王一助 曾海燕 歐勇輝 向 暉

(廣州吉盛潤滑科技有限公司 廣東廣州 510700)

空氣壓縮機是一種復雜的機械設備，其工作時各個子部件協(xié)調(diào)運轉(zhuǎn)，將原動機的動能轉(zhuǎn)化成氣體的壓力能，實現(xiàn)氣體的壓縮和輸送[1]，被廣泛應用于石油化工、機械制造等各類工礦企業(yè)的生產(chǎn)活動?？諝鈮嚎s機有多種分類形式，一般有壓縮氣體方式、排氣壓力、排氣量以及壓縮介質(zhì)等。其中，按照壓縮氣體方式分類是最常用的，可分為容積式和速度式兩大類[2-3]。容積式壓縮機中，螺桿式空氣壓縮機因結(jié)構(gòu)緊湊、造價低、維修費用低、噪聲低等特點而得到廣泛應用[4]。

螺桿式空氣壓縮機有單螺桿和雙螺桿之分，本文作者所研究的壓縮機用油是針對雙螺桿機而研發(fā)。雙螺桿空氣壓縮機在工作運行時，機頭內(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)，其工況相對一般潤滑油品來說較為復雜，對油品在潤滑、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[5-7]。據(jù)文獻查閱，目前螺桿式空氣壓縮機用油大多存在抗氧化性能較差的問題，因而易造成積碳多、油泥多而不能滿足設計壽命需要[8-10]。

本文作者通過選用合適的基礎油、抗氧劑、極壓抗磨劑以及金屬緩蝕劑等功能添加劑，成功研制出一款高性價比綠色環(huán)保型螺桿式空氣壓縮機用油，適用于5 000 h換油周期，并成功應用于螺桿空氣壓縮機實際使用中，且效果良好。

1 壓縮機油配方研究

1.1 基礎油的選擇

螺桿式空氣壓縮機機頭排氣溫度一般都超過80 ℃，連續(xù)運轉(zhuǎn)時機頭溫度會更高，因此對其潤滑油的抗氧化性能要求也十分苛刻。壓縮機油的主要成分是基礎油，為保證其抗氧化、潤滑等性能的實現(xiàn)需要進行功能添加劑的復配，但成品油抗氧化、抗老化能力的優(yōu)劣大部分取決于基礎油性能，因此基礎油的選擇至關重要[11]。目前，適用于調(diào)配螺桿式空氣壓縮機油的基礎油主要有深度加氫礦物油和合成基礎油2大類。其中，由石油原油煉制而成的二類、三類加氫礦物油資源相對豐富，綜合性能價格比較高，使用也較為普遍，但其抗氧化能力差，導致單純用其做壓縮機油基礎油時存在換油周期偏短的問題。合成基礎油一般有聚α烯烴(PAO)、合成酯和聚醚等，因化學結(jié)構(gòu)和成分導致其性能都有所區(qū)別。雖然此類基礎油的綜合性能均十分優(yōu)異，但成本都普遍偏高。因此，綜合考慮加氫礦物油和合成油的性能價格差異，為能充分保證壓縮機油苛刻的使用要求和成本相對較低，礦物油與合成油復配使用成為一個比較好的解決方案。

文中結(jié)合螺桿式空氣壓縮機工作運行的具體要求，對適用于螺桿式空氣壓縮機用油的不同供應商和不同類型的基礎油進行了重要理化性能對比，在添加質(zhì)量分數(shù)0.5%相同基礎抗氧劑的條件下考察抗氧化性能，具體如表1和表2所示，以篩選出綜合性能較好的基礎油與添加劑復配全面的配方實驗研究。

表1 各種類型基礎油理化指標對比

表2 各種類型基礎油的抗氧化性能對比

由表1和表2的實驗結(jié)果可以看出，基礎油2和5的綜合使用性能較好，同時結(jié)合其化學結(jié)構(gòu)，比較適合用于開發(fā)壓縮機用油。因此，擬選用基礎油2和5進行螺桿式空氣壓縮機用油的研發(fā)，通過進一步的實驗研究確定其配比。

1.2 添加劑的選擇

螺桿式空氣壓縮機油主要在抗氧化、抗摩擦磨損以及油水分離等性能方面要求嚴格，這不僅決定油品本身的使用壽命，同時也影響著壓縮機機頭陰陽螺桿的摩擦磨損性能，從而決定整個壓縮機系統(tǒng)的使用壽命。因此，必須選擇合適的功能添加劑，同時還應注意添加劑之間的配伍和協(xié)同性能，以研發(fā)出性能優(yōu)異的壓縮機用油。

如表3所示，文中主要對基礎油與酚類和胺類抗氧劑、金屬鈍化劑、極壓抗磨劑和增溶劑等功能添加劑的復配方面進行配方設計，以篩選出性價比較為合適的產(chǎn)品配方。

表3 油品配方設計

1.3 油品配方的確定

實驗對表3所示的全配方壓縮機油進行了基本的性能指標檢測，結(jié)果如表4所示?？梢钥闯?，設計的10個配方產(chǎn)品基本理化性能指標相差不大，但氧化安定性差異較大。通過將合適比例的酚類抗氧劑和胺類抗氧劑進行搭配，使其協(xié)同抑制油品高溫氧化后自由基的產(chǎn)生，同時輔以金屬鈍化劑，使得配方7、8、9和10在抗氧化和抗腐蝕性能方面更為優(yōu)異，與同類進口品牌專用油相當。因此下文對配方7、8、9和10進行更加深入的極壓和抗摩擦磨損性能研究及全面考察。

