Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы. Учебное пособие
.pdf
61
увеличению времени пребывания масла в нагнетательном трубопроводе и усилению образования нагара. Применение масла высокой вязкости особенно нежелательно при пониженной температуре нагнетания, так как при этом окисление масла происходит быстрее, чем испарение. При равной вязкости масла одной фракции дают меньше нагара,
чем масла нескольких фракций. У последних легкие фракции улетучиваются, а тяжелые дают нагар.
Образование нагара (без опасности самовоспламенения) возможно и при сжатии нейтральных газов: при температуре выше 140 °С
начинается крекинг масла с выделением фракций и отложением тяжелого остатка.
Для всех компрессоров, прежде всего для воздушных, рекомендуется применять масла минимальной вязкости, допустимой по условиям механического трения. Нагнетательные трубопроводы следует по
возможности выполнять короткими, прямыми, а их поверхности – гладкими и некорродирующими. При этом более вязкие масла коксуются
значительно интенсивнее, чем маловязкие.
При выборе масел для смазки цилиндров нужно учитывать давление, но руководствоваться, главным образом, температурами нагнетания. Для воздуха, водорода, азота, углекислого газа, окиси углерода,
коксового газа и аммиака рекомендуемая кинематическая вязкость
масла в зависимости от температуры нагнетания указана в табл. 3.5.
Таблица 3.5
tH, °C
140
160
180
200
v при 50 °С, сСт
65
85–100
110–135
140–165
Для компрессоров, сжимающих высшие углеводороды и газы,
растворимые в масле, следует применять масла, вязкость которых
больше указанной на 50 %.
Обычно требуют, чтобы температура вспышки масла была на
20–50 °С выше температуры нагнетания. Однако роль температуры
вспышки при возникновении самовоспламенения не следует переоценивать, так как предшествующее самовоспламенению горение нагара
приводит к значительному превышению этой температуры, а без горения нагара отсутствует опасная концентрация паров масла в воздухе.
Обозначения отечественных компрессорных масел установлены в соответствии с разработанным в 80-х годах их
62
унифицированным ассортиментом. Согласно классификации масла
разделяют на группы:
1) первая – для компрессоров, работающих при умеренных ре-
жимах, сжимающих воздух и другие нерастворимые в масле газы при
температуре нагнетания ниже 160 °С, например масло К1-20;
2) вторая – то же, при температуре нагнетания ниже 180 °С,
например масло К2-20;
3) третья – для компрессоров, работающих в тяжелых условиях
при температуре нагнетания ниже 200 °С, например масло К3-20;
4) четвертая – для компрессоров высокого давления, работаю-
щих в особо тяжелых условиях при температуре нагнетания выше
200 °С, например масло К4-20.
Для смазки цилиндров применяют хорошо очищенные масла, а
для воздушных компрессоров – только специальные компрессорные
масла, способные противостоять окисляющему действию воздуха. Для
смазки компрессоров низкого и среднего давления, предназначенных
для воздуха и других газов, при температуре нагнетания до 160 °С применяют компрессорное масло марки К-12 по ГОСТ 1861-73; при температуре до 200 °С и давлении до 35 МПа компрессорное масло марки К19 по ГОСТ 1861-73; при более высоких температурах или давлениях
следует применять масло для прокатных станов марки П-28 (типа
«брайтсток»), относящееся к числу стабильных масел и имеющее температуру вспышки не ниже 285 °С.
Для азота, водорода, азотноводородной смеси или других
инертных по отношению к маслу газов рекомендуются также масла: цилиндровое легкое «24» по ГОСТ 1841-51, авиационные МС-20 и МК-22
и цилиндровое тяжелое «38», причем вязкость выбранного масла
должна соответствовать наибольшей температуре нагнетания по ступеням и конечному давлению газа.
