空压机的性能检测

1空压机的概述

1.1 NPT5 空压机的组成结构和工作原理

(1)组成结构

NPT5空气压缩机是一种常用的空气压缩机，目前为止，它也是机车中使用最多的一种空气压缩机。当环境温度小于30 0C时，它能够连续稳定运转。前面也介绍了，它主要用于铁路机车的制动系统，还包括其它的气源部件，如鸣笛等。NPT5是三缸，立式，风冷，两级压缩的活塞式空气压缩机。其结构图如图1所示。

图1空压机的结构图

NPT5主要由运动部件，空气压缩系统，润滑系统和冷却系统组成，下面分别对各个部分作简单的介绍。

1)运动部件

曲轴是空压缩机中很重要的一个部件。原动机经由曲轴带动，使电机的旋转运动转换成活塞的上下来回运动。在曲轴的一端装有油泵的联轴器带动油泵旋转。连杆是受力部件。活塞环是个密封部件，主要负责布油和导热。

2)空气压缩系统

曲轴由原动机带动作规律的旋转，通过连杆使活塞作规律的往复运动。在活塞不断运动的过程中，气缸内工作容积也在随之不断变化。因为气阀的原因，空气也会按照一定规律在运动，从而形成对空气的压缩作用。

3)润滑系统

对于空压机的运行，润滑系统是一个必不可少也非常关键的系统分。NPT5空压机主要是采用压力润滑的解决办法。

4)冷却系统

压缩机的冷却系统是非常有必要的，不然超过了它的运行温度，会导致空压机不能正常的工作。空压机的冷去系统主要包括对压缩空气的冷却和受热机件的冷却。本压缩机采用了强迫通风的冷却装置，结构很简单，主要部件为风扇和冷却器。

( 2) NPT5空压机的工作原理

电动机通过联轴器将动力输入，然后带动空压机的曲轴按指定的方向作旋转运动。由于

连杆的作用，然后带动装在连杆小端的活塞在气缸内做活塞运动。在活塞的不停运动中，活塞的顶部与气缸之间形成进气和排气的空气压缩过程。气阀的工作原理如图2所示。

图2气阀的工作原理

1.2 NPT5 空压机的主要参数

表1为NPT5 的主要参数

表1 NPT5 的主要参数

1.3 NPT5 空压机常见的故障及处理方式

NPT5 空压机在运行中常见的故障、原因和处理方式如下表2

表 2 NPT5 空压机在运行中可能产生的故障及其原因和处理方式

2 NPT5性能测试试验台的设计依据

根据NPT5空压机组实际的工况条件，以及NPT5空压机性能检测的具体要求，NPT5空压机性能检测试验台需要对它的各个性能参数进行检测。按照其用户的要求，其性能检测试验台具体设计要求如下:

(1)空压机性能检测试验台要能对轻轨列车用NPT5空压机性能检测试验，可以选择自动和手动，根据需要系统将采集记录的相关参数，存入数据库，便于以后的查询或者打印。

(2)测试试验过程前配置测试项的时间，电机的转速，还有些试验要能记录试验的时间，测试中能够实时显示，空压机有关的压力、温度、电机输入电压、电机电流及转速等实时参

数的值，而且参数值超出预设的上限值时，试验台应立即给出报警，并快速作出相应的报警处理。

(3)测试试验台主控设备须采用稳定可靠的工业控制控制系统，手动或自动选择试验，手动试验时可以任意的执行某一个子测试项，能够对试验数据进行自动采集和处理、能自动生成试验报表，以及实现试验过程中的自动调节和控制。

(4)检测试验台需易于安装和维护，试验台还应预留一些接口，以备口后试验台的升级和扩展。

3 NPT5性能测试测控系统的总体方案

3.1 NPTS性能测试的测试试验

试验台根据GB3853-83《空气压缩机机性能试验方法》和JTNPT5《NPT5型空气压缩机试验及验收技术条件》总结出了需要做的测试实验，主要包括磨合试验，泄露试验，温度试验、风量试验和超负荷试验。下面将对各试验试的测试指标和要求分别在下面作详细的介绍。

3.2测试内容和要求

(1)磨合试验。打开泄压阀和两个手动闸阀，测量转速、电流、电压、室温、油温、出风口温度。磨合试验主要按下列步骤进行:

1)在电机转速达到450 rpm(转/分)后，保持转速，并持续运行30min;

2)在电机转速达到600 rpm后，保持转速，并持续运行20min;

3)在电机转速达到800 rpm后，保持转速，并持续运行l0min;

