市场上常见空压机润滑系统介绍

作者:转载 日期:2021-09-09 13:38:38
       

  空压机型式多样,用途广泛,而空压机类型的不同,则对润滑的要求变化很大。在空压机部件中,润滑油起到防止磨损、密封、冷却,使空气对润滑油粘度影响和添加剂与空气反应最小化,以及防止腐蚀等作用。

  目前,空压机的类型很多,但无论何种类型的空压机,其润滑系统结构和作用都有类似之处。本文主要探讨工业上常用的往复式空压机、螺杆式空压机,离心式空压机润滑系统,而其它类型的空压机润滑系统在结构和原理上与这三种类型的空压机润滑系统相似或者接近。

  空压机在工业领域使用时,所压缩的空气根据使用要求不同,一种是与润滑油接触的,另一种则是在压缩空气时与润滑油不接触的,主要是以离心式空压机为主,包括无油螺杆压缩机和无油往复式空压机,这两种结构就与含油压缩空气的空压机有所不同。考虑空压机润滑时,必须认识到压缩空气会引起温度上升。压缩的空气越多,最后的温度越高,当所需的排气压力很高时,压缩空气就会分为二级或多级压缩进行,在相邻两级之间对空气冷却以将温度限制在适当的水平,这种方式也改善了空压机效率并减少了与所达到的温度范围所对应的功率损失,这在各类空压机的结构上都有体现。

  实际工作中,空压机润滑的基本任务在于借助相对摩擦表面之间形成的液体层,来减少空压机运动件的摩擦,降低摩擦表面的功率消耗,同时还起到密封压缩空气的工作容积的作用。不同结构型式的空压机由于工作条件、润滑特点对润滑油的质量与使用性能的要求也有所不同。

  一、往复式空压机的润滑系统

  往复式空压机的润滑系统,可分为与压缩空气直接接触部分的内部润滑和压缩空气不接触部分的外部润滑系统两种。内部润滑系统主要指气缸内部的润滑、密封与防锈、防腐;外部润滑系统即是运动部件的润滑与冷却。通常在大容量压缩机、高压压缩机和有十字头的压缩机中,内部润滑系统和外部润滑系统是独立的,分别采用适合各自的内部油和外部油。在小型无十字头式压缩机中,运动部件的润滑系统兼做对气缸内部的润滑,其内外部润滑是通用的。

  1.气缸内部件润滑

  往复式压缩机中,除了气缸对于曲轴箱敞开的情况外,油液一般是用机械式强制润滑器加到气缸壁的一个或多个点上去的。一些情况下,还通过向吸气阀腔另外加油,以向气缸补充供油。对于一些小缸径、高压力的多级压缩机气缸,只向吸气阀腔供油。对于不向曲柄箱敞开的气缸,加入气缸中的油基本上由压缩空气带出并在排气管道、管路和诸如储气罐的其它系统零件中聚集。向曲柄箱敞开的气缸通过连杆和曲柄上的凹凸部分从油池中将油带起并抛出进行润滑。使用这种飞溅润滑方法时,活塞上有类似于汽车发动机中的油控制环,以防止气缸提供过多的润滑油。

  压缩机几乎不需要润滑,或者所需的润滑油量很少,通常由临近的气缸壁扩散到阀上去,或者由气流以雾状形式带到阀上。但是,当空气压缩机入口处极其潮湿时,有时必须借助连接到吸气阀腔的强制润滑器进行辅助润滑,阀控制器在某些类型的压力调节系统中用于使阀保持打开或关闭,例如在卸荷阀中就是这样工作。当在双作用机器中使用金属活塞杆密封件时,借助强制润滑密封件槽。如果使用非金属密封件时,用压缩机气缸上的油对密封件槽做适当润滑,而在某些情况下,会使用机械强制润滑器。

  2.外部润滑(即运动中的润滑)

  实际上,所有的往复压缩机中使用润滑运行件的油都装在压缩机底部的油池中。从轴承、十字头、曲轴箱敞开的气缸中带来的油受重力作用,会流回油池。但是,为了将油池中的油分送到各润滑部件,使用了各种各样的方法或综合使用这些方法。

  向润滑部件上分送油液可能全部通过飞溅完成。如果这样,一个或多个曲杯或连杆上的一部分将浸入油中,将油带起并甩到需润滑的内部构件。很多卧式压缩机都是一个润滑轴承和十字头的溢流润滑系统,油被曲杯上的盘从油池中带起,然后由刮油器刮下,这些油通过油道导入轴承或使其以阶流方式流到轴承表面。泵将油从油池中抽出,以一定压力分送主轴承和连杆轴承,然后通过钻削加工的油道进入肘销轴承(套筒)和十字头,对其润滑。

  3.影响往复式压缩机润滑的因素

  首先,来看看气缸部件润滑的因素。压缩机气缸的工作温度是一个很重要的因素,会影响到油的粘度、氧化及沉积物的形成。因为高温时润滑油的粘度会降低,当工作温度很高时,为维持合适的润滑膜就需要使用较高粘度的油。排气阀、阀腔和管道上的薄油膜被与之接触的热金属表面加热,并不断地受到从气缸中排出的压缩气体的吹扫。这是一种很严酷的氧化条件,因此,所有压缩机油都会有一定程度的氧化,而氧化程度取决于它们所经历的条件和自身抵抗这种化学反应的能力。