Для кислородных компрессоров смазкой служит смесь дистиллированной воды с 6–8 % технического глицерина. Добавка глицерина к
воде улучшает ее антифрикционные и противоизносные свойства. Применение нефтяных масел в этом случае совершенно исключено, так как
при соприкосновении со сжатым и нагретым кислородом они вступают
с ним в реакцию, сопровождающуюся взрывом. Смазка водоглицериновой смесью не обеспечивает возможности длительной безостановочной
работы. Поэтому современные кислородные компрессоры выпускаются
в исполнении, при котором не требуется смазка цилиндров.
63
Смазку этиленовых компрессоров, применяемых в производстве полиэтилена, лучше всего производить глицерином. Из нефтяных
масел допускается применение вазелинового медицинского масла. Использование других нефтяных масел не допускается по той причине,
что загрязнение этилена снижает качество конечного продукта.
Для механизма движения при раздельной смазке рекомендуются масла с кинематической вязкостью 40–70 сСт при 50 °С. Для средних и крупных компрессоров применяют машинные масла, индустриальное 45 (машинное «С») и индустриальное 50 (машинное «СУ»). Кинематическая вязкость их соответственно равна 38–52 и 42–58 сСт при
50 °С. Применяют также компрессорные масла К-12 (12(«М)), К-19
(19(«Т»)) и авиационные МС-20 и МК-22 [10].
Следует учитывать возможность уноса масла по штоку из станины в цилиндры, и если для смазки цилиндров требуется масло повышенной вязкости, то для механизма движения следует применять более
вязкое масло.
Эффективным средством уменьшения интенсивности изнашивания и коррозии рабочих поверхностей цилиндров и механизма движения, повышения стабильности и сокращения расхода масел является
применение специальных присадок – противоокислительных и противоизносных. При сжатии газов, содержащих примеси, вызывающие
значительное нагарообразование, к маслам для смазки цилиндров добавляют комбинированные присадки, сообщающие маслам также способность растворять и отмывать нагар.
К маслам для смазки механизма движения многооборотных
компрессоров для устранения пенообразования добавляют антипенную
присадку марки ПМС-200А, которую вводят в отношении 0,003–
0,005 % к массе масла [10]. Свойства некоторых масел для поршневых
компрессоров указаны в прил. В.
3 . 2 . 1 . С м а з к а п о р ш н е в ы х к о м п р е с с о р о в
х о л о д и л ь н ы х м а ш и н
В данном случае отличительной особенностью является то, что
масло вместе с хладагентом циркулирует в замкнутом контуре.
Например, во фреоновых холодильных машинах смазочное
масло, выбрасываемое компрессором в нагнетательный трубопровод,
64
возвращается в компрессор с всасываемым паром (рис. 3.1). В компрессоре часть масла в количестве, равном выбрасываемому, возвращается
в картер, остальное масло проносится с паром через цилиндр и продолжает циркулировать по системе.
В конденсаторе 2, теплообменнике 3 и дроссельном устройстве
4 количества поступающего и уносимого масла всегда равны. В испарителях 5 с большим объемом жидкого агента (кожухотрубных) в жидкости растворено большое количество масла, и концентрация его в растворе может быть значительно выше, чем в жидкостном трубопроводе.
Однако в правильно отрегулированной системе количества масла, поступающего в испаритель и уносимого из него с паром, одинаковы.
Рис. 3.1. Схема циркуляции масла и холодильного агента во фреоновой
холодильной машине [10]
Во всасывающем и нагнетательном трубопроводах масло перемещается в виде раствора фреона в масле. На рис. 3.1 этот фреон заштрихован как жидкость.
Накопление масла в системе и циркуляция его в количестве,
значительно большем, чем унос из картера, являются следствием неудовлетворительной сепарации масла из потока всасываемого пара.
Масло накапливается в системе до тех пор, пока в картер не станет возвращаться столько же, сколько из него уносится.
65
Наихудшая сепарация наблюдается в компрессорах с отъемными цилиндровыми блоками. В системах с такими компрессорами количество масла во всасывающем трубопроводе может составлять 5 %
и более от веса фреона [15].
Несколько лучше отделяется масло от потока пара в блок-картерных компрессорах.
