1 LMF 船用空压机组的工作原理
一般来讲， 排量在 11m 3 / min 的空压机采用原动机驱动活塞式空压机模式。当排量大于 11 m 3 / min时， **级使用螺杆机， 第二、三、四级采用活塞机，通常称这样的机组为复合式压缩机组。下文以复合式机组为例进行分析。
机组在供电后， 控制单元自动检测各继电器和状态参数是否在规定范围之内。如果在规定范围内， 机组显示准备好， 就可以开机运转。启动机组时， 机组按照预定的开启顺序使淡水冷却泵、海水冷却泵、润滑油泵等依次运转。之后机组会自动在空载状态下启动， 并逐渐升速到规定转速同时关闭自动排湿阀门， 进入正常工作状态。
空气首先通过滤清器进入螺杆机进气口上的进气控制阀， 然后进入螺杆机内被压缩， 在油气分离罐内空气从油气混合气中分离出来。随后压缩空气在中间冷却器内被冷却后进入活塞机的第二级气缸内被再次压缩。依次类推， 直到从*后压缩级的气缸排出， 经过渔人阀调压控制后达到气枪激发需要的工作压力。
该机组安装有 SIEM ENS PLC 控制柜， 用来实现对机组运转参数的实时检测和状态监控功能。对超过预先设定的报警值参数用黄色指示灯报警； 超过预先设定的停机保护参数时， 机组则自动停机实现对机组的保护。
2 LMF 机组结构特点
机组包含有： 机体部件、动力驱动、润滑、冷却、电器、自动控制等系统。
一般包含一台驱动机、一台螺杆机、一台活塞式压缩机、电器控制柜和各种电泵等。原驱动机可以是柴油机， 也可以是电动机。原驱动机安装在螺杆机和活塞机的中间， 用弹性联轴器将这两台机器相连接， 这些部件全部安装在公共底座上。机组输出的工作压力一般为 138 207bar.
3 LMF 机组常见故障
LM F 机组常见故障可以分为电源电器、温度、工作压力、润滑系统、滤清器、传动系统故障等。下面对上述常见故障作简要分析， 供同行参考。
3. 1 电源电器故障
3. 1. 1 供电电源相序反向
**次安装机组时， 如果三相电源接线相序不正确， 将无法进入启动状态， 并在 PLC 控制柜上显示电源故障、相序反向。需要停止供电， 并更换连接反向的两根电源线的接线位置。这属于人为操作错误， 应反复检查无误后再开机供电。
3. 1. 2 供给电源功率不足
采用 PLC 系统控制的 LM F 机组， 对电源供给的功率要求比较严格。如果供给电源除为 LMF 机组供给电源外， 同时也为其他较大用电功率设备提供电源， 那么， 一旦总电源的供电功率相对较小时， 已经运转的 LMF 机组可能受另外一台设备大启动电流的影响而出现自动停机故障。在这种情况下需要重新配置电源，并合理控制用电设备的启停操作， 在设备配置时， 应同时考虑好或计算好供电负荷问题。
3. 1. 3 PLC 控制柜内部电器元件故障
在运转中如果 PLC 控制柜内部的某个控制元件出现故障， 例如保险跳脱或者其他类似的电源故障， 空压机都将会自动停机。排除故障时， 要求检修人员非常熟悉内部电路原理， 按照 PLC 控制柜仪表板上显示的故障提示信息检查是否有内部电路烧损、PLC模块故障或者空气开关位置不正常等情况。
集装箱式机组固定在船舶甲板上， 冬季或者雨季施工时， 由于 PLC 控制柜受海上潮气的影响， 容易出现各种各样的电器故障。需要操作人员按照故障信息认真分析、查找原因。
3. 1. 4 线路连接松动
在机组运转中出现间歇性故障停机， 控制柜显示为电源系统故障时， 检修人员需要逐个检查与内部电器元件相接的线路是否有松动或者虚接情况。
如果停机现象经常发生在气枪激发船体受到较大震动时， 可以进一步判断是线路松动造成的。
3. 1. 5 PLC 控制单元中的电池故障
为 PLC 控制柜供电后， 在仪表板上显示 $ 545 db 101 01 20 not avail .此时无论在仪表板上按下哪个按钮都无法清除屏幕上的故障信息， 无法转入正常的开机状态。
