1. 綜述
      SUMMARY

      工業領域常用空壓機潤滑系統概述

         空壓機型式多樣,用途廣泛,而空壓機類型的不同,則對潤滑的要求變化很大。在空壓機部件中,潤滑油起到防止磨損、密封、冷卻,使空氣對潤滑油粘度影響和添加劑與空氣反應最小化,以及防止腐蝕等作用。
        目前,空壓機的類型很多,但無論何種類型的空壓機,其潤滑系統結構和作用都有類似之處。本文主要探討工業上常用的往復式空壓機、螺桿式空壓機,離心式空壓機潤滑系統,而其它類型的空壓機潤滑系統在結構和原理上與這三種類型的空壓機潤滑系統相似或者接近。
        空壓機在工業領域使用時,所壓縮的空氣根據使用要求不同,一種是與潤滑油接觸的,另一種則是在壓縮空氣時與潤滑油不接觸的,主要是以離心式空壓機為主,包括無油螺桿壓縮機和無油往復式空壓機,這兩種結構就與含油壓縮空氣的空壓機有所不同??紤]空壓機潤滑時,必須認識到壓縮空氣會引起溫度上升。壓縮的空氣越多,最后的溫度越高,當所需的排氣壓力很高時,壓縮空氣就會分為二級或多級壓縮進行,在相鄰兩級之間對空氣冷卻以將溫度限制在適當的水平,這種方式也改善了空壓機效率并減少了與所達到的溫度范圍所對應的功率損失,這在各類空壓機的結構上都有體現。
        實際工作中,空壓機潤滑的基本任務在于借助相對摩擦表面之間形成的液體層,來減少空壓機運動件的摩擦,降低摩擦表面的功率消耗,同時還起到密封壓縮空氣的工作容積的作用。不同結構型式的空壓機由于工作條件、潤滑特點對潤滑油的質量與使用性能的要求也有所不同。
       
        一.往復式空壓機的潤滑系統特點
        往復式空壓機的潤滑系統,可分為與壓縮空氣直接接觸部分的內部潤滑和壓縮空氣不接觸部分的外部潤滑系統兩種。內部潤滑系統主要指氣缸內部的潤滑、密封與防銹、防腐;外部潤滑系統即是運動部件的潤滑與冷卻。通常在大容量壓縮機、高壓壓縮機和有十字頭的壓縮機中,內部潤滑系統和外部潤滑系統是獨立的,分別采用適合各自的內部油和外部油。在小型無十字頭式壓縮機中,運動部件的潤滑系統兼做對氣缸內部的潤滑,其內外部潤滑是通用的。
        1.氣缸內部件潤滑
        往復式壓縮機中,除了氣缸對于曲軸箱敞開的情況外,油液一般是用機械式強制潤滑器加到氣缸壁的一個或多個點上去的。一些情況下,還通過向吸氣閥腔另外加油,以向氣缸補充供油。對于一些小缸徑、高壓力的多級壓縮機氣缸,只向吸氣閥腔供油。對于不向曲柄箱敞開的氣缸,加入氣缸中的油基本上由壓縮空氣帶出并在排氣管道、管路和諸如儲氣罐的其它系統零件中聚集。向曲柄箱敞開的氣缸通過連桿和曲柄上的凹凸部分從油池中將油帶起并拋出進行潤滑。使用這種飛濺潤滑方法時,活塞上有類似于汽車發動機中的油控制環,以防止氣缸提供過多的潤滑油。
        壓縮機幾乎不需要潤滑,或者所需的潤滑油量很少,通常由臨近的氣缸壁擴散到閥上去,或者由氣流以霧狀形式帶到閥上。但是,當空氣壓縮機入口處極其潮濕時,有時必須借助連接到吸氣閥腔的強制潤滑器進行輔助潤滑,閥控制器在某些類型的壓力調節系統中用于使閥保持打開或關閉,例如在卸荷閥中就是這樣工作。當在雙作用機器中使用金屬活塞桿密封件時,借助強制潤滑密封件槽。如果使用非金屬密封件時,用壓縮機氣缸上的油對密封件槽做適當潤滑,而在某些情況下,會使用機械強制潤滑器。
