Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы. Учебное пособие
.pdf
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Казанский национальный исследовательский
технологический университет»
Н. В. Соколов, С. Н. Кузовова
КОМПРЕССОРЫ
В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ
ПРОЦЕССАХ. СМАЗОЧНЫЕ
МАТЕРИАЛЫ
Учебное пособие
Казань
Издательство КНИТУ
2021
УДК 621.51(075)
ББК 31.76я7
С59
С59
Соколов Н. В.
Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы : учебное пособие / Н. В. Соколов, С. Н. Кузовова; Минобрнауки России, Казан. нац. исслед. технол. ун-т. – Казань : Изд-во
КНИТУ, 2021. – 108 с.
ISBN 978-5-7882-2910-2
ISBN 978-5-7882-2910-2
©
Соколов Н. В., Кузовова С. Н., 2021
©
Казанский национальный исследовательский
технологический университет, 2021
УДК 621.51(075)
ББК 31.76я7
Печатается по решению редакционно-издательского совета
Казанского национального исследовательского технологического университета
Рецензенты:
д-р хим. наук, проф. Б. П. Тонконогов
канд. техн. наук Е. Р. Ибрагимов
Приведены классификация смазочных материалов (масел и смазок), описа-
ние основных их эксплуатационных свойств. Представлены браковочные параметры масел, а также описание сортов и марок масел, их свойств и условий эксплуатации применительно к определенному типу компрессоров (центробежные,
поршневые, винтовые) с учетом состава и параметров сжимаемого газа.
Предназначено для магистрантов, обучающихся по направлению
15.04.02 «Технологические машины и оборудование».
Подготовлено на кафедре компрессорных машин и установок.
Введение
Работоспособность деталей машин и механизмов компрессорного оборудования при правильной эксплуатации определяется тремя
основными факторами: конструкцией, технологией (качеством) изготовления и смазкой. Первым двум факторам посвящено большое количество работ, достаточное для повышения квалификации студентов и
инженерно-техническиских работников машиностроения. Учебная литература, касающаяся третьего фактора, применительно к компрессорам представлена недостаточно.
Данное учебное пособие посвящено изучению научно-теоретических и практических вопросов смазки, природы смазочного действия
масел и особенностей их влияния на трение и интенсивность изнашивания деталей механизмов компрессорных машин. Недостаточное знакомство с этими вопросами может привести к недооценке влияния масел на долговечность и работоспособность компрессорного оборудования, неумению подбирать правильную марку масла для конкретных
случаев эксплуатации, в том числе для торцевых уплотнений, подшипников скольжения и качения, а также формулировать требования на
разработку нужного сорта масла.
С повышением производительности компрессорных машин
необходимы разработка и применение новых смазочных материалов,
обеспечивающих надежную и долговечную работу этой техники. Внедрение новых сортов масел с повышенными физико-химическими и трибологическими показателями требует разработки новых и изыскания
оптимальных режимов их использования.
Следовательно, изучение смазочных материалов для студентов,
изучающих системы уплотнений и подшипников компрессорных машин и газоперекачивающих агрегатов, является актуальной задачей.
4
1 . КЛАССИФИКАЦИЯ СМАЗОЧНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
1 . 1 . Ф у н к ц и о н а л ь н о е н а з н а ч е н и е
и к л а с с и ф и к а ц и я с м а з о ч н ы х м а т е р и а л о в
по а г р е г а т н о м у с о с т о я н и ю
Для снижения трения и изнашивания узлов трения широко используются смазочные материалы. По агрегатному состоянию они могут
быть жидкими, пластичными, твердыми и газообразными. Наибольшее
распространение в компрессорной технике получили жидкие смазочные
материалы (масла) и пластичные смазочные материалы (смазки).
Смазочные масла (как и смазки) являются элементом узла трения, во многом определяющим долговечность, надежность и потери
мощности на трение в трибосопряжениях.
Эффективность использования смазочного масла в узле трения
зависит от многих факторов: условий его применения (температуры,
нагрузок, скоростей перемещения, характеристик окружающей среды
и т. п.), режима эксплуатации машины или механизма (постоянных или
переменных внешних воздействий, остановок и т. п.), конструктивных
особенностей узла трения (типа, размера, характера движения трущихся поверхностей и др.), состава и свойств материалов, с которыми
оно контактирует в процессе работы [1].
