜內(nèi)部電器元件故障
在運轉(zhuǎn)中如果 PLC 控制柜內(nèi)部的某個控制元件出現(xiàn)故障， 例如保險跳脫或者其他類似的電源故障， 空壓機都將會自動停機。排除故障時， 要求檢修人員非常熟悉內(nèi)部電路原理， 按照 PLC 控制柜儀表板上顯示的故障提示信息檢查是否有內(nèi)部電路燒損、PLC模塊故障或者空氣開關(guān)位置不正常等情況。
集裝箱式機組固定在船舶甲板上， 冬季或者雨季施工時， 由于 PLC 控制柜受海上潮氣的影響， 容易出現(xiàn)各種各樣的電器故障。需要操作人員按照故障信息認真分析、查找原因。
3. 1. 4 線路連接松動
在機組運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)間歇性故障停機， 控制柜顯示為電源系統(tǒng)故障時， 檢修人員需要逐個檢查與內(nèi)部電器元件相接的線路是否有松動或者虛接情況。
如果停機現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生在氣槍激發(fā)船體受到較大震動時， 可以進一步判斷是線路松動造成的。
3. 1. 5 PLC 控制單元中的電池故障
為 PLC 控制柜供電后， 在儀表板上顯示 $ 545 db 101 01 20 not avail .此時無論在儀表板上按下哪個按鈕都無法清除屏幕上的故障信息， 無法轉(zhuǎn)入正常的開機狀態(tài)。
在打開 PLC 控制柜后， 發(fā)現(xiàn) PLC 控制柜*左側(cè)的電源模塊中顯示電池故障的指示燈亮， 表示電池不能正常工作， 需要更換。在暫時沒有備用電池的情況下， 可以把 PLC 控制柜*左側(cè)電源模塊中的電源開關(guān)向下?lián)埽?然后再向上撥復(fù)位。之后觀察各電源運轉(zhuǎn)指示燈， 應(yīng)全部變成綠色。并相繼聽到PLC 控制柜內(nèi)部的各繼電器吸合動作達到正常的工作狀態(tài)， 之后再進行正常的啟動操作。
3. 2 溫度故障
3. 2. 1 淡水冷卻溫度異常
當裝有該空壓機組的物探船在靠近海岸線的海域進行氣槍激發(fā)時， 為了提高船舶作業(yè)的覆蓋能力，需要*大限度向岸邊靠近， 這將造成泥沙跟隨海水一起被冷卻海水泵吸入到板式冷卻器中， 造成泥沙與海生貝殼逐漸在板式冷卻器的鈦合金板壁附著，形成堅硬的熱絕緣層， 這將大大降低板式冷卻器的換熱效率， 進而導(dǎo)致因高溫造成機組自動停機。
排除辦法： 拆開板式換熱器， 逐片檢查并清潔內(nèi)部的沙垢以及滋生的貝殼。之后按照工藝重新組裝， 再進行壓力測試以查看密封圈部位是否有泄漏。
在板式冷卻器海水進口處， 安裝一個流量傳感器， 用來實時檢測吸入海水的流量是否滿足規(guī)定的*低要求。如果吸入的海水受泥沙影響以及吸入口被意外堵塞， 造成流量過低時， 在 PLC 儀表板上會出現(xiàn)黃色故障報警， 提醒操作者進行故障排除。
3. 2. 2 溫度傳感器故障
在 LM F 機組中大量使用 PT 號 100 型溫度傳感器。該傳感器采用鉑金屬線作為熱敏溫度感應(yīng)元件。當溫度為 0 度 時， 熱敏電阻是 100 ； 在溫度為100 度 時， 熱敏電阻是 138.5 .隨著溫度的升高， 電阻值成正比例升高。
如果在機組運行中突然出現(xiàn)自動停機， 并在PLC 控制屏上顯示某個溫度數(shù)值是 33333 度 ， 此時可以判斷該部位的 PT 號 100 型溫度傳感器損壞， 可能是因內(nèi)部的熱敏電阻絲發(fā)生斷裂所致。
當 PLC 控制器沒有檢測到正常范圍的溫度值時， 系統(tǒng)將無法恢復(fù)到可以開機的狀態(tài)。如果現(xiàn)場沒有可更換用的 PT 號 100 型傳感器， 可以暫時用110 左右的電阻代替 PT 號 100 型傳感器直接連接在原來的電纜上， 給 PLC 提供一個虛假的溫度參考值， 使機組達到可以啟動狀態(tài)。
