摘 要

螺杆式空压机是一种空气压缩机。在船舶领域里，易损件多、可靠性差的活塞式空压机被可靠性高的螺杆式空压机取代已经成为必然趋势。在未来，无人驾驶船舶也将成为未来船舶的发展目标和方向。因此，本文对螺杆式空压机的日常维护保养和常见故障的维修进行了归纳总结，并对螺杆式空压机的零部件提出了无人化维修的改进。

本文主要做了以下工作：

1. 查阅TSA-230A系列螺杆式空压机的使用说明书来对螺杆式空压机的维护保养方案进行分析。
2. 查阅螺杆式空压机的使用说明书和螺杆式空压机故障维修工艺手册来分析螺杆式空压机常见的故障征兆及故障维修工艺。
3. 对螺杆式压缩机会发生的常见的几个故障的无人化维修保养的展望。

关键词：螺杆式空压机；维修保养；无人船舶

Abstract

Screw air compressor is an air compressor.In the field of ships,It has become an inevitable trend to replace a piston type air compressor with many consumable parts and poor reliability with a highly reliable screw type air compressor.In the future, unmanned ships will also become the development goals and directions for future ships.Therefore, this article summarizes the daily maintenance of screw air compressors and maintenance of common faults, and proposes the improvement of unmanned maintenance for the parts of screw air compressors.

The main contents of this thesis are as follows.

1. Check the instruction manual of the TSA-230A series screw air compressor to analyze the maintenance scheme of the screw air compressor.
2. Refer to the operating instructions of the screw air compressor and screw air compressor fault repair process manual to analyze the common fault symptoms and fault repair process of the screw air compressor.
3. Exploration of unattended maintenance of several common failures that may occur with screw compressors.

Keywords :screw air compressor; maintenance; unmanned ship

目 录

摘要 I

Abstract II

第1章 绪论 1

1.1目的及意义 1

1.2国内外的研究现状分析 1

1.3基本内容和技术方案 2

1.3.1基本内容 2

1.3.2 技术方案 3

第2章 螺杆式空压机的维护保养方案 5

2.1船用空气压缩机的分类 5

2.1.1活塞式空气压缩机 5

2.1.2螺杆式空气压缩机 6

2.1.3活塞式空压机与螺杆式空压机对比 6

2.2 螺杆式空压机的维护保养方案 7

2.2.1维护保养的意义 7

2.2.2螺杆式式空压机的日常维护保养方案 8

2.2.3螺杆式空压机的周期维护及保养方案 11

2.3本章小结 13

第3章 螺杆式空压机的故障征兆以及故障维修工艺 14

3.1故障树分析 14

3.2 螺杆式空压机工作故障 15

3.2.1空气压缩机高温 15

3.2.2空气压缩机排气量不足 21

3.2.3空气压缩机排气中带油 24

3.3 本章小结 26

第4章 无人船舶压缩机维修保养方案的展望 27

4.1空气压缩机高温 27

4.2空气压缩机排气量不足 28

4.3本章小结 29

第 5 章 总结展望 30

5.1总结 30

5.2展望 30

参考文献 31

致谢 32

第1章 绪论

1.1目的及意义

空气压缩机是一种重要的船舶辅机，它利用电动机产生的机械能将低压空气转换成高压空气并储存在空气瓶内，随时为船舶的动力系统提供纯净的高压空气，它在现代船舶上起到了十分重要的作用。空压机一旦不能正常运转作，将给船舶带来十分大的危害，在严重的情况下，甚至会导致船舶无法正常运转和启动^[1]。因此做好对空气压缩机的保养与维修有着极为重要意义。

