徐建，金宏春，鄭翠英

(南京壓縮機股份有限公司，江蘇 南京 211178)

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活塞式壓縮機循環(huán)潤滑系統(tǒng)

徐建，金宏春，鄭翠英

(南京壓縮機股份有限公司，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。闡述了壓縮機所需供油量的計算、常用壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)的分析及比較、潤滑系統(tǒng)的控制保護要求及正常維護，根據(jù)不同的機型及功用采用適宜的供油系統(tǒng)，保證了壓縮機正常穩(wěn)定地運行。

關(guān)鍵詞：活塞式壓縮機；循環(huán)；潤滑系統(tǒng)

0前言

活塞式壓縮機是通過傳動機構(gòu)將旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)化為往復(fù)運動的機器。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，到氮氣、氧氣、氫氣、天然氣等。用戶新采購的壓縮機及對原有壓縮機改造對潤滑系統(tǒng)要求存在著這種情況：一種是一味追求高配置，但實際工況根本用不著，造成不必要的采購、維修浪費及場地浪費；另一種本來要求嚴格的工藝流程壓縮機卻因潤滑系統(tǒng)的問題停機檢修，使整個工藝系統(tǒng)停止運行，造成很大的損失。因此必須對壓縮機潤滑系統(tǒng)有一個正確的選擇。

1循環(huán)油量的選定

傳動機構(gòu)之間的摩擦會消耗一定的功率，由機械能轉(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)。就活塞式壓縮機來說，運動機構(gòu)所消耗的能量約為壓縮機總能量的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算：

(1)

式中：P——壓縮機軸功率(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℃。通過以上公式可計算出壓縮機所需的循環(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，油量的需求需適當增大。

2壓縮機循環(huán)潤滑方式

隨著市場不斷變化，活塞式壓縮機的開發(fā)朝著多元化發(fā)展，應(yīng)用于各行各業(yè)。就活塞式壓縮機循環(huán)潤滑系統(tǒng)而言，為了滿足不同機型、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，功率小的壓縮機及名義額定功率<150kW的帶滾子軸承的臥式壓縮機中。

2.2軸頭泵潤滑

此種方式是油泵安裝在曲軸的端部，利用壓縮機曲軸的傳動來帶動油泵運轉(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)與機身結(jié)合在一起，簡單緊湊，具有占用空間小，制造費用低等優(yōu)點。用于小、中型轉(zhuǎn)速高的壓縮機。因油泵的驅(qū)動是通過曲軸傳遞，因此壓縮機的潤滑油量受到曲軸轉(zhuǎn)速的影響。在壓縮機轉(zhuǎn)速低的情況下，油泵的流量減少，會影響潤滑效果，當轉(zhuǎn)速低于一定數(shù)值時，此種結(jié)構(gòu)基本上不適用。另一個缺點是油泵的起動與主機同時進行，這就導(dǎo)致當壓縮機剛起動時，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行盤車或注油以滿足運行要求。而當壓縮機停機時，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，可采用外置單泵潤滑。此種潤滑機構(gòu)是在機身旁設(shè)置一臺油泵機組，油泵的動力來自獨立設(shè)置的電機。這樣就與壓縮機動力脫離，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

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

2.4雙泵潤滑

當壓縮機軸功率>150kW時，為保證壓縮機的可靠運行，宜采用雙泵潤滑。機身油池作為貯油箱，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。主機正常運行時，由壓縮機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，由電機驅(qū)動，通過壓力調(diào)節(jié)器調(diào)節(jié)，設(shè)定當系統(tǒng)油壓低至某一值時自動啟動，當壓力達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)致停機而產(chǎn)生的損失。壓縮機啟動前啟動輔助油泵預(yù)供油和壓縮機停機后輔助油泵啟動后續(xù)補油，從而保證壓縮機各潤滑點不產(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，均由電機驅(qū)動，如圖4。

圖4　簡易稀油站潤滑示意圖

此種機構(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，可保證在壓縮機不停機的情況下，盡可能地對稀油站的故障點進行維修。

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相連。后一種集成度較高，不受主機轉(zhuǎn)速影響。

