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.

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.

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.

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.