有的 LM F 機組配備了柴油機組冷卻液自動溫度控制系統(tǒng)。當溫度低于 15 度 ， 在為控制柜送電啟動機組時， 控制系統(tǒng)會自動為柴油機冷卻液進行加熱， 直到達到 15 度 以上時， 才顯示機組準備正?？梢詥印Ｈ绻裼蜋C加熱系統(tǒng)出現(xiàn)故障無法加熱時， 在緊急情況下， 可以把柴油機體上的 PT 號 100型溫度傳感器拆下來， 放在溫水中， 使 PLC 控制柜檢測到一個虛假的溫度數(shù)值， 使其達到可以正常啟動的狀態(tài)。
3. 2. 3 壓縮氣缸溫度異常
通常先檢測判斷 PT 號 100 型傳感器是否在正常狀態(tài)下工作。然后考慮內(nèi)部進、排氣閥是否出現(xiàn)故障或損壞。因為當氣閥關(guān)閉不嚴時， 氣溫都會升高。
經(jīng)過上述檢查仍無法排除故障時， 需要根據(jù)機組的工作時間檢查冷卻水系統(tǒng)以及活塞環(huán)等是否正常。
3. 3 工作壓力異常
在機組運行中有壓力表監(jiān)視每級氣缸的工作壓力， 同時也有壓力傳感器將實時壓力數(shù)值傳送到PLC 控制柜中。當壓力值超過規(guī)定的數(shù)值時， 將由PLC 顯示故障報警； 當壓力數(shù)值大于規(guī)定的停機參考值時， 將實現(xiàn)自動保護停機。
某級壓縮氣缸壓力異常， 一般是由于氣閥工作狀況不良或者濾清器堵塞造成的。可以通過觀察壓力數(shù)值的大小、拆檢氣閥、監(jiān)聽閥門是否有異響等方法來分析判斷。
3. 3. 1 進、排氣閥故障
活塞機的每級空氣吸入與增壓排出都是通過進氣閥門和排氣閥門自動實現(xiàn)的。通常每級空氣壓力值的異常都是由于進氣或者排氣閥門異常引起的。
某一種型號的空壓機有兩個第四級氣缸， 為了監(jiān)測氣缸的工作狀況， 在每個氣缸排氣閥后的管線上安裝一個溫度傳感器。在空壓機運行中突然出現(xiàn)自動報警、黃色信號燈閃爍， 幾秒鐘后出現(xiàn)紅色指示燈閃爍并停機。發(fā)現(xiàn)故障信息是 message code no.
0138 diff. temperature 3rd stage cy l. 3/ 4 > max SD .分析得知， 由于第三級壓縮的 3號氣缸和 4號氣缸瞬時工作溫度之差大于 30 度 ， 超過了停機保護設(shè)定數(shù)值。分析原因可能是由于 3號或者 4號氣缸的排氣閥門損壞造成排氣溫度異常， 形成較大的溫度差。按照這個檢修思路， 打開閥門后發(fā)現(xiàn) 3號氣缸排氣閥中的閥片被氣流沖擊破碎， 造成工作異常。在更換閥片后， 運轉(zhuǎn)良好。
任何一級（ 例如第二壓縮級） 壓力的升高都是由于其后一級， 即氣壓更高一級（ 例如第三壓縮級） 的氣閥出現(xiàn)故障所造成的。因為當后一級吸氣閥有故障發(fā)生泄漏時， 在壓縮過程中氣體就可能倒流進入前一壓縮級， 等于減少了后一級的氣體流量。在此情況下， 后一級就只能吸入比正常情況要少的氣量，同時前一級的氣壓升高。
當排氣閥有故障發(fā)生泄漏時， 和上述情況相同，也會造成從前一級里吸入的氣量減少， 使前一級的出口氣壓增高。
對于某些空壓機組， 由于沒有采用 PLC 控制模式， 所以無法對同級壓縮氣缸溫度差值進行比對。
在此情況下， 可以通過觀測壓縮氣缸的工作壓力值進行判斷。
3. 3. 2 復(fù)合式空壓機**級工作壓力異常
**級壓力是經(jīng)過螺桿機壓縮后， 并經(jīng)過油氣分離罐內(nèi)的濾清器分離后的壓力， 壓力值一般為11 bar.在運轉(zhuǎn)中如果該級壓力出現(xiàn)異常， 壓力值低到 3 5 bar， 那么濾清器發(fā)生堵塞就是造成**級工作壓力過低的主要原因。這時應(yīng)檢查并更換該油氣分離濾清器。
3. 3. 3 無法建立*終排氣壓力
如果機組的*終排氣壓力無法建立， 始終在較低壓力下運轉(zhuǎn)時， 可以從以下幾方面入手查找原因。
