螺桿式空氣壓縮機(jī)油的發(fā)展與應(yīng)用

王一助

（廣州國(guó)機(jī)潤(rùn)滑科技有限公司，廣東 廣州 510700）

螺桿式空氣壓縮機(jī)根據(jù)螺桿的個(gè)數(shù)可以分為單螺桿機(jī)和雙螺桿機(jī)；根據(jù)運(yùn)行方式的不同分為無(wú)油壓縮機(jī)和噴油壓縮機(jī)，其中無(wú)油壓縮機(jī)又可分為干式和噴液兩類；根據(jù)被壓縮機(jī)氣體種類和用途的不同，分為空氣壓縮機(jī)、制冷壓縮機(jī)和工藝壓縮機(jī)三種。目前，在實(shí)際的工礦企業(yè)中絕大多數(shù)使用的空氣壓縮機(jī)是雙螺桿機(jī)，因此，一般螺桿式空氣壓縮機(jī)是指雙螺桿壓縮機(jī)，是回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)的一種，本文對(duì)其發(fā)展現(xiàn)狀、專用油現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行系統(tǒng)介紹。

雙螺桿壓縮機(jī)是一種雙軸容積式回轉(zhuǎn)型壓縮機(jī)，由兩根互相嚙合的轉(zhuǎn)子、支撐轉(zhuǎn)子的軸承、密封、墊片及鑄鐵澆鑄的殼體等組成。在機(jī)殼內(nèi)平行配置的兩根互相嚙合的陽(yáng)螺桿為主動(dòng)轉(zhuǎn)子，陰螺桿為從動(dòng)轉(zhuǎn)子。其工作原理是：利用置于氣缸內(nèi)的具有螺旋狀齒槽的陰陽(yáng)兩個(gè)轉(zhuǎn)子間相互嚙合旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，從而造成由齒、齒槽與機(jī)殼內(nèi)壁所構(gòu)成的呈“V”字形的一系列齒間容積呈周期性大小變化，從而完成氣體的吸入、壓縮和排出的整個(gè)工作過程。在輸送過程中，空壓機(jī)設(shè)備的嚙合面會(huì)逐漸向排氣端移動(dòng)，隨著嚙合面與排氣口間齒溝間隙的逐漸減小，齒溝內(nèi)的氣體逐漸被壓縮，壓力提高，就完成了壓縮空氣的過程[1]。

因螺桿式空氣壓縮機(jī)具有低噪、高效等特點(diǎn)，而在日常生活和工業(yè)企業(yè)中得到廣泛應(yīng)用，為保證螺桿式空氣壓縮機(jī)的正常、有效、穩(wěn)定地長(zhǎng)期運(yùn)行，在其運(yùn)行過程中大多使用專用潤(rùn)滑油進(jìn)行潤(rùn)滑，其主要起到潤(rùn)滑、冷卻、密封和清潔內(nèi)部部件的功能。

1 螺桿式空氣壓縮機(jī)及壓縮機(jī)油的發(fā)展

壓縮機(jī)油是一種專用潤(rùn)滑材料，主要應(yīng)用于壓縮機(jī)的螺桿嚙合、氣缸摩擦部位以及進(jìn)氣、排氣、軸承、聯(lián)桿等傳動(dòng)部件的潤(rùn)滑和冷卻，同時(shí)在氣體壓縮過程中起到密封作用[2]。

1.1 螺桿式空氣壓縮機(jī)的發(fā)展

傳統(tǒng)領(lǐng)域的空氣動(dòng)力用螺桿式空氣壓縮機(jī)和新興市場(chǎng)的工藝流程用螺桿式空氣壓縮機(jī)都呈現(xiàn)出了快速增長(zhǎng)的發(fā)展態(tài)勢(shì)，而螺桿主機(jī)作為螺桿式空氣壓縮機(jī)的核心部件，也伴隨著螺桿式空氣壓縮機(jī)市場(chǎng)需求的增長(zhǎng)而穩(wěn)步增長(zhǎng)。近年來，先進(jìn)制造技術(shù)、理論和實(shí)踐中的大量研究成果不斷地應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)，使螺桿式空氣壓縮機(jī)在工礦企業(yè)中得到快速發(fā)展，應(yīng)用前景廣闊，想象空間非常大。

