（化工过程机械专业论文）可燃气体重负荷压缩机油的研制.pdf

可燃气体重负荷压缩机油的研制 摘要 本文主要介绍了可燃气体重负荷压缩机油的研制。通过实验数据 证明，该油可以很好的满足可燃性气体重负荷压缩机的使用要求。 本文首先介绍了压缩机在现在工业生产中的重要作用，以及国内 外著名的压缩机生产厂家、品牌等，接着从润滑的角度来阐述压缩机 的润滑部位及注意事项。为了满足可燃气体压缩机发展的需要和社会 对环保的要求，提出了可燃气体重负荷压缩机油的研制。该油的研制 主要从基础油和添加剂两个方面着手。在基础油方面，主要使用双酯 和改性植物油调合而成，提高了研制油的生物降解性，减少了对不可 再生的矿物油的消耗。论文详细描述了基础油的基本理论，其中包括 其理化性能等特点，以及如何确定基础油；另一方面，介绍了使用的 复合功能添加剂研发过程和实验结果。 论文接着介绍了利用数学工具模糊层次分析法从用不同配 方研制的润滑油中确定最优方案，最后根据实验数据说明该最优方案 能满足研制油的各项指标要求。该论文还介绍了润滑油在实际使用中 所存在的主要问题，以及其发展趋势。 通过对研制油的理化指标测试及模拟试验，可以得出：该研制 油不仅具有适当的粘度，优良的极压抗磨性能，良好的粘温特性、热 安定性、防锈防腐性、抗乳化性以及抗泡沫性，而且还拥有良好的可 生物降解性。从实验数据得出该油的各项性能指标均达到了指标要 求，能够满足可燃气体压缩机润滑的要求，并且延长了换油期，节省 了费用。 关键词：可燃气体压缩机重负荷压缩机油模糊层次分析法 i i t h er e s e a r c ho fah e a v yl o a dc o m p r e s s o r o i lo fc o m b u s t i b l eg a s a b s t r a c t t h er e s e a r c ho fah e a v yl o a dc o m p r e s s o ro i lo fc o m b u s t i b l eg a si s d e s c r i b e di nt h et h e s i s t h r o u g ht h ee x p e r i m e n t a ld a t at op r o v et h a tt h e h e a v yg a so i lc a nm e e tt h ef l a m m a b i l i t yr e q u i r e m e n t so f t h ec o m p r e s s o r a tf i r s t ，t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e dt h ec o m p r e s s o rd o e si m p o r t a n t l yi n t h ep r e s e n ti n d u s t r i a lp r o d u c t i o nu s e sa sw e l la sd o m e s t i ca n df o r e i g n f a m o u sc o m p r e s s o rm a n u f a c t u r e r , b r a n da n ds oo n t h e nf r o mt h ep o i n t o fv i e wo fl u b r i c a t i o nt oe x p l a i nt h el u b r i c a t i o no ft h ec o m p r e s s o rs i t e a n dc a u t i o n s i no r d e rt om e e tt h ed e v e l o p m e n tp r o t e c t i o no fs o c i e t y , s o a u t h o rp r o p o s e dt h i s h e a v yc o m p r e s s o ro i l o fc o m b u s t i b l eg a s t h e d e v e l o p m e n to ft h eo i lf r o mt h eb a s eo i la n da d d i t i v et w o p r o n g e dm a i n l y t h em a i nc o m p o s i t i o no fb a s i co i li sb l e n d e db yd o u b l ee s t e r sa n d m o d i f i e dv e g e t a b l eo i l s e n h a n c et h ed e v e l o p m e n to fo i lb i o d e g r a d a t i o n ， r e d u c t i o no fn o n r e n e w a b l em i n e r a lo i l c o n s u m p t i o n a d e t a i l e d d e s c r i p t i o no ft h eb a s i ct h e s i