在打开 PLC 控制柜后， 发现 PLC 控制柜*左侧的电源模块中显示电池故障的指示灯亮， 表示电池不能正常工作， 需要更换。在暂时没有备用电池的情况下， 可以把 PLC 控制柜*左侧电源模块中的电源开关向下拨， 然后再向上拨复位。之后观察各电源运转指示灯， 应全部变成绿色。并相继听到PLC 控制柜内部的各继电器吸合动作达到正常的工作状态， 之后再进行正常的启动操作。
3. 2 温度故障
3. 2. 1 淡水冷却温度异常
当装有该空压机组的物探船在靠近海岸线的海域进行气枪激发时， 为了提高船舶作业的覆盖能力，需要*大限度向岸边靠近， 这将造成泥沙跟随海水一起被冷却海水泵吸入到板式冷却器中， 造成泥沙与海生贝壳逐渐在板式冷却器的钛合金板壁附着，形成坚硬的热绝缘层， 这将大大降低板式冷却器的换热效率， 进而导致因高温造成机组自动停机。
排除办法： 拆开板式换热器， 逐片检查并清洁内部的沙垢以及滋生的贝壳。之后按照工艺重新组装， 再进行压力测试以查看密封圈部位是否有泄漏。
在板式冷却器海水进口处， 安装一个流量传感器， 用来实时检测吸入海水的流量是否满足规定的*低要求。如果吸入的海水受泥沙影响以及吸入口被意外堵塞， 造成流量过低时， 在 PLC 仪表板上会出现黄色故障报警， 提醒操作者进行故障排除。
3. 2. 2 温度传感器故障
在 LM F 机组中大量使用 PT 号 100 型温度传感器。该传感器采用铂金属线作为热敏温度感应元件。当温度为 0 度 时， 热敏电阻是 100 ； 在温度为100 度 时， 热敏电阻是 138.5 .随着温度的升高， 电阻值成正比例升高。
如果在机组运行中突然出现自动停机， 并在PLC 控制屏上显示某个温度数值是 33333 度 ， 此时可以判断该部位的 PT 号 100 型温度传感器损坏， 可能是因内部的热敏电阻丝发生断裂所致。
当 PLC 控制器没有检测到正常范围的温度值时， 系统将无法恢复到可以开机的状态。如果现场没有可更换用的 PT 号 100 型传感器， 可以暂时用110 左右的电阻代替 PT 号 100 型传感器直接连接在原来的电缆上， 给 PLC 提供一个虚假的温度参考值， 使机组达到可以启动状态。
有的 LM F 机组配备了柴油机组冷却液自动温度控制系统。当温度低于 15 度 ， 在为控制柜送电启动机组时， 控制系统会自动为柴油机冷却液进行加热， 直到达到 15 度 以上时， 才显示机组准备正常可以启动。如果柴油机加热系统出现故障无法加热时， 在紧急情况下， 可以把柴油机体上的 PT 号 100型温度传感器拆下来， 放在温水中， 使 PLC 控制柜检测到一个虚假的温度数值， 使其达到可以正常启动的状态。
3. 2. 3 压缩气缸温度异常
通常先检测判断 PT 号 100 型传感器是否在正常状态下工作。然后考虑内部进、排气阀是否出现故障或损坏。因为当气阀关闭不严时， 气温都会升高。
经过上述检查仍无法排除故障时， 需要根据机组的工作时间检查冷却水系统以及活塞环等是否正常。
3. 3 工作压力异常
在机组运行中有压力表监视每级气缸的工作压力， 同时也有压力传感器将实时压力数值传送到PLC 控制柜中。当压力值超过规定的数值时， 将由PLC 显示故障报警； 当压力数值大于规定的停机参考值时， 将实现自动保护停机。
某级压缩气缸压力异常， 一般是由于气阀工作状况不良或者滤清器堵塞造成的。可以通过观察压力数值的大小、拆检气阀、监听阀门是否有异响等方法来分析判断。
3. 3. 1 进、排气阀故障
活塞机的每级空气吸入与增压排出都是通过进气阀门和排气阀门自动实现的。通常每级空气压力值的异常都是由于进气或者排气阀门异常引起的。
某一种型号的空压机有两个第四级气缸， 为了监测气缸的工作状况， 在每个气缸排气阀后的管线上安装一个温度传感器。在空压机运行中突然出现自动报警、黄色信号灯闪烁， 几秒钟后出现红色指示灯闪烁并停机。发现故障信息是 message code no.
