壓縮機、冷凍機的潤滑特點

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tags: 壓縮 壓縮機    時間:2014-03-11 14:39:11
壓縮機、冷凍機的潤滑特點簡介
    一、壓縮機的潤滑特點1、概述氣體壓縮機是把機械能轉換為氣體壓力能的一種動力裝置,常用於風動工具提供氣體動力,在石油化工、鑽采、冶金等行業也常用於壓送氧、……
壓縮機、冷凍機的潤滑特點正文
    一、壓縮機的潤滑特點
1、概述
氣體壓縮機是把機械能轉換為氣體壓力能的一種動力裝置,常用於風動工具提供氣體動力,在石油化工、鑽采、冶金等行業也常用於壓送氧、氫、氨、天然氣、焦爐煤氣、惰性氣體等介質。
按排氣壓力不同壓縮機可分為低壓壓縮機—排氣壓力小於1.0MPa;中壓壓縮機—排氣壓力1.0-10MPa;高壓壓縮機—排氣壓力10-100MPa;超高壓壓縮機—排氣壓力大於100MPa等等。低壓壓縮機為單級式,中壓、高壓和超高壓壓縮機為多級式,最多機數可達8級,目前國外已製成壓力達343MPa聚乙烯用的超高壓壓縮機。按壓縮介質的不同,一般壓縮機還可稱之為:空氣壓縮機、氧氣壓縮機、氮氣壓縮機、氫氣壓縮機等等。
壓縮機的結構工作原理大致可分類如下:
碳氫化合物氣體中,石油裂解氣和石油廢氣的主要成分為氫、甲烷、丁烷、乙烯、丙烯等;焦爐煤氣和城市煤氣的主要成分為氫、甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氮等;天然氣的主要成分為甲烷。碳氫化合物氣體可以作為單一成分氣體被製取和壓送,也可作為混合成分的氣體被製取和壓送。在氣體壓縮機中,壓縮介質的成分和性質將與所採用的潤滑方式和潤滑材料的選取密切相關。
2、氣體壓縮機的潤滑方式及特點
在壓縮機中潤滑不僅可降低機器的摩擦和磨損,同時還可起到密封、冷卻和降低運轉雜訊的作用,良好的潤滑條件是壓縮機長期可靠工作的重要保證。但對某些類型的壓縮機如羅茨式壓縮機,因轉子相互間和轉子與殼體間可經常保持一定間隙而無滑動接觸,故可無油潤滑;小型乾式的螺桿式和滑片式壓縮機也可在無潤滑的條件下工作;在極低溫度下(-20—-50度或更低)工作或壓縮高純度的氣體的活塞式壓縮機,為防止潤滑介質冷凝或潤滑液混入到壓送氣體中去也可採用無油潤滑方式,但這時活塞和活塞桿或採用迷宮式的密封結構,或採用石墨或聚四氟乙烯等抗磨材料製造的活塞環或密封填料。本節將重點說明「油」潤滑壓縮機的潤滑方式。
氣體壓縮機的潤滑部位原則上可分為兩類,其一為油與壓縮氣體直接接觸的內部零件,如往複式壓縮機的氣缸、活塞、活塞環、活塞桿、排氣閥、密封填料等;迴轉式壓縮機的氣腔、轉子(旋轉體)、排氣閥等。其二為油不與壓縮氣體接觸的外部傳動機構,如往複式壓縮機曲軸箱中零件、曲柄銷、曲柄軸承、連桿滑塊、滑道、十字頭;迴轉式和速度式壓縮機的軸承、增速齒輪等。無油型氣體壓縮機則要考慮當氣體泄漏時對外部潤滑系統的影響。
通常對大、中容量、多級、帶十字頭傳動的中、高壓壓縮機,以上所說的內部零件和外部零件的潤滑均為相互分開的獨立系統,可分別採用各自所要求的潤滑介質或潤滑油。外部零件潤滑為油泵壓力供油強制循環式潤滑系統。該系統不僅可單獨調節和分配各潤滑點的供油量,並因設有獨立的油泵、油箱、冷卻器和過濾器等,可使潤滑油液得到充分冷卻和過濾,從而可長時間保持油液的清潔和相對恆定的油溫。內部零件的潤滑則採用多頭注油器將壓力油強制注入到氣缸及活塞桿的填料密封處。
注油器實際上是一個小型柱塞泵,通常它的吸(壓)油柱塞是通過機械如壓縮機曲軸上的凸輪帶動,因此當壓縮機停止工作時,注油器也將隨之停止供油。注油器可直接從油池中吸油,並把油壓向潤滑點,它的供油量是間歇性的,通過調節柱塞的工作行程,可方便地調節注油器每次的供油量。注油器可以單獨使用,也可將幾個注油器組合在一起集中供油。
採用注油器強制給油時,應注意氣缸上的給油接頭的位置,它應置於活塞在死點位置靠近缸頭的第一道活塞環和第二道活塞環之間,這樣不僅在全行程上潤滑比較充分,而且對密封有利。
氣缸內部潤滑所需要的油量可大致按以下公式計算:
Q=120 kDLN
式中 Q——潤滑油量(g/h);
D——氣缸直徑(m);
L——氣缸行程(m);
N——曲軸轉速,(r/min);
k——單位潤滑表面積的耗油量(克/平方米),對卧式氣缸,可取k=0.025,對立式氣缸,可取k=0.02。
計算出的Q值僅為潤滑油量的大致數值,實際油量可按壓縮機的運行情況(如雜訊大小,發熱狀況、磨損程度等)及採用潤滑介質的類型、工作溫度、冷凝液混入的多少等予以適當調正,並以停機檢查氣缸內部和氣閥被濕潤的程度適當為宜。
對多級活塞式壓縮機,通常只需最初的一級或二級氣缸施以潤滑。如多級氣缸每級都設有中間冷卻器和油氣分離器吸收氣體中所含的油分時,則每級氣缸都需單獨潤滑,但后級氣缸所需的潤滑油量要比初級氣缸小得多。
3、潤滑劑的選擇
1)潤滑劑類型的選擇

