淺析往復(fù)式空壓機(jī)潤(rùn)滑油選用

1、淺析往復(fù)式空壓機(jī)潤(rùn)滑油選用摘要： 對(duì)往復(fù)式空壓機(jī)潤(rùn)滑油發(fā)展歷程做出簡(jiǎn)要概述，根據(jù)壓縮介質(zhì)、排氣壓力和溫度，結(jié)合運(yùn)動(dòng)粘度、 閃點(diǎn)、 氧化安定性、 積碳傾向性等選型指標(biāo)， 分析探討 CFA34往復(fù)式空壓機(jī)潤(rùn) 滑油選型實(shí)例，為往復(fù)式空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油選型提供一定的參考。文 / 袁宗澤1、引言往復(fù)式空壓機(jī)用于氣缸、 活塞、活塞環(huán)、 填料等與壓縮空氣直接接觸的工作部件潤(rùn)滑的，稱 為氣缸潤(rùn)滑 1-2 ，多采用壓力潤(rùn)滑方式， 其原理主要依靠專(zhuān)門(mén)的注油器在壓力下注入氣缸強(qiáng) 制潤(rùn)滑，注油點(diǎn)和注油量均可控制，各潤(rùn)滑點(diǎn)由單獨(dú)的油管供油。往復(fù)式空壓機(jī)的潤(rùn)滑，除采用自潤(rùn)滑材料外，均要求在相對(duì)運(yùn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)表面注入適量潤(rùn)滑油，

2、形成一定厚度油膜，以減少摩擦、磨損，降低功率損耗。此外，潤(rùn)滑油還能起到阻塞、密封 氣體以及清洗冷卻的作用。 因此正確選擇潤(rùn)滑油的牌號(hào)和注油量， 是保證往復(fù)式空氣壓縮機(jī) 安全、可靠運(yùn)行的重要基礎(chǔ)。潤(rùn)滑油隨著基礎(chǔ)油及添加劑的發(fā)展、 壓縮機(jī)的種類(lèi)區(qū)別較大， 實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)的工 況，結(jié)合潤(rùn)滑油理化指標(biāo)，選型出適宜壓縮機(jī)的潤(rùn)滑油。2、潤(rùn)滑油發(fā)展概略往復(fù)式空壓機(jī)油主要分為礦物油型和合成油型，我國(guó)最早于 20 世紀(jì) 60 年代對(duì)照蘇聯(lián) OCT1861-54標(biāo)準(zhǔn) 3 ，開(kāi)始研究和生產(chǎn)礦物油型潤(rùn)滑油， 并發(fā)布了石油化工部標(biāo)準(zhǔn) SY-1216-66， 該標(biāo)準(zhǔn)中僅有 HY-13和 HY-19兩個(gè)牌號(hào)， HY

3、-13未加添加劑， HS-19 增加了抗氧防腐劑， 當(dāng)時(shí) 的油品無(wú)法滿足高壓、高溫工況，易產(chǎn)生積碳，對(duì)活塞和氣閥損壞較大。之后在此基礎(chǔ)上修 訂完善了 SY-1216-77版標(biāo)準(zhǔn)，但牌號(hào)仍然較少。1981 年， ISO 開(kāi)始逐漸發(fā)布潤(rùn)滑油標(biāo)準(zhǔn)族ISO6743， 1987 年首個(gè)空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油國(guó)標(biāo)ISO6743-3A/3B（3B適用于冷凍壓縮機(jī)）發(fā)布。 2003年， ISO發(fā)布 6743-3：2003 標(biāo)準(zhǔn)，取消 了 3A 和 3B 之分 4 。我國(guó)在 1991 年正式執(zhí)行 GB 12691-90 ，于 1992 年正式替代 SY-1216-77。該標(biāo)準(zhǔn)主要規(guī)定了 礦物油型空氣壓縮機(jī)油的技術(shù)條件

4、，其中根據(jù)排氣壓力、溫度、級(jí)壓力比和最終排氣壓力， 分成了輕載荷（ DAA）和中載荷（ DAB） 2 類(lèi)油品，適宜有油潤(rùn)滑往復(fù)式空氣壓縮機(jī)，并按 40運(yùn)動(dòng)粘度分為 32#、46#、68#、100#、150#5 個(gè)牌號(hào)，較原標(biāo)準(zhǔn)增加了 3個(gè)。1992年，我國(guó)正式發(fā)布了 GB/T 7631.9-92。1997年，對(duì)照 ISO 6743-3A：1987和 ISO6743-3B： 1988，對(duì)其進(jìn)行了第一次修訂，發(fā)布了 GB/T7631.9-1997 標(biāo)準(zhǔn) 5 。該標(biāo)準(zhǔn)中根據(jù)分了輕載荷（DAA）、中載荷（ DAB）、重負(fù)荷（ DAC） 3 個(gè)種類(lèi)， 5 個(gè)牌號(hào)共計(jì) 15 種。標(biāo)準(zhǔn)中約定俗稱 DAA 和

