L-DAH46螺桿式空壓機油的研制

楊操，肖峰峰，崔軍，嚴軍表

(江蘇龍蟠科技股份有限公司，江蘇 南京 210038)

0 引言

在當前空氣壓縮機市場格局的變化中，螺桿式空氣壓縮機日益成為主流壓縮機，其中噴油螺桿式壓縮機是目前應用最為廣泛的一種。在這種壓縮機中，潤滑油由油泵壓入壓縮機內部，分別潤滑軸承、轉子、螺桿，并將油直接噴入壓縮機內，以霧狀與壓縮空氣混合，吸收空氣中的壓縮熱，同時在轉子氣缸及覆蓋表面形成油膜，起密封與潤滑作用，然后一起排至儲氣油箱中[1]。因此，壓縮機油對于螺桿式空壓機的運轉具有重要的意義，其對噴油螺桿壓縮機的可靠性、經濟性和壽命影響非常大。

螺桿式空氣壓縮機油以高的循環(huán)速度反復被加熱與冷卻，還將不斷受到銅、鋼等金屬的氧化催化，加劇了老化變質；潤滑油中可能混入冷凝水而使油品嚴重乳化；潤滑油在使用中易受吸入空氣中的顆粒狀雜質、懸浮狀粉塵的影響，加速了油的老化變質等。因此，螺桿式空氣壓縮機油失效的一個主要原因就是壓縮機油被嚴重氧化而引起的黏度增大。傳統(tǒng)的溶劑精制礦物油型基礎油，由于這類基礎油的高溫揮發(fā)量大，熱和氧化安定性較差、易形成積炭的原因，換油周期一般為1000～2000 h。取而代之被廣泛使用的是深度加氫基礎油以及聚α-烯烴(PAO)、聚醚(PAG)、酯類油等多種合成型基礎油，以此滿足用戶對油品高溫穩(wěn)定性和長使用壽命、生物降解性等方面的性能需求[2]。目前一般市場上仍然以礦物油型的壓縮機油為主導，但在OEM市場，合成型產品的使用比例在增加，合成型產品由于具有更廣泛的工作溫度范圍、較少的油泥和結膠形成、較低的油揮發(fā)性導致降低潤滑油消耗、穩(wěn)定的性能引起更低的維護費用，可延長軸承乃至設備的壽命，推薦的換油周期一般為6000～8000 h，并已經成為螺桿式壓縮機制造商的普遍推薦和質保產品，當然產品的價格也很高。

從目前OEM市場的合成型空氣壓縮油產品來看，以雙酯作為基礎油的空壓機油具有導熱系數高、散熱性好等優(yōu)點，但分水抗乳化性差；以PAO作為基礎油的空壓機油具有熱氧化穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性好的優(yōu)點，但抗磨性不如雙酯型空壓機油；以聚醚或聚醚與合成酯為基礎油調制的空壓機油具有積炭少，潤滑性好等優(yōu)點，但與傳統(tǒng)空壓機油相容性差，油品更換比較麻煩，且揮發(fā)性大。并且，這些合成型空壓機油的成本太高，不容易被用戶接受[3]。此外，根據市場調查了解，部分空壓機油在使用一段時候后變黑較快，且酸值變化大。

根據螺桿式空壓機油的工況特點及用戶對高性價比產品的訴求，開發(fā)了換油周期可達4000～6000 h的高性能螺桿式空壓機油，且油品長時間高溫使用不易變黑，酸值變化小等優(yōu)點，以滿足市場的特殊需求。

1 螺桿式空壓機油的性能要求

在噴油螺桿式空壓機中，潤滑油的作用包括：(1)潤滑旋轉葉片或者螺桿和它們的軸承、齒輪；(2)充當轉子間的密封介質；(3)壓縮過程中冷卻空氣；(4)起到防銹的保護作用，并保持油氣分離器的干凈。因此， 螺桿式空壓機油必須具有以下性能要求[4-5]：

1.1 優(yōu)良的抗氧化性

在螺桿式空壓機中，從噴入氣缸壓縮腔到分離器與壓縮氣分離前，潤滑油基本以霧狀存在，其表面積大大增加，與熱的壓縮氣充分混合使?jié)櫥偷臏囟妊杆偕仙?。在壓縮機運轉時，壓縮機油不僅需要吸收機件的摩擦熱，還要吸收壓縮氣體產生的壓縮熱，因而壓縮機油長期處于高溫下工作，導致氧化生成各種膠質物、酸性物質等，使油品顏色變深，酸值增高，黏度增大，并出現沉淀物。因此，油品的氧化安定性是保證其長期安全運行的重要質量指標。

