活塞式壓縮機(jī)循環(huán)潤滑系統(tǒng)

徐建，金宏春，鄭翠英

(南京壓縮機(jī)股份有限公司，江蘇 南京 211178)

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活塞式壓縮機(jī)循環(huán)潤滑系統(tǒng)

徐建，金宏春，鄭翠英

(南京壓縮機(jī)股份有限公司，江蘇 南京 211178)

摘要：壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)是絕大部分活塞式壓縮機(jī)不可缺少的組成部分，如何合理的匹配是關(guān)鍵。闡述了壓縮機(jī)所需供油量的計(jì)算、常用壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的分析及比較、潤滑系統(tǒng)的控制保護(hù)要求及正常維護(hù)，根據(jù)不同的機(jī)型及功用采用適宜的供油系統(tǒng)，保證了壓縮機(jī)正常穩(wěn)定地運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機(jī)；循環(huán)；潤滑系統(tǒng)

0前言

活塞式壓縮機(jī)是通過傳動機(jī)構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運(yùn)動轉(zhuǎn)化為往復(fù)運(yùn)動的機(jī)器。在缺油或少油的情況下，在摩擦副表面難以形成動力油膜，摩擦表面很快產(chǎn)生高溫破壞，如燒瓦、軸承破損、甚至導(dǎo)致傳動軸破壞等嚴(yán)重問題。另一方面，潤滑油過多也是有害的，會造成耗油量增加，流動阻力損失增大等。因此，正確選用循環(huán)潤滑系統(tǒng)是關(guān)鍵。

隨著活塞式壓縮機(jī)用途越來越廣泛，特別是在化工、冶金等行業(yè)，介質(zhì)從單一的空氣，到氮?dú)?、氧氣、氫氣、天然氣等。用戶新采購的壓縮機(jī)及對原有壓縮機(jī)改造對潤滑系統(tǒng)要求存在著這種情況：一種是一味追求高配置，但實(shí)際工況根本用不著，造成不必要的采購、維修浪費(fèi)及場地浪費(fèi)；另一種本來要求嚴(yán)格的工藝流程壓縮機(jī)卻因潤滑系統(tǒng)的問題停機(jī)檢修，使整個工藝系統(tǒng)停止運(yùn)行，造成很大的損失。因此必須對壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)有一個正確的選擇。

1循環(huán)油量的選定

傳動機(jī)構(gòu)之間的摩擦?xí)囊欢ǖ墓β?，由機(jī)械能轉(zhuǎn)為熱能。產(chǎn)生的熱能是有害的，須從摩擦表面導(dǎo)走。往復(fù)活塞式壓縮機(jī)循環(huán)油量的大小主要決定于能否帶走摩擦表面產(chǎn)生的熱量，使摩擦面能維持在合理的工作溫度之內(nèi)。就活塞式壓縮機(jī)來說，運(yùn)動機(jī)構(gòu)所消耗的能量約為壓縮機(jī)總能量的20%～30%(帶十字頭消耗的多，不帶十字頭的消耗的少)。因此循環(huán)油量的確定可按下面公式計(jì)算：

(1)

式中：P——壓縮機(jī)軸功率(kW)

ρ——潤滑油密度(kg/ m3)，一般油取0.9×103kg/ m3

C——潤滑油比熱容(kJ/kg.K)

△t——潤滑油溫升(℃),一般取△t=15℃～20℃。

η——機(jī)械效率，一般取0.82～0.92,，無十字頭的取低些。

潤滑油供油溫度通常最大不超過55℃。通過以上公式可計(jì)算出壓縮機(jī)所需的循環(huán)油量，考慮到油泵的容積效率，選取油泵排量時應(yīng)取潤滑油量的1.5至2倍。壓縮機(jī)列數(shù)越多，摩擦副也就越多，油的損耗也越多，油量的需求需適當(dāng)增大。