4)在电机转速达到1000 rpm后，保持转速，并持续运行30min;

磨合试验要求磨合后期出风口不许有喷油现象，油压应在350-600kPao

(2)温度试验。在进行磨合试验完成后进行。首先关闭泄压阀，在试验过程中不断开启与关闭泄压阀，使风缸保压在900kPa士l0kPa(可设置)。

1)当转速为1000 rpm时，使风缸保持在在900kPa，测量出口温度，要求其不能超过40℃;

2)在连续运转30分钟后，在排气接管处测实际排气温度，要求不大于190℃;

3)测空压机机体内润滑油温度，要求其不大于80℃。

(3)泄漏试验。测试开始使泄压阀处于关闭状态，当风缸的空气压力达到900kPa后，使电机停止运转，在接下来的10分钟内监测风缸压力的下降量，要求测得气缸压力下降量不大于100kPa。

(4)风量试验。停机，开启泄压阀，使空压机的气缸压力降为0;开启电机，提高转速，使到电机转速达到1000 rpm，关闭泄压阀，开始计时，计算当压力到900kPa时的时间。在转速达到1000 rpm时，如果空压机风缸容积为400升时，风缸压力从0上升到900kPa所需的时间要求不能大于100秒;如果空压机风缸容积为1600升时，风缸压力从0上升到900kPa 所需的时间要求不能大于420秒。

(5)超负荷试验。在风量试验完成后进行，在试验过程中不断开启与关闭泄压阀，使风缸保压在990kPa士5kPa(可设置)。维持转速为1000 rpm，使风缸压力维持在990--1000kPa 之间，然后连续运转2分钟。要求不允许有异音或其它异常现象。超负荷试验完后，立即测量油温，要求油温不超过80 0C X11℃。

3.3测试项及指标

在试车台和压缩机接口处的风管上装有压力变送器和温度变送器，在润滑油箱的入口处插入温度变送器，可以在空压机运行实时测量并记录出气口的温度和压力，工作时的润滑油温度以及空压机的转速。

打开试车台出风口的电空阀，排出网管中的压缩空气，延时5秒后关闭电空阀，实现压缩机启动前及启动过程中的空载状态，保证压缩机的正常启动。本系统可自动控制采用充罐

法测试空压机的排气量。表3为具体的待测量及其质量标准。

表3 测试项目指标

3.4 试验的参数设置

空压机的性能测试，上面已经说明了要具体的测试项目，以及各测试的指标和具体要求，为了明确试验的目的，方便得到试验结果，还要必须对于个测试项的测试运行参数和限度参数进行说明。

(1)空载磨合试验工况设置

(2)风量试验参数设置:(储风缸500L)

最大压力:900kPa;

加压时间:<125s;

(3)泄露试验参数设置:

泄露试验时间:l0min;

泄露试验压力:900kPa;

压力泄露量:<100kPa;

(4)温度试验参数设置:

空压机转速:1000rpm;

储风缸压力:900kPa;

运转时间:30min;

排气口温度≤190℃;

油温80 ℃;

(5)超负荷试验参数设置:

储风缸压力:900kPa;

空压机转速:1000rpm;

运转时间:2min;

油温}80℃;

(6)其他参数，如三相电压、电流、转速等由变频器直接读取。

4 NPT5性能测试试验台的结构和工作原理

本试验台设备组成主要由操作台、试车台、陪试电机、及储风缸四部分。操作台包含有工控机、变频器、PLC、各类传感器、气路等，可以分为四部分构成:操作台，电气及仪表柜，试车台及储风缸四部分。试验台的结构组成如下图3所示:

图 3 试验台的组成结构

测试试验台的整体设计及结构如下图4所示：

图 4 测试试验台的整体设计及结构

下面是对试验台三个重要组成部分作如下的介绍。

(1)操作控制台

图5为本系统的操作控制台平面图。从图中也可以看到，整个操作台包含有微机控制系统(PC)和人工控制系统(PLC)。当试验台处于微机控制时，在计算机上位机软件系统的控制下，试验台将自动按预先设置的程序完成按JTNPT5要求的出厂试验。还可以按GB3853-83《空气压缩机性能试验方法》的规定完成一般空气压缩机的性能试验或给定的其他特定的规范要求的测试试验。在试验测试过程中，根据相关的技术和试验要求，需要适时的采集试验的数据，显示数据和处理数据。按GB3853- 83《空气压缩机机性能试验方法》中给出的相关公式计算出空压机的排气量，并打印输出给定格式的测试试验报表。

