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压缩机及冷冻机的润滑特点分析

时间:2014-10-14  来源:  作者:

一、压缩机的润滑特点

 

1、概述

气体压缩机是把机械能转换为气体压力能的一种动力装置,常用于风动工具提供气体动力,在石油化工、钻采、冶金等行业也常用于压送氧、氢、氨、天然气、焦炉煤气、惰性气体等介质。

按排气压力不同压缩机可分为低压压缩机—排气压力小于1.0MPa;中压压缩机—排气压力1.0-10MPa;高压压缩机—排气压力10-100MPa;超高压压缩机—排气压力大于100MPa等等。低压压缩机为单级式,中压、高压和超高压压缩机为多级式,最多机数可达8级,目前国外已制成压力达343MPa聚乙烯用的超高压压缩机。按压缩介质的不同,一般压缩机还可称之为:空气压缩机、氧气压缩机、氮气压缩机、氢气压缩机等等。

压缩机的结构工作原理大致可分类如下:

碳氢化合物气体中,石油裂解气和石油废气的主要成分为氢、甲烷、丁烷、乙烯、丙烯等;焦炉煤气和城市煤气的主要成分为氢、甲烷、一氧化碳、二氧化碳及氮等;天然气的主要成分为甲烷。碳氢化合物气体可以作为单一成分气体被制取和压送,也可作为混合成分的气体被制取和压送。在气体压缩机中,压缩介质的成分和性质将与所采用的润滑方式和润滑材料的选取密切相关。

2、气体压缩机的润滑方式及特点

在压缩机中润滑不仅可降低机器的摩擦和磨损,同时还可起到密封、冷却和降低运转噪声的作用,良好的润滑条件是压缩机长期可靠工作的重要保证。但对某些类型的压缩机如罗茨式压缩机,因转子相互间和转子与壳体间可经常保持一定间隙而无滑动接触,故可无油润滑;小型干式的螺杆式和滑片式压缩机也可在无润滑的条件下工作;在极低温度下(-20—-50度或更低)工作或压缩高纯度的气体的活塞式压缩机,为防止润滑介质冷凝或润滑液混入到压送气体中去也可采用无油润滑方式,但这时活塞和活塞杆或采用迷宫式的密封结构,或采用石墨或聚四氟乙烯等抗磨材料制造的活塞环或密封填料。本节将重点说明“油”润滑压缩机的润滑方式。

气体压缩机的润滑部位原则上可分为两类,其一为油与压缩气体直接接触的内部零件,如往复式压缩机的气缸、活塞、活塞环、活塞杆、排气阀、密封填料等;回转式压缩机的气腔、转子(旋转体)、排气阀等。其二为油不与压缩气体接触的外部传动机构,如往复式压缩机曲轴箱中零件、曲柄销、曲柄轴承、连杆滑块、滑道、十字头;回转式和速度式压缩机的轴承、增速齿轮等。无油型气体压缩机则要考虑当气体泄漏时对外部润滑系统的影响。

通常对大、中容量、多级、带十字头传动的中、高压压缩机,以上所说的内部零件和外部零件的润滑均为相互分开的独立系统,可分别采用各自所要求的润滑介质或润滑油。外部零件润滑为油泵压力供油强制循环式润滑系统。该系统不仅可单独调节和分配各润滑点的供油量,并因设有独立的油泵、油箱、冷却器和过滤器等,可使润滑油液得到充分冷却和过滤,从而可长时间保持油液的清洁和相对恒定的油温。内部零件的润滑则采用多头注油器将压力油强制注入到气缸及活塞杆的填料密封处。

注油器实际上是一个小型柱塞泵,通常它的吸(压)油柱塞是通过机械如压缩机曲轴上的凸轮带动,因此当压缩机停止工作时,注油器也将随之停止供油。注油器可直接从油池中吸油,并把油压向润滑点,它的供油量是间歇性的,通过调节柱塞的工作行程,可方便地调节注油器每次的供油量。注油器可以单独使用,也可将几个注油器组合在一起集中供油。