5、 DAB 為礦物質(zhì)油， DAC 為合成油。 2014 年經(jīng)第二次修訂，發(fā)布 GB/T7631.9-2014 標(biāo) 準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)對(duì)標(biāo) ISO 6743-3：2003 標(biāo)準(zhǔn)，取消了 DAC分類(lèi)，其中 DAA 和 DAB 除了載荷區(qū)分 外，均包含礦物油和合成油 4， DAA 類(lèi)主要包括深度精制的礦物油，半合成和全合成油， DAB類(lèi)主要包括特殊配置的礦物油、 半合成和全合成油。 研究認(rèn)為， 這與空氣壓縮機(jī)市場(chǎng)中 螺桿式逐漸成為主流有較大關(guān)系。目前，往復(fù)式空壓機(jī)工況逐漸向“三高”發(fā)展，即高壓、高壓差和高排溫6 ，空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的發(fā)展趨勢(shì)為高可靠性、 長(zhǎng)壽命。 隨著空氣壓縮機(jī)工況條件逐漸苛刻， 對(duì)潤(rùn)滑油的要

6、 求不斷增加，有高溫氧化安定性、積碳傾向性低、 粘溫性能好、揮發(fā)性弱和壽命長(zhǎng)的合成潤(rùn) 滑油品得到了較快的發(fā)展 7-8 。3、空氣壓縮機(jī)油品理化指標(biāo)3.1 粘度粘度為潤(rùn)滑油最主要的指標(biāo)， 定義為一定溫度條件下內(nèi)摩擦系數(shù)與密度之比。 粘度大表示潤(rùn) 滑時(shí)內(nèi)摩擦阻力大， 將增大潤(rùn)滑功率損耗；粘度過(guò)小，則不能生成適宜厚度的油膜，影響潤(rùn) 滑性能，增加摩擦功和磨損。潤(rùn)滑油粘度還會(huì)隨溫度變化而變化，一般潤(rùn)滑油低溫時(shí)變化小，超過(guò)60 時(shí)變化較大。表征粘度隨溫度變化的程度的是粘度指數(shù)， 定義為 40與 100下粘度的比值， 當(dāng)粘度指數(shù)高 于 80 時(shí)，常認(rèn)為是高粘度指數(shù)潤(rùn)滑油。由于壓縮機(jī)在使用中被反復(fù)冷卻和加熱，

7、常要求粘 度指數(shù)適宜的潤(rùn)滑油，即粘度不能隨溫度變化而有太大變化。3.2 閃點(diǎn)當(dāng)潤(rùn)滑油被加熱時(shí)， 其表面即開(kāi)始形成油蒸汽， 當(dāng)油品在大氣壓力下加熱形成的蒸汽壓， 達(dá) 到用明火點(diǎn)燃的下限濃度時(shí)，發(fā)生瞬息燃燒時(shí)的溫度即為閃點(diǎn)。閃點(diǎn)過(guò)高，說(shuō)明油品餾分重、粘度大、瀝青質(zhì)等含量高，使用時(shí)易積碳；閃點(diǎn)過(guò)低，當(dāng)氣缸 內(nèi)溫度過(guò)高時(shí)， 易發(fā)生燃燒爆炸， 造成人員傷害和設(shè)備損壞。 閃點(diǎn)作為油品安全性的重要指 標(biāo)，一定要適宜，一般文獻(xiàn)建議選型時(shí)閃點(diǎn)高于使用溫度 2030即可。3.3 氧化安定性氧化安定性表示油品抵抗大氣或氧氣作用保持其性質(zhì)不變的能力， 在空氣壓縮機(jī)中， 潤(rùn)滑油 在氣缸金屬表面形成的油膜，在金屬催化作用

8、下與空氣中的氧氣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，生產(chǎn)脂酸、 焦油、瀝青等產(chǎn)物，使?jié)櫥蜕珴勺兒冢扯群退嶂翟黾?，并能析出膠狀沉積物阻塞油道、 濾油器、氣閥等。氧化安定性差將會(huì)縮短潤(rùn)滑油壽命周期， 增大壓縮機(jī)故障或損壞概率， 是一個(gè)需要控制的指 標(biāo)，可通過(guò)選用合適的基礎(chǔ)油、添加抗氧化劑等措施調(diào)制出適宜的油品。3.4 積碳傾向性 積碳傾向性以金屬壁面生產(chǎn)的薄膜積碳的百分?jǐn)?shù)來(lái)衡量， 從氣缸和壓縮空氣一起排出的潤(rùn)滑 油，一部分以濕潤(rùn)狀態(tài)附著在排氣閥和排氣管道表面， 在高壓高溫下， 在金屬表面易生成薄 膜積碳，影響設(shè)備安全運(yùn)行。實(shí)踐證明， 高粘度的油易產(chǎn)生積碳， 低粘度的環(huán)烷基油有時(shí)也 生成大量積碳 9 ，為防止積碳產(chǎn)生

