Компрессоры проектируются различных типов и конфигураций. Окончательный выбор конструкции зависит от множества факторов. Тип газа и требуемое давление являются важными факторами как при выборе компрессора, так и при выборе смазочного материала для компрессора. С повышением температуры и давления возрастает и нагрузка на смазочный материал.
Смазочные материалы для компрессоров
Выбор смазочного материала для компрессора зависит от типа и конструкции компрессора, сжимаемого газа, степени сжатия и конечной температуры на выходе. Поршневые компрессоры обеспечивают самое высокое давление газа и являются одними из самых сложных с точки зрения смазки цилиндров.
Роторные компрессоры с конечным давлением ниже 1 мегапаскаля (МПа), приблизительно 145 фунтов на квадратный дюйм, легче смазывать. Роторно-лопастные компрессоры требуют использования противоизносного масла, поскольку его часто недостаточно для смазки картера поршневого компрессора.
Выбор подходящего компрессора и смазки с соответствующими физико-химическими свойствами в зависимости от области применения имеет жизненно важное значение для успешного технологического процесса. Стандарт ISO 6743 - часть 3A предусматривает процедуру классификации смазочных материалов для компрессоров в зависимости от типа оборудования и условий эксплуатации.
Некоторые из наиболее часто сообщаемых проблем с обслуживанием компрессоров, связанных с маслом, включают:
- Увеличение вязкости масла и общей кислотности
- Коррозия меди (масло становится зеленым)
- Отложения шлама
- Значительный унос масла с отходящим газом (воздухом) из-за снижения эффективности демисторного элемента
- Закупорка масляного фильтра
- Неисправность подшипника. Для успешной работы компрессорное масло должно обладать следующими свойствами:
- Устойчивость к окислению
- Широкий диапазон рабочих температур (высокая температура вспышки, низкая температура застывания, высокий индекс вязкости)
- Низкая летучесть
- Превосходные противоизносные характеристики
- Хорошая деэмульгируемость
- Достаточная коррозионная стойкость
- Термоокислительная стабильность
- Ингибирование образования ржавчины и коррозии
- Гидролитически стабилен
- Совместимость материалов
- Характеристики без образования грязи
- Минимальные потери масла в системе
- Отсутствие образования пены
- Нетоксичен.
Успешная разработка смазочного материала для компрессоров будет зависеть от того, насколько хорошо масло соответствует этим техническим требованиям.
Растворимость газа в смазочном материале
Растворимость природного газа и других углеводородов в нефтяных маслах и синтетических материалах на основе полиальфаолефинов (ПАО) значительно выше по сравнению с другими широко используемыми синтетическими базовыми материалами, такими как сложные диэфиры и полиалкиленгликоли (PAG). Это ожидаемо, поскольку как углеводородный газ, так и масла на основе нефти представляют собой сходные молекулы, состоящие в основном из связей C-H, в отличие от сложных диэфиров и PAG-масел, которые относительно полярны.
Фактически, в типичной молекуле PAG каждый третий атом в основной цепи полимера является атомом кислорода, что делает ее довольно полярной. Следовательно, углеводороды в PAGs менее растворимы. В поршневых и роторно-винтовых компрессорах с мокрым поддоном сжатый газ и смазочный материал вступают в контакт друг с другом.
Углеводородные газы бесконечно растворимы в минеральном масле и компрессорных смазках на основе ПАО, в то время как растворимость углеводородных газов увеличивается с повышением давления при постоянной температуре в менее совместимой жидкости, такой как полипропиленгликоль ISO 220, как показано на рисунке 1.
И наоборот, повышение температуры при постоянном давлении приведет к снижению растворимости газа. Поскольку увеличение растворимости газа снижает вязкость, в какой-то момент снижение вязкости смазочного материала компрессора может быть слишком значительным, и это может привести к отказу смазки из-за потери гидродинамической смазки, рис. 2.
Была измерена растворимость различных газов в смазочных материалах. Растворимость измерялась в аппарате с фиксированным объемом. Известному количеству газа и смазочного материала давали достичь равновесия при заданной температуре. Растворимость газа рассчитывалась с использованием газовых законов. Смазочный материал перемешивали для обеспечения равновесия. На рисунке 3 показано сравнение растворимости метана при давлении до 5000 фунтов на квадратный дюйм при 50ºC для трех смазочных материалов: PAG, ПАО и нефтяного масла.
Растворимость газообразного метана в PAG примерно вдвое ниже, чем в PAO и нефтяном масле, и эта растворимость в PAO была почти такой же высокой, как и в нефтяном масле. Растворимость газа оказывает существенное влияние на вязкость смазочного материала. Чем выше растворимость газа в масле, тем больше потеря вязкости (разбавление вязкости). Диаграмма разбавления вязкости смазочного материала показана на рисунке 4 для метана при 50ºC.
Аналогичные сравнения растворимости газа для азота и этилена приведены на рисунках 5 и 6.
Растворимость смазочного материала в газе
Растворимость смазочного материала в сжатом газе также должна быть сведена к минимуму, чтобы уменьшить его перенос за счет поглощения смазочного материала газом. Мэтьюз, используя поток постоянного давления через загрузочную (гравиметрическую) ячейку, оценил поглощение смазочного материала природным газом. Результаты этой работы, показанные на рисунке 7, показали, что произошло заметное поглощение минерального масла газом.
По сравнению с PAG, заметных потерь смазочного материала не было.