so ft h eb a s i ct h e o r yo fo i li nt h i s a r t i c l e i n c l u d i n gi t sp h y s i c a la n dc h e m i c a lp r o p e r t i e se t c ，a sw e l la sh o wt o d e t e r m i n et h eb a s eo i l o nt h eo t h e rh a n d ，i n t r o d u c et h eu s ec o m p l e x f u n c t i o nc h e m i c a la d d i t i v er e s e a r c h e sa n dd e v e l o p st h ep r o c e s sa n dt h e e x p e r i m e n t a lr e s u l t t h ep a p e rt h e ni n t r o d u c e dt h eu s em a t h e m a t i c a l i n s t r u m e n t f u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s f r o mu s e st h ed i f f e r e n t f o r m u l ad e v e l o p m e n ti nt h el u b r i c a t i n go i lt od e t e r m i n et h es y n e r g y f i n a l l ya c c o r d i n gt ot h ee m p i r i c a ld a t u me x p l a i n e dt h a tt h i ss y n e r g y s a t i s f i e st h ed e v e l o p m e n to i le a c ht a r g e t r e q u e s t t h i sp a p e r a l s o i n t r o d u c e dt h ep r e s e n tl u b r i c a t i n go i lt h es u b j e c tm a t t e rw h i c he x i s t si n t h ea c t u a lu s e a sw e l la si t st r e n do fd e v e l o p m e n t t h r o u g ht od e v e l o pt h eo i lt h ep h y s i c sa n dc h e m i s t r yt a r g e tt e s ta n d t h es i m u l a t i o nt e s t ，m a yo b t a i n ：t h i sd e v e l o p m e n to i ln o to n l yh a st h e s u i t a b l ev i s c o s i t y , f i n ee pa b r a s i o nr e s i s t a n c ee n e r g y g o o dv i s c o s i t y t e m p c h a r a c t e r i s t i c ，h e a t r e s i s t a n tq u a l i t y , r u s tp r e v e n t i o nc o r r o s i o nr e s i s t a n c e ， r e s i s t a n c et oe m u ls i o na sw e l la sa n t i s p u m e s c e n c e ，m o r e o v e ra l s oh a s g o o dm a yt h eb i o l o g i c a ld e g r a d a b i l i t y o b t a i n e d t h i so i lf r o mt h e e m p i r i c a ld a t u m e a c hp e r f o r m a n c ei n d e xt om e e tt h et a r g e tr e q u i r e m e n t s ， c o u l ds a t i s f yt h ef l a m m a b l eg a sc o m p r e s s o rl u b r i c a t i o nt h er e q u e s t ，a n d l e n g t h e n e dt h eo i lc h a n g ep e r i o d ，h a ss a v e dt h ee x p e n s e k e yw o r d s ：f l a m m a b l eg a sc o m p r e s s o r ；h e a v yl o a d ；c o m p r e s s o ro i l ； f u z z ya n a l y t i ch i e r a r c h yp r o c e s s 广西大学学位论文原创性声明和学位论文使用授权说明 学位论文原创性声明 本人声明：所呈交的学位论文是在导师指导下完成的，研究工作所取得的成果和相 关知识产权属广西大学所有。