Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Компрессоры в технологических процессах. Смазочные материалы. Учебное пособие
.pdf
81
Диаграммы i–ξ строят на основе экспериментальных данных.
На рис. 3.6, например, приведены диаграммы i–ξ для смесей масел
ХА 30, ХС 40 с R22. Диаграммы состоят из двух частей: верхняя часть
для газовой фазы раствора, нижняя – для жидкой. В газовой фазе находится практически чистый перегретый пар холодильного агента, так
как давление паров масел мало. С помощью диаграммы по известным
p и T определяют состав жидкой фазы кипящего раствора и энтальпию
жидкой фазы. По диаграмме можно рассчитать и построить практически все рабочие и процессы, происходящие в маслозаполненных винтовых и ротационных компрессорах и в теплообменных аппаратах холодильных машин. При использовании диаграммы i–ξ для расчетов
необходимо учитывать, что они построены для равновесных состояний
растворов, которые не достигаются в реальных процессах.
а б
Рис. 3.6. Диаграммы «энтальпия – концентрация» растворов масел
с холодильными агентами: а – R22-ХА, б – R22-ХС 40 [17]
Стоит отметить особенность холодильных машин, связанную с составом холодильного агента: хладагенты R12, R502, R22 и другие являются хлорфторуглеродами (категории CFC, HCFC), которые разрушают
озоновый слой атмосферы Земли. По результатам Монреальского протокола 1987 г. и последующих уточнений большинство из них объявлены
экологически вредными и постепенно становятся запрещенными.
82
Для вновь разрабатываемых установок предлагается использовать хладагенты категории фторуглеводородов (HFC), имеющих малое
воздействие на окружающую среду. Среди этих хладагентов, рассматриваемых как окончательные, сегодня наиболее известны R134a,
R404A и др. В отличие от CFC (R12, R502 и др.), новые хладагенты
HFC не содержат хлора. Они имеют нулевой потенциал разрушения
озона и весьма малое влияние на парниковый эффект. Хладагенты HFC
закладываются во вновь разрабатываемых холодильных компрессорных установках в следующих областях использования:
1) R134a должен окончательно заменить R12 в области высоких
и средних температур;
2) R404A должен окончательно заменить R502 в области сред-
них и низких температур.
При этом проблема применимости существующих масел является основной. Используемые до настоящего времени с хладагентами
CFC (R12, R502 и др.) и НCFC (R22 и др.) масла совершенно несовместимы с хладагентами HFC. Поэтому компрессоры, предназначенные
для работы с новыми хладагентами HFC, заправляются специальным
маслом, называемым «эфирное масло», в отношении которого необходимо знать следующее.
1. Эфирные масла чрезвычайно гигроскопичны. Например, они
очень быстро насыщаются влагой, даже в среде атмосферного воздуха.
Поэтому количество воды, которое попадает в контур одновременно с
маслом, может оказаться очень большим.
Поскольку смесь «эфир+HFC+вода» может образовывать
крайне агрессивную и опасную фторводородную кислоту, должны соблюдаться максимальные предосторожности по части обезвоживания
при всех работах, связанных с вскрытием контура.
Поэтому канистру с эфирным маслом нельзя оставлять открытой на воздухе болев 15 мин (предельное время), и масло, содержащееся в ней, следует полностью использовать. Предосторожности по обезвоживанию при разборке и сборке установки должны отвечать всем
правилам безопасности.
В частности, новый компрессор, заправленный эфирным маслом, поставляется полностью обезвоженным. Во время сборки компрессорной установки внутренние полости компрессора должны оставаться совершенно изолированными от окружающей среды, чтобы избежать загрязнения масла влагой, которая содержится в окружающем
воздухе. Когда сборка закончена и герметичность контура проверена,
83
рекомендуется создать вакуум, оставляя внутренние полости компрессора изолированными от контура. Для этого необходимо один штуцер
отбора давления расположить на вентиле выхода жидкости из ресивера
(конденсатора), а другой – на всасывающем трубопроводе (или установить их). Только когда компрессорная установка будет герметична и
обезвожена, и можно будет открыть вентили компрессора и осуществить окончательное вакуумирование.
Операции по вакуумированию должны производиться особенно
тщательно, а используемые фильтры-осушители должны иметь максимально возможную производительность (предпочтительно с антикислотной функцией), чтобы снизить до минимума опасность выхода из
строя компрессора.
2. Эфирные масла не допускают смешивания между собой. Не-
которые эфирные масла содержат антиокислительные и (или) противоизносные добавки, которые улучшают характеристики масел. Однако
природа этих добавок у различных производителей неодинакова, что
может привести к несовместимости масел между собой. Кроме того,
при смешивании масел результирующая вязкость смеси становится непрогнозируемой, что может нанести ущерб процессу гидродинамической смазки компрессора.
