Смазка поршневых компрессоров

В поршневых компрессорах поршень соединен с коленчатым валом с помощью шатуна. Как правило, цилиндр и механизм движения смазывают разбрызгиванием масла из одного и того же картера. В крупных компрессорах поршень приводят в движение с помощью крейцкопфных шатунов (крейцкопфные компрессоры однократного или двойного действия). В таких компрессорах механизм движения смазывают разбрызгиванием масла из картера и раздельно из цилиндров.

     Цилиндры в поршневых компрессорах являются для смазочного масла самой сложной задачей. Именно цилиндры, в конечном счете, определяют выбор смазочного масла. Главные задачи смазочного материала заключаются в снижении трения и износа, уплотнении камер сжатия и в защите от коррозии. Пиковая нагрузка на смазочную пленку происходит в верхней и нижней мертвых точках (ТДС и ВДС). В этих точках существует опасность разрыва масляной пленки и прямого контакта металла с металлом. Масло также подвергается колоссальным термическим нагрузкам вследствие высоких температур, развивающихся при сжатии среды (это может привести к окислению масла и образованию отложений, а в случае с воздухом — к обогащению кислородом). Сжатию следует подвергать максимально очищенный воздух или газ, потому что загрязняющие примеси могут ускорить процессы окисления (например, агрессивные газы из окружающей среды могут крайне негативно влиять на эксплутационные качества смазочного масла). В случае смазки механизма движения смазка подшипников приобретает первостепенное значение.
     Поршневые компрессоры выпускаются в вариантах смазки маслом и в безмасляном варианте. Обычно для смазки поршневых компрессоров применяют масла на минеральной базе в соответствии с DIN 51 506-VGL, VDL (или смазочные масла на базе ПАО или диэфиров) в классах вязкости ISO VG 68 до ISO VG 150. Мобильные компрессоры часто смазывают сезонным моторным маслом (SAE20,SAE30, SAE40). Мелкие и средние поршневые компрессоры применяют для давлений до 10 атм.

1.3. Ротационные поршневые компрессоры
(одновальные, ротационные крыльчатые компрессоры)

В этих компрессорах объем камер давления периодически колеблется между двумя предельными значениями. Экоцентрический цилиндрический ротор, установленный в цилиндрической муфте корпуса, имеет ползуны (обычно сталь или RTFE — политетрафторэтилен), вставленные в канавки, которые изменяют камеру в форме звезды между ротором и корпусом. Когда ротор вращается, центробежная сила давит на ползуны у стенки корпуса. Во время вращения за счет расширения камеры со стороны впуска всасывается воздух, и поскольку объем становится меньше, среда сжимается до тех пор, пока не будет вытеснена через выходное отверстие. Ступени впуска и сжатия регулируются прорезями в корпусе.
     В работе простого действия возможны давления вплоть до 10 атм и до 16 атм — в работе двойного действия. Объемы могут достигать 80 м³ мин^-1. Преимуществами ротационных поршневых компрессоров являются компактность, непрерывный поток и отсутствие вибрации по сравнению с поршневыми компрессорами.

1.4. Смазка ротационных поршневых компрессоров

Камеры высокого давления в ротационных поршневых компрессорах охлаждают и смазывают с помощью системы утрачивающейся смазки или непосредственным впрыском. Смазка ротационных поршневых компрессоров аналогична смазке цилиндров центробежных поршневых компрессоров, так как в обоих случаях смазочный материал подвергается воздействию высоких температур на выходе. В случае ротационных поршневых компрессоров смазываемых и охлаждаемых впрыском масла, определенное количество масла непрерывно попадает в камеру высокого давления компрессора. Количество масла таково, что температура на выходе не превышает 100—110 °С. Одновременно с этим масло уплотняет поршни, прижимая к корпусу и защищая их от износа. Охлаждение среды приводит к повышению степени сжатия. Охлаждение и уплотнение повышают объемную эффективность и благодаря этому общую эффективность компрессора. Обычно используют масла по VCL и VDL по DIN 51 506 с ISO VG между 68 и 150 или сезонные моторные масла SAE20, SAE30, SAE40. Ротационные поршневые компрессоры чаще всего применяют на железнодорожном и автомобильном транспорте (включая автоцистерны). Давление на выходе чаще всего бывает ниже 10атм. На рис. 3 показан контур смазки ротационного крыльчатого компрессора (с масляным охлаждением).

