Московский государственный технический университет

им. Н.Э.Баумана.

Автономова И.В.

Методические указания

по лабораторной работе 2

Масла, применяемые для смазки компрессоров, и системы смазки компрессоров.

Определение вязкости рабочей жидкости, используемой для смазки компрессоров

по курсу «Компрессорные станции и установки»

Кафедра Э-5

Москва

2012 г

Лабораторная работа 2.

Масла, применяемые для смазки компрессоров, и системы смазки компрессоров.

Определение вязкости рабочей жидкости, используемой для смазки компрессоров

Цель работы – ознакомить студентов с физико-химическими свойствами масел, применяемых для смазки компрессоров, и с системами смазки компрессоров.

Масла, применяемые для смазки компрессоров.

В настоящее время выпускаются компрессоры трёх видов:

-сухие

-со смазкой

-маслозаполненные.

В сухих компрессорах в полостях сжатия масло и пары масла отсутствуют. Масло может подаваться для смазки механизма движения, подшипников, сальников и синхронизирующих шестерен.

В компрессорах со смазкой и маслозаполненных масло подаётся непосредственно в полости сжатия и для смазки механизма движения, подшипников, сальников и синхронизирующих шестерен.

В компрессорах со смазкой масло выполняет следующие функции:

-уменьшает трение между сопряжёнными деталями;

-снижает износ и предотвращает задиры трущихся поверхностей;

-отводит тепло от трущихся поверхностей;

-защищает поверхности трущихся деталей от коррозионного воздействия среды;

-уплотняет зазоры между сопряжёнными деталями;

-удаляет из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие загрязнения.

При этом рекомендуются следующие нормы расхода q г масла на 1 м2 смазываемой поверхности при смазке цилиндров поршневых компрессоров (пк):

-для ПК низкого и среднего давления q=0,002-0,0025 г/м²;

-для ПК высокого давления (p³5,0 Мпа) q можно определить по формуле

q=0,00014+0,00079D p.

В маслозаполненных компрессорах масло выполняет все вышеперечисленные функции, но основной функцией является отвод тепла, выделяющегося при сжатии газа. Рекомендуемый при этом расход q, кг/с, масла при сжатии 1 м³/с воздуха составляет 6-8 кг/м³.

Для смазки цилиндров ПК простого действия и цилиндров, сальников и штоков ПК двойного действия и смазки винтовых компрессоров (ВК) применяются компрессорные масла, которые подбираются в соответствии с условиями работы компрессора и в зависимости от вида сжимаемого газа и получаемого давления.

Компрессорные масла производят из нефтяных базовых масел (основы), которые являются сложными смесями, состоящими из парафиновых, ароматических и нафтеновых углеводородов, а так же кислород- серо- и азотосодержащих органических соединений и смолисто-асфальтеновых веществ. Масла для воздушных компрессоров, как правило, получают в узком диапазоне температур кипения из нафтеновой нефти в виде вакуумных дистиллятов, тщательно очищенных от асфальтенов и других нестабильных компонентов. От элементного состава и строения молекул углеводородов зависят плотность, вязкость, температуры кипения и застывания и другие физико-химические свойства масел.

Вязкость- свойство жидкости сопротивляться относительному сдвигу её частиц, вызываемое появлением касательных напряжений t, Н/м², между слоями жидкости, если они имеют различные скорости v, м/с, движения. Динамическая вязкость m, Па.с, является коэффициентом пропорциональности в уравнении Ньютона t=m(dv/dn),где dv/dn- градиент скорости в направлении движения жидкости n.

Кроме динамической вязкости используется кинематическая вязкость n, м²/с. Кинематическая вязкость n=m¤r, где r- плотность масла, кг/м³.

Классификация масел по вязкости основана на общей вязкостной классификации масел ИСО 3448-75 и приведена в таблице 1.

Таблица 1.

Классификация масел по вязкости.

Класс вязкости	Средняя кинематическая вязкость при 400С, мм2/с	Предел кинематичес- кой вязкости при 400С, мм2/с	Класс вязкости	Средняя кинематическая вязкость при 400С, мм2/с	Предел кинематичес- кой вязкости при 400С, мм2/с
VG-2	2,2	1,98-2,42	VG-68	68	61,2-74,8
VG-3	3,2	1,88-3,52	VG-100	100	90,0-110
VG-5	4,6	4,14-5,06	VG-150	150	135-165
VG-7	6,8	6,12-7,48	VG-220	220	198-242
VG-10	10	9,00-11,0	VG-320	320	288-352
VG-15	15	13,5-16,5	VG-460	460	414-586
VG-22	22	19,8-24,2	VG-680	680	612-748
VG-32	32	28,8-35,2	VG-1000	1000	900-1100
VG-46	46	41,4-50,6	VG-1500	1500	1350-1650

От вязкости применяемого масла зависят величина работы и теплоты трения, износы и качество уплотнения зазоров.