2壓縮機(jī)循環(huán)潤滑方式

隨著市場不斷變化，活塞式壓縮機(jī)的開發(fā)朝著多元化發(fā)展，應(yīng)用于各行各業(yè)。就活塞式壓縮機(jī)循環(huán)潤滑系統(tǒng)而言，為了滿足不同機(jī)型、不同行業(yè)的要求，現(xiàn)在飛濺潤滑、軸頭泵潤滑、外置單泵潤滑、外置雙泵潤滑、稀油站潤滑等多種系統(tǒng)可供選用。

2.1飛濺潤滑

主要用于小型或無十字頭壓縮機(jī)中，它靠連桿大頭端下方的油勺從油池帶出拋至各處而形成油滴和油霧借以潤滑各摩擦副處。此潤滑方式結(jié)構(gòu)簡單、緊湊，但油得不到冷卻，也無法過濾其中的雜質(zhì)。故該潤滑方式適用范圍窄，僅適用于活塞力不大，功率小的壓縮機(jī)及名義額定功率<150kW的帶滾子軸承的臥式壓縮機(jī)中。

2.2軸頭泵潤滑

此種方式是油泵安裝在曲軸的端部，利用壓縮機(jī)曲軸的傳動來帶動油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，產(chǎn)生壓力油經(jīng)曲軸、連桿、十字頭上加工的導(dǎo)油孔傳遞至各摩擦符表面，熱量經(jīng)潤滑油液帶回到機(jī)身貯油腔中。流程如圖1。

圖1　軸頭泵潤滑示意圖

這種潤滑結(jié)構(gòu)與機(jī)身結(jié)合在一起，簡單緊湊，具有占用空間小，制造費(fèi)用低等優(yōu)點(diǎn)。用于小、中型轉(zhuǎn)速高的壓縮機(jī)。因油泵的驅(qū)動是通過曲軸傳遞，因此壓縮機(jī)的潤滑油量受到曲軸轉(zhuǎn)速的影響。在壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速低的情況下，油泵的流量減少，會影響潤滑效果，當(dāng)轉(zhuǎn)速低于一定數(shù)值時，此種結(jié)構(gòu)基本上不適用。另一個缺點(diǎn)是油泵的起動與主機(jī)同時進(jìn)行，這就導(dǎo)致當(dāng)壓縮機(jī)剛起動時，摩擦部位在短期內(nèi)會出現(xiàn)少油或缺油的情況。因此需注意在起動之前進(jìn)行盤車或注油以滿足運(yùn)行要求。而當(dāng)壓縮機(jī)停機(jī)時，油泵也停止工作，這時摩擦副表面的余熱不易帶走，會對運(yùn)動副產(chǎn)生不利的影響。

2.3外置單泵潤滑

為克服軸頭泵潤滑的缺點(diǎn)，可采用外置單泵潤滑。此種潤滑機(jī)構(gòu)是在機(jī)身旁設(shè)置一臺油泵機(jī)組，油泵的動力來自獨(dú)立設(shè)置的電機(jī)。這樣就與壓縮機(jī)動力脫離，可輸出恒定的流量。此種結(jié)構(gòu)需配置外部油管道。流程如圖2。

圖2　外置單泵潤滑系統(tǒng)示意圖

這種潤滑機(jī)構(gòu)用于轉(zhuǎn)速較低的壓縮機(jī)。特別是壓縮機(jī)為了降低能耗，采用變頻方式調(diào)節(jié)壓縮機(jī)轉(zhuǎn)速，選用這種方式的潤滑會保證壓縮機(jī)恒定的供油量，提高運(yùn)動機(jī)構(gòu)的使用壽命。

2.4雙泵潤滑

當(dāng)壓縮機(jī)軸功率>150kW時，為保證壓縮機(jī)的可靠運(yùn)行，宜采用雙泵潤滑。機(jī)身油池作為貯油箱，不帶外置油箱。通常方式有兩種。

