近年来，随着铁路高速化和重载化的发展，为了适应铁路机车提速、安全及平稳牵引的需要，喷油螺杆空气压缩机（简称“螺杆空气压缩机”）以其易损件少、可靠性高、动力平衡性好、适应性强、排气压力稳定等特性，在机车上得到普遍使用，如SS 7D、SS 7E、SS 9、高速动车组、“天梭号”、青藏线上机车等均采用了螺杆空气压缩机。

    螺杆空气压缩机是一个由多个具有不同功能的零部件集成的系统，除主机外还有电机、风机、冷却器、油分离器、空气滤清器、机油滤清器等重要部件。本文就空气滤清器的性能要求、节能使用条件等进行分析说明，供机车用螺杆空气压缩机设计、选型、维护时参考。

　　1 空气滤清器对螺杆压缩机的作用和影响

　　空气滤清器是机车用螺杆空气压缩机的“进气—排气”这个开放式系统中的第一道保护屏障。螺杆空气压缩机在任何工况条件下，空气滤清器必须滤除空压机吸入的空气中的有害粉尘、颗粒、杂质和异物，防止其进入压缩机内部，导致对主机、油气分离滤芯、机油滤清器、润滑油（冷却液）等的性能和寿命的损害，因此空气滤清器对压缩机起着至关重要的保护作用。

　　在螺杆空气压缩机的使用过程中，由于空气滤清器的存在又改变了压缩机的压缩比、排气量、轴功率、比功率。空气滤清器对流过的空气产生一个阻力，而空气必须损耗一定的静压力克服滤清器内的气体流动阻力（以下称空气滤清器压差），空气才能以一定的流速通过空气滤清器。

    在空气滤清器的使用过程中，由于空气流过滤清器，空气中的灰尘会积聚在空滤芯上，减少了滤芯的气流通道，从而使空气滤清器压差逐渐增加。空气滤清器的初始压差、容灰量、使用过程中的压差、寿命终了时的最大压差值对压缩机的排气量、比功率、压缩机的运行费用、压缩机是否节能运行等方面有重要的影响。

　　2 空气滤清器的控制参数

　　目前，螺杆空气压缩机除部分采用带坚固外壳的单级空气滤清器外，大多采用了具有“切向旋流管预滤器”的双级空气滤清器。空气滤清器的控制参数（或特性参数、性能要求）说明如下：①工作温度：-4080℃。

　　②密封可靠、抗振动疲劳性能符合要求.

　　③空气滤清器进气阻力复原率大于85%.

　　④初始进气阻力不大于3.0 kPa.

　　⑤初始滤清效率要求见表1.

　　⑥在额定空气流量条件下，空气滤清器的预滤效率要求见表2.

　　⑦滤芯储灰能力（容灰量）：在额定空气体积流量下，当滤芯阻力增量达到2.5 kPa或滤清效率下降到规定值时，储灰能力按下列公式计算：C≥AF，式中：C——储灰能力，g；式中：A——单位面积的规定储灰能力，g/cm 2；式中：F——滤芯有效过滤面积，cm 2。

　　滤芯储灰能力（容灰量）可以换算为在一定的流量和环境平均灰尘浓度条件下的空滤芯的使用时间。

　　⑧空气滤清器的压差增长量：在螺杆空气压缩机的使用过程中，空气滤清器的压差应控制在5.0 kPa之内（也就是压差增长量应控制在2.0 kPa之内）。

　　⑨过滤效率和过滤精度：在螺杆机使用过程中，空气滤清器的过滤精度应保证在4.0μm以下。目前的螺杆空气压缩机空气滤清器的精度指标，即：颗粒当量直径大于等于1.0μm过滤效率为98.5%；颗粒当量直径大于等于4.0μm过滤效率为99.99%.在这里要指出，行业标准TB/T 2710.2 《机车、动车用空气压缩机技术条件第二部分：螺杆空气压缩机》的第3.13条规定的“空气滤清器能滤除空气中的直径大于25μm 的固体颗粒”已与螺杆空气压缩机的实际要求脱节。

　　3 空气滤清器压差对压缩机参数的影响分析

　　随着空气滤清器使用时间的增加，空气滤清器压差从初始压差值逐渐增加。这个压差值的增长速度主要取决于环境空气的灰尘浓度。空气滤清器压差变化后，压缩机的压缩比、排气量、轴功率、比功率随之变化。为进一步分析问题方便，表3列出参数符号及测点位置定义。

　　①条件：不考虑进气阀的阻力损失，主机排气压力恒定，主机排气温度恒定，并且设定滤清器吸气状态为标准状态，即温度20℃、大气压力1.0 Bar、相对湿度0%.

　　② 压缩机进口压力：P 1 =P a -（ΔP+ v 2 /2），v为从空气滤清器到主机进气阀的接管内气流的速度。当略去气流速度时，则P 1 =P a -ΔP.

　　③当ΔP=0，并且不计接管内气流速度，此时对应轴功率为N 0，压缩比为0，排气量为Q 0，比功率为N r0（此状态点作为基准点），则：压缩比增加百分比：K 1 =Δ / 0 =（ - 0）/ 0 = / 0 -1轴功率减少百分比：K 2 =ΔN/N 0 =（N- N 0）/ N 0 =N /N 0 -1排气量减少百分比：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是压力、温度、比容、多变指数、多变效率的函数，可以按专业书籍推荐的公式进行计算，但计算结果与实测值存在较大出入。在这里根据基准点的可测量性，结合已有的广泛使用的螺杆空气压缩机计算程序，将机车上常用的功率22 kW，排气量2.4 m 3 /min，排气压力分别为800 kPa、900 kPa 、1 000 kPa样本机的K 1、K 2、K 3、K 4曲线绘制可以看出，随着空气滤清器压差ΔP的增加，排气量Q和轴功率N下降，而压缩比和比功率N r则上升。这里应关注到K 1、K 2、K 3、K 4在不同压差下的增长幅度。当压差ΔP 增加，排气压力按8 00 kPa 、900 kPa、1 000 kPa排列，三者的排气量的减少幅度基本一致，轴功率的减少幅度则变小，比功率的增加幅度则变大。这是由于压缩比变大，压缩功增加的缘故。表4 列出几个典型压差时的增长比例，供实际选型时参考。

　　①轴功率N下降、压缩比上升对使用无不良影响，在机组使用过程中很少受到关注。

　　②空气滤清器压差ΔP对排气量的影响十分显著，当压差达到8.0 kPa时，排气量下降近8.0%，即使在空气滤清器推荐的压差值5.0 kPa时，排气量减少也近5.0%.

　　排气量的下降过多则可能影响机车的气量要求，因此：a）初始压力差的影响在压缩机制造和机车选配压缩机时必须得到重视；b）为了保证机车气量需求，应尽可能考虑空气滤清器在小压差条件下使用。

　　阻燃性能高，车辆材料燃烧时释放的有毒物质少，材料燃烧时产生的烟雾少，这些特点使列车减少了引发火灾的几率，也改善了乘客在失火状况下的生存条件。

　　4 结语

　　北京地铁4 号线车辆所选用的大部件均按相关标准要求通过了振动、EMC和其他常规的试验；编列后，又通过了列车级的各种试验；试验结果均优于业主合同的要求。所有列车于2009年9月投入载客试运营，运营状况良好。

    其中，蓄电池牵引功能在正线进行了AW3负载运行试验，在蓄电池牵引工况下，列车平稳地运行了一个区间，目前该功能正广泛地应用于段内调车作业。新型的外挂密闭门表现了良好的隔音降噪效果，且可靠性较高，得到业主的好评。