除已注明部分外，论文中不包含其他人已经发表过的研究 成果，也不包含本人为获得其它学位而使用过的内容。对本文的研究工作提供过重要帮 助的个人和集体，均已在论文中明确说明并致谢。 敝作者魏施压坜 7 “月2 妒 学位论文使用授权说明 本人完全了解广西大学关于收集、保存、使用学位论文的规定，即： 本人保证不以其它单位为第一署名单位发表或使用本论文的研究内容； 按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本； 学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务； 学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文： 在不以赢利为目的的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。 请选择发布时间： 函口时发布口解密后发布 ( 保密论文需注明，并在解密后遵守此规定) 敝储魏施墨净师签名繇引呷年铝咖 广西大掌硕士掌位论文 = - 3 - 燃气体重负荷压缩机油的习f 制 第一章绪论 飞机翱翔蓝天，数万个机械部件在每分每秒产生着摩擦、磨损、生热、老化； 火车在钢轨上飞驰，数万个轴承、车轮时时刻刻在发生着钢铁与钢铁的摩擦碰撞； 压缩机工作，无时无刻不发生着摩擦、磨损、腐蚀、老化，类似这样的摩擦产生 在几乎所有的设备中。根据调研数据测算，2 0 0 6 年我国工业领域应用摩擦学知 识可节约的潜力估计为3 8 7 0 亿元，占2 0 0 6 年我国国内生产总值( g d p ) 的1 8 4 ， 于是润滑作为降低摩擦磨损、减少腐蚀【1 】的必要手段放在了非常重要的位置。 1 1 可燃气体概述 可燃气体是指能够与空气( 或氧气) 在一定的浓度范围内均匀混合形成预混 气，遇到火源会发生爆炸的，燃烧过程中释放出大量能量的气体，包括天然气、 煤气、油田气、沼气等。 1 1 1 压缩天然气 压缩天然气用于长输管道的增压、化工厂气体的输送、液化天然气( l i q u i f i e d n a t u r a lg a s ，简称l n g ) 等。天然气的主要成分是甲烷，甲烷在常压下沸点是 - 1 6 1 ，临界温度一8 4 ，临界压力是4 1m p a 。液化天然气是经过净化后，采用 节流、膨胀和外加冷源制冷等工艺，从而使甲烷变成液体而形成的。液态甲烷无 色、无味、无毒且无腐蚀性，其体积约为同量气态天然气体积的1 6 0 0 ，液化天 然气的重量仅为同体积水的4 5 左右。其制造过程是先将气田生产的天然气净化 处理，经过一连串超低温液化后，利用液化天然气船运送【2 】。 1 1 1 1 国外l n g 研究现状 国外的液化装置规模大、工艺复杂、设备多、投资高，基本都采用阶式制冷 和混合冷剂制冷工艺。阶式制冷逐级提供天然气液化所需的冷量；混合制冷采用 重组分先冷凝、轻组分后冷凝的特性进行液化。目前两种类型的装置都在运行， 新投产设计的主要是混合冷剂制冷工艺，研究的主要目的在于降低液化能耗。制 冷工艺从阶式制冷改进到混合制冷剂循环，目前也有报道说ci i 一2 新工艺，该工 艺不但有纯组分循环的优点，如简单、无相分离和易于控制，而且还有混合冷剂 广西大学硕士掌位论文可燃气体 负荷压缩机油的研制 制冷循环的优点，如天然气和制冷剂制冷温位配合较好、设备少、功效高等优点。 美国某大学工程实验站，已成功开发了一种新型天然气液化技术g t l 技 术，并己申请专利。该技术比传统的g t l 技术更适用于小规模装置，可加工 3 0 5 x 1 0 4m 3 d 。1 的天然气。该实验站的g t l 己许可给合成燃料公司。新工艺比现 有技术简单，不需要合成气，除了发电之外，也不需要使用氧气。其生产方式、 规模和经济性也都不同于普通的费托g t l 工艺的。 1 1 1 2 国内l n g 研究现状 早在6 0 年代，我国相关部门就制订了l n g 发展规划，6 0 年代中期完成了 工业型试验，在国内四川石油管理局拥有最早的天然气深冷分离及液化的工业生 产装置，除了生产h e 外，还生产l n g 。1 9 9 1 年该厂为航天部3 0 吨l n g ，作 为火箭试验燃料。而与国外情况不同，国内天然气液化的研究都是以小型液化工 艺为主。a 四川液化天然气装置；b 天津大学的小型液化天然气( l n g ) 装置 等。 1 1 2 石油气的压缩 石油气压缩主要用于发电厂、以及液化石油气。液化石油气( l i q u e f i e d p e t r o l e u mg a s ，简称l p g ) 是石油在提炼汽油、煤油、柴油、重油等油品过程中 剩下的一种石油尾气，通过一定的处理，对尾气加以回收利用，采取加压措施， 使其变成液体，装在压力容器中【3 】。液化石油气主要用于石油化工原料、烃类裂 解制乙烯或蒸气转化制合成气等，可作为工业、民用、内燃机燃料等。 