采用注油器强制给油时,应注意气缸上的给油接头的位置,它应置于活塞在死点位置靠近缸头的第一道活塞环和第二道活塞环之间,这样不仅在全行程上润滑比较充分,而且对密封有利。

气缸内部润滑所需要的油量可大致按以下公式计算:

Q=120 kDLN

式中 Q——润滑油量(g/h);

D——气缸直径(m);

L——气缸行程(m);

N——曲轴转速,(r/min);

k——单位润滑表面积的耗油量(克/平方米),对卧式气缸,可取k=0.025,对立式气缸,可取k=0.02。

计算出的Q值仅为润滑油量的大致数值,实际油量可按压缩机的运行情况(如噪声大小,发热状况、磨损程度等)及采用润滑介质的类型、工作温度、冷凝液混入的多少等予以适当调正,并以停机检查气缸内部和气阀被湿润的程度适当为宜。

对多级活塞式压缩机,通常只需最初的一级或二级气缸施以润滑。如多级气缸每级都设有中间冷却器和油气分离器吸收气体中所含的油分时,则每级气缸都需单独润滑,但后级气缸所需的润滑油量要比初级气缸小得多。

3、润滑剂的选择

1)润滑剂类型的选择

   在氧气压缩机里,氧气会使矿物性润滑油剧烈氧化而引起压缩机燃烧和爆炸,因此避免采用油润滑,或者采用无油润滑的方式,或者采用水型乳化液或蒸馏水添加质量分数6-8%的工业甘油进行润滑;在氯气压缩机里,烃基润滑油可与氯气化合生成氯化氢,对金属(铸铁和钢)具有强烈的腐蚀作用,因此一般均采用无油润滑或固体(石墨)润滑。对于压缩高纯气体的乙烯压缩机等为防止润滑油混入气体中去影响产品的质量和性能,通常也不采用矿物油润滑,而多用医用白油或液态石蜡润滑等等。只是在一般空气、惰性气体、烃类(碳氢化合物)气体、氮、氢等类气体压缩机中,大量广泛采用了矿物油润滑。

压缩机压送不同气体时润滑剂选用参考“油脂选用”的压缩机油选用部分。

2)润滑油粘度的选择

在多级的空气压缩机中,前一级气缸输出的压缩气体通常经冷却后恢复到略高于进气时的温度被送入下一级气缸,因气体已被压缩故相对湿度较高,当超过饱和点时,气体中的水分将可能凝结,该水分具有洗净作用,可使气缸表面失去润滑油;其次在烃类气体压缩机中,它不仅可溶解在润滑油中降低了油的粘度,而且凝结的液态烃也同水分一样对钢壁具有洗涤作用,因此对于多级、高压,排气温度较高的烃类气体压缩机和空气湿度较大的空气压缩机易选用粘度较高的油品,粘度较高的油品对金属的附着性好,并对密封有利。如中低压烃类气体和空气压缩机宜用L-DAA100的压缩机油,高压多级宜L-DAA150压缩机油。喷油回转式压缩机选用的粘度情况也与此类似,压力较低时选用100℃运动粘度为5mm2/s的N32回转式压缩机油,压力较高时选用100℃运动粘度为11-14mm2/s的N100回转式压缩机油。

其次为防止凝结的液态烃和空气中的水分对润滑油的洗净作用,可采用质量分数为3-5%的动物性油(如猪油或牛油)与矿物油相混合的润滑油,动物性油与金属的附着力强,容易抵抗“水洗”,阻止润滑油的流失。

3)油品的代用

在采用油润滑的往复式回转容积式压缩机中除用相应牌号的压缩机油外,还可采用防锈抗氧的汽轮机油、航空润滑油、汽缸油等作为代用油品,但这些代用油品的性能不应低于相应的压缩机油的质量指标,或应满足具体条件下的使用要求。当气体压缩机采用油润滑时,外部零件和内部零件的润滑可用同一牌号的润滑油,也可采用不同牌号的润滑油,但不论内部零件采用何种类型的润滑介质,而外部传动零件的润滑都应采用矿物性的润滑油