1) 軸頭泵作為主油泵，外置并聯(lián)的輔助油泵，如圖3所示。主機(jī)正常運(yùn)行時，由壓縮機(jī)曲軸帶動的軸頭泵供油，輔助油泵不工作。外置油泵作為輔助油泵，由電機(jī)驅(qū)動，通過壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，設(shè)定當(dāng)系統(tǒng)油壓低至某一值時自動啟動，當(dāng)壓力達(dá)到另一值時停輔助泵，這樣在主油泵工作不正常時可通過輔助油泵的聯(lián)動來滿足使用要求，減小因主油泵的故障導(dǎo)致停機(jī)而產(chǎn)生的損失。壓縮機(jī)啟動前啟動輔助油泵預(yù)供油和壓縮機(jī)停機(jī)后輔助油泵啟動后續(xù)補(bǔ)油，從而保證壓縮機(jī)各潤滑點(diǎn)不產(chǎn)生少油及缺油現(xiàn)象。

圖3　軸頭泵與外置油泵雙泵潤滑示意圖

2) 簡易稀油站型式。雙泵外置，均由電機(jī)驅(qū)動，如圖4。

圖4　簡易稀油站潤滑示意圖

此種機(jī)構(gòu)在主油路上設(shè)置主油泵并聯(lián)一個輔助油泵，可保證當(dāng)主油泵損壞的情況下可啟動輔助油泵供油，油冷卻器后設(shè)有帶恒流轉(zhuǎn)換閥的雙筒精過濾器，當(dāng)過濾器壓差大于一定值時，可保證在系統(tǒng)壓力恒定的情況下手動切換至另一過濾器使用。而原工作濾芯可取出清洗或更換。油冷卻器設(shè)旁路管路，在油溫低或拆洗更換油冷芯子時可使用旁路供油。這樣配置，可保證在壓縮機(jī)不停機(jī)的情況下，盡可能地對稀油站的故障點(diǎn)進(jìn)行維修。

以上兩種方式對比，前一種結(jié)構(gòu)簡單，占地面積小，外置單泵通過簡單配管與壓縮機(jī)相連。后一種集成度較高，不受主機(jī)轉(zhuǎn)速影響。

2.5稀油站潤滑

稀油站潤滑系統(tǒng)為完全獨(dú)立的外置潤滑油站，此油站是外置雙泵潤滑系統(tǒng)的延伸，完全具有外置雙泵潤滑的優(yōu)點(diǎn)，另外將油箱與泵、閥、冷卻器、過濾器、加熱器等集成在一起，與壓縮機(jī)僅需一個供油口及一個回油口對接。稀油站可配置單獨(dú)的控制柜，對油壓、油溫、液位、過濾器壓差進(jìn)行檢測與監(jiān)控，油箱的貯油量大，溫度低時可通過電加熱器或蒸汽預(yù)熱，從而易于保證供油系統(tǒng)的壓力和溫度穩(wěn)定。特別是對大型、多列壓縮機(jī)需要的潤滑油量大，機(jī)身滿足不了其貯存油量的情況下，必須配置此種稀油站。其流程參見圖5。

圖5　稀油站潤滑示意圖

3控制系統(tǒng)

潤滑油控制系統(tǒng)是為了安全保護(hù)壓縮機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行而設(shè)，針對不同機(jī)型及功率的壓縮機(jī)采用不同的控制方式，從可靠性，運(yùn)行工況的重要性、經(jīng)濟(jì)性綜合考慮。主要需控制的參數(shù)有：油壓、油溫、液位、過濾器壓差等，控制點(diǎn)越多，投入越多，成本越高。重要工段壓縮機(jī)可采用全自動無人操作管理及現(xiàn)場巡檢管理。

a) 壓縮機(jī)正常運(yùn)行工況下的參數(shù)：

1) 供油壓力一般以0.3MPa～0.4MPa為宜。

2) 供油溫度≤45℃，回油溫度≤55℃，運(yùn)動摩擦部件油溫<70℃，飛濺系統(tǒng)<80℃，油箱溫度正常以40℃-50℃度為宜，油溫過高，油液的粘度降低，油易氧化變質(zhì)，油溫過低，粘度增高，流動性變差，兩者都會引起潤滑不足的狀況。