0138 diff. temperature 3rd stage cy l. 3/ 4 > max SD .分析得知， 由于第三级压缩的 3号气缸和 4号气缸瞬时工作温度之差大于 30 度 ， 超过了停机保护设定数值。分析原因可能是由于 3号或者 4号气缸的排气阀门损坏造成排气温度异常， 形成较大的温度差。按照这个检修思路， 打开阀门后发现 3号气缸排气阀中的阀片被气流冲击破碎， 造成工作异常。在更换阀片后， 运转良好。
任何一级（ 例如第二压缩级） 压力的升高都是由于其后一级， 即气压更高一级（ 例如第三压缩级） 的气阀出现故障所造成的。因为当后一级吸气阀有故障发生泄漏时， 在压缩过程中气体就可能倒流进入前一压缩级， 等于减少了后一级的气体流量。在此情况下， 后一级就只能吸入比正常情况要少的气量，同时前一级的气压升高。
当排气阀有故障发生泄漏时， 和上述情况相同，也会造成从前一级里吸入的气量减少， 使前一级的出口气压增高。
对于某些空压机组， 由于没有采用 PLC 控制模式， 所以无法对同级压缩气缸温度差值进行比对。
在此情况下， 可以通过观测压缩气缸的工作压力值进行判断。
3. 3. 2 复合式空压机**级工作压力异常
**级压力是经过螺杆机压缩后， 并经过油气分离罐内的滤清器分离后的压力， 压力值一般为11 bar.在运转中如果该级压力出现异常， 压力值低到 3 5 bar， 那么滤清器发生堵塞就是造成**级工作压力过低的主要原因。这时应检查并更换该油气分离滤清器。
3. 3. 3 无法建立*终排气压力
如果机组的*终排气压力无法建立， 始终在较低压力下运转时， 可以从以下几方面入手查找原因。
（1） 空压机组进气系统工作异常对于复合式机组， 首先需要查看螺杆机的进气空气滤清器内部是否有堵塞。一般滤清器在工作环境很差的情况下长时间运转， 而没有及时更换就会发生此问题。
当**级螺杆机工作压力很低， 或者根本无法建立压力， 还应该检查螺杆机进气控制的阀片和相关排量控制阀的工作状态。首先可以取下进气控制阀的弹簧， 然后让机组运转。如果各级压力显示正常， 说明该进气控制阀控制系统出现故障， 造成来自空气滤清器的空气无法正常进入螺杆机被压缩， 从而无法建立起压力。在故障部位确定后， 将弹簧重新装回进气控制阀， 再检查辅助的气路控制系统， 直到彻底排除故障。一般情况下， 由于气路控制系统被控制空气内部的油、水污染导致 I/ P转换器工作失灵， 也会造成空气机组进气系统工作异常。
（2） 在排除上述滤清器故障而机组仍无法建立正常的各级压力时， 检查各级手动和自动排湿阀是否正常工作。对于自动控制各级排湿的空压机而言， 手动排湿阀应该处于关闭状态。如果连续长时间发生有空气从排湿管汇中排出， 说明排湿控制系统出现故障。应该在检查外部物件工作正常后， 在PLC 控制柜仪表板上进入排湿控制菜单中， 检查每级自动排湿时间设定的数值。每级排湿的时间间隔一般为 600 900 s， 持续时间为 5 s.如果错误地将排湿间隔时间设定为 60 s， 将发生持续排湿， 导致无法建立工作压力。
（3） 检查、核实控制*终压力的渔人阀设定数值。将*终排气压力设定在正常数值是保证*终压力正常的重要前提。
（4） 检查各级工作压力是否正常、各管路系统是否有空气泄漏发生。
3. 4 润滑系统故障
通常需要按照 LM F 公司规定的润滑油使用要求进行润滑和更换。活塞机部分有一个专门的润滑油压力调整阀， 通过调整该阀， 可以实现对活塞机部分润滑油压力的调整。在活塞机运转时， 润滑油工作压力需要保持在一个适当的范围内。当压力下降超过规定数值时， 会发生故障报警和自动停机。润滑油的管理需要考虑如下问题。
3. 4. 1 冒牌劣质润滑油造成润滑压力异常
在一些国家， 有时由于供应商错误地提供了假冒品牌而品质差的润滑油， 在更换后会发生润滑油压力异常。通常是在运转一段时间后， 随着润滑油温度逐渐变高， 润滑油压力下降， 低于规定的报警数值。在此情况下， 即使采取人为调整机组的压力调整阀， 也不能使压力控制在正常范围内。此时可以认定是由于更换的润滑油品质差造成的， 应尽快更换品质合格的润滑油。
3. 4. 2 螺杆机工作温度设置与润滑油更换周期
通常需要参照 LM F 公司规定的换油周期进行更换。在具备条件时， 应进行油样化验跟踪， 并根据每次的化验结果判断是否需要更换。LM F 公司规定， 当螺杆机润滑油工作温度高于正常值（85 度） 时，由于环境温度和湿度的原因， 当需要螺杆机工作在更高温度时， 润滑油的更换周期就需要相应缩短。
工作温度每提高 5度， 换油周期就需要相应缩短20% 25%.