4、气体压缩机润滑系统的使用及维护

气体压缩机中最常见的故障是活塞与活塞环、转子部件、滑动支承处的异常磨损和胶合,十字头滑块的咬合,及异常发热等。这些故障都直接或间接地与润滑系统和润滑装置的使用维护不当有关。作为使用维护人员除了应学习掌握有关的润滑系统及其装置的组成原理、性能结构、使用要求等一般知识外,还应在实践中不断总结积累经验,加强日常使用维护工作,以保证压缩机及其润滑系统经常保持良好的运行状态。在日常点检和定期维修中应注意以下各点:

  (1)注意保持润滑油液的清洁:脏油或变质的润滑油会引起加速零件磨损的恶性循环,对强制循环式的润滑系统应注意及时更换和清洗发生堵塞的滤油器中的滤芯;应避免油箱或油池中的油液暴露在空气中,以防止灰尘和污物等混入油中,对无压的油箱和油池一般可采用空气滤清器使其与大气沟通;中、大修时应从油中取样化验其成分,如达到或超过换油指标,应全部或部分更换和补充新油。通常每3个月至半年(或工作2000-4000小时)可更换一次新油。

  (2)应定期检查:应定期检查气缸、气阀、及排气管道等处是否积聚有固体的炭粒和胶泥,一经发现应及时清除,否则可能引起气缸的燃烧爆炸、加大排气阻力,造成异常发热。

  (3)应注意压缩机的工作状态:应注意观察压缩机的工作状态,定期检查气缸气阀的润滑磨损状况,适时调整润滑油量,防止出现润滑油量过大和润滑油量不足的情况。对强制循环系统,润滑压力指示过低或明显下降,往往使润滑油量不足,此时应及时停机维修,必要时应更换备品和备件。

  (4)应注意保持润滑系统中的油温:油箱或油池中的油液的正常温度以40-50℃为宜,油温过高,油液的粘度降低,油易氧化变质,油温过低,粘度增高,流动性差,两者都会引起润滑不足的状况。油温除可从温度表(计)得到直接地观测指标外,从气缸冷循环水或油冷却器的冷却水温也可得到间接的反应,冷却水温过高和过低都将影响润滑油的工作温度及润滑油的粘度。

二、冷冻机的润滑特点

1、概述

冷冻机系指压缩制冷方式所采用的压缩机,因其使用条件和压缩工作介质的不同,它有不同于一般的空气压缩机。按冷冻机结构和工作原理上的差别,它与空气压缩机类似,也可分为活塞式、螺杆式、离心式等几种不同形式。冷冻机是压缩制冷设备中最重要的组成部分之一。

冷冻机的工作介质即为制冷系统中担负着传递热量任务的制冷剂,常用的制冷剂有:氟里昂、氨、溴化锂、氯甲烷等,其中氟里昂按其气化温度及化学分子式的不同有氟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)等多种。上述制冷剂可分别用于低压(冷凝压力小于0.3-0.3MPa)高温(蒸发温度大于0℃)、中压(冷凝压力1-2MPa)中温(蒸发温度0—-50℃)及高压(冷凝压力大于2MPa)低温(蒸发温度小于-50℃)的制冷系统里。

2、冷冻机润滑的特点

   1)活塞式冷冻机

在活塞式冷冻机中,需要润滑的摩擦部位有:活塞与气缸的壁面;连杆大头轴瓦与曲柄销;连杆小头轴瓦与活塞销;活塞销与活塞销座;前后滑动轴承的轴瓦和主轴颈以及主轴轴封的静动摩擦密封面等。

在小型低速冷冻机中最简单的润滑方式是飞溅润滑,即在冷冻机的曲轴箱内,借助于曲轴的连杆大头的回转搅动油面,将润滑油甩到摩擦表面使之润滑,但对有些摩擦表面润滑油难以达到,润滑不充分,易造成大的摩擦和磨损,故这种润滑方式可靠性差,已很少单独采用。

