Компрессоры и компрессорные масла

Введение

Компрессоры и насосы применяются для сжатия и перемещения материалов для различных целей. Компрессоры используются во многих отраслях: в металлургии, нефтепереработке, нефтехимии, добыче, пищевой и т. п. Поломка компрессоров означает потери в производстве.

Компрессоры и насосы перекачивают газы, жидкости и иногда суспензии из жидко-твердых смесей. Смазочные материалы смазывают движущиеся части, такие как подшипники и шестерни, обеспечивают жидкое уплотнение и отводят тепло.

Есть много причин использовать синтетическое масло практически в любом типе машин. Синтетические масла могут работать при более высоких температурах, проявляют лучшую текучесть при низких температурах. И они менее летучие, чем аналогичные минеральные масла.

Компрессоры делят на две категории по принципу действия: компрессоры динамические (турбокомпрессоры) и объемные. Динамические компрессоры делятся на центробежные (радиальные) компрессоры и осевые компрессоры. Эти типы компрессоров развивают давление под действием вращающихся лопастей, которые сообщают скорость и давление текущей среде. Примеры объемных компрессоров включают поршневой, роторный. Компрессоры ограничивают последовательные объемы газа в замкнутом пространстве и таким образом поднимают их до более высокого давления. Вакуумные насосы – это компрессоры, работающие на давление всасывания для создания вакуума. Классификация жидкостных насосов аналогична компрессорам (например, центробежные и поршневые).

Турбокомпрессоры

Динамические компрессоры увеличивают давление газа путем передачи ему кинетической энергии, которая затем частично переходит в потенциальную энергию давления. Турбокомпрессоры работают с большими потоками при высоких скоростях. Для более высоких давлений требуются многоступенчатые компрессоры. Обычно редуктор, повышающий скорость, приводит в движение эти компрессоры. Масло снижает трение и предотвращает износ подшипников и шестерен. Масло не должно попадать в газовый поток. Из-за разнообразия газов и областей применения компрессоров, используют различные методы уплотнения.

Объемные компрессоры

Объемные компрессоры работают за счет последовательного наполнения рабочей камеры газом и дальнейшего его сжатия за счет принудительного уменьшения доступного объема рабочей камеры.

image (11).png

Рис. 1 Схема турбокомпрессора

Поршневые

Есть несколько типов поршневых компрессоров. Точки смазки включают цилиндры, клапаны, поршни, поршневые кольца, коленчатые валы, шатуны, коренные и кривошипные подшипники и другие сопутствующие детали. В машинах двойного действия используются крейцкопфы и направляющие крейцкопфа с соединительными штифтами для соединения траверс с шатунами.

image (12).png

Рис.2 Схема поршневого компрессора

Воздушные компрессоры

Выбор синтетического масла для воздушных компрессоров обусловлен окислительной стабильностью и устойчивостью к влаге синтетических масел. Воздух содержит около 21% кислорода по объему, который вступает в реакцию с углеводородными маслами (окисление) с образованием органических кислот, оксидов углерода, лаков, шламов. Водяной пар может конденсироваться в сжатом состоянии, воздух охлаждается, и эта вода может вызвать коррозию. Это способствует более быстрому ухудшению качества масла. Некоторые металлы, такие как железо и медь, катализируют эти реакции. Образовавшиеся кислоты и шлам способствуют дополнительному быстрому ухудшению качества масла

Поршневые воздушные компрессоры

Обычные минеральные масла образуют углеродистые отложения на клапанах, головках, выпускных отверстиях и трубопроводах. Безопасность смазочных материалов для воздушных компрессоров является основной проблемой. Большая часть взрывов и пожаров из-за минерального масла является результатом присутствия окисленных остатков масла. Отложения продолжают окисляться в присутствии воздуха и оксидов железа, и в конечном итоге выделяется достаточно тепла для воспламенения. Температура и парциальное давление кислорода также являются ключевыми факторами. Пожары и взрывы чаще встречаются при окислении углерода и при температурах выше 150°C и давлении выше 690 кПа. Отложения на выпускных клапанах могут привести к повторному сжатию газа из-за заедания клапана. Это, в свою очередь, может создать чрезмерную температуру нагнетания. Источник возгорания обычно связан с нагаром или неисправностью клапана. Низкая склонность к образованию отложений, а также более высокая температура вспышки многих синтетических масел снижает эту опасность.

Ди-, три- и тетраэфиры и сложные эфиры полиолов

Эти жидкости имеют низкое давление пара при повышенных температурах по сравнению с эквивалентными минеральными маслами. Это свойство, а также хорошая окислительная стабильность и адгезия к металлическим поверхностям делают возможным использование меньшего количества масел на сложных эфирах для смазки цилиндров. Скорость подачи сложного диэфира может быть снижена до 50-65% по сравнению с обычным минеральным маслом.