智能化是未来船舶发展的趋势，近些年来随着物联网、大数据、云计算、人工智能等新理念、新技术的迅速发展，以及船舶自动化的水平不断地提高，无人船舶的技术也渐渐成熟，在军事领域、海事巡航、海事搜寻与救助、海洋数据测量与监测、气象保障服务等领域有着越来越广泛的应用^[2]。正因为无人船在很多领域起着重要作用，它运行的稳定性就显得尤为重要，一些微小的故障也会造成惨痛的代价，因此对无人船上一些重要设备的保养检修工作必不可少，对无人船上的空气压缩机进行远程监控具有重要意义。

随着机器设备的大型化、自动化、高速化和复杂化，机器设备的故障也变得越来越复杂，而机器设备的状态监测和诊断是以门综合性技术，涉及的知识面大，对进行诊断的技术人员素质也将有较高要求。有时从故障征兆到故障发生，只有几分钟时间，这时就需要一种方法将现场的故障资料传至千里之外的专家处，诊断之后再返回诊断结果，指导现场人员处理，这就是最初的远程故障诊断的构想^[3]。由此可以想到，将远程故障诊断技术应用于无人船空气压缩机上，对空气压缩机进行检修和保养有着现实意义。

1.2国内外的研究现状分析

空气压缩机故障方面，国内的工程师们正脚踏实地地做着工作。对空压机系统进行维修保养检查时应考虑得全面，再小的问题也可能会引起难以估计的故障。刘瑜，王振涛等人运用故障树分析法将空气压缩系统产生故障的原因进行了分析总结，并提出了对应的措施^[4]。制冷空压机一旦出了故障,就会影响冷库里面的食物。工作中空压机应间歇运转，船员管理不善等原因则会导致压缩机长时间不停地运作。某轮机的制冷压缩机在一段时间里就频繁发生此类故障。方小明结合制冷压缩机的故障案例进行诊断分析，并提出了可行的对策^[5]。目前，在空气压缩机的维护中，主要有预防维护、总体维护、日常维护以及定期维护这几种。其中，预防维护是针对空气压缩机运作中可能会出现的故障而实施的预防检测和维护；总体维护是在确定的时间对空气压缩机实施操作程序的维护，具体维护的项目是确定了的；日常维护则针对空气压缩机日常工作，对它随时进行检查个维护工作，维护程序及维护内容都有随意性；定期维护则是在空气压缩机使用至一定时间，对其实施全面的保养和检修，保养和检修的项目是整个空气压缩机。刘毅对空压机的维修和维护策略进行了详细的阐述^[6]。

无人船艇有着悠久的历史，早期主要用于战争，在诺曼登陆期间，盟军曾设计出一种可按预定航向自动驶往目的海域的无人艇^[7]。二战后期，英国海军通过在小型登陆艇上加装无线电控制的掌舵装置和扫雷装置，用于浅海区扫雷作业^[8]。20世纪50年代，前苏联曾利用小型遥控式无人水面艇对敌舰发动自杀式攻击^[9]。21世纪后部分技术瓶颈得到解决，无人船艇迎来了一段高速发展期。美国海军水下作战中心联合三家公司在2002年起合作开发“斯巴达侦察兵”号无人艇，这种无人艇可以完成情报收集、侦查、反潜和精确打击等任务^[10]。2005年意大利研发的“Charlie”号无人船则能对南极洲的海洋进行取样，收集大气海洋的数据^[11]。我国在无人船艇方面也有广泛的应用。2008年国内新光公司开发的“天象1号”无人艇为奥帆赛提供气象应急装备用以气象保障服务^[12]。云州智能公司则在环境监测领域用到无人船，它能进行在线水质污染和核污染监控^[13]。在2013年，我国自主开发的“海巡166号”无人船下水，它具有优秀的机动性、抗沉性和抗风浪能力^[14]。2014年，上海大学开发的“精海”号无人船装载有北斗导航系统，可实现自动定位、航迹自动跟踪、航迹远程动态设定和障碍物自动规避等技术^[15]。