9、，應(yīng)根據(jù)壓縮機(jī)負(fù)荷和壓力溫度條件，選擇適宜粘度的 潤(rùn)滑油。3.5 其他往復(fù)式空壓機(jī)油中抗磨性、 抗乳化性等也是較為重要的指標(biāo)。 抗磨性代表壓縮機(jī)在使用中的 抗磨性能， 實(shí)驗(yàn)室多用摩擦磨損試驗(yàn)儀， 磨跡小說(shuō)明壓縮機(jī)油的抗磨損能力、潤(rùn)滑性好?？?乳化性多表征油品從液態(tài)水中分離的性能，分離的時(shí)間越短，抗乳化性越好。4、CFA34往復(fù)式空壓機(jī)潤(rùn)滑油選型案例4.1 CFA34往復(fù)式空壓機(jī)CFA34空氣壓縮機(jī)為美國(guó)卡麥隆（ CAMERON）4列 4級(jí)往復(fù)式空壓機(jī)，轉(zhuǎn)速 1490r/min ，流 量 45Nm3/min ，最高排氣壓力 32MPa。 14 級(jí)排氣壓力分別為 3.9MPa、8.6MPa、 21

10、MPa 和 32MPa，14 級(jí)排氣溫度分別為 142、140、 148和 92。氣缸為有油潤(rùn)滑，通過(guò) CPI 注油分配塊強(qiáng)制潤(rùn)滑和控制油量，設(shè)無(wú)油流開(kāi)關(guān)檢測(cè)手段。4.2 潤(rùn)滑油選型案例 在壓縮機(jī)調(diào)試投運(yùn)初期， 根據(jù)廠家推薦使用了殼牌萬(wàn)德利 S2B 320#工業(yè)齒輪潤(rùn)滑油， 經(jīng)過(guò)近 1 年運(yùn)行發(fā)現(xiàn)，活塞桿出現(xiàn)異常磨損，局部出現(xiàn)發(fā)藍(lán)現(xiàn)象。經(jīng)查殼牌潤(rùn)滑油 -用戶手冊(cè)知， S2B 系列是通用工業(yè)軸承和循環(huán)系統(tǒng)的潤(rùn)滑油，主要用 于循環(huán)系統(tǒng)、 油潤(rùn)滑軸承、 錕頸軸承及工業(yè)用閉式齒輪系統(tǒng)。 而 CFA34往復(fù)壓縮機(jī)氣缸潤(rùn)滑 為非軸承、非循環(huán)潤(rùn)滑系統(tǒng)，且活塞桿異常磨損，說(shuō)明油膜厚度不足，潤(rùn)滑油粘度不合適。

11、后選用加德士 WS-460#潤(rùn)滑油替代殼牌 S2B320#，該潤(rùn)滑油使用了大約 2 年，未出現(xiàn)明顯的 積碳， 但活塞環(huán)的使用壽命相對(duì)較之前有所降低， 考慮到 WS-460#潤(rùn)滑油粘度過(guò)高， 易增加 活塞桿與氣缸這對(duì)摩擦副引起的摩擦損耗。 由于在往復(fù)壓縮機(jī)中， 氣缸與活塞環(huán)引起的摩擦 損耗約占總摩擦損耗的 38%45%，填料與活塞桿引起的摩擦損耗約占 2%10%10，對(duì)高速、 高壓壓縮機(jī)中，這個(gè)比例還會(huì)更大。據(jù)此，針對(duì)CFA34往復(fù)式壓縮機(jī)的高轉(zhuǎn)速特點(diǎn)，同時(shí)考慮使用國(guó)內(nèi)空氣壓縮機(jī)專(zhuān)用潤(rùn)滑油，重新按照郁永章主編活塞式壓縮機(jī)11 標(biāo)準(zhǔn)選型，探索使用低粘度潤(rùn)滑油（表 1）。根據(jù)活塞式壓縮機(jī) ，結(jié)合 C

