Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы. Учебное пособие
.pdf
51
Окончание табл. 3.1
Загрязнение механическими примесями
Нормы ISO 4406
16/14/12
Нормы ISO 4406
16/14/12
D5182
Визуальный метод FZG, стадия
разрушающей нагрузки,
миним.
6
7
D3427
Отделение газ. пузырьков (выход
воздуха) при 122 °Ф (50 °C),
мин, макс.
5
6
D2272
Испытание окисления во вращ.
бомбе, мин
(по отчету)
(по отчету)
D4308
или
D1169
Электропроводность, пСм/м при
32 °Ф (0 °C)
или уд. сопротивл., МОм•м при
68 °Ф (20 °C)
(по отчету)
(по отчету)
*СОС – Cleveland, открытая чаша.
1
– Требования стойкости к окислению по MIL-L-23699 и ASTM D4293 применяются к
маслам соответственно класса III и класса IV вместо требования ASTM D943.
Также в этом случае предъявляются особые требования к маслам в эксплуатации. Независимо от вида применяемого масла физикохимические свойства смазочного масла со временем ухудшаются. Так
как скорость ухудшения свойств зависит от многих факторов (таких как
модель двигателя, обслуживание, режим работы, очистка
технологических газов при дожимном компрессоре, тип масла и т. п.),
ресурс работоспособности смазочного масла нельзя установить
конкретно. Далее приводятся указания и нормативы физикохимического состояния масла ГПА с приводом иностранного производства в процессе эксплуатации.
Если физическое состояние масла в процессе эксплуатации
ухудшается, а его химическое состояние представляется допустимым,
корректировка должна включать проверку возможного источника (источников) загрязнения твердыми веществами и водой, проверку и замену элементов фильтров и при необходимости восстановление
свойств масла путем удаления частиц и воды.
I. Физическое состояние масла в эксплуатации можно установить,
проверяя цвет, запах, вязкость, содержание воды и загрязнение частицами.
В целом такое ухудшение физических свойств (определенное этими пятью
позициями) можно скорректировать обработкой масла, если ухудшение
физического состояния не сопровождается химическим ухудшением. Указания и нормативы физического состояния масла приведены в табл. 3.2.
52
Цвет (внешний вид). Потемнение масла в эксплуатации независимо от его вида является нормой, хотя нельзя количественно определить скорость процесса. Потемнение цвета и увеличение мутности может указывать на (1) загрязнение частицами, (2) загрязнение водой или
(3) окисление масла. Изменение цвета масла не обязательно сопровождается изменениями его химического состояния.
Таблица 3.2
Указания и нормативы физического состояния смазочных масел
при эксплуатации [12]
Свойства
Метод
испытания
Предельное
состояние
Рекомендуемые меры
Цвет
Визуальное
наблюдение
Быстрое
потемнение,
мутность
Проверка возможного
источника (источников)
загрязнения жидкостью.
Проверка хим. свойств
(см. ниже по тексту)
Запах
Обоняние
Сильный запах
Проверка возможного
источника (источников)
загрязнения. Проверка
хим. свойств (см. ниже
по тексту)
Вязкость
(104 °Ф/40 °C)
ASTM D445
+ 20 %/–10 %
(по сравнению
со свежим маслом)
Проверка возможного
источника (источников)
загрязнения жидкостью.
Проверка перегрева.
Проверка хим. свойств
(см. ниже по тексту)
Содержание
воды
ASTM D1744
макс.
2000 ppm вес
Проверка бака и отстойников на наличие застойной воды или протечки
воды. Обработать масло
центрифугой или отфильтровать, либо заменить масло
Загрязнение
частицами
Авт. счетчик
частиц/
Нормы
ISO 4406
Резкое повышение количества
частиц
Проверить узлы трения
на повышенный износ.
Проверить другие источники загрязнения. Обработать центрифугой или
отфильтровать для удаления осадков, либо заменить масло
53
Запах. По мере порчи смазочного масла могут образовываться
промежуточные соединения, придающие ему сильный запах. Так как запах – свойство весьма субъективное, его можно считать качественным
показателем, который следует подкрепить аналитическими количественными анализами для установления химического состояния масла.