在新、老系列的冷冻机中大多采用着强制性循环润滑,即利用油泵将油强制输送到各润滑点。活塞式冷冻机的润滑多为内传动系统,即润滑系统不单独设立油箱和油泵站,而是采用冷冻机的曲轴箱兼作润滑油箱,专门的润滑泵与曲轴的一端相连,润滑装置与冷冻机构成了一个整体。

油泵经孔为0.28-0.154mm的筛网式粗滤器从曲轴箱中吸油,而后经过滤精度为10-20μm的纸质或粉末冶金式的精细滤油器将冷冻机润滑油压出,一路润滑油被送到曲轴的前端,润滑轴封、前主轴承、曲柄销及连杆小头,另一路压力油进到曲轴的后端,润滑后主轴承、曲柄销及连杆小头,此外该压力油还同时被送到油分配阀,用于控制能量调节结构。润滑系统中还应带有压力表、调压阀等必备元件,调压阀用于调节润滑油的压力并可使多余的润滑油流回曲轴箱。在该系统中气缸面是利用连杆小头挤出的油和连杆大头甩出的油实现摩擦面的润滑。

冷冻机中所采用的润滑泵通常有外啮合齿轮式油泵、内啮合齿轮式油泵(俗称月牙泵)和摆线转子式油泵(俗称梅花泵)等3种。对于外啮合齿轮泵吸压油口的位置确定后,泵的旋转方向是一定的,不可逆转,对全封闭和半封闭式冷冻机,因冷冻机机壳与电动机机壳连成一体,从外部难以辨别泵的转向,容易造成齿轮泵转向的错误而使润滑失灵,故外啮合齿轮泵在冷冻机中较少应用。对内啮合齿轮泵而言,月牙体(分开吸、压油腔,保证内外齿轮顶密封的构件)可做成具有自动定位的结构,不论齿轮的旋转方向如何都不改变吸、压油口的位置,故对油泵的转向无限制,因此在新系列封闭和半封闭式冷冻机中广为应用。摆线转子泵与内啮合齿轮泵类似,也可做到对泵的旋转方向无限制,此外摆线转子泵齿形简单,加工容易,结构紧凑,在冷冻机中有着广阔的应用前景。

   2)螺杆式冷冻机

螺杆式冷冻机的润滑部位有:凸凹螺杆(亦称阴阳转子)的转动啮合部;转动的螺杆与壳体的相对滑动表面;螺杆前后的滑动轴承;主动螺杆的平衡活塞及轴端的机械密封摩擦面。在上述润滑部位均开有与压力油相通的油口。在能量调节阀上或壳体上开设的大小不同、相隔一定距离的油孔可使润滑压力油直接喷射到转子上,即可冷却润滑转子和壳体,又可对运动部位的间隙进行密封,以减少被压缩气体的泄漏,并降低运转噪声。

由于调压阀调节的润滑油的压力通常比冷凝压力高0.2-0.3MPA,润滑油量可相当于冷冻机输气量的1%-2%。润滑泵可直接用转子本身驱动,也可做成外传动式的。通常都将油分离器作为润滑系统的油箱。目前应用较广的是离心—重力型和填料—重力型的油分离器。

此外在螺杆式冷冻机中也多采用二级油分离器,二级油分离器分离出的润滑油可利用吸、排气压差不经油泵直接被压送到吸气腔,对轴承、平衡活塞等处进行润滑。在该种润滑系统中普遍采用着列管式油冷却器,使油温保持在20-50℃,冷却介质可用水或冷冻机自身的制冷剂来蒸发冷却润滑油。润滑系统中的精过滤器的进出口压差不应超过0.1MPa,否则应清洗或更换滤芯。