1.2 較好的抗乳化性

螺桿式壓縮機在運行中，潤滑油可能因混入冷凝水而乳化。尤其是潮濕季節(jié)，壓縮機油不斷低與高壓空氣中的水汽相混并劇烈攪動，易導致油品乳化，會使?jié)櫥偷挠湍姸认陆担鼓バ阅?、防銹性能隨之變差，導致壓縮機需要頻繁換油。因此，螺桿式空壓機油要具有較好的抗乳化性和油水分離性能。

1.3 較好的抗磨性能

壓縮機油在潤滑壓縮腔內的轉子、軸承和齒輪等部件時，需要保證良好的潤滑性能，防止異常磨損。

1.4 生成積炭的傾向要小

在螺桿式空壓機中，潤滑油反復地經受加熱和冷卻，因此易老化變質，最終生成積炭。積炭不僅會造成壓縮腔和排氣閥的磨損，還會使排氣閥失靈，殘?zhí)恳矔黾咏饘俚臒嶙?，引起局部過熱。除造成壓縮機機械故障外還會引起壓縮機著火爆炸。因此，潤滑油的清凈性要好，不易產生積炭。

1.5 優(yōu)良的防腐防銹性

連續(xù)運轉的螺桿式空壓機反復地被加熱和冷卻，或由于長期不用、間歇使用，均會引起壓縮機零件表面銹蝕；油品氧化產生的酸性物質也極易導致腐蝕。因此，螺桿式空壓機油應具有優(yōu)良的防腐防銹性能。

2 配方的篩選與評定

本文的研制目標是通過薄層高溫氧化試驗(參照SH /T 0337方法建立)和潤滑油老化特性測定法(SH/T 0192)對油品的高溫抗氧化性進行測評，重點分析不同油品配方老化后殘渣量、黏度變化、酸值變化及外觀變化等指標情況，確定最佳的基礎油和復合添加劑組合，并開發(fā)出具有高溫不易變色，酸值變化小等特點的螺桿式空壓機油。

2.1 基礎油的選擇

基礎油質量的好壞直接關系到壓縮機油的使用壽命，而對于礦物基礎油，基礎油的質量又與其精制深度有直接的關系。深度加氫精制基礎油的重芳烴、膠質含量少，殘?zhí)康停寡趸院?，它在壓縮機系統(tǒng)中積炭傾向小、油水分離性好。對于合成油，如聚α-烯烴、酯類油、聚醚、硅油等，具有黏度指數高、閃點高、蒸發(fā)損失小、抗氧化性好等諸多優(yōu)點，但成本較高。其中，聚醚型基礎油由于具有高黏度指數、良好的低溫流動性、高的閃點和良好的潤滑性能，而且在高溫(>220 ℃)有氧的存在下容易斷鏈生成的低分子氧化產物，能溶解在油中或迅速揮發(fā)掉，因而在高溫下使用不會生成沉積物和膠狀物。綜合考慮，研制油選擇以加氫三類基礎油150N和二類油500N為主，添加部分油溶性聚醚基礎油OSP32，以改善油品的抗氧化性和抗結焦性。基礎油的具體指標見表1。

表1 基礎油的性能數據

考察了分別采用三類150N與二類500N及三類150N、二類500N和15%的OSP32作為基礎油，采用相同的空壓機油專用復合添加劑A，調制成DAH 46#，對其指標進行相關測評，并著重考察了其高溫氧化穩(wěn)定性情況，高溫氧化試驗方法：(1)薄層高溫氧化試驗：采用表面皿中加入2.5 g的油品形成薄層，將油品放入烘箱中，從常溫升溫至210 ℃后，在210 ℃下恒溫放置12 h后，冷卻至室溫放置12 h后，再升溫220 ℃，在220 ℃下恒溫放置12 h，再冷卻至升溫，觀察油品變化、蒸發(fā)損失量及殘渣重。(2)采用SH/T 0192-1992《潤滑油老化特性測定法》：在 200 ℃溫度下，將空氣兩次通入試樣使之老化，每次8 h。按GB/T 268測定老化前、后試樣殘?zhí)?，黏度變化及酸值變化。具體結果見表2。