Вязкость. Изменения вязкости масла могут указывать на изменения химического состава масла из-за загрязнения, высоких касательных
напряжений и (или) сильного перегрева. Снижение вязкости может быть
вызвано загрязнением топливом или менее вязкой, чем масло, жидкостью. Чаще встречающееся повышение вязкости обычно связано с ухудшением свойств, проверяемым контролем химических свойств масла.
Содержание воды. Загрязнение масла в эксплуатации водой
представляет угрозу, так как может проявляться двумя путями. При
наличии избытка воды в целом ее тенденция к отделению от масляной
фазы приводит к скоплению воды на дне маслобаков или в застойных
зонах магистралей. Кроме того, в зависимости от эмульсионных
свойств масла, мелкодисперсные частицы воды могут оставаться в
масле в виде постоянной дисперсии, что нарушает гидродинамические
и коррозионные свойства масла. Следует придерживаться требования
содержания воды не более 2000 ppm (0,2 вес. %) в слое масла для замены масла или его регенерации для удаления застойной воды и дисперсии воды в масле.
Загрязнение частицами. Частицы в смазочном масле могут быть
вызваны засорением, попаданием продуктов износа или окислением
масла (коксованием). При правильной установке и обслуживании фильтров в системе смазки большинство частиц с размерами больше ячеек
фильтров (например, отечеств. Реготмас 664-1-19 по ТУ3689-00426361511-94), удаляется. В то же время частицы, проходящие через
ячейки фильтров, продолжают циркулировать и повышают свое содержание, если их не удалять путем регенерации масла. Если химические
свойства масла не ухудшились сверх допустимых пределов, удаление таких частиц может восстановить эксплуатируемое масло.
II. Химическое состояние масла при эксплуатации устанавливают путем его анализа на кислотность, стойкость к окислению, вспенивание и выход воздуха. Ввиду того что различные масла имеют показатели, лежащие в определенном диапазоне, нормативы для масел в
эксплуатации, приведенные в табл. 3.3, следует сравнивать со свежими
маслами (предпочтительно из той же партии).
54
Кислотность. Кислотность масла определяют получением общего кислотного числа (ОКЧ) по ASTM D664 или ASTM D974 и сравнением его с числом для свежего, не бывшего в употреблении образца
масла, по возможности из той же партии. Повышение ОКЧ указывает
на окисление масла (или потерю антиоксиданта) либо на гидролиз и
представляет собой необратимое ухудшение состояния масла. Если
другие химические свойства остаются в пределах нормативов табл. 3.3,
а физические свойства также допустимы, можно продолжать использовать такое масло при условии сокращения сроков контроля.
Таблица 3.3
Нормативы химического состояния смазочных масел
при эксплуатации [12]
Свойства
Метод
испытания
Нормативы
(в сравнении со свежим маслом)
Общее кислотное
число (ОКЧ)
ASTM D664
или
ASTM D974
0,8 мг KOH/г макс. для масел Класса I
0,6 мг KOH/г макс. для масел Класса II
2,0 мг KOH/г макс. для масел Класса III
0,2 мг KOH/г макс. для масел Класса IV
Испытание окисления
во вращающейся
бомбе (RBOT)
ASTM D2272
25 % исходной величины (свежее масло)
Свойства
вспенивания
ASTM D892
(Только ориентировочно – см. текст
ниже)
Цикл I – 300/10
Цикл II – 300/10
Выделение воздуха
122 °Ф (50 °C)
ASTM D3427
(Только ориентировочно – см. текст
ниже)
Максимально 10 мин
Стабильность против окисления. Стойкость смазочного масла
к окислению проверяют испытанием окисления в масляной бане
(RBOT) по ASTM D2272. В ходе эксплуатации величина RBOT снижается по мере истощения антиоксиданта. Когда величина RBOT упадет
до 25 % в сравнении со свежим маслом (по возможности из той же пар-
тии), дальнейшая эксплуатация масла считается недопустимой и масло
следует немедленно заменить.
55
Вспенивание. Вспенивание масла с оценкой по ASTM D892 –
свойство, обеспечиваемое применением противопенных присадок. Так
как под действием температуры или поглощения поверхностями и частицами противопенная присадка истощается, объем образующейся
пены и ее стойкость возрастают. В качестве рабочего ориентира при
величине 300/10 для масла в эксплуатации по циклу I и II масло следует
тщательно оценить с точки зрения возможности дальнейшей эксплуатации (см. ниже по тексту).