   3)离心式冷冻机

离心式冷冻机的主要润滑部位是增速齿轮、主轴承及轴端的机械密封。通常齿轮箱可兼做润滑油箱,其中装有电加热器可对润滑油进行预热,油泵用于将油抽送到专设的高位油箱,再由高位油箱把油引到所需的润滑部位,该种方式可防止油泵供油系统突然故障或冷冻机突然断电停机时,油泵无油供给而冷冻机仍保持运转或借惯性继续高速回转,因无润滑而造成设备摩擦部位的“烧伤”或“咬合”事故。

3、冷冻机润滑油的选用

鉴于冷冻机特殊的工作性质,对起润滑介质也提出了某些相应的具体要求,为此而研制了专用冷冻机润滑油

在选用润滑油时,应根据冷冻机的型式、所用制冷剂的类型及其蒸发温度、以及冷冻机的具体工作条件(如速度高低、负荷大小、工作环境等)加以综合分析比较,以便确定冷冻机润滑油的具体规格或牌号。

对小型低速(平均线速度小于2m/s)双缸活塞式冷冻机可选用N15或N22号冷冻机油,对大、中型高速(平均速度大于3m/s)多缸活塞式冷冻机可选用N32或N46的冷冻机油,对排气温度高、负荷重,使用条件特别恶劣的活塞式冷冻机可选用N68的冷冻机油;对喷油润滑的螺杆式冷冻机可选用N32、或N46冷冻机油;对小型干式(非喷油润滑)螺杆式冷冻机和离心式冷冻机,因润滑油可不与制冷剂接触,可按齿轮箱和主轴承的负荷情况选用N32或N46的冷冻油,也可选用粘度等极相当于L-TSA32或L-TSA46的汽油机油。

4、冷冻机润滑系统的故障及维护

冷冻机润滑系统正常工作的主要标志是:

   1)油压表指定稳定,指示压力对活塞或冷冻机应比吸气压力高0.05-0.3MPA,对螺杆式冷冻机应比冷凝压力高0.2-0.3MPa。

2)曲轴箱中的油温应保持在10-65℃之间,最适宜的工作温度为35-55℃。

3)曲轴箱中的油面应足够,并应长期稳定。

   4)滤油器的滤芯不应堵塞,对带压差发讯的精细滤油器应具有堵塞的发讯指示。

润滑系统最常见的故障是:油泵无压、调压失灵及压力表指针剧烈摆动。其主要原因在于:

   1)曲轴箱中油温过低,冷冻润滑油的粘度过大,泵进口滤油器滤网过密,滤芯被堵塞,以及油面太低,油泵吸油困难,造成吸空现象。

   2)油泵长期工作,泵的磨损严重,内漏过大,容积效果明显降低。

   3)调压阀芯被卡死在开启位置或调压阀的弹簧失效。

   4)系统严重外漏。

冷冻机润滑部位的故障不属润滑系统自身的问题,但也会终将导致系统的故障。如气缸处活塞环结构选用、加工装配不当可造成大量跑油现象,以及轴封处异常渗漏将使曲轴箱中油面明显下降,进而导致油泵的吸空现象;再如连杆大小头轴瓦及前后主轴承装配间隙太小,润滑油太脏以及长期使用润滑油变质等都将加大运动部件的摩擦和磨损,或同时因气缸磨损严重出现高低压窜气,都将导致曲轴箱发热,油温升高,润滑油粘度降低,从而形成润滑条件的恶性循环和造成润滑系统的故障。因此对润滑系统的故障分析应是综合性的,即除润滑系统自身的问题外还应从冷冻机的运行状况予以检查、分析和判断,如有无异常的振动、声响、发热及渗漏等等。

润滑系统的维护应注意以下各点:

   1)按冷冻润滑油规定的换油指标定期检查油质,更换或补充经过滤的新油。

   2)定期更换或清洗滤芯、管路及曲轴箱。

   3)日常点检中注意观察油面、油温、油压是否正常。

   4)在中、大修时应注意检查和调整油泵的端面间隙,必要时应予换泵。泵的端面间隙视大小规格不同约为0.03-0.08mm,具体数值请参看有关泵的装配技术要求和出厂规定。

 

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