Такая опасность появляется, главным образом, при доливке
масла, даже если используется два смазочных масла, применение которых порознь соответствует инструкциям разработчика.
Однако главная проблема заключается в том, что эфирные
масла очень быстро перестают смешиваться с хладагентами HFC в присутствии масел другого семейства. Потеря смешиваемости происходит
особенно быстро и, следовательно, возникает опасная ситуация, если
эфирное масло загрязнено нефтяным маслом, повсеместно используемым с R12. И в меньшей степени, когда речь идет об алкилбензольном
масле (или его смеси с нефтяным), иногда используемом с R22 и R502
при низких температурах испарения.
Однако, если смешиваемость масла и хладагента ухудшается,
масло, которое нормально циркулирует в компрессорной установке, теряет возможность возвращения, например, в картер поршневого компрессора, что приводит к возникновению аварийной ситуации.
В зависимости от условий работы (прямой цикл расширения,
затопленный испаритель, высокая или низкая температура испарения,
испарители над или под компрессором, большая протяженность трубопроводов) максимально допустимое содержание нефтяного масла в
84
эфирном не должно превышать 1 %. В настоящее время в продаже имеются многочисленные комплекты для быстрой оценки состава масляных смесей. В частности, комплекты манометров, используемые для
контроля давление хладагентов, должны быть различными для категорий CFC и НРС с тем, чтобы избежать случайного смешивания эфирного и нефтяного масел, которые могут оставаться в соединениях.
3. Эфирное масло является более плохим растворителем, но
обладает лучшими очищающими свойствами, чем старые масла. Это
означает, что мелкие частицы, которые ранее присутствовали в контуре
в растворенном виде, теперь не будут растворяться. С другой стороны,
различные загрязнения стенок (нагар, окалина) будут интенсивнее смываться, а масло будет загрязняться и чернеть гораздо быстрее, чем
раньше, если внутренняя поверхность стенок контура не была предварительно доведена до безупречного состояния.
Следовательно, при выполнении шеф-монтажных (ШМР) и
пуско-наладочных (ПНР) работ компрессорной установки должны соблюдаться все правила монтажа, прописанные в руководстве по эксплуатации (РЭ). Например, пайка должна производиться только в среде
нейтрального газа (сухой азот) во избежание образования окислов; используемые фильтры должны иметь более мелкий размер ячейки тонкости фильтрации (чтобы улавливать загрязнения), причем настоятельно рекомендуется установка фильтра на всасывающей магистрали.
К эфирным маслам можно отнести масла серии Solest для холодильных компрессоров, разработанных для использования с хладагентом R134a в центробежных, винтовых и спиральных компрессорах промышленных систем кондиционирования воздуха и охлаждения. Также
могут быть использованы масла марки Shell Refrigeration Oil S4 FR-F
32 и 68. Свойства указанных масел указаны в прил. Д.
3.4. П л а с т и ч н ы е с м а з к и
Пластичные смазки наряду с жидкими маслами являются одним
из важнейших типов смазочных материалов. Основная особенность этих
смазок состоит в присущей им пластичности, т. е. способности сохранять
неизменной свою форму и не деформироваться под действием небольших нагрузок (собственный вес и т. п.). В то же время под действием
85
определенных усилий смазки деформируются (текут) подобно вязкой
жидкости – смазочному маслу. Сочетание свойств твердого тела и жидкости определяет своеобразие свойств и области применения смазок.
Эта особенность смазок объясняется тем, что в их состав входят
жидкие масла и твердые загустители. Мельчайшие твердые частицы загустителя, сцепляясь между собой, образуют трехмерный пространственный структурный каркас-губку, придающий смазке свойства
твердого тела. Поры (ячейки) каркаса заполнены жидким смазочным
маслом. После разрушения каркаса, например при сдвиге в узле трения,
разъединенные частицы загустителя не препятствуют вязкому течению
смазки, что и определяет сходство между поведением смазок и жидких
масел в узлах трения. Следует отметить, что сразу же после прекращения деформирования целостность структурного каркаса восстанавливается и смазка вновь приобретает свойства твердого тела.
В соответствии с классификацией Кемпбелла [19] различают
следующие основные типы пластичных смазок:
1) слоистые твердые смазочные материалы – дисульфид молиб-
дена (МоS2), нитрид бора (BN), графит, слюда, тальк и др.;
2) органические соединения – мыла, воски и жиры;
3) химически активные покрытия – сульфидные, хлоридные,
фосфидные, фосфатные, оксидные и др.;
4) мягкие металлы – индий, свинец, олово, цинк, медь, барий;
5) полимерные пленки и др.