图 5 系统操作控制台

对空压机的性能测试,其中空压机的排气量是空压机最主要的待测量之一,因为它直接说明当前待测空压机的性能。试验中，排气量的测试方法，是要需通过测量空压机一定时间的排气量,计算单位时间的排气量，就可以直接而且的判断电机的负荷以及空压机工作情况。在测试试验中,从系统启动操作界面的微控制器开始，系统始终在对待测的温度和压力进行实时检测，而且包括检测电机的运行状态，也是开机就在实时的监测。通过计算机同一时刻采集的测试数据来计算当前空压机的排气量,排气量测试的准确度也有很好的保证。

(2)试车台

试车台主要由机座、主电机等组成，其中机座部分安装在试验车间的厂房内。机座上安装了一台30kW可调速电机，用于驱动空压机运转。被测试的NPT5型空压机当然也安装在这个机座上。在一般时候，对空压机的进行出厂试验的时后，空压机和配饰电机用弹性联轴节直接相联。此外，机座上还布置了测试空压机排气温度、机油温度的温度变送器，和测试空压机试验中各压力测点及压力表管路，设置了各温度测点。

(3)储风缸

测控系统，储风缸被安装在试验台以外厂房外，由通气管道把空压机及喷嘴和储风缸相连。在本测试台中，用到的储风缸的容积为400L，其容积符合JTNPTS的要求，也可满足用充罐法测定空压机的排气量.储风缸上装有一个安全阀和一个指示储风缸压力的压力表及一个排气通道。

5 NPT5性能测试试验台执行流程

空压机性能测试试验台主要目的就是为了对空压机的各个运行参数状态进行准确的测量，通过判断测试合格与否，进而判断和能保证空压机能够安全可靠的运行。当空压机组处于运行状态时，测试系统需要时刻对电机电流、电机转速，电机电压、排气压力和温度、缓冲气罐与储气罐的压力和温度等参数进行实时检测与监测，并将参数和直接的显示给用户和操作人员。

NPT5空压机性能检测系统工作时的内容主要有以下几项:

(1)开机准备。在确保电源己经切断的情况下，首先连接好电机的电源线，注意区分电枢绕组励磁绕组，不能接反(连接线上有标号);安装连接好光电速度传感器;连接好左右轴箱和轴承的温度传感器;PLC与各部之间的连线，要连接好，不能松动;至此，可以合上控制柜空气开关及面板上的电源开关，系统进入操作界面首画面。

(2)启动控制器:启动控制器主要是给PLC、变频器和电机上电。PLC上电之后处于默认的运行状态，时刻在进行数据采集，同时处于监测电机的运行状态，包括电机的电流，转速以及待检测的空压机的相关压力和温度量。同时PLC随时都在监测上位机的命令状态信息，如果收到上位机的动作指令，PLC根据相应的试车台命令，做出相应的动作。如开始试验，选择试验类别，停止试验，结束试验等。

(3)系统停机:测试的过程中，待测监控量其中有一个或多个不在测试试验规定的范围指标时，测试试验台的上位机系统便会产生相应的报警信息，操作台也会有报警提示。技术人员和用户可以就要根据现场的实际情况，结合上位机提供的报警信型，判断测试是否要继续，是否要结束整个试验，如果是则紧急停机按钮作，达到对整个系统的断电操作。如果在空压机测试试验的过程中出现了技术人员事先没有考虑的特殊问题时，如电机堵转，排气管赌赛，操作人员可以立即按下急停按钮，作出相应的调整，以避免重要损失和也避免对空压机组和整个系统的损坏。试验台需要正常停机时，正常的是在上位机试验界面上操作，上位机发出停止和结束试验。当下发停止指令时，PLC会断开变频器的电源。当然紧急情况下，操作人员可以直接关闭操作台上“停机“按钮，直接的让系统断开电源，从而结束所有的试验。

(4)空压机的磨合试验首先进行，这是性能测试的大前提，不然测试也就失去根本的意义，主要的目的为了确保所得测试数据的准确性和可靠性。所以在上位机在进行操作测试试验时，无论是手动方式还是自动的方式，首先应该进行磨合试验后，然后选择其它试验。

在试验之前应先将试验台的总开关上电，保证了上位机得电，再打开微控制器开关，让PLC和变频器的电源接通。为了准确和安全进行每个试验的功能，不仅需要变送器采集NPT5的运行参数，还需要根据采集的参数(如电机的运行状态)，经过计算和分析来进一步控制下位机PLC的动作。