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，近年來壓縮機(jī)在降噪、水潤(rùn)滑技術(shù)、機(jī)電一體化等方面呈現(xiàn)快速發(fā)展趨勢(shì)。與此同時(shí)，壓縮機(jī)數(shù)據(jù)化、網(wǎng)絡(luò)化、信息化也是市場(chǎng)及應(yīng)用需求發(fā)展的方向，目前，已有不少企業(yè)在壓縮機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控、數(shù)據(jù)信息化服務(wù)方面做出了不小的拓展。

1.2 螺桿式空氣壓縮機(jī)用油的種類

螺桿式空氣壓縮機(jī)用油主要由基礎(chǔ)油和功能添加劑經(jīng)工藝調(diào)和而成，根據(jù)所使用的基礎(chǔ)油種類可以分為礦物型、半合成型和全合成型三種類型。

1.2.1 基礎(chǔ)油的種類

工業(yè)潤(rùn)滑材料使用的基礎(chǔ)油種類主要分為以下五類。I 類基礎(chǔ)油：硫含量>0.03%，飽和烷烴含量<90%，粘度指數(shù)：80-100；II 類基礎(chǔ)油：硫含量<0.03%，飽和烷烴含量>90%，粘度指數(shù)：100-120；III 類基礎(chǔ)油：硫含量<0.03%，飽和烷烴含量：99%，粘度指數(shù)：>110；IV 類基礎(chǔ)油：聚α-烯烴；V 類基礎(chǔ)油：I～I(xiàn)V 類以外的其他基礎(chǔ)油，主要有合成酯、聚醚、硅油、含氟油、磷酸酯等。合成基礎(chǔ)油是采用基礎(chǔ)原材料，通過化學(xué)合成的方法生產(chǎn)的基礎(chǔ)油。因其具有定向設(shè)計(jì)的獨(dú)特化學(xué)結(jié)構(gòu)或官能團(tuán)組合，在很多性能上遠(yuǎn)優(yōu)于礦物油或深度加氫精制的礦物油。一般來說，合成基礎(chǔ)油與相應(yīng)功能添加劑調(diào)和而成的潤(rùn)滑油稱之為合成潤(rùn)滑油。

1.2.2 礦物型

礦物型螺桿式空氣壓縮機(jī)油，即以礦物油基潤(rùn)滑油餾分為原料，經(jīng)溶劑脫蠟、溶劑精制和白土處理或加氫補(bǔ)充精制等工藝，并根據(jù)需要加入各種添加劑調(diào)配而成的壓縮機(jī)專用潤(rùn)滑油。

基礎(chǔ)油的分子結(jié)構(gòu)，對(duì)壓縮機(jī)排氣系統(tǒng)的積炭有很大的影響。石蠟基油揮發(fā)性差，薄膜殘?zhí)績(jī)A向大，故生成的積炭比較堅(jiān)硬，不易除去。但石蠟基油經(jīng)過恰當(dāng)深度精制，并加入合適的添加劑后，有較好的抗氧化安定性和較小的薄膜殘?zhí)績(jī)A向。因此，目前市售的礦物型壓縮機(jī)油多是由精制的石蠟基礦物油調(diào)和而成的。

1.2.3 半合成型

半合成螺桿式空氣壓縮機(jī)油是在以礦物油為基礎(chǔ)，添加一定量的合成基礎(chǔ)油，因而可以滿足較重負(fù)荷或工況相對(duì)惡劣的壓縮機(jī)使用，較之礦物型而言能夠有效延長(zhǎng)換油周期，且相對(duì)經(jīng)濟(jì)、降低使用成本。目前，在市面流通的產(chǎn)品中，普遍接受以三次加氫基礎(chǔ)油調(diào)配而成的潤(rùn)滑產(chǎn)品也稱之為半合成型。