В герметичных компрессорах с просасыванием пара через двигатель отделение масла от всасываемого пара весьма совершенно и содержание масла в трубопроводах составляет доли процента.
Для сравнения можно отметить, что количество масла, уносимого из картера, составляет менее 0,01 % от веса нагнетаемого компрессором фреона.
Масло приносит в компрессор и уносит из него некоторое количество растворенного фреона. Весовая доля фреона в растворе зависит
от температуры масла и давления паров фреона над раствором. Однако
в связи с кратковременностью процессов состояние раствора может
быть далеким от термодинамического равновесия.
Циркуляция масла снижает производительность компрессора и
сказывается в виде двух эффектов – внешнего и внутреннего. Чем больше
масла циркулирует по системе, тем сильнее сказываются эти эффекты.
Внешний эффект заключается в том, что масло, попадающее в
компрессор (полости блоккартера, картер, цилиндр), нагревается под
постоянным давлением и из него возгоняется часть растворенного
фреона. Этот фреон не создает холодопроизводительности в испарителе и его пары бесполезно заполняют часть объема цилиндров.
Вредное воздействие этого эффекта можно уменьшить путем
возможно большего перегрева всасываемого пара в теплообменнике, а
также уменьшением количества циркулирующего масла путем улучшения сепарации масла из потока всасываемого пара и возвращения этого
масла в картер.
Внутренний эффект заключается в том, что некоторое количество находящегося в цилиндре пара при повышении давления (ход сжатия и нагнетания) растворяется в масле, находящемся на стенках цилиндра, клапанах, поршне и пр. При понижении давления (обратное
расширение и всасывание) этот фреон снова возгоняется из масла, заполняя часть объема цилиндра. Соответствующее количество фреона
никогда не покидает цилиндра, циклично растворяясь в масле и возгоняясь из него. Процессы цикличной растворимости отражаются на
66
индикаторной диаграмме, понижая кажущийся показатель политроп
сжатия и обратного расширения.
Исходя из указанных факторов, для смазки поршневых холодильных компрессоров разработаны специализированные масла.
Для фреоновых компрессоров применяют масла марок ХФ-12 и
ХФ-22 [10]. Последнему свойственны особо низкие температуры помутнения и застывания, поэтому оно находит применение в низкотемпературных холодильных машинах. Масла должны выдерживать испытание на стабильность и коррозию.
Для смазки бескрейцкопфных аммиачных компрессоров дойного действия применяется масло марки ХА по ГОСТ 5546-66, к которому предъявляется требование пониженной температуры застывания.
Вместо масла ХА иногда применяется «веретенное–АУ» и «индустриальное–12», подобное маслу «веретенное–2». Выпускаются также более вязкие смазочные масла марок ХА-23 и ХА-34 для аммиачных компрессоров со свойствами, указанными в табл. 3.6.
Таблица 3.6
Кинематическая вязкость:
ХА-23
ХА-34
при 20 °С (не более), сСт
120
180
при 50 °С, сСт
22–24
3–35
Температура вспышки в открытом
тигле, °С, не ниже
175
200
Температура застывания, °С, не выше
–34
–34
Стабильность:
осадок после окисления (не более)
0,02 %
0,02 %
Этановые и пропановые поршневые компрессоры могут смазываться маслом АК-6 или авиационным маслом МС-20 [10]. В данном
случае цифра в наименовании масла обозначает минимальную вязкость
в сСт при 100 °С. Для смазки механизма движения крейцкопфных компрессоров применяют масло «индустриальное–50» (машинное СУ).
67
3.3. М а с л а д л я в и н т о в ы х к о м п р е с с о р о в
3.3.1. М а с л а д л я в о з д у ш н ы х в и н т о в ы х
к о м п р е с с о р о в
К применяемым в маслозаполненных винтовых воздушных
компрессорных установках маслам должны предъявляться особые
требования:
1) стойкость к окислению;
2) стойкость к нагарообразованию;
3) стойкость к пенооборазованию.