液化石油气作为一种化工基本原料和新型燃料，液化石油气经过分离得到乙 烯、丙烯、丁二烯等，用来生产合成塑料、合成橡胶、合成纤维及生产医药、炸 药、等产品。用液化石油气作燃料，具有热值高、无烟尘、无炭渣，操作使用 方便等优点，已广泛地进入人们的生活领域。此外，液化石油气还用于切割金属， 农产品的烘烤和工业窑炉的焙烧等 4 1 。 1 1 3 其它可燃性气体的压缩 其它可燃性气体，如沼气、煤气、油用气等5 1 。虽然其具体的成分有些差异， 但是其机理相同，因此采用的压缩机油也是根据其通性来研制的。 广西大掌硕士学位论文可燃气体重负荷压缩机油的萄阳触 以上可燃气体的增压、压缩、液化等都离不开压缩机，在一些特殊场合使用 的无油压缩机，但是无油润滑压缩机有效率低、成本高、易损坏等缺点，所以在 很多场合下，有油润滑压缩机压缩可燃性气体中的应用是十分广泛的。往复式空 气压缩机油粘度等级均设3 2 、4 6 、6 8 、l o o 、1 5 0 五个牌号，其中d a a 、d a b 属矿油型，d a c 属合成油型。回转式空气压缩机油粘度等级均设1 5 、2 2 、3 2 、 4 6 、6 8 、1 0 0 六个牌号，其中d a g 、d a h 属矿油型，d a j 为合成型。 1 2 可燃气体压缩机润滑油存在的主要问题 虽然可燃性气体压缩机润滑油确实已经取得了相当大的进步，基础油和添加 剂的配方有了长足进步，甚至还把纳米技术应用到润滑油中，使得润滑油的性能 有了很大的改善，但是目前可燃性压缩机油也存在一些问题： a 积炭倾向的问题； b 抗氧化能力差的问题； c 粘度的问题； d 通用差的问题。 此外，由于可燃性气体一般为有机物，因此可燃气体压缩机润滑油除具有一 般空压机润滑油的特点外，还因为可燃性气体主要是含碳氢类气体，根据相似互 溶原理会稀释润滑油，从而导致润滑效果大大变差，本文研制的润滑油能在一定 程度上解决这些问题。 1 3 润滑剂的作用及分类 1 3 1 润滑剂的分类 按照润滑剂的物理状态，可分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和 气体润滑剂4 大类并且每类润滑剂都各有其特点和适用范围6 1 。而液体润滑剂又 分为以下几类：动、植物润滑油、矿物油、合成润滑油等。 广西大掌硕士掌位论文可燃气体1 负荷压缩机油的研制 润滑剂 液体润滑剂 润滑脂 皂基 无机 烃基 有机 固体润滑剂 合成油 酯类油 合成烃 聚醚 硅油、硅酸酯 磷酸酯 氟油 体隆醇 鲸鱼油等 脂：锂基脂、钙基脂、铝基脂等 脂：膨润土脂、硅胶脂等 脂：工业凡士林等 脂：酰胺脂、聚脲脂等 软金属：p b 、s n 等 金属化合物：p b c 等 无机物：石墨等 有机物：聚四氟乙烯 气体润滑剂：氦、氮、氢等 a 液体润滑剂 液体润滑剂是用量最大、品种最多的一类润滑材料，包括矿物油、合成油、 动植物油和水基液体等。因为液体润滑剂有较宽的粘度范围，所以对不同的负荷、 速度和温度条件下工作的运动部件提供了较宽的选择余地。液体润滑剂能提供低 的、稳定的摩擦系数，低的可压缩性，还能有效地从摩擦表面带走热量，并能保 证相对运动部件的尺寸稳定和设备精度，其价格便宜，因而获得了广泛的应用。 水的导热性较好，价廉易得，但其粘度太小，因此必须添加增粘剂或油性剂。 目前大量使用的有水基切削液和水乙二醇液压液，这类润滑材料很有发展前途， 可以想象将来世界石油资源缺乏时，这将是代替矿物油的重要润滑材料。 动、植物润滑油主要有：菜籽油、茶籽油、蓖麻油等。其优点是：生物降解 性好、油性好，可满足环境保护的要求；缺点是：氧化安定性和热稳定性较差， 4 广西大掌硕士学位论文可燃气体 负荷压缩机油的研制 低温性能不够好。 矿物润滑油是从石油中提炼生产出来的。制取这类润滑油的原料充足、价格 便宜，通过加入各种添加剂的方法，使其质量能满足许多机械设备的使用要求， 此类润滑油是目前使用最多的润滑油；但是其物化性能明显不如合成油且可降解 性不高。 合成润滑油是通过化学合成的方法制备的润滑材料，这类润滑油拥有优异的 润滑特性和较高的可降解性。生产合成润滑油的基本原料是化学品或石油化学 品。合成润滑油的分子结构比较复杂，除了含碳、氢元素外，还分别含有氧、硅、 磷、氟、氮等元素7 1 。 b 半固体润滑剂 半固体润滑剂除具有抗摩、减磨性等优点外，还能起到密封、减震等作用， 并使润滑系统简单、维护管理方便、节省操作费用等，从而获得广泛使用。其缺 点是：流动性小，散热性差，高温下易产生相变、分解等。 c 固体润滑剂 固体润滑剂能够适应高温、高压、低速、高真空、强辐射等特殊使用工况， 特别适合于给油不方便、装拆困难的场合，并且由于其经济效果好，适应范围广， 因此得到快速的发展。主要固体润滑剂是石墨、聚四氟乙烯等。 d 气体润滑剂 气体也可以成为润滑剂，适用于流体动力润滑的物理定律也可应用于气体。 因为气体的粘度很低，意味着其膜厚很薄，所以流体动力气体轴承只用于高速轻 载、小间隙和公差控制的十分严格的情况下。用于气体静力轴承时，其能承受较 高的载荷，对间隙和公差的要求不太苛刻，还能在较低速度下，甚至速度为零时 应用。 气体润滑剂的应用温度范围比润滑油和润滑脂更宽，其缺点是：承载能力很 低，对轴承的设计和加工要求很高等。