工作环境温度和湿度相对较高， 而操作者没有清晰了解螺杆机润滑油工作温度正确设置的情况下， 会出现如下问题： 在每天运转后， 操作者打开双联滤清器旁的排油阀门时， 发现每次有接近 500mL的水先流出来， 然后才是润滑油流出。造成此问题的根本原因是： 操作者没有正确地按照机组运转环境设置螺杆机润滑油工作温度， 造成从空气中吸入的水分经过螺杆机压缩后无法从油气中分离出来，并在进入活塞机前被排出机组。这将造成螺杆机内部轴承和齿轮的损坏。在螺杆机工作压力为 15 bar时， 设定的工作温度应该大于压力露点温度。
上横轴是空压机组工作环境温度， 左侧的垂直数据是空气的相对湿度。两个数值交叉汇聚的数值就是需要设定的螺杆机润滑油工作温度。按照此温度设定后， 才可以保证吸入空气中的水分经过螺杆机压缩和升温后， 从压缩空气中分离并经过**级油水分离器被排出机体， 从而延长润滑油的使用时间。
螺杆机*高工作温度是115度。但是实际设定的工作温度值不能超过所使用润滑油的合理换油周期规定的温度值。螺杆机的工作温度可以通过调整注油温度来实现。当工作温度在 100度以上时，应该使用合成基润滑油。
3. 5 滤清器故障
在复合式 LMF 空压机中使用的滤清器数量和品种比较多， 一般有： 空压机的进气空气滤清器、螺杆空压机的油气分离滤清器、双联机油滤清器、侧流滤清器、CAT 柴油机的空气滤清器、CAT 柴油机的机油滤清器、活塞式空压机的机油滤清器。一般在每个滤清器的旁边均安装有压差式报警指示器。当滤清器的进口压力和出口压力差达到预定的数值时， 报警指示器内部的指示活塞就会移动到红色标志位置， 提醒操作者应该立即更换该滤清器， 避免因此引起其他故障。
滤清器故障一例： 在对全机组的所有空气滤清器和机油滤清器更换 200 h 后， CAT 柴油机在每次开始运转时， 出现转速从额定的 1205 r/ min 逐渐下降到 1100 r/ min， 柴油机呈现转速不稳即将熄火状态。在故障排除时采用逐项排除法，并请专业 CAT修理人员检查高压油泵、气门间隙等均没有发现问题。*后怀疑是空压机部分可能出现负荷加大现象，拆检螺杆机油气分离器发现内部的油气分离滤清器外壁向内凹陷， 造成经过螺杆机压缩后的**级空气在进行油气分离时， 不能顺畅的通过该滤清器， 出现阻力加大现象。正是由于该阻力的加大造成柴油机转速下降乃至停机。该滤清器出现过早堵塞问题的原因是： 该船在中东海域距离海岸线很近的水域施工， 在遇到沙尘暴天气时， 颗粒很细的沙尘会通过空气滤清器进入到螺杆机中， 从而在油气分离滤清器处造成堵塞。
因此， 更换滤清器的时间间隔不能单纯地根据工作时间来决定， 要充分考虑到特殊的工作环境。
3. 6 传动系统故障
对于复合式空压机组， 驱动柴油机的曲轴通过左右两侧的弹性联轴器直接和螺杆机以及活塞式空压机相连。弹性联轴器是传动系统中的重要部件，可以减少传动震动、对于机组的平稳启动和停机起到重要作用。
弹性联轴器属于橡胶材料， 长期在较高温度条件下运转， 更容易缩短使用寿命。在运转 5000 7000h 后应加强检查。当螺杆机**级工作压力出现异常， 无法正常建立起油压以及只有柴油机运转而螺杆机不正常工作时， 应该检查柴油机和螺杆机之间的联轴器是否损坏。
4 结束语
（ 1） 操作和管理人员需要认真学习和了解机组各系统的工作原理， 尤其是控制电路的原理。只有懂得了工作原理， 才能够在出现故障时， 快速、准确地分析判断查找出故障点和原因。
（ 2） 及时按照各滤清器的工作状况更换滤清器和润滑油是保证机组正常运转的基本条件。滤清器不干净或堵塞会引起一系列的故障。
（ 3） 按照说明书规定要求， 认真做好设备的维护管理， 发现故障隐患要及时解决。