在氧氣壓縮機里,氧氣會使礦物性潤滑油劇烈氧化而引起壓縮機燃燒和爆炸,因此避免採用油潤滑,或者採用無油潤滑的方式,或者採用水型乳化液或蒸餾水添加質量分數6-8%的工業甘油進行潤滑;在氯氣壓縮機里,烴基潤滑油可與氯氣化合生成氯化氫,對金屬(鑄鐵和鋼)具有強烈的腐蝕作用,因此一般均採用無油潤滑或固體(石墨)潤滑。對於壓縮高純氣體的乙烯壓縮機等為防止潤滑油混入氣體中去影響產品的質量和性能,通常也不採用礦物油潤滑,而多用醫用白油或液態石蠟潤滑等等。只是在一般空氣、惰性氣體、烴類(碳氫化合物)氣體、氮、氫等類氣體壓縮機中,大量廣泛採用了礦物油潤滑。
壓縮機壓送不同氣體時潤滑劑選用參考「油脂選用」的壓縮機油選用部分。

2)潤滑油粘度的選擇
在多級的空氣壓縮機中,前一級氣缸輸出的壓縮氣體通常經冷卻后恢復到略高於進氣時的溫度被送入下一級氣缸,因氣體已被壓縮故相對濕度較高,當超過飽和點時,氣體中的水分將可能凝結,該水分具有洗凈作用,可使氣缸表面失去潤滑油;其次在烴類氣體壓縮機中,它不僅可溶解在潤滑油中降低了油的粘度,而且凝結的液態烴也同水分一樣對鋼壁具有洗滌作用,因此對於多級、高壓,排氣溫度較高的烴類氣體壓縮機和空氣濕度較大的空氣壓縮機易選用粘度較高的油品,粘度較高的油品對金屬的附著性好,並對密封有利。如中低壓烴類氣體和空氣壓縮機宜用L-DAA100的壓縮機油,高壓多級宜L-DAA150壓縮機油。噴油迴轉式壓縮機選用的粘度情況也與此類似,壓力較低時選用100℃運動粘度為5mm2/s的N32迴轉式壓縮機油,壓力較高時選用100℃運動粘度為11-14mm2/s的N100迴轉式壓縮機油。
其次為防止凝結的液態烴和空氣中的水分對潤滑油的洗凈作用,可採用質量分數為3-5%的動物性油(如豬油或牛油)與礦物油相混合的潤滑油,動物性油與金屬的附著力強,容易抵抗「水洗」,阻止潤滑油的流失。