Основное назначение пластичных смазок, также как и жидких
масел, состоит в уменьшении интенсивности изнашивания трущихся
деталей. При смазывании подшипников скольжения, сопряженных поверхностей, блоков, канатов и сходных устройств коэффициент трения
уменьшается.
Пластичные смазки рекомендуется применять в следующих
случаях:
1) при необходимости упростить конструкцию, уменьшить вес
и размер смазывающих устройств;
2) в открытых или негерметизированных узлах трения;
3) в узлах трения, где невозможно или нежелательно часто за-
менять смазочный материал;
4) в качестве защитных (консервационных) смазочных материалов;
5) в различных подвижных сочленениях и уплотнениях (саль-
никах, резьбах и т. п.).
86
Смазки защищают смазанные металлические детали и механизмы от коррозии. Хорошие защитные свойства и особенности механических свойств определили особую область их применения в качестве защитных (консервационных) смазок. Как правило, по защитным
характеристикам пластичные смазки превосходят жидкие масла. Известны уплотнительные смазки, служащие для герметизации сальников, резьбовых соединений и подобных устройств.
Пластичность (наличие предела прочности) позволяет использовать смазки в качестве антифрикционных смазочных материалов в
негерметизированных узлах трения. Смазки удерживаются на открытых вертикальных поверхностях. В то же время смазки нецелесообразно использовать в тех случаях, когда необходимо обеспечить не
только смазывание, но и отвод тепла от трущихся деталей. Применение
циркуляционных смазочных систем почти всегда предопределяет использование жидких масел.
Больше всего антифрикционные пластичные смазки используются в подшипниках качения (в индустриальных механизмах, автомобилях, подвижном составе железных дорог, электрических машинах
и т. п.), шарнирных соединениях (в подвесках и шасси автомобилей, системе управления самолетов, приводах и т. п.), тихоходных шестеренчатых и червячных передачах (в лебедках, редукторах).
Защитные смазки применяют для консервации металлоизделий
и машин при транспортировании и длительном хранении. Уплотнительные смазки используют в сальниках насосов, резьбовых соединениях трубопроводов, бурильных труб и др.
Несмотря на то, что на долю загустителя приходится всего от
10 до 25 % массы смазки, его свойства решающим образом влияют на
ее эксплуатационные характеристики. В зависимости от характера загустителя смазки делятся на следующие основные типы: мыльные
(кальциевые, натриевые, литиевые, бариевые и т. п.), загущенные соответствующими мылами высших жирных кислот; углеводородные, приготовленные сплавлением церезина и парафина с маслами; органиче-
ские и неорганические, в которых загустителями служат твердые органические соединения и продукты обработки неорганических веществ.
Свойства смазок в большой степени зависят не только от характера загустителя, но и от типа масляной основы, наличия присадок, технологии изготовления и т. д.
87
Таблица 3.10
Температура, водостойкость и область применения пластичных
смазок [10]
Смазки
Максимальная
температура
применения, °С
Водостойкость
Назначение
Кальциевые (солидолы)
60–80
Хорошая
Общего назначения
Натриевые и
натриевокальциевые
110–130
От плохой до
удовлетворительной
То же
Литиевые и комплексные кальциевые
100–180
От удовлетворительной
до хорошей
Общего назначения и низкотемпературные.
Для ответственных механиз-
Углеводородные
50–80
Хорошая
Защитные (консервационные).
Стойкие (ограниченно) к
агрессивным
средам
Фторуглеродные
50–80
То же
Чрезвычайно
стойкие к агрессивным средам
Органические
(пигментные,
уреатные и т. п.)
200–300
От удовлетворительной
до хорошей
Для высокотемпературных узлов трения
Неорганические:
бентонитовые
силикагелевые
120–150
150–250
То же
Общего назначения. Стабильны к радиации и агрессивным средам
Дисульфидмолибденовые и
графитные
250–400
–
Для высокотемпературных узлов трения
88
Для облегчения подбора пластичных смазок в табл. 3.10 приведены сведения о верхней температурной границе применения, водостойкости и основных областях использования некоторых типов смазок.
Основной недостаток пластичных смазок состоит в том, что при
высоких нагрузках (при граничном трении) они втесняются с трущихся
поверхностей, в результате чего возникает сухое трение, приводящее к
сильной интенсивности изнашивания механизма. Вследствие высокого
давления паров при повышенной температуре и в вакууме пластичные
смазки испаряются, что вызывает изменение их эксплуатационных характеристик. Особенное значение испаряемость приобретает при трении скольжения без подпитки, когда тонкие слои смазки смазывают
трущиеся поверхности вакуумных приборов, и испарение смазки повышает давление в системе, например в корпусе компрессора, выше допустимой нормы.