?。?） 空壓機組進氣系統(tǒng)工作異常對于復(fù)合式機組， 首先需要查看螺桿機的進氣空氣濾清器內(nèi)部是否有堵塞。一般濾清器在工作環(huán)境很差的情況下長時間運轉(zhuǎn)， 而沒有及時更換就會發(fā)生此問題。
當**級螺桿機工作壓力很低， 或者根本無法建立壓力， 還應(yīng)該檢查螺桿機進氣控制的閥片和相關(guān)排量控制閥的工作狀態(tài)。首先可以取下進氣控制閥的彈簧， 然后讓機組運轉(zhuǎn)。如果各級壓力顯示正常， 說明該進氣控制閥控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障， 造成來自空氣濾清器的空氣無法正常進入螺桿機被壓縮， 從而無法建立起壓力。在故障部位確定后， 將彈簧重新裝回進氣控制閥， 再檢查輔助的氣路控制系統(tǒng)， 直到徹底排除故障。一般情況下， 由于氣路控制系統(tǒng)被控制空氣內(nèi)部的油、水污染導(dǎo)致 I/ P轉(zhuǎn)換器工作失靈， 也會造成空氣機組進氣系統(tǒng)工作異常。
（2） 在排除上述濾清器故障而機組仍無法建立正常的各級壓力時， 檢查各級手動和自動排濕閥是否正常工作。對于自動控制各級排濕的空壓機而言， 手動排濕閥應(yīng)該處于關(guān)閉狀態(tài)。如果連續(xù)長時間發(fā)生有空氣從排濕管匯中排出， 說明排濕控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障。應(yīng)該在檢查外部物件工作正常后， 在PLC 控制柜儀表板上進入排濕控制菜單中， 檢查每級自動排濕時間設(shè)定的數(shù)值。每級排濕的時間間隔一般為 600 900 s， 持續(xù)時間為 5 s.如果錯誤地將排濕間隔時間設(shè)定為 60 s， 將發(fā)生持續(xù)排濕， 導(dǎo)致無法建立工作壓力。
?。?） 檢查、核實控制*終壓力的漁人閥設(shè)定數(shù)值。將*終排氣壓力設(shè)定在正常數(shù)值是保證*終壓力正常的重要前提。
（4） 檢查各級工作壓力是否正常、各管路系統(tǒng)是否有空氣泄漏發(fā)生。
3. 4 潤滑系統(tǒng)故障
通常需要按照 LM F 公司規(guī)定的潤滑油使用要求進行潤滑和更換?；钊麢C部分有一個專門的潤滑油壓力調(diào)整閥， 通過調(diào)整該閥， 可以實現(xiàn)對活塞機部分潤滑油壓力的調(diào)整。在活塞機運轉(zhuǎn)時， 潤滑油工作壓力需要保持在一個適當?shù)姆秶鷥?nèi)。當壓力下降超過規(guī)定數(shù)值時， 會發(fā)生故障報警和自動停機。潤滑油的管理需要考慮如下問題。
3. 4. 1 冒牌劣質(zhì)潤滑油造成潤滑壓力異常
在一些國家， 有時由于供應(yīng)商錯誤地提供了假冒品牌而品質(zhì)差的潤滑油， 在更換后會發(fā)生潤滑油壓力異常。通常是在運轉(zhuǎn)一段時間后， 隨著潤滑油溫度逐漸變高， 潤滑油壓力下降， 低于規(guī)定的報警數(shù)值。在此情況下， 即使采取人為調(diào)整機組的壓力調(diào)整閥， 也不能使壓力控制在正常范圍內(nèi)。此時可以認定是由于更換的潤滑油品質(zhì)差造成的， 應(yīng)盡快更換品質(zhì)合格的潤滑油。
3. 4. 2 螺桿機工作溫度設(shè)置與潤滑油更換周期
通常需要參照 LM F 公司規(guī)定的換油周期進行更換。在具備條件時， 應(yīng)進行油樣化驗跟蹤， 并根據(jù)每次的化驗結(jié)果判斷是否需要更換。LM F 公司規(guī)定， 當螺桿機潤滑油工作溫度高于正常值（85 度） 時，由于環(huán)境溫度和濕度的原因， 當需要螺桿機工作在更高溫度時， 潤滑油的更換周期就需要相應(yīng)縮短。
工作溫度每提高 5度， 換油周期就需要相應(yīng)縮短20% 25%.