2.5稀油站潤滑

稀油站潤滑系統(tǒng)為完全獨立的外置潤滑油站，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，另外將油箱與泵、閥、冷卻器、過濾器、加熱器等集成在一起，與壓縮機僅需一個供油口及一個回油口對接。稀油站可配置單獨的控制柜，對油壓、油溫、液位、過濾器壓差進行檢測與監(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、多列壓縮機需要的潤滑油量大，機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)是為了安全保護壓縮機穩(wěn)定運行而設(shè)，針對不同機型及功率的壓縮機采用不同的控制方式，從可靠性，運行工況的重要性、經(jīng)濟性綜合考慮。主要需控制的參數(shù)有：油壓、油溫、液位、過濾器壓差等，控制點越多，投入越多，成本越高。重要工段壓縮機可采用全自動無人操作管理及現(xiàn)場巡檢管理。

a) 壓縮機正常運行工況下的參數(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) 油冷卻水進水溫度≤32℃，回水溫度≤42℃，進水壓力0.3 MPa-0.5 MPa。

b) 壓縮機遠傳聯(lián)鎖項：

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。

雙泵潤滑：正常運行時主油泵工作，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壓縮機自動停機。

2) 潤滑油過濾壓差>0.1MPa報警。

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

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

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，當液位低于最低位時不能起動電加熱器。

4選用原則及維護

4.1選用

a) 根據(jù)壓縮機的技術(shù)參數(shù)計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。間隙運行或有備用機的中、小型壓縮機一般采用軸頭泵單泵潤滑；變轉(zhuǎn)速的壓縮機宜采用外置單泵潤滑；石化、治金等工藝流程用氣體壓縮機循環(huán)潤滑系統(tǒng)應(yīng)符合API 618標準要求，功率>150kW壓縮機采用雙泵潤滑；中大型活塞式壓縮機應(yīng)采用稀油站潤滑系統(tǒng)。以保證不停機維修。

d) 對大型關(guān)鍵用處的壓縮機特殊對待。對油壓、溫度、液位、加熱進行聯(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

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。當油品性能滿足不了指標參數(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，因供氣量的改變而進行了節(jié)能改造，采用變頻控制，根據(jù)轉(zhuǎn)速的改變進行壓縮機氣量調(diào)節(jié)。改造完成，壓縮機耗電量顯著下降，但該機器常出現(xiàn)報警停機現(xiàn)象，給用戶造成損失。

分析原因：因用戶在原有的電機基礎(chǔ)上增加變頻控制器，變頻范圍20～50Hz。而原壓縮機正常運行轉(zhuǎn)速600r/min，在低頻下轉(zhuǎn)速僅240r/min左右。壓縮機采用的是軸頭泵潤滑，當曲軸轉(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。而壓縮機設(shè)定當壓力低于0.1MPa時報警停機。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行要求。

經(jīng)研究將原有軸頭泵改為由電機帶動的外置油泵組，通過配管與主機連接。改進后的壓縮機運行良好，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組，四級四列壓縮，M型，排氣量86m3/min，排氣壓力2.3MPa，壓縮機軸功率900kW。

該機器為苯胺生產(chǎn)線中的關(guān)鍵設(shè)備，需連續(xù)運行，一般大型壓縮機不配備用機。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、油液等進行運行智能化監(jiān)控。通過計算確定油泵的大小。具體如下：

按式(1)確定所需的循環(huán)油量。因四列壓縮機，潤滑點多，能量消耗按30%選取，大型機器機械效率按大值選取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。

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

6結(jié)語

隨著國民經(jīng)濟的發(fā)展，活塞式壓縮機正朝著中、大型機組發(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現(xiàn)不同的自動控制功能。因此從經(jīng)濟性、可靠性考慮，根據(jù)各自功用的壓縮機采用合理的壓力循環(huán)潤滑系統(tǒng)。

參考文獻:

[1] 西安交通大學壓縮機教研室. 活塞式壓縮機設(shè)計[M]. 西安：西安交通大學出版社，1979.

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

[3] 郁永章. 容積式壓縮機技術(shù)手冊[M]. 北京: 機械工業(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

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

收稿日期：2014-12-10

中圖分類號：TH457

文獻標志碼：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，學士，主要從事活塞式壓縮機設(shè)計。