表4 各配方油品的性能對比

2 壓縮機油性能評價

2.1 極壓抗磨性能考察

在MRS-10A四球摩擦磨損試驗機上，采用GB/T 3142方法測定壓縮機用油的最大無卡咬負荷pB值，評價各壓縮機油的承載能力。在載荷(392±5)N、轉(zhuǎn)速(1 200±5)r/min條件下，進行60 min摩擦磨損試驗，用四球試驗機附帶的隨機軟件計算壓縮機油的平均摩擦因數(shù)。試驗所用鋼球為上海鋼球廠生產(chǎn)的一級 GCr15標準鋼球，直徑為12.7 mm，硬度為61～65HRC。

常見的螺桿材質(zhì)有45鋼、40Cr、氮化鋼、38CrMoAl及高溫合金等，壓縮機工作時雙螺桿一直處于反復嚙合的狀態(tài)，在潤滑油和空氣一直不斷被壓縮的過程中，由鋼-鋼組成的摩擦副主要以滑動摩擦為主，伴隨一定的沖擊負荷；與此同時，為保證壓縮空氣的有效性，壓縮機油還必須起到良好的密封性能，這就需要在螺桿嚙合時潤滑油膜能夠保證連續(xù)穩(wěn)定地存在。因此，為使空氣壓縮機能穩(wěn)定、長期正常工作，壓縮機油必須具有一定的極壓性能和抗磨性能。四球摩擦實驗之摩擦副也是鋼-鋼摩擦副，借用四球摩擦實驗評價壓縮機油的極壓潤滑性能具有一定的借鑒意義。通過平行實驗對比不同配方產(chǎn)品潤滑性能，結(jié)果如表5所示。從實驗結(jié)果來看，通過復配不同極壓抗磨劑，配方9具有更好的極壓性能和抗摩擦磨損性能，與同類進口品牌專用油相當。

表5 摩擦學性能對比

2.2 抗氧化性能分析

在實機工業(yè)應用前，為保證研發(fā)產(chǎn)品的性能，還需進行可靠性評價。據(jù)調(diào)研，目前還沒有十分有效的螺桿式空氣壓縮機油抗氧化、老化性能評價方法。為此，文中設計了一種氧化模擬評價實驗來評價研發(fā)產(chǎn)品的抗氧化、老化性能。具體實驗方法為：將80 g油樣加入干凈的150 mL廣口玻璃瓶中；取一根長3 m、直徑1.50 mm、純度99.9%的銅絲，用100目砂紙打磨后，經(jīng)95%乙醇溶液清洗、冷風吹干后，繞制成外徑50 mm、高40～42 mm的線圈，放入裝有油樣的玻璃瓶中；將制作好的樣品放入烘箱中在200 ℃下氧化實驗48 h，其中在實驗開始后第12 h和第24 h向油樣連續(xù)泵送空氣6 h；實驗結(jié)束后待樣品恢復常溫后檢測黏度變化、總流失量和顏色變化。實驗結(jié)果如表6所示。另外，選擇某進口品牌專用油與研發(fā)產(chǎn)品進行對比。從測試結(jié)果來看，研發(fā)產(chǎn)品配方9抗氧化性能與參比樣相當，也驗證了配方抗氧體系構(gòu)建的穩(wěn)定性。

表6 模擬氧化測試結(jié)果

3 應用

為考察研發(fā)產(chǎn)品實機使用性能，在推薦換油周期為4 000～6 000 h的螺桿式空氣壓縮機進行工程實機應用。同時，為了驗證產(chǎn)品是否具有多區(qū)域市場推廣價值，在多省份開展實機應用測試。

研發(fā)產(chǎn)品通過陜西、安徽和廣東等地多家螺桿式空氣壓縮機維修服務商進行了為期近2年的實機工業(yè)應用，試驗結(jié)果表明，在實機使用過程中產(chǎn)品性能表現(xiàn)穩(wěn)定，在出口排氣溫度和換油時間方面(實現(xiàn)5 000 h換油周期)可以達到同類進口品牌專用油的產(chǎn)品指標，同時可降低約40%的產(chǎn)品購買成本?？梢姡邪l(fā)產(chǎn)品在滿足國內(nèi)市場使用要求的同時，還可以有效降低企業(yè)的使用成本，提高企業(yè)綜合市場競爭力。

4 結(jié)論

以一定比例的礦物油與合成油復配作為基礎油，通過搭配合適的酚類抗氧劑、胺類抗氧劑、金屬緩蝕劑、極壓抗磨劑等功能添加劑，研發(fā)出一款抗氧化體系穩(wěn)定和極壓抗磨性能優(yōu)異的螺桿式空氣壓縮機油。通過極壓抗磨性能、抗氧化性能考察，其達到同類進口品牌專用油性能標準。實機應用結(jié)果表明，研發(fā)產(chǎn)品性能表現(xiàn)穩(wěn)定，可實現(xiàn)5 000 h長換油周期，且成本相比同類進口專用油可降低約40%。