1.2.4 全合成型

隨著壓縮機(jī)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對(duì)壓縮機(jī)潤(rùn)滑油的要求也越來越嚴(yán)格，礦物油基壓縮機(jī)油由于分子結(jié)構(gòu)缺陷在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)合無(wú)法滿足實(shí)際需要。為了確保這些壓縮機(jī)可靠且長(zhǎng)久地運(yùn)行，需要研發(fā)更高質(zhì)量的壓縮機(jī)潤(rùn)滑油來替代普通的礦物型和半合成型產(chǎn)品。全合成型壓縮機(jī)油是指用合成基礎(chǔ)油調(diào)配的產(chǎn)品，它具有高溫穩(wěn)定性好、殘?zhí)可?、低傾點(diǎn)和使用壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，適用于環(huán)境溫差大、工況條件苛刻的應(yīng)用場(chǎng)合，能減少對(duì)設(shè)備的維修和停產(chǎn)帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

合成基礎(chǔ)油大部分是聚合物或高分子有機(jī)化合物，主要有合成烴（PAO）、聚乙二醇（PAG）、多元醇酯基礎(chǔ)油等。

（1）合成烴（PAO）

合成烴（PAO）是合成聚α-烯烴，主要由碳?xì)鋬蓚€(gè)元素組成，具有與石蠟基礦物油相類似的化學(xué)結(jié)構(gòu)，但基本性能更加優(yōu)異。PAO 是最常用的合成基礎(chǔ)油，由α-烯烴在催化劑作用下聚合而成，綜合使用性能優(yōu)良。PAO 的優(yōu)點(diǎn)是有很好的低溫流動(dòng)性、低揮發(fā)性、高粘度指數(shù)，加抗氧劑后氧化穩(wěn)定性和高溫穩(wěn)定性好，高粘度等級(jí)產(chǎn)品與密封材料相容性較好、摩擦性能好、與礦物油/酯類油無(wú)限相容、抗腐蝕性好、無(wú)毒；缺點(diǎn)是抗摩擦磨損性能不如酯類和聚醚產(chǎn)品，低粘度等級(jí)產(chǎn)品對(duì)密封材料有收縮/變硬作用，對(duì)某些極性強(qiáng)的添加劑溶解性或感受性差，需要輔加多元醇酯類助溶劑。

（2）聚乙二醇（PAG）

聚乙二醇（PAG）是一種高性能合成基礎(chǔ)油，傳統(tǒng)的PAG 在起始劑存在條件下，環(huán)氧乙烷、環(huán)氧丙烷、環(huán)氧丁烷等原料在催化劑作用下，通過開環(huán)均聚或共聚制得的線性共聚物，主要有水溶性聚醚、水不溶性聚醚和油溶性聚醚等類型。因其具有極高的粘度指數(shù)，優(yōu)異的低溫性能，良好的潤(rùn)滑性能和耐高溫清凈性能，所以在工業(yè)潤(rùn)滑油產(chǎn)品中得到廣泛應(yīng)用。特別是聚醚型合成螺桿式空氣壓縮機(jī)油，因?yàn)榭商峁O佳的潤(rùn)滑性能，在減少設(shè)備發(fā)熱的同時(shí)具有良好的冷卻性能，能有效降低設(shè)備的運(yùn)行溫度，達(dá)到整體延長(zhǎng)設(shè)備保養(yǎng)周期和使用壽命。

PAG 的優(yōu)點(diǎn)是粘度等級(jí)廣泛、粘度指數(shù)高、低溫性能優(yōu)異、沉積控制和設(shè)備清潔性優(yōu)異、水解安定性優(yōu)異、使用安全性高，其缺點(diǎn)是部分品種油溶性差，彈性體相容性差以及高吸濕性。