Однако нефтяные масла, применяемые в воздушных винтовых
компрессорах, даже очень высокого качества, не удовлетворяют вышеуказанным требованиям. Они отличаются:
1) низкой стойкостью к окислению, что приводит к снижению
срока службы масла;
2) низкой стойкостью к нагарообразованию, что снижает срок
эксплуатации фильтра маслоотделителя масляной системы компрессорной установки и может привести к самовоспламенению и пожару;
3) высоким пенообразованием, что приводит к увеличению
уноса масла со сжатым газом.
Все эти обстоятельства вынуждают применять специальные
синтетические масла, которые отвечают вышеназванным требованиям.
Наиболее подходящее масло для воздушных компрессоров является на
основе полиальфаолефинов (ПАО), например, масло Shell Corena S4 R,
которое может проработать без замены до 12 000 ч [16].
Также могут применяться:
1) полусинтетические смазочные материалы серии CPI-9301,
которые изготовлены с использованием масла гидрокрекинговой
очистки (класс III) и деэфирного базового масла;
2) синтетические смазочные материалы серии CPI-1542, которые
изготовлены на основе полиалкиленгликоля (ПАГ), полиолэфира (ПОЭ);
3) синтетические смазочные материалы серии CPI-4201, которые
изготовлены на основе эфира полиола как синтетического основания.
Указанные марки масла CPI имеют необходимый пакет присадок,
предназначенный для обеспечения максимальной производительности
68
компрессоров. Эти смазочные материалы имеют хорошую температурную и окислительную устойчивость, что позволяет им работать в широком
диапазоне температур без ухудшения свойств. Применение деэфира при
производстве масла обеспечивает уменьшение образования отложений и
налета на деталях компрессорного агрегата. Масло может применяться в
условиях низких температур. В частности, низкая летучесть обеспечивает
значительное уменьшение количества смазки в потоке воздуха, а тепловое
разложение при высоких температурах не приводит к образованию губительного налета или отложений.
3.3.2. М а с л а д л я г а з о в ы х в и н т о в ы х
к о м п р е с с о р о в
Основные требования, которые предъявляются к маслам винто-
вых компрессорных установок, сжимающих различные по составу
газы, состоят в следующем:
1) должно обладать высокой температурной стабильностью
свойств и характеристик во время работы компрессора. В процессе работы
масло нагревается за счет внутреннего трения между слоями, охлаждения
трущихся деталей и по другим причинам, однако оно не должно окисляться при повышенных температурах и должно сохранять стабильную
вязкость во всем рабочем диапазоне температур и давлений;
2) при разбавлении масла перекачиваемым газом при температуре 70 °C вязкость масла должна составить не ниже 12 сСт, исходя из
условий работы подшипников качения;
3) должно обладать удельной теплоемкостью не ниже
2.00 Дж/(г·К) и плотностью при 70 °C не ниже 0,900 г/мл для умень-
шения габаритных размеров маслосистемы;
4) должно обеспечивать защиту от коррозии в присутствии
воды. Необходима защита по тесту ASTM D665 для синтетической
морской воды. Данная характеристика важна, поскольку лабораторные
испытания показывают значительную минерализацию масла, вызванную, например, поступлением пластовой воды в компрессор;
5) должно отсутствовать пенообразование и эмульгирование в
присутствии водометанольной смеси (ВМС) при рабочих условиях
69
сепаратора (около 90 °C). Данная характеристика важна для проверки
применяемости масла в условиях поступления воды с метанолом;
6) малая величина безвозвратных потерь при длительной эксплуатации компрессорной установки (не более 3 мг/н.м3);
7) не должно образовывать твердых отложений продуктов распада масла в нагнетательном трубопроводе и в рабочих полостях компрессора, приводящих к уменьшению сечения;
8) должно сохранить свои эксплуатационные свойства в течение всего срока службы – не менее 8700 ч (1 год эксплуатации);
9) должно обладать хорошими антифрикционными и противоизносными свойствами, низкой летучестью и незначительным растворением компримируемого газа в масле, что обеспечивает уменьшение
количества масла в потоке газа.