主要的气体润滑剂有：空气、氮、氢等。 广西大学硕士掌位论文可燃气体重负荷压缩机油的研制 表1 1 四类润滑剂的性能优劣 t a b l e1 - 1t h ep e r f o r m a n c ea d v a n t a g e sa n dd i s a d v a n t a g e so ff o u rt y p e so fl u b r i c a n t s 1 3 2 润滑剂的作用 使用润滑剂的目的，是为了润滑机械的摩擦部位，防止烧结和磨损、减少摩 擦阻抗、减少动力的消耗，以提高机械效率【8 1 。除此之外，还有一些实用方面的 作用，归纳如下： a 减少摩擦 在摩擦面之间适当的加入润滑剂，能降低摩擦系数，减少摩擦阻力，节约能 源的消耗。在流体润滑条件下，润滑油的粘度和油膜厚度对减少摩擦起着十分重 要的作用。随着摩擦副接触面间金属金属接触点的增多，出现了边界润滑条件， 此时润滑剂的化学性质( 添加剂的化学活性) 就显得非常重要了。 b 降低磨损 机械零件的表面疲劳磨损、粘着磨损和腐蚀磨损与润滑条件的关系很大。在 广西大学硕士学位论文可燃气体e 负荷压缩机油的研制 润滑剂中加入抗氧、防腐剂有利于抑制腐蚀磨损，加入油性剂、极压抗磨剂可以 有效地降低粘着磨损和表面疲劳磨损。 c 冷却作用 润滑剂不但可以减轻摩擦，而且还可以吸热、传热和散热，因而能降低机械 运转摩擦所造成的温度上升，从而起到冷却作用。 d 防腐作用 当摩擦面上覆盖有润滑剂时，可以防止或避免因空气、水蒸气、水滴、腐蚀 性气体及液体、氧化物、尘土等所引起的腐蚀、锈蚀。 润滑剂的防腐能力与保留在金属表面的油膜厚度和润滑剂的组成的组成有 密切的关系。采用某些表面活性剂、金属钝化剂作为防腐剂能使润滑剂的防锈能 力提剐5 1 。 e 绝缘性 精制矿物油的电阻大，如作为电绝缘材料的电绝缘油的电阻率是2 x 1 0 1 6 q m m l m 。1 ( 水是0 5 x 1 0 1 6q m m 2 m 。1 ) 。 f 力的传递 油可以作为静力的传递介质。例如起重机、汽车的液压油。也可以作为动力 的传递介质，例如自动变速机油。 g 减振作用 当润滑剂吸附在金属表面上，在摩擦副受到冲击载荷时，润滑油吸收冲击能。 如汽车的减振器就是油液减振的( 将机械能转变为流体能) 。 h 清洗作用 通过润滑油的循环可以带走油路系统中的杂质，再经过过滤器滤掉。内燃机 油还可以分散尘土和各种沉积物，从而能保持发动机的清净。 i 密封作用 润滑剂对某些外露零部件形成密封，防止水分或者其它杂质的侵入，在气缸 和活塞间起到密封作用。 1 4 润滑油的现状及趋势 近些年，随着技术的进步和工作要求的提高，压缩机向高压、高速、安全可 广西大掌硕士掌位论文可燃气体 负荷压缩机油的研制 靠、小型化和长寿命方向发展，这对压缩机油的性能提出更苛刻要求，也促进了 新型压缩机油的开发研制，合成压缩机油的推广力度加大，提高了润滑油产品的 整体质量。 1 4 1 压缩机润滑油的历史回顾 1 4 1 1 国外的压缩机润滑油发展史 压缩机油主要用于压缩机的活塞和气缸的摩擦部位以及进、排气阀和轴承、 联杆等传动件的润滑。早在7 0 年代，美、英、德等一些先进国家的大型石油公 司已能生产压缩机油的系列产品。进入8 0 年代，压缩机油的质量性能日趋完善， 分类也更加细致，到1 9 8 3 年，压缩机油的i s o 国际标准出台。 1 4 1 2 国内的压缩机润滑油发展史 到1 9 6 5 年我国才开始研究和生产压缩机润滑油，当时仅矿物油基往复式空 气压缩机油，产品仅有h s 1 3 ，h s 1 9 两个牌号，h s 1 3 空气压缩机油为无剂润 滑油，基本能满足轻负荷活塞式和滴油回转式空气压缩机润滑的要求；h s 一1 9 空 气压缩机油是用试验油加入抗氧防腐添加剂调制而成，往复式压缩机在高温下使 用时，活塞和排气阀易生成积炭。 为了提高我国压缩机油质量水平，达到压缩机润滑用油的优化，石油工业部 于1 9 8 1 年召开了油品节能会议精神，参照压缩机油国际标准( i s o d p 6 5 2 1 8 2 ) ， 进行节能型压缩机油的研制。 因为可燃气体中的天然气由于其应用广泛、具有典型性，所以此处以天然气 为主来介绍压缩机油。天然气中的成分容易稀释润滑油，此外润滑油具有较大粘 度和较强的油膜粘附性，液化后的烷烃是一种有选择性的溶剂，能使油品中的胶 质、树脂等析出附着在缸壁上，进而结焦积炭，因此润滑油必须具有一定的清净 分散性。此外，天然气压缩机各润滑部位温差较大，气缸与曲轴两部位温差可达 1 0 0 以上，且压缩气体在装瓶时会有压力突降的现象，气体压力从2 4 5m p a 降 至1 5m p a ，可以推算出其温度随之降低1 0 左右。天然气中还含有h 2 s 等酸性 气体，加快润滑油的氧化变质，以前的天然气压缩机油都是用粘度高些空气压缩 机油来代替【9 1 。 8 广西大掌硕士掌位论文 可燃气体重负荷压缩机油的研制 1 4 2 压缩机润滑油的发展趋势 我国润滑油的消耗量呈每年递增的趋势，今后润滑油的发展方向也被提到计 事日程中来： a 提高润滑油的经济性； b 提高润滑油的可降解性； c 提高润滑油的高温剪切性； d 延长润滑油的寿命。 