  润滑油的氧化是渐进的,开始所形成的氧化产物是溶于油的,但随着氧化的进行,它们会变得不溶于油并主要沉淀在排气阀上和排气管中,这些都是最热的零部件,经进一步地烘烤后,这些沉淀物会转变成含碳很高的材料。这些沉积物会干扰阀座密封,使热的高压气体泄漏回流到气缸中,这些高温气体也会加热吸程时吸入的空气,使其在开始压缩时和排出时温度升高,这种再压缩过程会导致效率下降及流量减少。尽管泄漏率一定时,温度有在一个较高值处达到平衡的趋势,但因为这种作用在每个冲程都会发生,其效果是累积的。沉淀物还会影响排气通道畅通并造成气缸排气压力增加,而且温度也会伴随排气压力上升而增加。这种效应引起的异常高的排气温度会使油液氧化速度更快,从而促进沉积物的进一步积累和温度进一步上升。如果不采取适当措施,这种循环最终还会导致起火或爆炸。

  被压缩的空气中常常有各种污染物,硬颗粒会对气缸表面形成磨粒磨损,并带来干扰活塞环和阀座的麻烦。一些污染物对油液氧化有催化作用,某些夹带的化学物质能直接与油液起反应而形成沉积物。固体沉积物粘附在油润滑表面并有助于在排气阀和排气通道中造成沉积物堆积。很多时候,压缩机中所发现的沉积物主要是污染物加上一小部分油液氧化而形成的碳质材料,如果发现这些类型的污染物,就应改善压缩机吸气端的气体过滤器。向压缩机气缸所加的润滑油都会受到氧化作用,供给气缸的大部分油最后都会通过排气阀脱离气缸,且排气阀处温度最高,所以使供给气缸的润滑油维持在最低水平将有助于这些部位沉积物形成的最小化,以及减少把过多的润滑油带给下游设备的隐患。

  其次,是水分子对润滑系统的影响。空气中的水会随着压缩空气以极高的速度进入到压缩机的气缸中,尤其在空载期间当气缸冷却到其中的空气露点以下时,在气缸中会发生空气冷凝,所形成的水会替代金属表面的油膜,使其生锈。虽然每次空载期间所形成的的生锈量可能很小,而且可能在压缩机下一次启动时会被磨去,然而随着时间的推移,这一过程会导致过度磨损。另外,生锈也会促进油液氧化,生锈产生的颗粒会加速沉积物形成。如果存在这一可能,就应考虑使用有很好防锈能力的油和通过使用可粘附于金属表面的添加剂所增强的油。这种类型的油将有助于减少水分和其它液体在压缩机空载时与金属表面接触的可能性。

  第三,影响运行件润滑的因素。一般影响压缩机轴承润滑的因素有载荷、速度、温度和出现水及污染物,运行中获得充分润滑的主要要求是所用润滑油在工作温度下有合适的粘度。压缩机曲柄箱中循环的很多油被飞溅作用化作细珠或油雾,或受到旋转部件的抛甩。因此,油液氧化的速度和程度取决于其工况和油液抵抗这种化学变化的能力。相对于压缩机气缸、排气阀和排气管道,曲柄箱中油液氧化的条件很缓和。然而,气缸润滑油需要不断补充,而曲柄箱中的润滑油则可能要工作数干小时。

  二、螺杆式空气压缩机润滑系统

  螺杆式空气压缩机有单转子和双转子两种设计形式,也有润滑油与压缩空气接触和不接触两种结构。

  双转子螺杆空气压缩机有两种结构形式。在含油溢流润滑类型中,将润滑油注入到气缸中吸收空气或气体受压缩时产生的热,润滑油在转子之间还可起到密封作用。由于气缸中由润滑转子的油,所以这种机器没有同步齿轮,它们需要外部循环系统控制油温,需要除油系统去除混杂在所排出的压缩空气或气体中的油液。在这种空压机中,除齿轮和轴承需要油润滑外,润滑油还要润滑转子的接触面,必须使气体泄漏最小时,采用润滑密封件。

  在干式螺杆空压机中,气腔内不给油,压缩机油不接触压缩空气,仅润滑轴承、同步齿轮和传动机构。因为转子无润滑,所以需要同步齿轮保持转子间的相互接触,这些压缩机用于提供无油空气和气体。然而,因为在转子之间无油液密封,为了使气体泄漏量最小,运行速度必须相对较高,通常需要对气缸进行水冷,对转子轴承进行油冷。由于干式螺杆空压机需要润滑的部件主要为齿轮和轴承,其轴颈轴承可为普通径向滑动轴承或滚动轴承,而止推轴承可为可倾瓦轴承或者角接触滚动轴承,齿轮为精密切削直齿或斜齿齿轮。