Для характеристики вязкости также используется понятие индекс вязкости(ИВ)

ИВ=(L-n)/(L-H),

где L- кинематическая вязкость эталонного масла с ИВ=0 при t=37,8⁰С, H-кинематическая вязкость эталонного масла с ИВ=100 при t=37,8⁰С, n- кинематическая вязкость исследуемого масла при t=37,8⁰С. ИВ вычисляется для температур 37,8 и 98,9⁰С.

ИВ характеризует степень изменения кинематической вязкости масла в зависимости от изменения температуры, т.е. характеризует пологость кривой зависимости кинематической вязкости от температуры. Масла с высоким ИВ мало меняют кинематическую вязкость с изменением температуры, поэтому они чаще применяются в компрессоростроении.

Температура вспышки масла T_всп – это температура масла, при которой на поверхности испарения пары масла образуют с воздухом смесь, которая вспыхивает при поднесении открытого пламени и быстро потухает. Температура вспышки зависит от наличия в маслах легколетучих фракций. Температуру вспышки не следует путать с температурой воспламенения масла.

Температура воспламенения масла T_воспл – это температура, при которой смесь паров масла и воздуха при поднесении открытого пламени загорается и продолжает гореть не менее 5 секунд.

Температура застывания масла T_заст – температура, при которой масло загустевает так, что при наклоне пробирки с маслом на 45⁰ уровень в пробирке остаётся неподвижным в течение 1 минуты. Температура застывания характеризует возможность прокачивания масла при низких температурах.

Кислотность характеризует агрессивность масла по отношению к конструкционным, электроизоляционным и уплотнительным материалам. Кислотность определяется кислотным числом – количеством миллиграммов КОН в одном грамме масла. Для синтетических масел характер среды (кислотный или щелочной) иногда характеризуют концентрацией ионов водорода рН. Нейтральная среда характеризуется рН 6,5-7.

Стабильность масла – способность масла противостоять окислению кислородом воздуха. Стабильность характеризуется выраженным в процентах отношением массы осадка, образовавшегося в масле при его глубоком старении, к первоначальной массе масла. Часто пользуются также числом Слея, которое показывает количество миллиграммов осадка, полученного в результате длительной (2-3 ч) выдержки десяти граммов масла при температуре 200⁰С в присутствии кислорода.

Кроме рассмотренных свойств масло характеризуется рядом других свойств, например коксуемостью, склонностью к образованию лака и т.д. Эти свойства имеют меньшее значение для компрессорных машин и поэтому не рассматриваются.

При работе компрессоров происходят физические и химические изменения масел, т.е. изменения их состава и свойств. В таблице 2 в качестве примера приведены физико-химические свойства исходных и отработанных масел /2/. Свойства масел определялись после работы компрессора на двух режимах: режим 1 – температура нагнетания 473К, давление нагнетания 4,2 МПа; режим 2 – температура нагнетания 493К, давление нагнетания 15 МПа. Пробы масла отбирались из маслоотделителя через 3, 6 и 12 часов работы. Между пробами, взятыми через разные промежутки времени, не обнаружено существенных отличий.

Таблица 2.

Физические и химические свойства исходных и отработанных масел.

Марка масла	Режим	n, мм2/с при 373К	r,г/см3 при 293К	Кислотность, (мг.КОН)/г	Tвсп в открытом тигле,К
КС-19 ГОСТ9243-75	Исходное Режим 1 Режим 2	210 285 527	0,904 0,919 0,944	0,03 6,53 21,7	544 - 530
К-19 ГОСТ1861-73	Исходное Режим 1 Режим 2	209 235 297	0,903 0,908 0,921	0,01 5,12 14,0	528 - 519
П-28 ГОСТ6480-53	Исходное Режим 1 Режим 2	300 334 435	0,901 0,908 0,924	0,01 5,01 19,48	560 - 540
АМВ-17 ТУ3810112-70	Исходное Режим 1 Режим 2	195 240 296	0,887 0,899 0,908	0,03 5,28 12,5	524 - -

Изменения физико-химических свойств масел влияют на эксплуатационные свойства масел. Для предотвращения этих изменений в смазочные масла вводят специальные вещества и их композиции. Органические маслорастворимые вещества называют присадками, а твёрдые нерастворимые вещества называют антифрикционными добавками. В настоящее время в качестве присадок используют более ста органических соединений. Некоторые из них приведены в таблице 3 /3/.

Моющие присадки предназначены для снижения склонности масел к образованию отложений на нагретых поверхностях.

Антиокислительные присадки стабилизируют химический состав масла при высоких температурах.

Антифрикционные, противоизносные и противозадирные присадки улучшают смазывающие свойства масел.

Вязкостные присадки используют для регулирования соотношения уровней вязкости при низких и высоких температурах.

Противопенные присадки снижают склонность масел к пенообразованию.