（3）多元醇酯基礎(chǔ)油

POE 全稱是Polyolester，中文稱為多元醇酯，是一種合成油，在API 的基礎(chǔ)油分類中屬于五類基礎(chǔ)油，主要用于壓縮機(jī)油、冷凍機(jī)油、航空潤(rùn)滑油、可生物降解液壓油。POE 合成油具有出色的耐高溫性能、高溫清凈性、優(yōu)異的低溫性能、抗磨性、添加劑相容性、抗水解性，超高的粘度指數(shù)：一般在150 以上，有的甚至可以達(dá)到200 以上。

多元醇酯型壓縮機(jī)油具有良好的生物降解性、低毒性，其生物降解率大多在80%以上，是環(huán)境友好型產(chǎn)品，因而也越來越得到廣大油品研發(fā)機(jī)構(gòu)和使用單位的認(rèn)可。由于具有超高的粘度指數(shù)，選用較低粘度等級(jí)的產(chǎn)品就能滿足實(shí)際使用要求，從而能收到較好的節(jié)能效果。

2 螺桿式空氣壓縮機(jī)油用主要功能添加劑

螺桿式空氣壓縮機(jī)在工作運(yùn)行時(shí)，機(jī)頭內(nèi)溫度高、轉(zhuǎn)速快，夾雜著吸入空氣中可能的水分或塵埃物質(zhì)，其工況相對(duì)一般潤(rùn)滑油品來說較為復(fù)雜，對(duì)油品在潤(rùn)滑、密封、冷卻、抗氧化、油水分離等性能方面也提出了更高的要求。與此同時(shí)，基礎(chǔ)油耐高溫抗氧化老化、清凈分散、防銹等方面顯然難以滿足，因此需要添加相關(guān)的功能添加劑以提升壓縮機(jī)油性能，來滿足實(shí)際使用要求。下面對(duì)螺桿式空氣壓縮機(jī)油用主要功能添加劑予以介紹。

2.1 抗氧劑

壓縮機(jī)油在貯存和使用過程中，油品與氧氣接觸后因光線或高溫作用，并在細(xì)微金屬粉體的催化或誘導(dǎo)下，發(fā)生一個(gè)先慢后快的氧化反應(yīng)，溫度的提高會(huì)使反應(yīng)速度加快，反應(yīng)過程生成的過氧化物和自由基對(duì)進(jìn)一步推進(jìn)氧化反應(yīng)的發(fā)生也有重要作用[3-4]。

油品氧化后會(huì)帶來一系列不良結(jié)果，如產(chǎn)生酸性物質(zhì)增加對(duì)金屬產(chǎn)生腐蝕的可能性，油品粘度增加消耗機(jī)械功率并降低冷卻性能；嚴(yán)重氧化時(shí)還將產(chǎn)生油泥、沉淀或漆狀薄膜，使機(jī)械零部件運(yùn)轉(zhuǎn)不順或堵死過濾系統(tǒng)等。這些現(xiàn)象的出現(xiàn)，不僅會(huì)使機(jī)器效率降低，而且還可能造成設(shè)備的損壞，增加停工或設(shè)備維修的成本。因此，在壓縮機(jī)油中必須加入抗氧化劑，以提升抗氧化性能，減緩在貯存和使用中的氧化老化現(xiàn)象。

抗氧化添加劑主要通過自由基中止和氫過氧化物清除起到抗氧化作用，自由基中止型主要是含有酚基和胺基的有機(jī)化合物，它能夠消耗油品氧化時(shí)所產(chǎn)生的自由基，而使氧化反應(yīng)中斷。

2.2 防銹劑

壓縮機(jī)系統(tǒng)一般處在有水或含有水汽的空氣環(huán)境中，進(jìn)入系統(tǒng)中的水主要是由于空氣中水汽冷凝而成的，尤其在高濕度的氣候條件下更是如此。因此，即使經(jīng)過脫除水分的潤(rùn)滑油，在這種情況下也會(huì)逐漸吸收水分。當(dāng)壓縮機(jī)在滿載下作連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油溫度一般較高，能使油中的水分蒸發(fā)并隨壓縮空氣一起排出，但當(dāng)壓縮機(jī)在部分載荷下運(yùn)轉(zhuǎn)，或不斷作間歇運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，由于機(jī)內(nèi)溫度較低，潤(rùn)滑油中含有水分的情況就無(wú)法避免，這就可能導(dǎo)致對(duì)金屬部件的銹蝕。