1.3基本内容和技术方案

1.3.1基本内容

（1）螺杆式船用压缩机的维护保养分析。为了降低螺杆式船用压缩机出现故障的概率，对船用压缩机的日常维护保养方案进行分析。

（2）螺杆式船用压缩机故障征兆及修理工艺分析。对螺杆式船用压缩机出现的故障征兆进行分类总结，并对其发生原因及修理工艺进行分析，以确保船用压缩机能正常工作。

（3）无人值守船舶螺杆式船用压缩机维修保养的展望。针对无人值守船舶的船用压缩机的维护保养及零部件的优化展开讨论。

1.3.2 技术方案

在确定了研究的基本内容以及国内外的研究现状以后，需要查找资料对船用螺杆式压缩机的保养维修工艺进行分析，以及对无人船舶上压缩机的保养维修方案的展望。

图1.1技术方案

由于目前螺杆式空压机结构简单、性能优秀，所以本文研究的均为螺杆式空压机。在空压机的正常工作周期内，需要对空压机进行定期保养，以减少出现故障的概率，本文会以空压机说明书等为标准对空压机的保养方案进行分析总结。当空压机运行到一定时间，可能会出现故障，具体有异常高温、排气量不足、排气中带油这三类故障，本文将查找相关文献对这三类故障的维修工艺进行分析。近年来由于无人船艇的高速发展，无人船艇上空压机的保养维修工艺也成为重点，我们需要从实际出发，进行无人维护的构想，完成对无人船舶压缩机维修保养方案的展望。

螺杆式空压机的维护保养方案

本章通过活塞式空压机和螺杆式空压机的对比来确定研究对象为螺杆式压缩机，之后查阅TSA-230A系列螺杆式空压机的使用说明书来对螺杆式空压机的维护保养方案进行分析。

2.1船用空气压缩机的分类

2.1.1活塞式空气压缩机

2.1.1.1工作原理

活塞式空气压缩机是由电动机连接皮带或联轴器带动曲轴转动，然后由连杆带动活塞进行往复运动，使气缸、活塞、气缸所形成的腔室容积发生改变，外界空气经滤器吸入低压腔室后进行压缩，再进入高压腔室中经压缩后排出。空压机排出压力较高时都采用多级压缩和中间冷却，船用水冷空压机多采用两级压缩，I级压缩空气经中间冷却器冷却，再经II级压缩至额定压力后经后冷器通过单向阀进入主空气瓶。

2.1.1.2基本结构

活塞式空压机压缩机使用的是曲轴连杆机构。曲轴安装于曲轴箱的两端滚动轴承上，I级气缸、II级气缸安装在曲轴箱上。连杆用螺钉紧固。活塞与连杆通过活塞销连接。在各级活塞的上面装有一定量的气环达到密封的目的，同时还配备油环和刮油环，起到润滑以及收集气缸壁多余滑油回留到曲轴箱的作用。I级吸、排气阀组件装在汽缸盖内，I 级安全阀安装在液气分离器的上部，II级吸气阀与排气阀装在气缸中部的阀室内，II级安全阀装在缸盖排气腔上部靠排气口。各级气阀都有随压力变化自动开关的舌簧阀、环状阀、组合阀。安全阀、控制阀大都是弹簧调节式。活塞顶上部是气缸的I级工作空间，活塞过渡面以下的环形空间为II级工作空间。

2.1.2 螺杆式空气压缩机

2.1.2.1 工作原理

螺杆式空气压缩机使用带轮传动，带轮带动主机转动从而进行空气压缩，并通过喷油对主机内的高温压缩空气进行冷却。主机排出的气油混合气经过粗、精两道分离，将压缩空气里的油分离出来，最后得到高质量的压缩空气。机壳内相互平行啮合的主副转子齿槽的容积变化使空气进行了压缩。转子副在与其配合的机壳内进行转动，转子齿槽间的气体不断地产生周期性的体积变化，气体沿着转子轴线，从吸入侧进到排出侧,完成吸气、压缩、排气三个工作过程。