3)油品的代用
在採用油潤滑的往複式迴轉容積式壓縮機中除用相應牌號的壓縮機油外,還可採用防鏽抗氧的汽輪機油、航空潤滑油、汽缸油等作為代用油品,但這些代用油品的性能不應低於相應的壓縮機油的質量指標,或應滿足具體條件下的使用要求。當氣體壓縮機採用油潤滑時,外部零件和內部零件的潤滑可用同一牌號的潤滑油,也可採用不同牌號的潤滑油,但不論內部零件採用何種類型的潤滑介質,而外部傳動零件的潤滑都應採用礦物性的潤滑油。
4、氣體壓縮機潤滑系統的使用及維護
氣體壓縮機中最常見的故障是活塞與活塞環、轉子部件、滑動支承處的異常磨損和膠合,十字頭滑塊的咬合,及異常發熱等。這些故障都直接或間接地與潤滑系統和潤滑裝置的使用維護不當有關。作為使用維護人員除了應學習掌握有關的潤滑系統及其裝置的組成原理、性能結構、使用要求等一般知識外,還應在實踐中不斷總結積累經驗,加強日常使用維護工作,以保證壓縮機及其潤滑系統經常保持良好的運行狀態。在日常點檢和定期維修中應注意以下各點:
 (1)注意保持潤滑油液的清潔:臟油或變質的潤滑油會引起加速零件磨損的惡性循環,對強制循環式的潤滑系統應注意及時更換和清洗髮生堵塞的濾油器中的濾芯;應避免油箱或油池中的油液暴露在空氣中,以防止灰塵和污物等混入油中,對無壓的油箱和油池一般可採用空氣濾清器使其與大氣溝通;中、大修時應從油中取樣化驗其成分,如達到或超過換油指標,應全部或部分更換和補充新油。通常每3個月至半年(或工作2000-4000小時)可更換一次新油。
 (2)應定期檢查:應定期檢查氣缸、氣閥、及排氣管道等處是否積聚有固體的炭粒和膠泥,一經發現應及時清除,否則可能引起氣缸的燃燒爆炸、加大排氣阻力,造成異常發熱。
 (3)應注意壓縮機的工作狀態:應注意觀察壓縮機的工作狀態,定期檢查氣缸氣閥的潤滑磨損狀況,適時調整潤滑油量,防止出現潤滑油量過大和潤滑油量不足的情況。對強制循環系統,潤滑壓力指示過低或明顯下降,往往使潤滑油量不足,此時應及時停機維修,必要時應更換備品和備件。
 (4)應注意保持潤滑系統中的油溫:油箱或油池中的油液的正常溫度以40-50℃為宜,油溫過高,油液的粘度降低,油易氧化變質,油溫過低,粘度增高,流動性差,兩者都會引起潤滑不足的狀況。油溫除可從溫度表(計)得到直接地觀測指標外,從氣缸冷循環水或油冷卻器的冷卻水溫也可得到間接的反應,冷卻水溫過高和過低都將影響潤滑油的工作溫度及潤滑油的粘度。