  单螺杆空压机是一种带有齿的轮间转动锥形螺杆。轮齿扫过螺杆的螺纹空腔,使空气通过向上逐渐减少的空间而受到压缩。带齿的星轮主要用于承担作用于轮上的应力和与螺杆空腔侧面接触。机壳中注入润滑油起到润滑、冷却和密封作用,其结构与作用与双螺杆空压机基本一致。

  含油的螺杆式空压机在选择润滑油时,其工作条件相对比较严苛,由于润滑油在压缩机气缸内以较高的循环速度,反复地被加热、冷却,与氧化的接触面积大大增加,受热强度大,且不断受到冷却器中铜、铁等金属的催化,油品易氧化变质。而混入的冷凝液会使润滑油乳化,吸收进的颗粒状杂质、悬浮状粉尘和腐蚀性气体会加速油品的老化。那么,油品的良好氧化安定性、合适的黏度、抗乳化性是确保有效的冷却、密封、防腐蚀和润滑,同时,为了使压缩机油从压缩空气中得到很好的分离和回收,必须选择不易挥发的油。此外,润滑油进入油分离器时,产生的油沫使分油元件浸油严重,导致阻力增大,造成压缩机内部过载,使油耗增大,因此,选择压缩机油时还应具有良好的抗泡沫性。

  三、离心式空气压缩机润滑

  在离心式空压机中,多叶片转子在机壳中以高速旋转,围团在叶轮叶片之间的空气或气体被加速并向外和向前甩出。空气离开叶片端部时压力加大,速度很高,然后进入扩散环。在扩散环中,沿气流方向逐渐增大的面积造成速度减小和压力增大。之后,空气进入螺旋形壳体内,沿气流方向面积的再次增大进一步使速度减小,压力增加。空气穿过叶片向外流动的结果使入口处压力下降,空气被吸入到压缩机中。随着压缩空气的压力增大,流量变大,叶轮转速增加,离心空压机需要多个叶轮进行增压、增速,达到三级、四级甚至更高级来达到工况要求。因此,离心式空压机需要专门的润滑油站来为压缩机运动部件进行润滑、冷却。

  离心式空压机的轴承和齿轮需要润滑,但与空气接触的叶轮、机壳不需要润滑,因此,生产的压缩空气是不含油的。压缩机使用的油膜密封、接触式密封及非接触密封,而与润滑油接触的密封必须用润滑器供油并冷却,以增强密封效果。

  压缩机工作时,先启动润滑油站和冷却系统,柱塞泵将油站中的润滑油注入到压缩机内的运动部件进行润滑、冷却,然后通过换热装置,冷却工作运行后的高温润滑油,最终返回到润滑油站,形成一个循环。

  离心空压机的叶轮在高速运动时,会产生轴向推力,也会产生径向推力。对于轴向推力,一般使用止推轴承支撑全部或部分载荷,并使叶轮在机壳内精确定位。止推轴承通常用角接触球轴承、环形止推轴承、固定瓦和可倾瓦轴承。压缩机的主轴轴承一般为径向滑动轴承,但有时也会用滚动轴承。径向滑动轴承包括止推环、固定瓦和可倾瓦轴承,都用油润滑。对于通过增速齿轮组驱动的压缩机,可能用同一系统润滑驱动齿轮和一个或多个轴承,通过主驱动的油泵由轴承润滑系统提供压力循环油。由于离心式空压机的速度很高,经常使用含防锈和抗氧化添加剂的合成油。某些齿轮传动的节线速度很高,特别在齿轮分轴式高压压缩中,为了减少齿轮啮合处的入口剪切热,需要限制润滑油的粘度。

  四、空压机润滑系统管理维护

  目前,工业上使用空压机的类型很多,尽管各类型空压机结构不同,但润滑系统选用润滑油首先都要保证压缩安全正常运转,并且合理选用润滑油起到节约能源,保护环境的作用。

  1.合理选择压缩机油

  此点对延长设备的使用寿命,提高设备运转的可靠性,防止事故的发生等均有益处,故此必须十分慎重。

  压缩机油的质量选择主要是黏度参数。黏度的选择与压缩机的类型、功率、给油方法和工作条件(出口温度和压力),以及冬夏季节气温变化等有关。要求油的黏度对润滑部位能形成油膜,同时起到润滑、减摩、密封、冷却、防腐蚀等作用。总的来说,选择压缩机油就是要满足压缩机的性能与工作条件。

  2.正确控制给油量和换油指标

  供给压缩机的润滑油量,应在保证润滑和冷却的前提下尽量减少。给油量过多会增加气缸内积碳,使气阀关闭不严、压缩效率下降,甚至引起燃烧、爆炸,并浪费润滑油;给油量过少,润滑及冷却效果不理想,引起压缩机过热,增大机械磨损。因此,必须根据压缩机的压力、排气量和速度以及润滑方式和油的黏度等条件来正确控制给油量,一般要求遍及气缸全面,无块状油膜,不从气缸底部外流,达到合理的供油状况。

  对于压缩机的换油周期,需随着压缩机的构造形成,流量、操作条件、润滑方式和润滑油质不同而异,可以根据油品在使用过程中质量性能的变化情况确定。

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