Как материал узла трения масло выполняет следующие функции [2]:
1) уменьшает трение, возникающее между сопряженными де-
талями;
2) снижает интенсивность изнашивания и предотвращает за-
диры трущихся поверхностей;
3) отводит тепло от трущихся поверхностей;
4) защищает трущиеся поверхности и другие неизолированные
детали от коррозионного воздействия внешней среды;
5) уплотняет зазоры между сопряженными деталями;
6) удаляет из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие
загрязнения.
5
В большинстве случаев эти требования равнозначны, и смазка
должна выполнять все указанные функции. Такими свойствами в той
или иной мере обладают жидкие масла, полученные селективной
очисткой и депарафинизацией масляных дистиллятов, выделенных из
мазутов, или синтетические масла. В гидромашинах эти функции выполняет вода, в машинах химического производства – та жидкая среда,
которая транспортируется или перерабатывается машинами и от которой трудно изолировать опоры. В подшипниках, несущих весьма малую нагрузку и работающих с очень большой окружной скоростью
скольжения, применяется воздушная или газовая смазка.
В тяжелонагруженных опорах, работающих периодически с постоянной или переменной нагрузкой при малой скорости вращения,
например в зубчатых муфтах тихоходных валов мультипликаторных
центробежных компрессоров (МЦК) малой мощности, теплоотвод осуществляется в основном непосредственно через трущиеся детали, и
функции смазки сводятся к уменьшению интенсивности изнашивания
и коэффициента трения в режиме граничного трения – здесь уместна
пластичная смазка, содержащая в качестве наполнителей порошкообразные графит или дисульфид молибдена, обладающие высокими антифрикционными и противоизносными свойствами.
Таким образом, ассортимент смазочных материалов чрезвычайно широк. Промышленность непрерывно вырабатывает новые
марки нефтяных и синтетических масел, новые виды антифрикционных полимеров, пластичных и твердых смазок.
По агрегатному состоянию смазочные материалы подразделяются на газообразные, жидкие (масла, смазочно-охлаждающие жидкости (СОЖ)), пластичные (смазки), твердые. Жидкие обладают высокой
текучестью (нефтяные, синтетические и растительные масла). Пла-
стичные смазки без нагрузки имеют свойства твердых тел, а под
нагрузкой – свойства жидкостей, и в обычных условиях находятся в мазеобразном состоянии (технический вазелин, солидолы, консталины,
жиры и др.). Они подразделяются на антифрикционные, консервационные, уплотнительные и др. Твердые представляют собой порошки, разделяющие трущиеся металлические поверхности. Они изменяют свое
состояние под действием температуры, давления. Их обычно
применяют в качестве наполнителей в составе масел и пластичных
смазок.
6
1 . 2 . К л а с с и ф и к а ц и я м а с е л
Смазочные масла в зависимости от происхождения (способа получения) масляной основы или исходного сырья для получения, от
назначения (способа применения) готового продукта, от температуры
применения; от класса вязкости можно разделить на следующие
группы [3].
I. По происхождению различают такие масла, как нефтяные,
синтетические и растительные. В наибольших масштабах используются масла, получаемые путем переработки нефтяного сырья (нефтя-
ные масла, относящиеся к минеральным, являются основной группой
выпускаемых смазочных масел: более 90 % ассортимента и объема
производства).
Синтетические масла, полученные на основе углеводородного
или других видов сырья, получили меньшее распространение; они получаются из различного исходного сырья различными методами (олигомеризацией олефинов, окисей этилена или пропилена, синтезом
кислот и спиртов и другими способами). Синтетические масла обладают более высокими эксплуатационными свойствами, однако, из-за
высокой себестоимости их производства применяют только в самых ответственных узлах трения.
Растительные масла применяются ограниченно из-за крайне
низкой термоокислительной стабильности. Их получают путем переработки семян определенных растений, например, касторовое, горчичное
и сурепное масла. Часто их используют в смеси с нефтяными.
Наряду с чисто нефтяными и синтетическими маслами все чаще
используют их смеси – полусинтетические масла.