        2.外部潤滑(即運動中的潤滑)
        實際上,所有的往復壓縮機中使用潤滑運行件的油都裝在壓縮機底部的油池中。從軸承、十字頭、曲軸箱敞開的氣缸中帶來的油受重力作用,會流回油池。但是,為了將油池中的油分送到各潤滑部件,使用了各種各樣的方法或綜合使用這些方法。
        向潤滑部件上分送油液可能全部通過飛濺完成。如果這樣,一個或多個曲杯或連桿上的一部分將浸入油中,將油帶起并甩到需潤滑的內部構件。很多臥式壓縮機都是一個潤滑軸承和十字頭的溢流潤滑系統,油被曲杯上的盤從油池中帶起,然后由刮油器刮下,這些油通過油道導入軸承或使其以階流方式流到軸承表面。泵將油從油池中抽出,以一定壓力分送主軸承和連桿軸承,然后通過鉆削加工的油道進入肘銷軸承(套筒)和十字頭,對其潤滑。
        3.影響往復式壓縮機潤滑的因素
        首先,來看看氣缸部件潤滑的因素。壓縮機氣缸的工作溫度是一個很重要的因素,會影響到油的粘度、氧化及沉積物的形成。因為高溫時潤滑油的粘度會降低,當工作溫度很高時,為維持合適的潤滑膜就需要使用較高粘度的油。排氣閥、閥腔和管道上的薄油膜被與之接觸的熱金屬表面加熱,并不斷地受到從氣缸中排出的壓縮氣體的吹掃。這是一種很嚴酷的氧化條件,因此,所有壓縮機油都會有一定程度的氧化,而氧化程度取決于它們所經歷的條件和自身抵抗這種化學反應的能力。潤滑油的氧化是漸進的,開始所形成的氧化產物是溶于油的,但隨著氧化的進行,它們會變得不溶于油并主要沉淀在排氣閥上和排氣管中,這些都是最熱的零部件,經進一步地烘烤后,這些沉淀物會轉變成含碳很高的材料。這些沉積物會干擾閥座密封,使熱的高壓氣體泄漏回流到氣缸中,這些高溫氣體也會加熱吸程時吸入的空氣,使其在開始壓縮時和排出時溫度升高,這種再壓縮過程會導致效率下降及流量減少。盡管泄漏率一定時,溫度有在一個較高值處達到平衡的趨勢,但因為這種作用在每個沖程都會發生,其效果是累積的。沉淀物還會影響排氣通道暢通并造成氣缸排氣壓力增加,而且溫度也會伴隨排氣壓力上升而增加。這種效應引起的異常高的排氣溫度會使油液氧化速度更快,從而促進沉積物的進一步積累和溫度進一步上升。如果不采取適當措施,這種循環最終還會導致起火或爆炸。
        被壓縮的空氣中常常有各種污染物,硬顆粒會對氣缸表面形成磨粒磨損,并帶來干擾活塞環和閥座的麻煩。一些污染物對油液氧化有催化作用,某些夾帶的化學物質能直接與油液起反應而形成沉積物。固體沉積物粘附在油潤滑表面并有助于在排氣閥和排氣通道中造成沉積物堆積。很多時候,壓縮機中所發現的沉積物主要是污染物加上一小部分油液氧化而形成的碳質材料,如果發現這些類型的污染物,就應改善壓縮機吸氣端的氣體過濾器。向壓縮機氣缸所加的潤滑油都會受到氧化作用,供給氣缸的大部分油最后都會通過排氣閥脫離氣缸,且排氣閥處溫度最高,所以使供給氣缸的潤滑油維持在最低水平將有助于這些部位沉積物形成的最小化,以及減少把過多的潤滑油帶給下游設備的隱患。
        其次,是水分子對潤滑系統的影響??諝庵械乃畷S著壓縮空氣以極高的速度進入到壓縮機的氣缸中,尤其在空載期間當氣缸冷卻到其中的空氣露點以下時,在氣缸中會發生空氣冷凝,所形成的水會替代金屬表面的油膜,使其生銹。雖然每次空載期間所形成的的生銹量可能很小,而且可能在壓縮機下一次啟動時會被磨去,然而隨著時間的推移,這一過程會導致過度磨損。另外,生銹也會促進油液氧化,生銹產生的顆粒會加速沉積物形成。如果存在這一可能,就應考慮使用有很好防銹能力的油和通過使用可粘附于金屬表面的添加劑所增強的油。這種類型的油將有助于減少水分和其它液體在壓縮機空載時與金屬表面接觸的可能性。