Повышенное вспенивание. При повышенном вспенивании масел
с приемлемыми величинами ОКЧ и RBOT, т. е. в достаточной степени
в пределах нормативов табл. 3.3 добавление противопенной присадки
может быть достаточной мерой при получении правильной дозировки
у поставщика масла. В то же время, так как существует вредное влияние избытка противопенной присадки на отделение пузырьков воздуха,
свойство масла выделять воздух (см. ниже по тексту) следует контролировать до и после введения для сравнения с величиной для свежего
масла с целью соответствия табл. 3.3. Если повышенное вспенивание
сопровождается недопустимыми или граничными величинами ОКЧ и
RBOT, масло следует заменить.
Выделение воздуха. Способность отделять воздух называется
деаэрационным свойством масла, которое регламентируется стандартами ASTM D3427, IP 313, DIN 51381 на специальном приборе, например ARV CLASSIC. Деаэрационные свойства масла ухудшаются в ходе
эксплуатации с повышением силиконовых присадок (например, для
снижения вспенивания). В табл. 3.3 приведен норматив выделения воздуха в течение 10 мин при 122 °Ф (50 °C) по ASTM D3427 в качестве
максимального предела этого свойства. Необходимо контролировать
выделение воздуха при введении противопенных присадок (или силиконовых соединений) в эксплуатируемое масло.
III. Эксплуатационные нормативы. Необходимо подбирать каждую марку масла в соответствии с табл. 3.4, где указаны нормативы вязкости и температуры по ТУ соответствующей системы. Конкретные
эксплуатационные нормативы приведены на схемах и в технических
требованиях сборочных чертежей компрессорных установок или ГПА.
При выборе надлежащего вида масла необходимо, чтобы точка
текучести была, по меньшей мере, на 11 °Ф (6 °C) ниже наружной
температуры вокруг установки в самое холодное время года. Это требование обеспечивает текучесть масла перед пуском компрессора.
56
Перед пуском температура масла во всей системе смазки, а
именно в баке, магистралях, маслоохладителе, фильтрах и т. п., должна
быть равна или должна быть выше нормативов температуры, приведенных в соответствующих ТУ системы управления, для обеспечения
необходимой вязкости масла, поступающего в двигатель. Можно использовать подогреватели маслобака (например, ТЭНы) и вспомогательные насосы для получения необходимой температуры масла в системе перед пуском установки.
Таблица 3.4
Применение смазочных масел [12]
Класс масла
Класс
вязкости
Наружная температура
Класс I (синтетические углеводороды)
ISO VG 32
–54 – +115 °Ф (–48 – +46 °C)
ISO VG 46
–54 – +140 °Ф (–48 – +60 °C)
Класс II (нефтяные масла)
ISO VG 32
+26 – +110 °Ф (–3 – +43 °C)
ISO VG 46
+26 – +135 °Ф (–3 – +57 °C)
Класс III (синтетические эфиры)
MIL-L-23699
–54 – +110 °Ф (–48 – +43 °C)
Класс IV (фосфатные эфиры)
ISO VG 32
+11 – +110 °Ф (–12 – +43 °C)
ISO VG 46
+11 – +110 °Ф (–12 – +43 °C)
IV. Электропроводность и удельное сопротивление смазочных ма-
териалов. В некоторых случаях рядом с маслом могут находиться воспламеняемые газовые смеси. Во избежание воспламеняющего искрения (искры с энергией, достаточной для зажигания воспламеняемых газов), вызванного статическим электричеством, масло должно проводить электричество. Требуется также заземление деталей системы смазки.
Обычно минимальная проводимость 50 (пОм/м или пСм/м)
считается достаточной для надежного предотвращения зажигательных
искр в маслах классов I и II. Учитывая присущую высокую полярность
и более высокую проводимость масел класса IV, для этих масел назначают максимальную проводимость или минимальное удельное сопротивление. Для масел класса IV требуется минимальное удельное сопротивление 50 МОм·м при 68 °Ф (20 °C).