表l 一2 双酯压缩机润滑油与矿物油压缩机油的费用对比 t a b l e1 - 2d i e s t e rc o m p r e s s o rl u b r i c a n t sa n dm i n e r a lo i l b a s e dc o m p r e s s o ro i lc o s tc o m p a r i s o n 在满足可燃性压缩机性能及安全性的前提下，可燃性压缩机润滑油的发展趋 势为： 为减少能量损失，改善热传递，可燃性压缩机油可以用尽量低的粘度， 但是粘度也不能过低，一定粘度的润滑油可以起到密封的作用； 为满足不同压力和不同热负荷的可燃性气体压缩机的要求，压缩机油由 单一品种向系列化发展； 为简化油料品种，同时满足多种用油要求，可燃性气体压缩机油由单一 化向着通用化发展； 压缩机油应该具备抗氧化能力好、炭倾向小，炭质松软并易脱落排出等 性能； 广西大掌硕士掌位论文可燃气体1 负荷压缩机油的研制 提高可燃性气体压缩机油的可降解性，随着我国对环境保护的日益重视， 可降解性高的可燃性气体压缩机润滑油将成为今后发展的主要趋势。 合成型压缩机基础油由于具有优异的高低温性能以及低的积炭倾向，已越来 越引起人们的重视，虽然其价格昂贵但是其换油时间长、性能比较高，具有一定 的发展空间。 1 5 可燃气体压缩机润滑油的研究目的及意义 近年来，随着这些工业设备的大型化和向着高载荷、高转速方向发展，对压 缩机的种类，性能和可靠性提出了更高的要求。要充分发挥压缩机的效能与安全 可靠工作，润滑是重要的环节之一。在这方面，大多数压缩机与其它工业机械的 一个明显区别，是润滑油直接接触压缩介质，易受压缩气体性质的影响，容易产 生在其它工业机械中所没有的特殊的润滑问题。当今，压缩机又趋向高载荷和高 温度操作，这就使机内润滑油的使用条件更加苛刻【lo 】。 尤其是能源日益紧张的时代，可燃气体作为普通家庭及工业用的重要能源之 一，作为压缩可燃气体的压缩机其重要性就不言而喻了，而为保证压缩机正常运 行，减少摩擦磨损等等都离不开润滑油，而作为压缩可燃气体的润滑油有其自身 的特点，因此研制可燃气体润滑油显得尤为重要【l l 1 2 】。 广西大学硕士学位论文 可燃气体重负荷压缩机油的习 触 第二章压缩机简介及其对润滑油的要求 2 1 摩擦的基本概念 任何两个相互接触的零件表面在相对运动中会发生摩擦。摩擦会产生阻力、 消耗能量，同时还会使零件表面发生摩擦而破坏。 影响摩擦力大小和磨损严重程度的主要因素：两表面的表面粗糙度及表 面的精度；摩擦副相对滑动的速度；摩擦表面之间的正压力；表面间 是否有润滑介质加入。 按照两零件表面相对运动的特征，可将摩擦分为滑动摩擦和滚动摩擦。滑动 摩擦是两接触面沿公切线发生相对移动。滚动摩擦是两个接触表面沿公法线方向 发生相对位移13 1 。 如果两个接触表面之间加入粘附力较强的润滑介质进行润滑，可以使摩擦力 减小，零件表面的磨损减轻。按照摩擦学的基本定义，将过程中零件表面润滑状 态不同的摩擦分为如下几种状态。 ( 1 ) 干摩擦干摩擦是指摩擦表面之间没有润滑油存在，但覆盖有吸附层 和其他物质时所产生的摩擦。在压力为5m p a 、相对速度为5m s 。1 以下范围内， 干摩擦的最简单表示式为： f = w f ( 2 1 ) 式中，卜摩擦力，n ； w 一法向载荷，n ； f _ 摩擦系数。 干摩擦系数f 与摩擦表面的材料和其所处的状态有关，其值大致如下：钢与 钢o 1 5 o 2 9 ；铸铁与铸铁o 1 5 0 18 ；钢与铸铁o 1 8 0 2 4 ：钢与青铜o 1 5 0 2 4 ； 钢与巴氏合金o 1 2 o 1 8 ；可见，干摩擦系数很大，接触表面的磨损也很强烈。 ( 2 ) 边界摩擦当两接触表面之间被一极薄的润滑油膜隔开时，便形成边 界摩擦。由于润滑油的油性( 一种对金属表面的吸附能力) 形成的薄膜具有很大 的强度，能承受大的压力，可防止摩擦表面间的直接接触。其摩擦系数视金属与 广西大掌硕士掌位论文可燃气体 负荷压缩机油的研制 润滑油的组合不同而异，其值一般在o 0 5 o 2 范围内。边界摩擦是一种不稳定的 润滑状态，在载荷和温度急剧增加时，边界油膜将遭到破裂，随之出现金属间的 直接接触，使磨损加剧。 ( 3 ) 液体摩擦当两摩擦表面在相对运动中能被润滑油膜隔开【l3 1 ，此时， 两固体表面不发生直接接触，摩擦只发生在润滑油内部的油层之间。 根据牛顿定律，液体摩擦力f 可表达如下： f=su(2-2) h 式中，s l 摩擦表面积； 一液体动力粘度； u 。滑动速度； 卜油膜厚度。 如果将液体摩擦力用类似于干摩擦力的形式来表示，则液体摩擦系数厂可 表示为： 厂，：! ：巡：丝 wh w h q c d ( 2 3 ) 式中，锄摩擦表面在单位投影面上所受到的载荷。在良好的状态下， 液体摩擦系数可降至0 0 0 2 0 0 0 4 。 压缩机内各摩擦部件，除一些采用白润滑的固体润滑剂外，绝大多数采用液 体润滑。尽管如此，由于压缩机结构类型、润滑方式的差别，其摩擦状态往往很 不一致。即使是同一结构类型的压缩机，机内摩擦机件亦由于所受到的温度、载 荷以及润滑条件的不同，其摩擦情况也往往十分复杂4 1 。 2 2 压缩机的分类 一般而言压缩机的分类方法有四种：按工作原理分类、按排气压力分类、按 压缩级数分类、按容积流量分类。 