Как правило, масла для газовых винтовых компрессоров рекомен-
дует поставщик масла. Исходя из состава компримируемого газа и условий работы компрессора (температуры, давления и др.), рассчитывают
растворимость газа в масле, выбирают класс вязкости и марку масла.
Масла на основе полиальфаолефинов (ПАО) рекомендуется применять в
компрессорах, перекачивающих легкие углеводородные газы, например,
метан, природный газ с содержанием метана более 80 % и др. Для пропана
возможно применение масла на основе полипропиленгликоля (ППГ, группа
масел на основе полиалкиленгликоля (ПАГ)). Для тяжелых углеводородов, например попутного нефтяного газа (ПНГ), рекомендуется применять
масла на основе полиэтиленгликоля (ПЭГ, тоже группа масел на основе
ПАГ). Отличия масел на основе ППГ и ПЭГ, определяющие их область
применения, представлены в табл. 3.7.
Таблица 3.7
Базовые масла на основе ПАГ
Полипропиленгликоль (ППГ)
Полиэтиленгликоль (ПЭГ)
Плотность < 1000 мг/л
Плотность > 1100 мг/л
Водонерастворим
Слабо гигроскопичен
Водорастворим
Сильно гигроскопичен
Высокая термическая и окислительная стабильность
Высокая термическая и окислительная стабильность
Ограниченно растворяется газом
Не растворяется газом
Очень хорошие антифрикционные
и противоизносные свойства
Превосходные антифрикционные и
противоизносные свойства
70
Стоит отметить, что гигроскопичность и водорастворимость масел увеличиваются в направлении ППГ → ПЭГ, но растворимость газа в
указанном направлении уменьшается. Следует соблюдать особую осторожность и не подвергать масла на основе ПАГ воздействию чрезмерной
влаги. Ввиду большого удельного веса этих масел вода не опускается на
дно резервуара, а остается на поверхности смазочного материала.
Следует учесть, что масла на основе ПАГ несовместимы с
нефтяными маслами и большинством других синтетических смазочных
материалов. Кроме того, в зависимости от конкретного типа используемой базовой жидкости ПАГ эти масла могут быть несовместимы с
другими смазочными материалами на основе ПАГ.
В общем случае не рекомендуется использовать масла на основе
ПАГ в системах, которые ранее были заполнены нефтяными или синтетическими маслами на основе полиальфаолефинов (ПАО). Помимо
этого, рекомендуется проверять совместимость при доливе или замене
имеющегося в системе масла на основе ПАГ. Предпочтительно избегать возникновения смесей, для этого следует слить масло из маслосистемы, промыть ее и заправить свежей порцией масла. При переходе от
нефтяного масла или других синтетических масел к маслам на основе
ПАГ очень важно предварительно тщательно очистить и промыть маслосистему надлежащими жидкостями.
Смазочные материалы на основе ПАГ несовместимы с большинством стандартных материалов РТИ, используемых вместе с
нефтяными и синтетическими углеводородными маслами. Несовместимые материалы могут сжиматься или разбухать, вызывая тем самым
значительную утечку или повреждение резинового уплотнения. При
переходе от нефтяного или синтетического углеводородного масла к
маслу на основе ПАГ необходимо учитывать вопрос совместимости с
материалом уплотнения. Фторэластомеры (FKM) и винил-метил-полисилоксан каучук (VMQ) обычно пригодны для использования с маслами на основе ПАГ. Бутадиен-нитрильный каучук (NBR) может использоваться, но в ограниченном температурном диапазоне. Во всех
случаях следует учитывать условия эксплуатации и отличия свойств
эластомеров различных изготовителей.
При сжатии ПНГ применяются марки масел на основе ПАГ,
например, CPI-1507-68…150 или Klüber Summit NGSH-68…150 (свойства масел указаны в прил. Е); при сжатии легких углеводородов применяются масла как на основе ПАГ, так и ПАО, например, CPI-151568…150, CPI-4601-68…150 и Klüber Summit PGS-2, 68, 100, 150 на
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]