Влияние свойства (вязкости и вязкостнотемпературной характеристики) и химического состава масляной основы на эксплуатационные характеристики пластичных смазок весьма велико. Так, для получения смазок, работоспособных при температурах выше 200 °С, пригодны только синтетические масла – полисилоксаны, сложные эфиры
и т. п. Низкотемпературные смазки готовят на маловязких нефтяных и
синтетических маслах. Для приготовления смазок общего назначения
используют чаще всего индустриальные масла (веретенные и машинные) и их смеси.
89
З аключение
Ежегодно возрастает производство и потребление смазочных
материалов в связи с техническим усложнением и повышением производительности компрессорных машин. Это, в свою очередь, приводит
к ужесточению старых и появлению новых требований к маслам:
1) увеличенный срок службы масла до следующей замены;
2) минимальный унос масла из маслосистемы компрессорного
агрегата и, следовательно, меньшее количество масла для долива в маслобак;
3) повышенные теплофизические свойства;
4) повышенный класс чистоты масла (не ниже 11).
Все это свидетельствует о том, что правильно выбранный смазочный материал, исходя из условий работы компрессора, состава и параметров сжимаемого газа, и его экономное использование обеспечивают надежную и долговечную работу компрессорной установки, а
также могут дать значительный экономический эффект.
Представленная информация о смазочных материалах позволяет углубить знания и приобрести практические навыки эксплуатации
масел компрессорных машин различных конструкций. Для дальнейшего повышения квалификации студентов рекомендуется пользоваться
специальной литературой [1–19].
Кроме представленных смазочных материалов компрессорных
машин, также можно ознакомиться с техническими жидкостями (этиловый спирт, хладоны, трихлорэтилен, тетрахлорэтилен, уайт-спирит
и др.) для удаления жировых загрязнений с поверхности газовых трактов (обезжиривания) криогенного, криогенно-вакуумного оборудования и компрессорного оборудования при сжатии кислорода, хлора и
других газов, порядком и условиями выполнения работ в литературе
[20, 21]. Обезжиривание кислородных турбокомпрессоров производится согласно РТМ 26-12-43-81.
90
Библиографический список
1. Гуреев, А. А. Химмотология / А. А. Гуреев, И. Г. Фукс,
В. Л. Лахши. – М.: Химия, 1986. – 368 с.
2. Техническая справка. Применение Смазочных материалов в
компрессорах ЗАО «НИИтурбокомпрессор им. В. Б. Шнеппа», № 3758-
99. Тема 97–509, этап № 7. – 65 с.
3. Лышко, Г. П. Топливо и смазочные материалы /
Г. П. Лышко. – М.: Агропромиздат, 1985. – 336 с.
4. Камерон, А. Теория смазки в инженерном деле /
А. Камерон. – М.: Машгиз, 1962. – 296 с.
5. Справочник по триботехнике. Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / под ред. М. Хебды,
A. B. Чичинадзе. – Т. 2. – М.: Машиностроение; Варшава: ВКЛ., 1990. –
411 с.
6. Хадиев, М. Б. Исследование и расчет гидродинамических
упорных подшипников с неподвижными подушками: автореф. дис. ...
канд. техн. наук / М. Б. Хадиев. – Л., 1979. – 19 с.
7. Итинская, Н. И. Справочник по топливу, маслам и техническим жидкостям / Н. И. Итинская, Н. А. Кузнецов. – М.: Колос, 1982. –
208 с.
8. Кламанн, Д. Смазки и родственные продукты. Синтез. Свойства. Применение. Международные стандарты / Д. Кламанн; пер. с
англ.; под ред. Ю. С. Заславского. – М.: Химия, 1988. – 488 с.
9. Топлива, смазочные материалы, технические жидкости. Ассортимент и применение: справочник / И. Г. Анисимов [и др.]; под ред.
В. М. Школьникова. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: ИЦ «Техинформ»,
1999. – 596 с.
10. Максимов, В. А. Основы триботехники и герметологии:
учебник / В. А. Максимов, Г. С. Баткис. – Казань: Титул-Казань, 2007. –
312 с.
11. Смазочные масла для газоперекачивающих агрегатов. Брошюра для работников РАО «Газпром» / В. А. Богданов [и др.]. – М.:
Газпром-инфо, 1995. – 111 с.
12. Технические условия на смазочные масла для газотурбинных двигателей Solar Turbines № ES 9-224. – 16 с.
13. Холодильные компрессоры / под общ. ред. А. В. Быкова. –
М.: Колос, 1992. – 304 с.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]