3) 油冷卻水進(jìn)水溫度≤32℃，回水溫度≤42℃，進(jìn)水壓力0.3 MPa-0.5 MPa。

b) 壓縮機(jī)遠(yuǎn)傳聯(lián)鎖項(xiàng)：

1) 油壓控制常用兩種：

單泵潤滑：采用油壓≤0.15MPa，報警，≤0.1MPa聯(lián)鎖停機(jī)。

雙泵潤滑：正常運(yùn)行時主油泵工作，油壓≤0.25MPa時發(fā)出警示，≤0.2MPa時輔助油泵自動啟動，≥0.3MPa時輔助泵停止，油壓≤0.15MPa壓縮機(jī)自動停機(jī)。

2) 潤滑油過濾壓差>0.1MPa報警。

3) 加熱裝置可設(shè)定當(dāng)油溫≤25℃時工作，油溫>38℃停止。壓縮機(jī)正常運(yùn)行時禁止加熱。

4) 供油溫度>50℃報警、>55℃停機(jī)，油箱溫度>50℃報警、>55℃停機(jī)。

5) 油箱貯油在油箱容積的80%左右，正常液位顯示處于刻度的2/3處，液位設(shè)低位報警聯(lián)鎖。

6) 液位與電加熱聯(lián)鎖，當(dāng)液位低于最低位時不能起動電加熱器。

4選用原則及維護(hù)

4.1選用

a) 根據(jù)壓縮機(jī)的技術(shù)參數(shù)計(jì)算所需潤滑油量的大小，確定選用多大流量的潤滑油泵。

b) 根據(jù)使用環(huán)境溫度及機(jī)器類別確定使用何種粘度及粘度系數(shù)的潤滑油。

c) 根據(jù)壓縮機(jī)的結(jié)構(gòu)型式及工藝要求、成本因素等選定采用何種潤滑方式。間隙運(yùn)行或有備用機(jī)的中、小型壓縮機(jī)一般采用軸頭泵單泵潤滑；變轉(zhuǎn)速的壓縮機(jī)宜采用外置單泵潤滑；石化、治金等工藝流程用氣體壓縮機(jī)循環(huán)潤滑系統(tǒng)應(yīng)符合API 618標(biāo)準(zhǔn)要求，功率>150kW壓縮機(jī)采用雙泵潤滑；中大型活塞式壓縮機(jī)應(yīng)采用稀油站潤滑系統(tǒng)。以保證不停機(jī)維修。

d) 對大型關(guān)鍵用處的壓縮機(jī)特殊對待。對油壓、溫度、液位、加熱進(jìn)行聯(lián)鎖控制。

e) 根據(jù)使用環(huán)境的要求確定是不是需配電加熱器。

4.2維護(hù)

a) 不同潤滑油不可混用，換新油時需放凈原使用的油。

b) 保持潤滑油液的清潔。當(dāng)油品性能滿足不了指標(biāo)參數(shù)要求時需更換。

c) 注意及時更換和清洗發(fā)生堵塞的濾油器濾芯。

d) 注意保持潤滑油系統(tǒng)中的油箱溫度。

5案例

5.1案例

某公司使用LW-40/8空氣壓縮機(jī)，因供氣量的改變而進(jìn)行了節(jié)能改造，采用變頻控制，根據(jù)轉(zhuǎn)速的改變進(jìn)行壓縮機(jī)氣量調(diào)節(jié)。改造完成，壓縮機(jī)耗電量顯著下降，但該機(jī)器常出現(xiàn)報警停機(jī)現(xiàn)象，給用戶造成損失。

分析原因：因用戶在原有的電機(jī)基礎(chǔ)上增加變頻控制器，變頻范圍20～50Hz。而原壓縮機(jī)正常運(yùn)行轉(zhuǎn)速600r/min，在低頻下轉(zhuǎn)速僅240r/min左右。壓縮機(jī)采用的是軸頭泵潤滑，當(dāng)曲軸轉(zhuǎn)速降低時泵的轉(zhuǎn)速也隨之降低，供油量減少，供油壓力降低。而壓縮機(jī)設(shè)定當(dāng)壓力低于0.1MPa時報警停機(jī)。因此出現(xiàn)以上故障。節(jié)能改造后原有的軸頭泵已不能滿足正常運(yùn)行要求。