壓縮機(jī)油中加入防銹劑的目的，是利用防銹劑能置換水氣的特性，在金屬表面形成一層薄膜，隔絕周圍水汽與金屬接觸，從而起到防護(hù)金屬機(jī)件免受銹蝕的作用。除了輕負(fù)荷的往復(fù)壓縮機(jī)油（ISO-L-DAA）外，其他類型壓縮機(jī)油都要求加有防銹劑。

2.3 極壓抗磨劑

極壓抗磨劑是潤(rùn)滑油產(chǎn)品中一種常用且十分重要的功能添加劑，主要在摩擦副載荷達(dá)到一定程度，摩擦副間連續(xù)的油膜被破壞，局部表面相接觸時(shí)發(fā)生作用形成致密的化學(xué)反應(yīng)膜，起到防止接觸面燒結(jié)或擦傷的效果。一般來說，極壓抗磨劑有硫、磷、氯等三大類產(chǎn)品，隨著載荷和溫度等極壓條件的不斷變化，氯系、磷系、硫系極壓抗磨劑分別與摩擦副表面發(fā)生反應(yīng)形成穩(wěn)定的化學(xué)反應(yīng)膜，以彌補(bǔ)邊界潤(rùn)滑條件下流體潤(rùn)滑的不足。

3 螺桿式空氣壓縮機(jī)油的發(fā)展趨勢(shì)

隨著工業(yè)生產(chǎn)的飛速發(fā)展和制造工藝的不斷變革，螺桿式空氣壓縮機(jī)也在向高效、智能、緊湊等方向發(fā)展，這也將預(yù)示著壓縮機(jī)運(yùn)行工況會(huì)向高溫、高壓、高速等方向發(fā)展，對(duì)潤(rùn)滑油性能要求也在逐漸提升。但目前由于價(jià)格因素，市面上還是由礦物油型產(chǎn)品占領(lǐng)著大部分壓縮機(jī)油市場(chǎng)，而半合成或合成型壓縮機(jī)油只用于礦物型產(chǎn)品不能承受的各種苛刻工況下的壓縮機(jī)，隨著壓縮機(jī)工業(yè)水平的不斷發(fā)展，高性能的全合成產(chǎn)品需求將不斷旺盛。

作為螺桿式空氣壓縮機(jī)正常運(yùn)行不可或缺的輔助材料，高溫穩(wěn)定性好、高溫下不易生成積炭、使用溫度范圍寬、使用壽命長(zhǎng)等都是壓縮機(jī)油的應(yīng)用發(fā)展方向，以滿足不同應(yīng)用、不同設(shè)計(jì)的壓縮機(jī)潤(rùn)滑特點(diǎn)及潤(rùn)滑要求；其次，隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng)，以及國(guó)家碳中和的實(shí)際需求，節(jié)能、環(huán)保也是壓縮機(jī)油未來發(fā)展的一個(gè)很重要方向?？偠灾?，不論是礦物型、半合成型還是全合成型壓縮機(jī)油產(chǎn)品，都將隨著壓縮機(jī)及其應(yīng)用場(chǎng)景的發(fā)展而進(jìn)行性能升級(jí)，高效、節(jié)能、使用壽命長(zhǎng)和環(huán)保是主要方向，全合成型產(chǎn)品能很好順應(yīng)發(fā)展趨勢(shì)，在未來市場(chǎng)占有率上應(yīng)該會(huì)有較大的提升。

4 結(jié)束語(yǔ)

文章介紹了螺桿式空氣壓縮機(jī)及其用油的發(fā)展現(xiàn)狀、性能，并對(duì)壓縮機(jī)油用基礎(chǔ)油、主要功能添加劑等進(jìn)行了簡(jiǎn)要說明，最后對(duì)螺桿式空氣壓縮機(jī)油的發(fā)展進(jìn)行了展望。