压缩机按工作原理可分为：动力式和容积式压缩机。动力式压缩机包括：轴 广西大掌硕士学位论文可，蒸气体重负荷压缩机油的习h 触 流式、离心式等；容积式分为：活塞式、螺杆式、滑片式等。而此处压缩可燃气 体以一般活塞式压缩机为主来介绍其润滑油的研制1 5 1 。 2 2 1 往复压缩机结构分类 2 2 1 1 按气缸容积的作用方式分为： a 单作用压缩机每只活塞仅在一侧形成工作容积的压缩机。 b 双作用压缩机每只活塞两侧均形成相同级次工作容积的压缩机。 c 级差式压缩机不同直径的活塞组合在一起，并构成不同级次的工作容 积压缩机。 2 2 1 2 按列数分类： a 单列压缩机列数为1 的压缩机。 b 两列压缩机列数为2 的压缩机。 c 多列压缩机列数3 的压缩机。 2 2 1 3 按结构形式分类： a 立式压缩机气缸中心线均与水平面垂直的压缩机。 b 卧式压缩机气缸中心线均与水平面平行的压缩机 c 角度式压缩机气缸中心线间的夹角不等于0 。或1 8 0 。的压缩机。 2 2 1 4 按冷却方式分类： a 水冷式压缩机气缸及各冷却器均由水进行冷却。 b 风冷式压缩机气缸及各冷却器均强制通风进行冷却。 c 混合冷却式压缩机气缸及各冷却器分别以不同方式冷却，如气缸为循 环水冷式，各冷却器为风冷式。 2 2 1 5 此外还有其它的一些分类方法： 按有、无十字头分类；按气缸润滑状况分类、按安装方式分类等。 2 2 2 往复式压缩机润滑部位的安装 2 2 2 1 气缸的安装 2 2 2 1 气缸的安装 气缸在安装前，应清洗干净。气缸的气道、气阀的安装孔、注油孔、填料安 广西大掌硕士掌位论文可囊i 气体重负荷压缩机油的研制 装孔等应彻底擦洗干净，并仔细的检查有无机械损伤、棱角、毛刺或其它缺陷。 用吊装设备将气缸吊到安装位置，轻轻对准止口，用螺栓拉进或轻敲到位， 连接紧固螺栓。立式压缩机的气缸、l 形压缩机的立缸和v 形压缩机的气缸均是 止口定位，直接自动找正；水平气缸由于受重力的影响，需要找平、找正【l6 1 。 2 2 2 2 填料函的安装 在安装填料函时，由压缩机的具体情况和制造厂的要求来决定是否要拆开填 料函和刮油器。制造厂安装的填料函在防锈期内，脏东西未掉进去时，不必拆开 检查。如超过防锈期的需检查。 刮油环过去多用铸铁制造，现在用铁基粉末冶金制造，其刃口很好，刮油效 果颇佳。安装时，一定要是刃口朝曲轴方向。并应保证刮油环的平面垂直于活塞 杆轴线。刮油环的刃口不能有倒角，不能有缺口、缺损、卷刃等。 2 2 2 3 活塞的安装 安装活塞前，应先对活塞环、活塞体和活塞杆分别进行检查。检查活塞杆的 摩擦部位有无划痕、波纹、棱角以及其它缺陷等现象。若有轻微损伤或缺陷，可 用油石或砂布修整。活塞杆的螺纹部分是关系到活塞杆是否会断裂的关键。很多 活塞杆的断裂是由于活塞杆螺纹、退刀槽、过渡圆角等处的粗糙度过大和螺纹预 紧力不够而引起。 在活塞杆的螺纹中，还要检查与活塞杆螺纹配合的螺母螺纹的牙形、表面粗 糙度，与活塞杆螺纹配合的松紧程度等，螺母的松紧程度的控制最好用测力扳手， 螺母失效、松动很容易导致活塞杆的断裂。 定位活塞的台肩或锥体与活塞的接触面积应大于7 0 ，浇铸在活塞体上的耐 磨合金支承面与活塞结合应牢固，与气缸镜面的接触面积应在6 0 以上，且分布 均匀。空心活塞应进行水压试验，试验压力为工作压力的1 5 倍，主要是检查活 塞强度。水压试验后，应在活塞低压侧钻3 3 2m m 的单孔。 活塞环是用来密封气缸镜面和活塞间的缝隙的，它还起到布油和导热的作 用。活塞环最好是倒成圆角，其与活塞环槽的侧间隙及活塞环装入气缸后的开口 间隙，推荐铸铁活塞环开口间隙一般为0 0 0 5 d ( d 为气缸直径) ；侧间隙一般为 0 0 0 8 0 1 t ( t 为活塞环轴向高度) ；聚四氟乙烯活塞环开口间隙一般为0 0 3 d ，侧 间隙一般为0 0 3 t ；聚酰亚胺活塞开口间隙为0 0 1 5 d ，侧间隙为o 0 1 5 t 。 广西大学硕士学位论文 可强譬气体重负荷压缩机油的研制 活塞环在活塞环槽内，应能灵活转动，用手按活塞环时，环应能全部沉入槽 内。 在气缸的前、中、后三个位置上，还要仔细的检查活塞环与气缸镜面贴合的 严密性。用灯光检验时，在整个圆周上漏光不多于两处，每处不超过4 5 。弧长， 距开口不小于3 0 。 一般情况下铸铁活塞或钢活塞，与气缸镜面的间隙值为( o 0 0 0 8 0 0 0 1 ) d ( d 为气缸内径) ；铸铝活塞与气缸镜面的间隙为( o 0 0 1 9 0 0 0 2 2 ) d 。活塞上装有导向 环时，应测量导向环与气缸的间隙。 将活塞装入气缸时，活塞杆螺纹不能有任何的擦伤，或碰伤填料的刮油环和 密封圈。活塞杆螺纹处应戴保护套，要轻轻的通过填料或刮油环，而且速度也要 慢刀。 连接活塞杆和十字头后，应在气缸接座处，压一个千分表( 表座吸在气缸接 座上，千分表触头压在活塞杆上) ，分别测量活塞杆在水平和垂直方向的跳动。 在不装活塞体的情况下，测得的跳动主要反映了滑道、活塞杆、十字头、活塞杆 与十字头连接器的制造精度和安装精度。但装上活塞体后，由于活塞本身在重力 作用下而产生下垂，由此测得的活塞杆跳动，很大程度上反映了气缸的安装精度 和制造精度。