Эфиры полиола с низкой летучестью, отличной стабильностью и высоким индексом вязкости (VI) позволяют подавать около 25% по сравнению с минеральным маслом. Фактическая скорость подачи будет зависеть от конструкции машины и специфических свойств эфиров. Более низкая склонность эфиров к образованию отложений помогает сохранят узлы чистыми. Это уменьшает источник воспламенения для пожаров. Еще одно очевидное преимущество снижения скорости подачи масла в цилиндры компрессора – это сокращение расхода смазочного материала. Было зарегистрировано несколько случаев увеличенных интервалов технического обслуживания, в два-четыре раза превышающих интервалы при работе с минеральными маслами.

Полиалкиленгликоли (ПАГ)

Полиалкиленгликоли не принято использовать в качестве смазочного материала для воздушного компрессора. Это связано с их относительно средней степенью летучести и их плохой совместимостью с минеральными маслами.

Полиальфаолефины (ПАО)

Эти продукты были сформулированы с низкой летучестью и высокой стойкостью к окислению. Это привело к более чистой эксплуатации и сокращению пожаров. Производительность двухступенчатого поршневого компрессора мощностью 120 л. с. и температурой нагнетания 200°C и давлением 690 кПа все еще оставалась хорошей после 16000 часов работы. Еще одно преимущество ПAO (PAO) – это их совместимость с эластомерами и красками, присутствующими в старом оборудовании, предназначенном для использования с минеральными маслами.

Винтовые воздушные компрессоры

Циркуляция масла происходит в роторно-винтовом воздушном компрессоре через систему, включающую впрыск в роторы. Такая конструкция подвергает масло воздействию высоких сдвиговых нагрузок. Масло также выдерживает условия нагнетания при высокой температуре, высокой влажности, высокая концентрация кислорода и металлические катализаторы. Существуют как условия тонкопленочного, так и объемного окисления. Присутствие влаги способствует гидролизу. В этих условиях обычные минеральные масла изнашиваются за короткое время.

В таблице перечислены характеристики для этих смазочных материалов. Большинство синтетических масел при эксплуатации в нормальных условиях и при температуре до 90°C и давлении ниже 690 кПа обеспечивают интервалы замены 8000 ч.

 

Свойства винтовых воздушных компрессоров

Типы масел

Характеристики

Диэфиры

Полиолэфиры

Полигликоли

ПАО

Силиконовые

Окислительная стабильность

Хорошо

Отлично

Очень хорошо

Очень хорошо

Отлично

Температура вспышки

Очень хорошо

Отлично

Очень хорошо

Очень хорошо

Отлично

Температура застывания

Очень хорошо

Отлично

Хорошо

Очень хорошо

Отлично

Испаряемость

Очень хорошо

Отлично

Хорошо

Очень хорошо

Очень хорошо

Смазывающие свойства

Хорошо

Очень хорошо

Очень хорошо

Хорошо

Удовлетворительно

Деэмульгируемость

Хорошо

Хорошо

Плохо

Отлично

Отлично

Антипенные

Очень хорошо

Очень хорошо

Очень хорошо

Очень хорошо

Хорошо

Антикоррозионные

Хорошо

Хорошо

Хорошо

Очень хорошо

Удовлетворительно

Гидролитическая стабильность

Хорошо (требуются присадки)

Хорошо (требуются присадки)

Хорошо

Отлично

Отлично

Нетоксичность

Хорошо

Хорошо

Хорошо

Отлично

Хорошо

Совместимость с материалами

Удовлетворительно (Набухают некоторые эластомеры и может растворять пластмассы.)

Удовлетворительно (Набухают некоторые эластомеры и может растворять пластмассы.)

Удовлетворительно (Несовместимо с некоторыми пластиками)

Отлично

Отлично (вызывают проблемы при покраске)

Смазочные материалы для винтовых воздушных компрессоров

Использование синтетического компрессорного масла при температурах от 100 до 110°C снижает ожидаемый срок службы в 4 раза по сравнению с применением масла при температуре 85-90°C. Синтетические масла могут экономить энергию. Большинство синтетических жидкостей может снизить засорение сепаратора и образование нагара. Отложения в виде лака увеличивают потребление энергии и могут ограничить вращение ротора. Результатом могут быть отказы из-за чрезмерного износа роторов и подшипников. Стабильная вязкость и хорошая смазывающая способность могут уменьшить трение и увеличить эффективность. Стабильность вязкости и чистота могут улучшить охлаждающие характеристики. У некоторых синтетических материалов выше теплопроводность, которая может улучшить теплопередачу.

Ди-три эстеры

Их преимущества в высоких моющих свойствах и способности не производить нерастворимых лаков.

Подиолэфиры редко используются для воздушных винтовых компрессоров из-за высокой стоимости.