12、FA34 往復(fù)式空氣壓縮機(jī)工況：排氣壓力32MPa，壓縮級(jí)數(shù) 4級(jí)，氣缸冷卻方式為水冷， 發(fā)現(xiàn)并無(wú)完全符合標(biāo)準(zhǔn)的， 但無(wú)論是從排氣壓力溫度和壓縮級(jí)數(shù) 維度看， N150 都為推薦牌號(hào)，因此選出中國(guó)石化長(zhǎng)城LDAB-150 4502型空氣壓縮機(jī)油 12。在選型的同時(shí)，針對(duì)壓縮機(jī)使用中存在的積碳和磨損情況，委托國(guó)內(nèi)某研究所對(duì) WS-460# 進(jìn)行深度分析，并對(duì)國(guó)內(nèi)某新型研制的 150# 空氣壓縮機(jī)油進(jìn)行對(duì)比試驗(yàn)。開(kāi)展WS-460#和新型 150#油高溫結(jié)焦試驗(yàn)，進(jìn)行活塞機(jī)后端除油設(shè)備中潤(rùn)滑油ICP 分析。利用高溫斜板結(jié)焦器對(duì) WS-460#和新型 150#在 250下做 6h 觀察實(shí)驗(yàn)。 根據(jù)實(shí)驗(yàn)

13、結(jié)果可知， 發(fā)現(xiàn) WS-460#生成結(jié)焦量大，顏色暗深，某型150#生成結(jié)焦量較少，說(shuō)明 WS-460#積碳傾向性能不好，在高壓高溫條件下容易產(chǎn)生積碳，影響設(shè)備安全運(yùn)行。對(duì)活塞機(jī)后端除油設(shè)備中潤(rùn)滑油進(jìn)行 ICP 分析后（表 2），從廢油元素分析來(lái)看，其含有鐵 元素含量較高，說(shuō)明內(nèi)部存在磨損。進(jìn)一步對(duì)比分析 WS-460#和新型 150#油抗磨性能，經(jīng)測(cè) WS-460#在摩擦磨損試驗(yàn)儀中四球 磨斑半徑為 0.464mm ，新型 150#油為 0.355mm ，說(shuō)明新型 150#油具有更好的耐磨性。此外在粘度、 閃點(diǎn)、傾點(diǎn)等其他理化指標(biāo)方面， 新型 150#油與 WS-460#、長(zhǎng)城 LDAB-1

14、50 4502 基本相同（表 3）。因此認(rèn)為新型 150#空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油在積碳傾向性、抗磨抗壓性方面優(yōu) 于 WS-460#潤(rùn)滑油，有利于降低積碳產(chǎn)生、減緩摩擦損耗。目前，中國(guó)石化長(zhǎng)城 LDAB-150 4502 型空氣壓縮機(jī)油和新型 150#空氣壓縮機(jī)潤(rùn)滑油均在 CFA34機(jī)型上試用，均已連續(xù)運(yùn)行約 700 臺(tái)時(shí)，目前各臺(tái)機(jī)組未發(fā)現(xiàn)明顯積碳，各級(jí)參數(shù)未 發(fā)現(xiàn)因油品引起的異常。5、結(jié)語(yǔ)本文梳理了往復(fù)式空壓機(jī)氣缸潤(rùn)滑油發(fā)展歷程， 尤其是各類(lèi)標(biāo)準(zhǔn)、 分類(lèi)和牌號(hào)的變更過(guò)程和 淵源。從粘度、 閃點(diǎn)和積碳傾向性等關(guān)鍵性選型指標(biāo)入手， 重點(diǎn)分析了 CFA34往復(fù)式空壓機(jī) 潤(rùn)滑油選型過(guò)程， 對(duì)比使用過(guò)國(guó)內(nèi)外

15、不同牌號(hào)的 4 類(lèi)油品， 得出的一些結(jié)論可供有同行業(yè)借 鑒。從選型案例中可見(jiàn)，針對(duì)高轉(zhuǎn)速、高壓力的純進(jìn)口機(jī)型，進(jìn)口油品無(wú)論是殼牌320#還是加德士 460#均有一定的優(yōu)點(diǎn)和缺陷，但完全可被國(guó)產(chǎn)150#空氣壓縮機(jī)專(zhuān)用油替代，部分指標(biāo)甚至還優(yōu)于國(guó)外產(chǎn)品。 下一步將深入對(duì)比中石化 LDAB-1504502 型和新型 150#空氣壓縮機(jī)潤(rùn) 滑油效果，繼續(xù)探索往復(fù)式空壓機(jī)潤(rùn)滑油選型中的相關(guān)課題。參考文獻(xiàn)1 魏龍 .活塞式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的選擇 J.化學(xué)工業(yè)與工程技術(shù)， 1998，19（4）：23-25.2 李微微，孫宏飛 .往復(fù)式壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的選用 J.中國(guó)設(shè)備工程， 2009，8： 28-30.3 蔡叔華 .我國(guó)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油研究的進(jìn)展 J.潤(rùn)滑油， 1995， 10（1）：24-27.4 吳旭東 .從 ISO 標(biāo)準(zhǔn)的演變看空氣壓縮機(jī)油的發(fā)展 J.合成潤(rùn)滑材料， 2010，37（2）：36-40.5 中國(guó)石