57
Если проводимость смазочного масла менее 50 пСм/м при
32 °Ф (0 °C) или минимальной наружной температуре пуска, зарубежные производители газотурбинных двигателей отдельно рассматривают данные параметры.
3 . 1 . 3 . С м а з о ч н ы е м а с л а для х о л о д и л ь н ы х
м а ш и н с ц е н т р о б е ж н ы м и к о м п р е с с о р а м и
Основное требование к маслам для холодильных машин с цен-
тробежными компрессорами – обеспечить необходимый режим смазки
подшипников и мультипликаторов. При назначении рекомендуемых
масел учитываются следующие требования:
1) уровень вязкости для обеспечения нормальной работы мас-
лонасоса, необходимого режима смазки трущихся пар и степени уплотнения зазоров;
2) химическая стабильность в смеси с хладагентом при рабочих
температурах в компрессоре;
3) инертность и агрессивность к конструкционным материалам;
4) воздействие на РТИ и ЭМО;
5) обеспечение циркуляции и возврата масла в испарительной
системе в заданном диапазоне температур кипения;
6) растворимость в масле хладагента в перегретом состоянии;
7) экономические факторы.
Для смазки используют высококачественные компрессорные,
турбинные масла и обычные масла для холодильных машин. С учетом
специфики работы холодильных машин с центробежными компрессорами и опыта их эксплуатации на различных холодильных агентах выработаны ограничения и рекомендации в отношении характеристик и
качества используемых масел:
1) допускаются к применению как синтетические, так и нефтя-
ные масла;
2) вязкость масел должна быть не ниже 30 сСт при 50 °С; для
агрегатов со встроенными мультипликаторами желательно применять
масла с большей вязкостью 45–55 сСт;
3) не допускается использовать масла с высоким содержанием
серы и масла с нестабильными присадками;
58
4) не допускается применение масел, из которых в процессе ра-
боты выделяются отложения или осадки в подшипниках и зубчатых передачах;
5) для всех холодильных машин с центробежными компрессо-
рами, независимо от назначения и холодильного агента, применяют
одни и те же масла. Для низкотемпературных холодильных машин целесообразно применять низкозастывающие холодильные масла.
Для холодильных машин с центробежными компрессорами рекомендуются в качестве основных отечественных использовать компрессорные и турбинные масла Кп-8, турбинное 30 и турбинное 46, а
также холодильные масла ХА-30, ХМ-35, ХМ-50, ХС-40. Для смазки
фреоновых компрессоров применяют специальные масла типа ХФ-1216, ХФ-22-24 и др. В зарубежной практике, кроме компрессорных и
турбинных масел, используют высококачественные масла для холодильных машин с повышенной вязкостью [13].
3.2. М а с л а д л я п о р ш н е в ы х к о м п р е с с о р о в
В поршневых компрессорах смазка выполняет пять функций:
снижает интенсивность изнашивания; уменьшает трение между трущимися поверхностями; уносит продукты износа из зоны трения; охлаждает трущиеся поверхности механизма движения; повышает герметичность поршневых колец и сальников.
В компрессорах бескрейцкопфного типа смазку механизма дви-
жения производят тем же маслом, которое служит для смазки цилиндров – обычно компрессорным маслом, залитым в картер. В компрессорах крейцкопфного типа для механизма движения обычно применяют индустриальные масла, а для цилиндров – компрессорные или
другие масла или жидкости соответственно сжимаемому газу, смазка
механизма движения и сальников осуществляется отдельно [10].
Масла, используемые для смазки цилиндров, должны быть достаточно вязкими при высоких температурах, так как от вязкости зависит его способность уплотнять зазор. Кроме того, масла должны сохранять свои качества в среде сжимаемого газа. Последнее требование является особенно важным при сжатии газов, способных растворяться в
59
масле или вступать с маслом в реакцию. Масла для смазки цилиндров
не должны образовывать эмульсию с водой.
Для смазки воздушных компрессоров должны применяться
масла, способные противостоять окисляющему действию кислорода
воздуха при температурах и давлениях в цилиндре. Многократно проводившиеся исследования взрывов воздушных компрессорных установок показали, что причиной их является образование нагара в нагнетательном трубопроводе и ресивере [14].