II. По назначению масла делятся:
1) на моторные, предназначенные для двигателей внутреннего
сгорания (бензиновых, дизельных, авиационных и др.);
2) индустриальные, применяемые главным образом для станоч-
ного оборудования (гидропрессов, редукторов, прокатных станов,
направляющих скольжения и другого оборудования промышленных
предприятий);
3) трансмиссионные, применяемые в трансмиссиях тракторов,
автомобилей, комбайнов, самоходных и других самоходных машин;
4) турбинные, предназначенные для смазывания узлов трения
(подшипники скольжения, зубчатые зацепления, уплотнения) паровых,
7
водяных и газовых турбин, турбокомпрессоров, турбонасосов, воздуходувок и электрогенераторов. В некоторых конструкциях турбинные
масла играют роль гидравлических масел. В большинстве конструкций
они охлаждают узлы трения и передают импульсы давлений в системах
управления. В генераторах с водородным охлаждением масла используются для герметизаций гидравлических и лабиринтных затворов подшипников.
Если турбинное масло играет роль уплотнения водородной системы охлаждения, в системе смазки имеется дополнительное устройство для вакуумной дегазации.
Турбинное масло подвергается воздействию температуры 60–
100 °С в условиях контакта с кислородом воздуха и водой и в присутствии металлов, катализирующих процесс его окисления. Поэтому к
турбинным маслам предъявляются следующие требования [5]: стойкость к окислению в условиях контакта с воздухом при температуре
100–120 °С; отсутствие склонности к эмульгированию с водой; низкое
пенообразование; хорошие антифрикционные и противоизносные
свойства; низкое кислотное число для свежего масла и в начале работы;
низкий коксовый остаток и отсутствие механических загрязнений; отсутствие осадков и шламов; высокая температура вспышки.
При работе турбинных масел кислотное число не должно превышать 0,5 мг КОН/г, вязкость – изменяться более чем на 25 % от
начального значения, а температура вспышки – снижаться более чем на
10 °С. Масло, работающее в маслосистеме, должно оставаться прозрачным. После превышения этих параметров масло необходимо сменить или регенерировать.
Турбинные масла производятся на основе вакуумных дистиллятов нефти, от качества которых зависит качество турбинного масла.
Для производства турбинного масла используются как сернистая парафиновая нефть, так и малосернистая беспарафиновая. Дистилляты подвергаются глубокой селективной и гидро- очистке. Свойства базового
масла корректируются присадками: низкотемпературными ингибиторами окисления, ингибиторами коррозии, противопенными и деэмульгаторами. При легких условиях работы по нагрузке и температуре применяются масла без присадок. В классификации ИСО 6743/0 (1981 г.)
для турбинных масел используется символ «Т». Для турбинных масел
предусмотрена также вязкостная классификация ИСО 3448 (1975 г.);
5) компрессорные. В воздушных, газовых, холодильных ком-
прессорах, воздуходувках и вакуумных насосах разного типа и
8
назначения применяются компрессорные масла. Эти масла предназначены для смазывания узлов трения и герметизации. Масло должно подбираться в соответствии с условиями работы и вида сжимаемого газа,
условий сжатия и получаемого давления [5].
Традиционные компрессорные масла делятся на три основные
группы по их применяемости: для воздушных и газовых компрессоров;
для холодильных компрессоров; для вакуумных насосов. В стандарте
ИСО 6743/3 уточнена классификация компрессорных масел, им присвоен символ «D»; для отечественных компрессорных масел присвоен
символ «К».
Масло для воздушных и газовых поршневых компрессоров применяется для смазывания трущихся деталей цилиндров и клапанов. Оно
также выполняет роль герметизирующего фактора для камеры сжатия.
Требования к качеству масла определяются температурой сжимаемого
газа, давлением сжатия и чистотой газа. На температуру влияют степень сжатия, свойства сжимаемого газа и количество отводимой теплоты. Теплота отводится маслом, системой охлаждения цилиндров, в
многоступенчатых компрессорах система охлаждения газов распределяется между отдельными ступенями. При необходимости газ может
охлаждаться при поступлении в компрессор.
Масло в компрессоре подвергается воздействию высокой температуры, а при сжимании воздуха еще и воздействию атмосферного
кислорода. Температура масла тесно связана с температурой сжимаемого газа. Вязкость масла при самой высокой температуре должна
быть, с одной стороны, настолько высокой, чтобы обеспечить хорошее
смазывание поршневых колец и гильзы цилиндра; с другой стороны,
при пуске компрессора при пусковых температурах настолько незначительной, чтобы масло быстро достигало смазываемых узлов.