Ингибиторы коррозии предохраняют металл от атмосферной коррозии.

Депрессорные присадки снижают температуру застывания масел и увеличивают их подвижность (текучесть) при отрицательных температурах.

Таблица 3.

Функциональные присадки, используемые в смазочных маслах.

Присадки	Химические соединения (условные обозначения)
Моющие (детергенты)	Сульфонаты,феноляты,салицилаты различных металлов(преимущественно кальция, бария,магния) (МАСК, АСК, ПМС «А»,С-150,АСБ)
Антиокислитель-ные	Тиофенолы, ароматические и алифатические амины, дитиофосфаты и дитиокарбаматы различных металлов, преимущественно цинка, бария, сурьмы (ионол,агидол-2, ИХП-21,ВНИИНП-354)
Противоизносные и противозадирные	Дитиофосфаты металлов, сульфиды и их производные, дисульфиды и их производные, фосфаты, эфиры трихлорметилфосфоновой кислоты (АБЭС,КИНХ-2, ЛЗ-23к,ОТП,хлорэф-40,ЛЗ-318)
Антифрикционные	Металлические мыла, дитиофосфаты и дитиокарбоматы молибдена и их производные, дисульфид молибдена, графит (ПАФ-4, фриктол)
Вязкостные (загущающие)	Полиизобутилен, сополимеры олефинов, полиметакрилат, винипол, сополимеры диена со стиролом (КП-10, ПМА «В-1» и «В-2»
Противопенные	Силоксаны (ПМС 200А)
Защитные (ингибиторы коррозии, антиржавейные)	Нитрованные масла, сукцинимид мочевины (АКОР-1, СИМ, НГ-107)
Депрессорные	Полиметакрилат, кальциевая соль алкилфенола, бариевая соль биссульфидалкилфенола (ПМА «Д», АЗНИИ-ЦИАТИМ-1)

Масла для компрессоров небольшой производительности, как правило, не содержат присадок. Масла для стационарных компрессоров могут содержать ингибиторы коррозии, антиокислительные, антифрикционные, моющие, противопенные и депрессорные присадки.

Необходимо помнить, что все присадки, которые являются поверхностно-активными веществами (ПАВ) влияют на смазочную способность масел.

В последнее время подвижность масел при низкой температуре достигается использованием вместо нефтяных основ различных синтетических продуктов: полиальфаолефинов, сложных эфиров, алкилбензолов. Высокий уровень эксплуатационных свойств синтетических масел (хорошая вязкостно-температурная характеристика, низкие температуры застывания, малое нагарообразование и т.д.) свидетельствуют о перспективности производства их в будущем. Из экономических соображений наряду с полностью синтетическими основами масел используют смеси нефтяных масел с синтетическими продуктами. Однако необходимо помнить, что смешивать нефтяные масла ни в коем случае нельзя, так как это приводит к увеличению нагарообразования.

Для смазки воздушных компрессоров должны применяться масла, способные противостоять окисляющему действию кислорода воздуха. Нагар, образующийся на стенках, является горючей массой, которая может воспламеняться при высоких температурах. Взрыв смеси паров масла с воздухом возможен только при содержании от 30 до 42 мг масла в 1 л воздуха. В цилиндре такой концентрации масла не наблюдается даже при обильной смазке. Следовательно, взрыв масловоздушной смеси может произойти только вследствие воспламенения нагара. Нагар накапливается тем интенсивнее, чем длительнее находится масло в зоне горячего воздуха высокого давления. Так как с повышением вязкости увеличивается размер капель масла, находящихся в потоке воздуха, то масло повышенной вязкости легче оседает на поверхности труб и аппаратов и труднее увлекается потоком воздуха. Таким образом повышение вязкости масла приводит к увеличению пребывания масла в нагнетательном трубопроводе и усилению образования нагара. Применение масла высокой вязкости особенно не желательно при низких температурах, так как при этом окисление масла происходит быстрее, чем испарение. При равной вязкости масла одной фракции дают меньше нагара, чем масла состоящие из нескольких фракций, так как лёгкие фракции испаряются, а тяжёлые дают нагар. При выборе масел для смазки цилиндров необходимо учитывать давление и, главным образом, температуру, при этом следует применять масла минимальной вязкости, допустимой по условиям механического трения. Для воздуха рекомендуемая кинематическая вязкость масла в зависимости от температуры нагнетания равна /3/

Tн	413	433	453	473
n при С, сст	65	85-100	110-135	140-165

В стандарте ИСО 6743/3 все компрессорные масла отнесены к группе D.

Группа D включает масла:

-для воздушных и газовых компрессоров, которым присвоен символ A;

-для холодильных компрессоров;

-для вакуумных насосов, которым присвоен символ V.

Условия применения масел для воздушных и газовых компрессоров обозначаются символами A, D, C, G, H, I и даны в таблице 4 /3/.

Таблица 4.