表2 不同基礎油調配油品的性能對比

從表2的數據可以看出，加入一定量的OSP32后，油品的高溫抗氧化性能得到了大大改善，尤其是氧化后的酸值和黏度變化小，相比不加OSP32基礎油，酸值變化降低了約25%。由此可見，采用礦物基礎油調制螺桿式空壓機油時，通過加入適量的OSP，建議量在10%～30%，可明顯改善油品的高溫抗氧化性能。但正如表1中所示，OSP32的蒸發(fā)損失較大，因此其加入量不宜太大，否則會導致蒸發(fā)損失比較大，增大油品損耗。

2.2 添加劑的篩選研究

對目前幾家國際添加劑公司用于調配空氣壓縮機油專用復合添加劑A、B、C進行了對比測評，各復合劑的加入量以添加劑報告推薦量為依據，篩選出最優(yōu)的用于調配螺桿式空壓機油的專用復合劑。幾種專用復合劑的典型參數見表3。

表3 幾種復合劑的典型數據

分別采用上述3種專用復合添加劑，以三類150N、二類500N和15%的OSP32作為基礎油調配成DAH46螺桿式空壓機油，并對其性能進行分析，結果見表4。

表4 采用不同復合劑調配的DAH46空壓機油性能對比

從表4的數據可以看出，采用復合劑C調制油品長時間高溫后容易出現沉積物，且氧化后酸值變化大，抗磨性能相比其他兩個添加劑要差。綜合來看，空壓機油復合添加劑B的性能較好，但在旋轉氧彈和抗磨性能方面需要進一步提高。

為此，在復合劑B的基礎上補加適量的胺型高溫抗氧劑和二硫代磷酸鹽抗磨補強劑，以提高螺桿式空壓機的抗氧化性和抗磨性。油品補強后的性能對比見表5。

表5 補強后的螺桿式空壓機油性能

2.3 油品全配方的組成及性能

根據基礎油及復合添加劑、補強劑的篩選研究結果，確定了L-DAH46螺桿式空壓機的配方組成如下：基礎油：39.8%三類150N+43%二類500N+15%OSP32；添加劑：1.0%專用復合添加劑B+0.8%胺型抗氧劑+0.1%二硫代磷酸鹽；聚甲基丙烯酸酯降凝劑：0.3%；硅型抗泡劑：25 μg/g。采用上述配方調制而成的L-DAH46螺桿式空壓機油，做全指標分析，結果見表6。

表6 研制的L-DAH46螺桿式空壓機的理化指標

2.4 油品使用性能評價

研制油L-DAH46螺桿式空壓機油在某汽車制造廠阿特拉斯螺桿式空壓機上進行了6000 h的試用評價，并對試驗后的油樣進行分析，結果見表7。

表7 使用6000 h后研制油品的理化指標

從表7的數據可以看出，研制油品使用6000 h后各項性能指標保持良好,均未達到換油指標要求。而且從油樣的磨損元素分析結果來看，Fe、Cu等含量很小，說明研制油的抗磨性能較好，能為螺桿式壓縮機各摩擦部件提供良好的潤滑保護。

3 結論

(1)L-DAH46研制選用加氫基礎油為主，油溶性聚醚基礎油為輔的混合油作為基礎油，并加入專用復合添加劑、抗氧和抗磨補強劑、降凝劑、抗泡劑等調配而成，具體配方組成如下：基礎油：39.8%三類150N，43%二類500N，15%OSP32；添加劑：1.0%專用復合添加劑B；胺型抗氧劑：0.8%；二硫代磷酸鹽抗磨劑：0.1%；聚甲基丙烯酸酯降凝劑：0.3%；硅型抗泡劑：25 μg/g。

(2)經理化性能綜合評定，研制的螺桿式空壓機油具有傾點低、氧化安定性、抗乳化性和抗磨性好等優(yōu)點，尤其是高溫抗氧化性出色，油品經長時間高溫氧化后不變黑，酸值變化小。

(3)現場應用試驗結果表明，研制的L-DAH46空壓機油能夠滿足螺桿式空壓機6000 h的換油周期要求，并對壓縮機內各摩擦副可提供良好的潤滑保護。