6. Стандарты и спецификации на компрессорные масла

DIN 51 506 описывает спецификацию и требования к смазочным маслам, применяемым для поршневых компрессоров со смазываемыми маслом камерами высокого давления (включая вакуумные насосы). Смазочные материалы для винтовых и смазываемых впрыском масла ротационных крыльчатых и винтовых компрессоров не включены в DIN 51 506. В табл. 2 приведена классификация компрессорных масел по DIN 51 506. В табл. 3 и 4 описаны минимальные требования к компрессорным маслам согласно DIN 51 506.
     В соответствии с этим стандартом такие смазочные масла представляют собой чистые минеральные масла или минеральные масла с присадками для повышения окислительной стабильности и стойкости к старению и защите от коррозии. Классификация смазочных масел зависит от ожидаемых температур на выходе из компрессора и общего назначения. Стандарт DIN 51 506 подразделяет смазочные материалы на масла для мобильных и стационарных средств. Принципиальные различия между нижеперечисленными группами: VB/VBL, VC/VCL, а также VDL заключаются в применении ингибиторов окисления и коррозии, присадок, повышающих стойкость к старению, образовании отложений и в качестве базовых масел (фракций). Различия между группой VB/VBL и VC/VCL заключаются в стойкости к старению (образовании коксового остатка после продувания воздухом). Масла группы VDL выдерживают более жесткий тест на старение (образование кокса по Конрадсону после продувания воздухом в присутствии оксида железа). Масла DIN 51 506 VDL обладают самой лучшей термоокислительной стабильностью и образуют меньше всего коксовых остатков. Критерии отбора в DIN 51 506 были приняты в проект ISO/DP 6521 1983 г. В табл. 5 приведены требования к маслам для воздушных поршневых компрессоров. Вместо масел на минеральной базе широкое промышленное применение находят синтетические компрессорные масла на базе гидроочищенных (базовых масел группы III) или ПАО или эфирных масел (долговечных масел).
     Критерии выбора масел для винтовых и поршневых компрессоров сильно различаются. В ротационных, крыльчатых и винтовых компрессорах, смазываемых погружением в масляную ванну, впрыскиваемое масло постоянно контактирует с горячей газообразной или воздушной сжимаемой средой, нагретой до 80—100 °С. Сжатая среда и масло хорошо перемешиваются, поэтому необходимо установить на потоке сепараторы и фильтры для отделения масла. Этот факт налагает особые требования на смазочное масло. Этими требованиями являются низкая вспениваемость, превосходная деаэрационная способность и хорошие деэмульгирующие свойства для отделения конденсированной воды. Кроме того, естественно, требование спецификаций в отношении противоизносных свойств (FZG ≥ 10, DIN 51 354), минимального образования отложений, хорошей защиты от коррозии. Большинство производителей ротационных и винтовых компрессоров, смазываемых погружением в масляную ванну, публикуют свои собственные спецификации по смазочным материалам. Проект ISO/DP 6521 для маслосмазываемых винтовых компрессоров существует с 1983 г. В табл.6 описаны требования к маслам для винтовых компрессоров.
     При выборе масла для воздушного компрессора необходимо соблюдать критерии отбора, содержащиеся в DIN ISO 5106 и ISO/DP 6521, а также следовать рекомендациям производителей компрессоров. В то же время следует уделять внимание методам обеспечения безопасности, разработанным индустриальными и профессиональными ассоциациями в дополнение к спецификациям производителей компрессоров.ISO 6743-3А(1987) подразделяет воздушные компрессоры, смазываемые маслом, на шесть механических подгрупп, но не указывает никаких физических или химических характеристик, которыми масла для этих компрессоров должны обладать.