Нагар образуется из лакообразной пленки, представляющей собой загустевшее после испарения легких фракций масло. Откладываясь
на металлических частях и подвергаясь окисляющему действию горячего воздуха, масляные отложения карбонизируются, образуя в конечной стадии своего превращения соединения типа асфальтенов и твердых углистых образований – карбоидов. Таким образом, отложение
нагара вызывается окисляемостью масла. Согласно исследованиям основную массу нагара (до 50 %) составляют асфальтогеновые кислоты,
являющиеся продуктами окисления масла. Вносимая воздухом пыль,
отлагаясь вместе с нагаром, способствует окислению масла и затвердеванию нагара.
Нагар, образующий на стенках узлов коммуникации слой значительной толщины (иногда 25 мм), является горючей массой, склонной к воспламенению в случае достаточного повышения температуры.
Следует отметить, что само повышение температуры может явиться
следствием отложения нагара. Так, в случае пригорания колец к поршневым канавкам или при вызываемой нагаром потере плотности нагнетательных клапанов происходит повторное сжатие горячего воздуха,
вызывающее рост температуры. Другой причиной повышения температуры является сужение сечений трубопровода, вызванное отложением
нагара, которое, увеличивая сопротивление на пути сжатого воздуха,
повышает давление нагнетания. Рост температуры, в свою очередь,
ускоряет образование нагара и, таким образом, процесс его накопления
протекает с возрастающей интенсивностью.
Стоит обратить внимание на то, что самовоспламенение смеси
паров масла с воздухом возможно только при содержании от 30 до
42 мг масла на 1 л воздуха. Расчет показывает, что в цилиндре невозможна такая концентрация масла даже при самой обильной смазке.
Следовательно, непосредственно возникновение воспламенения масловоздушной смеси исключено; оно может произойти вследствие воспламенения нагара.
60
Причинами самовоспламенения нагара являются высокое давление воздуха и температура, которые создают условия для ускоренного окисления масла с выделением большого количества тепла:
аморфный углерод (кокс) в этих условиях самовоспламеняется при температуре около 300 °С. Исследованиями доказана активная роль в этом
явлении окислов железа. Ржавчина является катализатором, способствующим окислению масла. Весьма вероятно, что в ряде случаев непосредственной причиной воспламенения нагара служит искра механического или электрического происхождения, возникающая в цилиндре
или в нагнетательном трубопроводе вследствие механических ударов
или электростатических разрядов при движении частиц твердых тел в
потоке сжатого воздуха. Горение, возникнув в одной точке, постепенно
распространяется вдоль трубопровода, резко повышая в нем температуру и испарение масла из отложений нагара, содержавших до 30 %
масла. В отдельных случаях концентрация паров достигает предела
воспламенения, тогда горение завершается самовоспламенением.
В ряде случаев самовоспламенение протекает с детонацией, вследствие
чего разрушение трубопровода происходит сразу во многих местах и
на большом участке.
Содержащиеся в нагаре кислоты вызывают коррозию цилиндров, поршней и клапанов, а карбоиды, представляющие собой частицы
высокой твердости, способствуют их износу.
В результате проведенного обследования фирмой Atlas Copco
(Швеция) большого числа пневматических установок, оборудованных
двухступенчатыми компрессорами на давление 0,8 МПа, установлено,
что обильное нагарообразование и самовоспламенение нагара происходит только в нагнетательной линии компрессоров, но не наблюдается в
межступенчатой линии, где достигается та же температура. Нагар
накапливается тем интенсивнее, чем длительнее находится масло в
зоне горячего воздуха высокого давления. Случаи самовоспламенения
нагара наблюдаются главным образом в средних и крупных компрессорах производительностью более 0,3 м3/с. В малых компрессорах, у которых длина нагнетательного трубопровода во много раз меньше, а скорость движения воздуха больше, чем в крупных, самовоспламенения
нагара не происходит даже при более высоких температурах нагнетания. Так как с повышением вязкости увеличивается размер капель
масла, взвешенных в потоке воздуха, то масло повышенной вязкости
легче оседает на поверхности труб и аппаратов и труднее увлекается
потоком. Повышение вязкости масла приводит, таким образом, к
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]