        第三,影響運行件潤滑的因素。一般影響壓縮機軸承潤滑的因素有載荷、速度、溫度和出現水及污染物,運行中獲得充分潤滑的主要要求是所用潤滑油在工作溫度下有合適的粘度。壓縮機曲柄箱中循環的很多油被飛濺作用化作細珠或油霧,或受到旋轉部件的拋甩。因此,油液氧化的速度和程度取決于其工況和油液抵抗這種化學變化的能力。相對于壓縮機氣缸、排氣閥和排氣管道,曲柄箱中油液氧化的條件很緩和。然而,氣缸潤滑油需要不斷補充,而曲柄箱中的潤滑油則可能要工作數干小時。
        二.螺桿式空氣壓縮機潤滑系統的特點
        螺桿式空氣壓縮機有單轉子和雙轉子兩種設計形式,也有潤滑油與壓縮空氣接觸和不接觸兩種結構。
        雙轉子螺桿空氣壓縮機有兩種結構形式。在含油溢流潤滑類型中,將潤滑油注入到氣缸中吸收空氣或氣體受壓縮時產生的熱,潤滑油在轉子之間還可起到密封作用。由于氣缸中由潤滑轉子的油,所以這種機器沒有同步齒輪,它們需要外部循環系統控制油溫,需要除油系統去除混雜在所排出的壓縮空氣或氣體中的油液。在這種空壓機中,除齒輪和軸承需要油潤滑外,潤滑油還要潤滑轉子的接觸面,必須使氣體泄漏最小時,采用潤滑密封件。
        在干式螺桿空壓機中,氣腔內不給油,壓縮機油不接觸壓縮空氣,僅潤滑軸承、同步齒輪和傳動機構。因為轉子無潤滑,所以需要同步齒輪保持轉子間的相互接觸,這些壓縮機用于提供無油空氣和氣體。然而,因為在轉子之間無油液密封,為了使氣體泄漏量最小,運行速度必須相對較高,通常需要對氣缸進行水冷,對轉子軸承進行油冷。由于干式螺桿空壓機需要潤滑的部件主要為齒輪和軸承,其軸頸軸承可為普通徑向滑動軸承或滾動軸承,而止推軸承可為可傾瓦軸承或者角接觸滾動軸承,齒輪為精密切削直齒或斜齒齒輪。
        單螺桿空壓機是一種帶有齒的輪間轉動錐形螺桿。輪齒掃過螺桿的螺紋空腔,使空氣通過向上逐漸減少的空間而受到壓縮。帶齒的星輪主要用于承擔作用于輪上的應力和與螺桿空腔側面接觸。機殼中注入潤滑油起到潤滑、冷卻和密封作用,其結構與作用與雙螺桿空壓機基本一致。
        含油的螺桿式空壓機在選擇潤滑油時,其工作條件相對比較嚴苛,由于潤滑油在壓縮機氣缸內以較高的循環速度,反復地被加熱、冷卻,與氧化的接觸面積大大增加,受熱強度大,且不斷受到冷卻器中銅、鐵等金屬的催化,油品易氧化變質。而混入的冷凝液會使潤滑油乳化,吸收進的顆粒狀雜質、懸浮狀粉塵和腐蝕性氣體會加速油品的老化。那么,油品的良好氧化安定性、合適的黏度、抗乳化性是確保有效的冷卻、密封、防腐蝕和潤滑,同時,為了使壓縮機油從壓縮空氣中得到很好的分離和回收,必須選擇不易揮發的油。此外,潤滑油進入油分離器時,產生的油沫使分油元件浸油嚴重,導致阻力增大,造成壓縮機內部過載,使油耗增大,因此,選擇壓縮機油時還應具有良好的抗泡沫性。
       
        三.離心式空氣壓縮機潤滑特點