工作環(huán)境溫度和濕度相對較高， 而操作者沒有清晰了解螺桿機潤滑油工作溫度正確設(shè)置的情況下， 會出現(xiàn)如下問題： 在每天運轉(zhuǎn)后， 操作者打開雙聯(lián)濾清器旁的排油閥門時， 發(fā)現(xiàn)每次有接近 500mL的水先流出來， 然后才是潤滑油流出。造成此問題的根本原因是： 操作者沒有正確地按照機組運轉(zhuǎn)環(huán)境設(shè)置螺桿機潤滑油工作溫度， 造成從空氣中吸入的水分經(jīng)過螺桿機壓縮后無法從油氣中分離出來，并在進入活塞機前被排出機組。這將造成螺桿機內(nèi)部軸承和齒輪的損壞。在螺桿機工作壓力為 15 bar時， 設(shè)定的工作溫度應(yīng)該大于壓力露點溫度。
上橫軸是空壓機組工作環(huán)境溫度， 左側(cè)的垂直數(shù)據(jù)是空氣的相對濕度。兩個數(shù)值交叉匯聚的數(shù)值就是需要設(shè)定的螺桿機潤滑油工作溫度。按照此溫度設(shè)定后， 才可以保證吸入空氣中的水分經(jīng)過螺桿機壓縮和升溫后， 從壓縮空氣中分離并經(jīng)過**級油水分離器被排出機體， 從而延長潤滑油的使用時間。
螺桿機*高工作溫度是115度。但是實際設(shè)定的工作溫度值不能超過所使用潤滑油的合理換油周期規(guī)定的溫度值。螺桿機的工作溫度可以通過調(diào)整注油溫度來實現(xiàn)。當工作溫度在 100度以上時，應(yīng)該使用合成基潤滑油。
3. 5 濾清器故障
在復(fù)合式 LMF 空壓機中使用的濾清器數(shù)量和品種比較多， 一般有： 空壓機的進氣空氣濾清器、螺桿空壓機的油氣分離濾清器、雙聯(lián)機油濾清器、側(cè)流濾清器、CAT 柴油機的空氣濾清器、CAT 柴油機的機油濾清器、活塞式空壓機的機油濾清器。一般在每個濾清器的旁邊均安裝有壓差式報警指示器。當濾清器的進口壓力和出口壓力差達到預(yù)定的數(shù)值時， 報警指示器內(nèi)部的指示活塞就會移動到紅色標志位置， 提醒操作者應(yīng)該立即更換該濾清器， 避免因此引起其他故障。
濾清器故障一例： 在對全機組的所有空氣濾清器和機油濾清器更換 200 h 后， CAT 柴油機在每次開始運轉(zhuǎn)時， 出現(xiàn)轉(zhuǎn)速從額定的 1205 r/ min 逐漸下降到 1100 r/ min， 柴油機呈現(xiàn)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)即將熄火狀態(tài)。在故障排除時采用逐項排除法，并請專業(yè) CAT修理人員檢查高壓油泵、氣門間隙等均沒有發(fā)現(xiàn)問題。*后懷疑是空壓機部分可能出現(xiàn)負荷加大現(xiàn)象，拆檢螺桿機油氣分離器發(fā)現(xiàn)內(nèi)部的油氣分離濾清器外壁向內(nèi)凹陷， 造成經(jīng)過螺桿機壓縮后的**級空氣在進行油氣分離時， 不能順暢的通過該濾清器， 出現(xiàn)阻力加大現(xiàn)象。正是由于該阻力的加大造成柴油機轉(zhuǎn)速下降乃至停機。該濾清器出現(xiàn)過早堵塞問題的原因是： 該船在中東海域距離海岸線很近的水域施工， 在遇到沙塵暴天氣時， 顆粒很細的沙塵會通過空氣濾清器進入到螺桿機中， 從而在油氣分離濾清器處造成堵塞。
因此， 更換濾清器的時間間隔不能單純地根據(jù)工作時間來決定， 要充分考慮到特殊的工作環(huán)境。
3. 6 傳動系統(tǒng)故障
對于復(fù)合式空壓機組， 驅(qū)動柴油機的曲軸通過左右兩側(cè)的彈性聯(lián)軸器直接和螺桿機以及活塞式空壓機相連。彈性聯(lián)軸器是傳動系統(tǒng)中的重要部件，可以減少傳動震動、對于機組的平穩(wěn)啟動和停機起到重要作用。
彈性聯(lián)軸器屬于橡膠材料， 長期在較高溫度條件下運轉(zhuǎn)， 更容易縮短使用壽命。在運轉(zhuǎn) 5000 7000h 后應(yīng)加強檢查。當螺桿機**級工作壓力出現(xiàn)異常， 無法正常建立起油壓以及只有柴油機運轉(zhuǎn)而螺桿機不正常工作時， 應(yīng)該檢查柴油機和螺桿機之間的聯(lián)軸器是否損壞。
4 結(jié)束語
?。?1） 操作和管理人員需要認真學(xué)習(xí)和了解機組各系統(tǒng)的工作原理， 尤其是控制電路的原理。只有懂得了工作原理， 才能夠在出現(xiàn)故障時， 快速、準確地分析判斷查找出故障點和原因。
?。?2） 及時按照各濾清器的工作狀況更換濾清器和潤滑油是保證機組正常運轉(zhuǎn)的基本條件。濾清器不干凈或堵塞會引起一系列的故障。
（ 3） 按照說明書規(guī)定要求， 認真做好設(shè)備的維護管理， 發(fā)現(xiàn)故障隱患要及時解決。
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