Полиалкиленгликоли

Смешанные полипропиленгликоли с эфирами полиола обеспечивают долгий срок службы компрессоров с нагнетанием до температуры 110°C. Полипропиленгликоли сами по себе имеют недостатки. Они склонны плохо смачивать металл, что может привести к образованию ржавчины во влажных условиях. Сложный эфир добавлен, чтобы компенсировать этот недостаток. Но в то же время полипропиленгликоль обладает отличными гидролитическими свойствами и меньшим водопоглощением, чем другие полиалкиленгликоли. Хорошие характеристики давления пара достигаются выбором жидкости с более высокой вязкостью. Как и сложные эфиры, полигликоль/смесь эфиров не оставляет отложений после испарения окисленных остатков.

Полиальфаолефины

ПАО масла широко используются для воздушных винтовых компрессоров. В стандартных условиях работы до 90° C и 690 кПа они предпочтительнее, чем сложные эфиры. ПАО масла обладают гидролитической стабильностью, совместимы с минеральными маслами и добавками. Это позволяет легко перевести компрессор с минерального масла на ПАО. ПАО масла не влияют на набухание резины и краски. ПАО масла имеют более длительные интервалы замены по сравнению с диэфирами – на 30%. У них отличные деэмульгирующие свойства, что улучшает защиту от коррозии и ржавчины. ПАО масла обладают высоким индексом вязкости и низкой испаряемостью. Эти характеристики вместе с низкотемпературными свойствами снижают потребление энергии при холодном запуске. Для стандартных условий рекомендуется соблюдать интервалы замены масла до 4000 ч. Еще одно преимущество ПАО масел в том, что они одобрены для применения в пищевой промышленности.

Газовые компрессоры

Смазывание газовых компрессоров включает несколько типов газов: инертный, высокорастворимый и реактивный. В газовых компрессорах есть три основных проблемы: растворимость, реакционная способность и смазка как загрязнитель в сжатом газе. Первые два влияют на производительность компрессора, а последнее – применение газа. Растворимость газа в масле является серьезной проблемой. Чрезмерное разбавление может вызвать снижение вязкости и потерю толщины пленки смазки. Дополнительные проблемы могут возникнуть, когда есть снижение давления и дегазация (вспенивание, кавитация и потеря смазочной пленки).

Применение углеводородных газовых компрессоров

Углеводородные газы встречаются при транспортировке природного газа, при улавливании паров, захоронении отходов и в химической промышленности. Синтетические масла выбираются из-за их уникальных вязкостно-температурных характеристик и их устойчивости к разбавлению углеводородами. Сжатый природный газ и другие углеводородные газы используются в качестве топлива для газовых турбин. Компрессор поставляет газ с расходом и давлением, необходимым для непрерывной работы турбины. Компрессорные масла на нефтяной основе могут привнести углеродистые отложения на входных соплах турбины, ограничивающие поток и вызывающие пламя. Углеводородные газы часто являются сырьем для химических процессов. Например, в производстве полиэтилена и полипропилена. Синтетические масла часто используются для этих узлов, потому что они не реагируют и не ингибируют катализаторы.

Для поршневых компрессоров с давлением ниже 70 бар могут использоваться масла ISO 100-150. Но проблемы возникают, когда газ становится влажным или увеличивается давление. В масла добавляют присадки жирных спиртов, но они имеют проблемы с прокачиваемостью при низких температурах. Существует 3 основные проблемы:

Потеря вязкости смазочного материала

Попадание жидких компонентов масла в газ

Из-за высокого давления потока газа масло вымывается

 

Исследования показали, что применение масла ПАГ ISO 200 решает эти проблемы. В результате высокого индекса вязкости начальная вязкость масла остается более высокой. ПАГ масла также не адсорбируются газами, в то время как минеральные масла адсорбируются. Полевые испытания показали 20-кратное увеличение срока службы сальников и сокращение капитального ремонта с 8 раз до одного раза в год.

Итак, ПАГ масла имеют пониженную растворимость с углеводородными маслами. Стоит отметить, что растворимость разных типов ПАГ масел различна в зависимости от химической структуры. Полипропиленгликоли используются с более легкими углеводородами. Включение сополимеров оксида этилена еще больше снижает растворимость в газе.

Несмотря на то, что эти жидкости водорастворимы, смазывающая способность не снижается, что было доказано на четырехшариковой машине трения с содержанием воды в смазке до 7%. Пропановые компрессоры могут улучшить производительность до 18% с некоторыми PAG маслами.

Дополнительно отметим, что при выборе компрессорного масла стоит учитывать:

Давление. Чем выше давление, тем больше вероятность в том, что масло раствориться в углеводородном газе.

Температура. Чем выше температура, тем ниже вероятность растворения масла в газе.

Молекулярная масса. Чем выше молекулярная масса, тем сильнее тенденция растворяться в масле.

 

SETRAL предлагает оптимальные решения для любых типов компрессоров, в том числе газовых. За более подробной информацией стоит обратиться в представительство SETRAL в России.