二、冷凍機的潤滑特點
1、概述
冷凍機系指壓縮製冷方式所採用的壓縮機,因其使用條件和壓縮工作介質的不同,它有不同於一般的空氣壓縮機。按冷凍機結構和工作原理上的差別,它與空氣壓縮機類似,也可分為活塞式、螺桿式、離心式等幾種不同形式。冷凍機是壓縮製冷設備中最重要的組成部分之一。
冷凍機的工作介質即為製冷系統中擔負著傳遞熱量任務的製冷劑,常用的製冷劑有:氟里昂、氨、溴化鋰、氯甲烷等,其中氟里昂按其氣化溫度及化學分子式的不同有氟11(R-11)、氟12(R-12)、氟13(R-13)、氟21(R-21)、氟22(R-22)、氟113(R-113)、氟114(R-114)、氟142(R-142)等多種。上述製冷劑可分別用於低壓(冷凝壓力小於0.3-0.3MPa)高溫(蒸發溫度大於0℃)、中壓(冷凝壓力1-2MPa)中溫(蒸發溫度0—-50℃)及高壓(冷凝壓力大於2MPa)低溫(蒸發溫度小於-50℃)的製冷系統里。
2、冷凍機潤滑的特點

1)活塞式冷凍機
在活塞式冷凍機中,需要潤滑的摩擦部位有:活塞與氣缸的壁面;連桿大頭軸瓦與曲柄銷;連桿小頭軸瓦與活塞銷;活塞銷與活塞銷座;前後滑動軸承的軸瓦和主軸頸以及主軸軸封的靜動摩擦密封面等。
在小型低速冷凍機中最簡單的潤滑方式是飛濺潤滑,即在冷凍機的曲軸箱內,藉助於曲軸的連桿大頭的迴轉攪動油麵,將潤滑油甩到摩擦表面使之潤滑,但對有些摩擦表面潤滑油難以達到,潤滑不充分,易造成大的摩擦和磨損,故這種潤滑方式可靠性差,已很少單獨採用。
在新、老系列的冷凍機中大多採用著強制性循環潤滑,即利用油泵將油強制輸送到各潤滑點。活塞式冷凍機的潤滑多為內傳動系統,即潤滑系統不單獨設立油箱和油泵站,而是採用冷凍機的曲軸箱兼作潤滑油箱,專門的潤滑泵與曲軸的一端相連,潤滑裝置與冷凍機構成了一個整體。
油泵經孔為0.28-0.154mm的篩網式粗濾器從曲軸箱中吸油,而後經過濾精度為10-20μm的紙質或粉末冶金式的精細濾油器將冷凍機潤滑油壓出,一路潤滑油被送到曲軸的前端,潤滑軸封、前主軸承、曲柄銷及連桿小頭,另一路壓力油進到曲軸的後端,潤滑後主軸承、曲柄銷及連桿小頭,此外該壓力油還同時被送到油分配閥,用於控制能量調節結構。潤滑系統中還應帶有壓力表、調壓閥等必備元件,調壓閥用於調節潤滑油的壓力並可使多餘的潤滑油流回曲軸箱。在該系統中氣缸面是利用連桿小頭擠出的油和連桿大頭甩出的油實現摩擦面的潤滑。
冷凍機中所採用的潤滑泵通常有外嚙合齒輪式油泵、內嚙合齒輪式油泵(俗稱月牙泵)和擺線轉子式油泵(俗稱梅花泵)等3種。對於外嚙合齒輪泵吸壓油口的位置確定后,泵的旋轉方向是一定的,不可逆轉,對全封閉和半封閉式冷凍機,因冷凍機機殼與電動機機殼連成一體,從外部難以辨別泵的轉向,容易造成齒輪泵轉向的錯誤而使潤滑失靈,故外嚙合齒輪泵在冷凍機中較少應用。對內嚙合齒輪泵而言,月牙體(分開吸、壓油腔,保證內外齒輪頂密封的構件)可做成具有自動定位的結構,不論齒輪的旋轉方向如何都不改變吸、壓油口的位置,故對油泵的轉向無限制,因此在新系列封閉和半封閉式冷凍機中廣為應用。擺線轉子泵與內嚙合齒輪泵類似,也可做到對泵的旋轉方向無限制,此外擺線轉子泵齒形簡單,加工容易,結構緊湊,在冷凍機中有著廣闊的應用前景。