Кроме того, компрессорное масло должно обладать термической и термоокислительной стабильностью, отсутствием склонности к
коксообразованию и температурой вспышки на 50 °С выше самой высокой рабочей температуры. Механизм коксообразования следующий:
вначале образуются липкие осадки, затем под воздействием температуры – лаки. Далее под воздействием еще более высокой температуры
возникают нагары, т. е. коксообразные отложения, смыть которые
масло не в состоянии. В масле не должно быть летучих компонентов, а
масляный туман должен сразу оседать на стенках цилиндров. В противном случае откладывающийся на стенках кокс может раскалиться и
привести к самовоспламенению паров масла.
9
Масло для воздушных компрессоров получают из вакуумных
остатков парафиновых нефтей (гудронов) путем их деасфальтизации,
селективной очистки и депарафинизации. Масла для компрессоров небольшой производительности не содержат присадок. Масла для стационарных компрессоров могут содержать ингибиторы окисления и коррозии, противоизносные и моющие присадки.
В винтовых компрессорах, компрессорах с вращающимся
поршнем и в компрессорах специальных конструкций применяются
масла на основе базовых нефтяных или синтетических масел.
Масла для холодильных компрессоров применяются для смазы-
вания узлов трения компрессоров, перекачивающих хладагенты: аммиак, двуокись углерода, легкие и тяжелые углеводороды, двуокись
серы, разного рода фреоны, хлорированные углеводороды [5].
При сжатии хладагента в холодильном поршневом компрессоре
температура масла в камере сжатия может доходить до 230–250 °С, поэтому оно должно обладать достаточно высокой вязкостью и термостойкостью. В то же время температура застывания у него должна быть
ниже минимальной рабочей температуры. Поэтому для холодильных
компрессоров применяется нефтяное масло из беспарафиновой нефти
с высокой вязкостью и низкой температурой застывания.
Масла для вакуумных насосов предназначены для смазывания
узлов трения паромасляных высоковакуумных и поршневых насосов.
Эти масла должны обладать низкой упругостью паров, соответствующей получаемому разрежению, высокой химической и термической
стабильностью. Для вакуумных насосов применяется масло, получаемое в результате разгонки на фракции в вакууме глубоко рафинированного нефтяного масла [5];
6) приборные, применяемые в качестве уплотняющей среды для
герметизации камеры сжатия и в специальных приборах;
7) специального назначения.
III. По температуре применения среди масел различают:
1) низкотемпературные масла, используемые при температуре
не выше 60 °С (приборные, индустриальные и др.);
2) среднетемпературные масла, применяемые при температуре
150–200 °С (турбинные, компрессорные, цилиндровые и др.);
3) высокотемпературные масла, используемые в узлах, которые
подвергаются воздействию температур 300 °С и более. Это главным
образом моторные масла.
10
Ниже представлена сводная классификационная табл. 1.1 различных видов масел с указанием области использования.
В процессе работы смазочное масло подвергается воздействию
таких факторов, как высокая температура скоростного режима работы
механизма; интенсивные контакты с кислородом воздуха, а в двигателях внутреннего сгорания – с продуктами сгорания; каталитическое
воздействие металлов и сплавов; весьма высокие удельные нагрузки в
подшипниках и других узлах трения; изменение скоростного режима
движения масла; изменение режима работы механизма. Эти факторы,
воздействуя на смазочное масло, приводят к возникновению в нем
весьма сложных физико-химических процессов, что способствует изменению первоначальных качеств масла.
Таблица 1.1
Классификация различных масел
Назначение
Область применения
Моторные
Двигатели внутреннего сгорания:
карбюраторные, дизельные, авиационные
Трансмиссионные
Механические и гидромеханические
передачи автотракторной техники и
других технических объектов
Индустриальные
Сборочные единицы и механизмы
промышленного оборудования
Турбинные
Смазка и охлаждение подшипников
скольжения турбоагрегатов
Компрессорные
Компрессоры низкого и высокого
давления; детали компрессоров,
непрерывно соприкасающихся с холодильными агентами
Приборные
Детали различных приборов, контрольно-измерительной аппаратуры
Электроизоляционные
(трансформаторные,
конденсаторные, кабельные)
Жидкие диэлектрики: изоляция токонесущих частей электрооборудования, отвод тепла
В целом смазочные масла должны обладать соответствующими
показателями: вязкостью и индексом вязкости, высокой
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]