        在離心式空壓機中,多葉片轉子在機殼中以高速旋轉,圍團在葉輪葉片之間的空氣或氣體被加速并向外和向前甩出??諝怆x開葉片端部時壓力加大,速度很高,然后進入擴散環。在擴散環中,沿氣流方向逐漸增大的面積造成速度減小和壓力增大。之后,空氣進入螺旋形殼體內,沿氣流方向面積的再次增大進一步使速度減小,壓力增加??諝獯┻^葉片向外流動的結果使入口處壓力下降,空氣被吸入到壓縮機中。隨著壓縮空氣的壓力增大,流量變大,葉輪轉速增加,離心空壓機需要多個葉輪進行增壓、增速,達到三級、四級甚至更高級來達到工況要求。因此,離心式空壓機需要專門的潤滑油站來為壓縮機運動部件進行潤滑、冷卻。
        離心式空壓機的軸承和齒輪需要潤滑,但與空氣接觸的葉輪、機殼不需要潤滑,因此,生產的壓縮空氣是不含油的。壓縮機使用的油膜密封、接觸式密封及非接觸密封,而與潤滑油接觸的密封必須用潤滑器供油并冷卻,以增強密封效果。
        壓縮機工作時,先啟動潤滑油站和冷卻系統,柱塞泵將油站中的潤滑油注入到壓縮機內的運動部件進行潤滑、冷卻,然后通過換熱裝置,冷卻工作運行后的高溫潤滑油,最終返回到潤滑油站,形成一個循環。
        離心空壓機的葉輪在高速運動時,會產生軸向推力,也會產生徑向推力。對于軸向推力,一般使用止推軸承支撐全部或部分載荷,并使葉輪在機殼內精確定位。止推軸承通常用角接觸球軸承、環形止推軸承、固定瓦和可傾瓦軸承。壓縮機的主軸軸承一般為徑向滑動軸承,但有時也會用滾動軸承。徑向滑動軸承包括止推環、固定瓦和可傾瓦軸承,都用油潤滑。對于通過增速齒輪組驅動的壓縮機,可能用同一系統潤滑驅動齒輪和一個或多個軸承,通過主驅動的油泵由軸承潤滑系統提供壓力循環油。由于離心式空壓機的速度很高,經常使用含防銹和抗氧化添加劑的合成油。某些齒輪傳動的節線速度很高,特別在齒輪分軸式高壓壓縮中,為了減少齒輪嚙合處的入口剪切熱,需要限制潤滑油的粘度。
       
        四.空壓機潤滑系統管理維護
        目前,工業上使用空壓機的類型很多,盡管各類型空壓機結構不同,但潤滑系統選用潤滑油首先都要保證壓縮安全正常運轉,并且合理選用潤滑油起到節約能源,保護環境的作用。
        1.合理選擇壓縮機油
        此點對延長設備的使用壽命,提高設備運轉的可靠性,防止事故的發生等均有益處,故此必須十分慎重。
        壓縮機油的質量選擇主要是黏度參數。黏度的選擇與壓縮機的類型、功率、給油方法和工作條件(出口溫度和壓力),以及冬夏季節氣溫變化等有關。要求油的黏度對潤滑部位能形成油膜,同時起到潤滑、減摩、密封、冷卻、防腐蝕等作用??偟膩碚f,選擇壓縮機油就是要滿足壓縮機的性能與工作條件。
        2.正確控制給油量和換油指標
        供給壓縮機的潤滑油量,應在保證潤滑和冷卻的前提下盡量減少。給油量過多會增加氣缸內積碳,使氣閥關閉不嚴、壓縮效率下降,甚至引起燃燒、爆炸,并浪費潤滑油;給油量過少,潤滑及冷卻效果不理想,引起壓縮機過熱,增大機械磨損。因此,必須根據壓縮機的壓力、排氣量和速度以及潤滑方式和油的黏度等條件來正確控制給油量,一般要求遍及氣缸全面,無塊狀油膜,不從氣缸底部外流,達到合理的供油狀況。
        對于壓縮機的換油周期,需隨著壓縮機的構造形成,流量、操作條件、潤滑方式和潤滑油質不同而異,可以根據油品在使用過程中質量性能的變化情況確定。
      工業領域常用空壓機潤滑系統概述

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