經(jīng)研究將原有軸頭泵改為由電機(jī)帶動的外置油泵組，通過配管與主機(jī)連接。改進(jìn)后的壓縮機(jī)運(yùn)行良好，再未出現(xiàn)以上情況。

5.2案例

某公司苯胺生產(chǎn)線工程采用氫氣壓縮機(jī)組，四級四列壓縮，M型，排氣量86m3/min，排氣壓力2.3MPa，壓縮機(jī)軸功率900kW。

該機(jī)器為苯胺生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，需連續(xù)運(yùn)行，一般大型壓縮機(jī)不配備用機(jī)。如出現(xiàn)故障直接影響苯胺的生產(chǎn)量，給用戶帶來損失。因此潤滑系統(tǒng)的可靠設(shè)計(jì)是關(guān)鍵，選用了圖5所示的稀油站供油系統(tǒng)，并對油壓、油溫、油液等進(jìn)行運(yùn)行智能化監(jiān)控。通過計(jì)算確定油泵的大小。具體如下：

按式(1)確定所需的循環(huán)油量。因四列壓縮機(jī)，潤滑點(diǎn)多，能量消耗按30%選取，大型機(jī)器機(jī)械效率按大值選取η=0.9，比熱容C=1.88 kJ/kg.K，油站配外置油冷卻器，△t取15℃。代入式(1)中，得循環(huán)油量：

對多列壓縮機(jī)來說，泵的供油量取所需潤滑油量的2倍，因此泵的排量q=2Q=127.5×10-3m3/min= 127.5L/min，根據(jù)泵的系列選用125 L/min的油泵。

該機(jī)組安裝調(diào)試完畢連續(xù)運(yùn)行后，各項(xiàng)性能指標(biāo)均穩(wěn)定。除更換潤滑油外，稀油站的檢修無需停主機(jī)就能完成。確保生產(chǎn)線的可靠運(yùn)行。

6結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，活塞式壓縮機(jī)正朝著中、大型機(jī)組發(fā)展，供油系統(tǒng)從單一的軸頭泵供油潤滑向高集成度、高可靠性的稀油站供油發(fā)展。不同的行業(yè)、不同介質(zhì)的壓縮機(jī)要求不一樣，但最基本的功能原理是一致的，不同的控制組合可實(shí)現(xiàn)不同的自動控制功能。因此從經(jīng)濟(jì)性、可靠性考慮，根據(jù)各自功用的壓縮機(jī)采用合理的壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)。

參考文獻(xiàn):

[1] 西安交通大學(xué)壓縮機(jī)教研室. 活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)[M]. 西安：西安交通大學(xué)出版社，1979.

[2] 汪德濤. 潤滑技術(shù)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，1998.

[3] 郁永章. 容積式壓縮機(jī)技術(shù)手冊[M]. 北京: 機(jī)械工業(yè)出版社，2000.

Piston Compressor Circulation Lubrication System

XU Jian, JIN Hong-chun, ZHENG Cui-ying

(Nanjing Compressor Co., Ltd., Nanjing 211178, China)

Abstract:Forced circulation lubrication system is indispensable to most piston comprssor units, and its reasonable matching is very important. This paper briefly describes the calculation of oil consumption of compressor, analysas and compares the common forced circulation lubrication systems. Control and protection requirements of the lubrication system and its routine maintenance are introduced. Based on various compressor types and application, the suitable lubrication systems are presented to ensure the normal and smoothe operation of the compressors.

Keywords:piston compressor；circulation；lubrication system

基金項(xiàng)目：鐵路油罐車用高壓水射流洗灌器的優(yōu)化設(shè)計(jì)及性能研究(KJy201409)

收稿日期：2014-12-10

中圖分類號：TH457

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：B

文章編號：1671-5276(2015)03-0062-03

作者簡介：徐建(1968-)，男，江蘇南通人， 工程師，學(xué)士，主要從事活塞式壓縮機(jī)設(shè)計(jì)。