安装时测得的跳动是冷态跳动值，与热态( 工作或运转状态) 的跳动 值有些不同，由于活塞受热膨胀较大，使活塞杆轴线更接近于气缸轴线，所以热 态跳动有时反而会小。热态的活塞杆跳动过大时，会产生以下几个不良后果：a 活塞杆受到过大的附加应力的作用，而致使活塞杆断裂；b 影响活塞环的寿命， 特别是高压级活塞环的寿命随跳动的加大而明显下降；c 影响填料的寿命和密 封效果，出现漏气和密封圈、刮油环过早失效或弹簧断裂的情况。 活塞安装后，应测量止点间隙。为了确保测得的止点间隙是实际最小的间隙 值，测量前应先确认最小间隙的位置。该间隙要符合机器技术文件中的规定，盖 侧间隙应比轴侧间隙大，约大活塞杆长度的7 1 0 0 0 0 。 活塞杆与活塞、十字头必须连接可靠。当用加热法安装时，应先用扳手旋螺 母，直到活塞杆开始伸长为止，然后加热活塞杆，并将螺母旋到规定的角度后， 停止加热，螺母应可靠锁紧【l 】。 广西大掌硕士掌位论文可燃气体重负荷压缩机油的研制 表2 - 1 压缩可燃性气体的常用压力 t a b l e2 1t h ec o m m o n l yp r e s s u r eo fc o m p r e s s i o ni g n i t a b l eg a s 表2 1 是压缩机在压缩可燃性气体时常用压力，此外还有液化天然气 ( l n g ) 、液化石油气( l p g ) 等在绪论中已经介绍。因为在研制压缩可燃性气体压 缩机润滑油时考虑在最苛刻的情况下的工作状态，所以本文研制的润滑油为重负 荷压缩机油。 2 3 国内外著名的压缩机简介 2 3 1 无锡压缩机股份有限公司 无锡压缩机股份有限公司创建于1 9 5 5 年，是中国最大、品种最全、市场覆 盖率最高、拥有完全自主知识产权的压缩机研发、生产的专业基地。 无锡压缩机有着先进的技术、科学的管理、卓越的生产能力和丰富的制造经 验，其在行业中率先通过了i s 0 9 0 0 1 质量体系认证和i s 0 1 4 0 0 1 环境质量体系认 证。“锡压”牌压缩机2 0 0 6 年成为被中国商务部评定为“最具市场竞争力品牌”， 国内仅有两家压缩机行业获此殊荣。其活塞式压缩机产品较为有名的为：动力用、 工艺流程用、天然气压缩机等。 2 3 2 英格索兰( 斟g e r s o i ，i r a n d ) 美国英格索兰公司成立于1 8 7 1 年，全称为“英格索兰兰德公司”，总部位 于美国新泽西洲伍德克利夫湖，公司的产品包括压缩空气系统、建筑五金产品、 建筑设备、高尔夫用汽车、工具和运输冷藏系统。 英格索兰公司从1 9 11 年开始生产离心压缩机，并于1 9 1 2 年安装了世界上第 一台1 0 0m 3 h j 蒸汽透平驱动的多级空气压缩机，1 9 2 8 年推出压缩机能量回收系 广西大掌硕士掌位论文可燃气体重负荷压缩机油的研制 统，1 9 4 0 年生产出用于催化裂化的离心压缩机，1 9 4 9 年开始生产蒸汽透平驱动 离心压缩机，1 9 5 8 年组装式离心式压缩机面世。英格索兰公司的c e n t a c 离心 空气压缩机( 多轴齿轮传动组合式离心压缩机) 开发成功后，一直深受用户欢迎， 至今在世界各地已有1 2 0 0 0 台机组安全长期稳定运行。c e n t a c 离心式空气压 缩机组是一种完全组装的由电机驱动、单层结构、单级吸气、单级排气、提供 1 0 0 无油空气的离心式空气压缩机组。其流量范围可从2 5 8 5 0m 3 m i n ，排气 压力范围从o 8 4 0m p a 。压缩机和电机由法兰和联轴器连接，整个机组包括冷 却系统、控制系统、油润滑系统及其它辅助设备都装在一个公共底盘上。 2 3 3 德莱赛兰( d r e s s e r r a n d ) 美国德莱赛兰公司是世界上最大的压缩机制造公司之一。公司及其在世界各 地的附属公司和联营公司拥有十家生产厂和实验室，7 0 多个营业办事处，3 0 多 个维修中心以及近8 0 0 0 名职工，从事销售的专业人员中9 2 具有学位的工程师。 1 9 9 3 年总营业额为1 2 亿美元，主要来源于石油和化工方面。该公司致力于研制 新技术、新工艺、新材料、新产品，重视质量服务。 该公司设有汽轮机、电动机和发电机部、透平机械部、发动机工艺压缩机部、 气体压缩机部和产品支援部。透平机械部的总部设在纽约奥利安。该公司主要产 品有离心压缩机、轴流压缩机、汽轮机、燃气机及往复式压缩机、高温工业燃气 膨胀透平、螺杆压缩机和轴流离心复合式压缩机。 2 3 4 喀麦隆公司( c a m e r o n ) 总部位于美国德克萨斯州，拥有1 2 5 0 0 名员工，年营业额超过4 0 亿美元的 喀麦隆公司，即原来的库伯透平压缩机有限公司。该公司从5 0 年代初开始制造 离心压缩机，到5 0 年代中期，试制出5 0 0 0 马力燃气轮机驱动的管线离心压缩机。 此后不久又制造了1 0 0 0 0 马力燃气轮机驱动的管线离心压缩机。 从1 9 6 4 年起制造合成氨离心压缩机，1 9 7 2 年起制造合成氨离心压缩机。1 9 7 2 年以后，又集中力量发展用于天然气工业的离心压缩机。目前世界上运行中的管 线压缩机约有4 5 是该公司的产品，为管线压缩机配套的燃气轮机约有6 0 是 该公司产品。公司离心