2.2.2.2 基本结构

双螺杆式空压机是一种双轴容积式回转型的空压机，其主要结构是主副两只转子配合，组成转子副，主副转子的齿形外部和机壳内壁形成密闭容积；蜗杆空压机是一种单轴容积式回转型的空压机，它的啮合副是由两个对称平面布置的星轮和一根蜗杆所组成，其星轮齿面、蜗杆螺槽及机壳内壁形成封闭容积。

2.1.3活塞式空压机与螺杆式空压机对比

在使用的过程中，分别对活塞式空气压缩机组和螺杆式空气压缩机组的运行状况、运行数据进行了统计分析：

（1）电能消耗：经测量，活塞式空气压缩机的真实电能消耗要比其标准的技术参数高6%左右，而螺杆式空气压缩真实电能消耗与标准技术参数相同，原因是其高精密化的设计加工。测量压缩单位立方空气的电能消耗时，活塞式空气压缩机比螺杆式空气压缩机电能消耗高5%左右。

（2）设备管理：螺杆式空气压缩机完全用智能数字系统控制，通过传感器精准地采集各项数据，运行过程中还能依据给定的压力、运行的时间到达无人化管理的要求，其管理的成本远远低于活塞式空气压缩机；而活塞式空气压缩机因其本身对润滑的要求很高，并且需要专职人员定时做好润滑、定时测量气缸温度、定时压力调整等工作。相比较而言，螺杆式空气压缩机运行过程更稳定，具有更高的性价比。

由于螺杆式空压机性能和性价比方面较活塞式空压机更为优秀，且目前船舶空压机发展方向均向螺杆式空气压缩机转变，所以本文只对螺杆式空气压缩机的维修保养方案进行分析。

2.2 螺杆式空压机的维护保养方案

图2.1 TSA-230A系列螺杆空气压缩机结构图

2.2.1维护保养的意义

空压机的维护保养是空压机运行的客观要求，同样是空压机管理中的重要环节。只有精心地维护保养空压机，才能有效地延长空压机的寿命，提高空压机的使用效率，保证生产工作的正常进行。空压机在使用过程中，由于自身的运动，必然会带来对空压机零部件的机械磨损，以及介质对空压机零部件的化学腐蚀作用。根据各零部件工艺特点的不同，空压机在使用中不断地产生性能下降。空压机的性能下降，并不单指发生故障而使空压机停止工作，即使空压机仍然在工作，但是会引起质量、产量下降，或者消耗增大、效率过低等，从严格的要求来判断都应当看成是空压机的性能下降，即使空压机没有停止工作，这样的性能下降也应属于故障之列。若不及时处理，则会造成空压机过早劣化，甚至造成严重事故。在诸多内外因素的影响下，逐渐地减少空压机的使用寿命。空压机维护保养的工作就在于采用各种措施、及时处理发生的问题。随时改善空压机的技术状况，把事故消灭在发生之前，防患于未然，以减少上述诸多因素对空压机使用寿命的影响。

2.2.2螺杆式式空压机的日常维护保养方案

本节将介绍哪些组件需要进行维护保养和分析需要进行维护保养的原因，并分析了如果组件保养不良会对空压机产生何方面的影响。

2.2.2.1润滑油使用规范及保养

润滑油在空压机系统中扮演着至关重要的角色，它既可以用于保护组件减少摩擦，也可以用于吸收压缩空气的热量为压缩空气冷却。当空压机发生异常高温故障时，润滑油系统可能有需要负一定的责任。而润滑油的质量则是润滑油系统优良的重要参数之一。

本节制定了润滑油的日常保养方案：

（1）润滑油规范及推荐用油

润滑油应使用油水分离迅速、抗氧化稳定性好、防锈防腐蚀性能好、消泡性佳、高粘度指数的油品，其特性应符合下列要求：

表2.1 润滑油规范（1）

表2.2 润滑油规范（2）

（2）判断需换油的因素

1、油中含有比较多的油泥、杂质等沉淀物；