2)螺桿式冷凍機
螺桿式冷凍機的潤滑部位有:凸凹螺桿(亦稱陰陽轉子)的轉動嚙合部;轉動的螺桿與殼體的相對滑動表面;螺桿前後的滑動軸承;主動螺桿的平衡活塞及軸端的機械密封摩擦面。在上述潤滑部位均開有與壓力油相通的油口。在能量調節閥上或殼體上開設的大小不同、相隔一定距離的油孔可使潤滑壓力油直接噴射到轉子上,即可冷卻潤滑轉子和殼體,又可對運動部位的間隙進行密封,以減少被壓縮氣體的泄漏,並降低運轉雜訊。
由於調壓閥調節的潤滑油的壓力通常比冷凝壓力高0.2-0.3MPA,潤滑油量可相當於冷凍機輸氣量的1%-2%。潤滑泵可直接用轉子本身驅動,也可做成外傳動式的。通常都將油分離器作為潤滑系統的油箱。目前應用較廣的是離心—重力型和填料—重力型的油分離器。
此外在螺桿式冷凍機中也多採用二級油分離器,二級油分離器分離出的潤滑油可利用吸、排氣壓差不經油泵直接被壓送到吸氣腔,對軸承、平衡活塞等處進行潤滑。在該種潤滑系統中普遍採用著列管式油冷卻器,使油溫保持在20-50℃,冷卻介質可用水或冷凍機自身的製冷劑來蒸發冷卻潤滑油。潤滑系統中的精過濾器的進出口壓差不應超過0.1MPa,否則應清洗或更換濾芯。

3)離心式冷凍機
離心式冷凍機的主要潤滑部位是增速齒輪、主軸承及軸端的機械密封。通常齒輪箱可兼做潤滑油箱,其中裝有電加熱器可對潤滑油進行預熱,油泵用於將油抽送到專設的高位油箱,再由高位油箱把油引到所需的潤滑部位,該種方式可防止油泵供油系統突然故障或冷凍機突然斷電停機時,油泵無油供給而冷凍機仍保持運轉或借慣性繼續高速迴轉,因無潤滑而造成設備摩擦部位的「燒傷」或「咬合」事故。
3、冷凍機潤滑油的選用
鑒於冷凍機特殊的工作性質,對起潤滑介質也提出了某些相應的具體要求,為此而研製了專用冷凍機潤滑油。
在選用潤滑油時,應根據冷凍機的型式、所用製冷劑的類型及其蒸發溫度、以及冷凍機的具體工作條件(如速度高低、負荷大小、工作環境等)加以綜合分析比較,以便確定冷凍機潤滑油的具體規格或牌號。
對小型低速(平均線速度小於2m/s)雙缸活塞式冷凍機可選用N15或N22號冷凍機油,對大、中型高速(平均速度大於3m/s)多缸活塞式冷凍機可選用N32或N46的冷凍機油,對排氣溫度高、負荷重,使用條件特別惡劣的活塞式冷凍機可選用N68的冷凍機油;對噴油潤滑的螺桿式冷凍機可選用N32、或N46冷凍機油;對小型乾式(非噴油潤滑)螺桿式冷凍機和離心式冷凍機,因潤滑油可不與製冷劑接觸,可按齒輪箱和主軸承的負荷情況選用N32或N46的冷凍油,也可選用粘度等極相當於L-TSA32或L-TSA46的汽油機油。
4、冷凍機潤滑系統的故障及維護
冷凍機潤滑系統正常工作的主要標誌是:

1)油壓表指定穩定,指示壓力對活塞或冷凍機應比吸氣壓力高0.05-0.3MPA,對螺桿式冷凍機應比冷凝壓力高0.2-0.3MPa。
2)曲軸箱中的油溫應保持在10-65℃之間,最適宜的工作溫度為35-55℃。
3)曲軸箱中的油麵應足夠,並應長期穩定。

4)濾油器的濾芯不應堵塞,對帶壓差發訊的精細濾油器應具有堵塞的發訊指示。
潤滑系統最常見的故障是:油泵無壓、調壓失靈及壓力表指針劇烈擺動。其主要原因在於:

1)曲軸箱中油溫過低,冷凍潤滑油的粘度過大,泵進口濾油器濾網過密,濾芯被堵塞,以及油麵太低,油泵吸油困難,造成吸空現象。

2)油泵長期工作,泵的磨損嚴重,內漏過大,容積效果明顯降低。

3)調壓閥芯被卡死在開啟位置或調壓閥的彈簧失效。

4)系統嚴重外漏。
冷凍機潤滑部位的故障不屬潤滑系統自身的問題,但也會終將導致系統的故障。如氣缸處活塞環結構選用、加工裝配不當可造成大量跑油現象,以及軸封處異常滲漏將使曲軸箱中油麵明顯下降,進而導致油泵的吸空現象;再如連桿大小頭軸瓦及前後主軸承裝配間隙太小,潤滑油太臟以及長期使用潤滑油變質等都將加大運動部件的摩擦和磨損,或同時因氣缸磨損嚴重出現高低壓竄氣,都將導致曲軸箱發熱,油溫升高,潤滑油粘度降低,從而形成潤滑條件的惡性循環和造成潤滑系統的故障。因此對潤滑系統的故障分析應是綜合性的,即除潤滑系統自身的問題外還應從冷凍機的運行狀況予以檢查、分析和判斷,如有無異常的振動、聲響、發熱及滲漏等等。
潤滑系統的維護應注意以下各點:

1)按冷凍潤滑油規定的換油指標定期檢查油質,更換或補充經過濾的新油。

2)定期更換或清洗濾芯、管路及曲軸箱。

3)日常點檢中注意觀察油麵、油溫、油壓是否正常。

4)在中、大修時應注意檢查和調整油泵的端面間隙,必要時應予換泵。泵的端面間隙視大小規格不同約為0.03-0.08mm,具體數值請參看有關泵的裝配技術要求和出廠規定。

三、常用合成壓縮機油
合成壓縮機油種類很多,可根據實際需要,選擇不同類型的合成壓縮機油,滿足不同型號的壓縮機壓縮不同介質的工藝要求。選擇餘地遠比礦物型壓縮機油大得多。所以說合成潤滑油的發展拓寬了壓縮機的應用範圍。
1. 酯類壓縮機油
酯類油的性能與其結構有密切關係,對結構進行精心設計,可獲得預期的性能。一般而言,酯類油的粘溫性能良好,加長酯分子的主鏈,粘度增大、粘度指數增高;主鏈長度相同時,帶側鏈的粘度較大,粘度指數較低;帶芳基側鏈的,粘度指數更低。帶支鏈醇的雙酯通常具有較低的凝點。同一類型的酯,隨分子量的增加低溫粘度增大。
酯類油的熱穩定性比礦物油熱穩定性高得多,但其氧化安定性與礦物油相似,加入適量的抗氧劑和金屬鈍化劑后能大大地改善其氧化安定性。
目前有15%的酯類油用作壓縮機油。與礦物油相比,它們還具有高閃點、高燃點、低揮發性、低沉積傾向、良好的邊界潤滑性,並對添加劑和燃饒產物有良好的溶解性等。酯型壓縮機油使用壽命長,可大大降低設備維修費用。此外,酯類油還具有良好的生物降解性、低毒性,其 CEC生物降解試驗結果大多在80%以上,所以環境保護組織也極力推薦使用酯類油。由於具有較高的粘度指數,選用較低的粘度等級就能滿足使用要求,從而可收到節能的效果。
酯型壓縮機油通常用於動力壓縮機,壓縮介質是空氣。應避免用於氯氣、氧氣、氯化氫及氨氣壓縮機的潤滑。可以用於氟橡膠或丁腈橡膠密封的場合。生產酯型壓縮機油的公司及其產品牌號有:
AGIP公司 Dicrea 100
ANDEROL安德魯公司 螺桿壓縮機496(46)、反覆式壓縮機500(100)、用於氫氣的壓縮555(100) 

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