Компрессорные станции и установки. Часть 3. Масла и системы смазки компрессоров. Водоснабжение

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
И.В. Автономова
КОМПРЕССОРНЫЕ СТАНЦИИ
И УСТАНОВКИ
Часть 3. Масла и системы смазки
компрессоров. Водоснабжение
Рекомендовано Научно-методическим советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана
в качестве учебного пособия
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2012

УДК 69.057.44:621.51
ББК 31.7
А18
Рецензенты: В.Н. Соллогуб, А.В. Чернышев
А18
Автономова И.В.
Компрессорные станции и установки : учеб. пособие. —
Ч. 3 : Масла и системы смазки компрессоров. Водоснабжение / И.В. Автономова. – М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана,
2012. – 72, [4] с. : ил.
Рассмотрены основные свойства масел и требования, предъявляемые к маслам, вопросы смазки компрессоров, воздушных компрессорных станций и проектирования системы водоснабжения компрессорных станций.
Для студентов вузов, обучающихся по специальности «Вакуумная
и компрессорная техника физических установок».
УДК 69.057.44:621.51
ББК 31.7
c
⃝МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2012

ПРЕДИСЛОВИЕ
Механизация и автоматизация работ в народном хозяйстве привели к широкому распространению компрессорных станций общего назначения, которые вырабатывают сжатый воздух, повсеместно
используемый как источник энергии.
Часть 3-я учебного пособия «Компрессорные станции и установки» посвящена вопросам, связанным со смазкой компрессоров
и организацией системы водоснабжения.
Рассмотрены основные свойства и требования к маслам,
применяемым для смазки компрессоров, и системы смазки поршневых, винтовых (маслозаполненных и сухих) компрессоров и
турбокомпрессоров.
Отдельная глава посвящена проектированию системы водоснабжения. Рассмотрены выпускаемые в настоящее время градирни, схемы оборотного водоснабжения, охлаждения компрессорных
установок, критерии рационального использования воды и подбора
насосов для системы оборотного охлаждения воды.

ОСНОВНЫЕ СОКРАЩЕНИЯ
ВК
— винтовой компрессор
ВКМ
— винтовой компрессор, маслозаполненный
ВКС
— винтовой компрессор сухой
КС
— компрессорная станция
КУ
— компрессорная установка
МЗКС — машинный зал компрессорной станции
ПК
— поршневой компрессор
ПКС
— передвижная компрессорная станция
РПК
— ротационный пластинчатый компрессор
РЖД
— Российские железные дороги
РК
— роторный компрессор
ТК
— трохоидный компрессор
ЦК
— центробежный компрессор

1. МАСЛА И СИСТЕМЫ СМАЗКИ КОМПРЕССОРОВ
1.1. Масла
В настоящее время выпускают компрессоры трех видов:
— сухие;
— со смазкой;
— маслозаполненные.
В сухих компрессорах в полостях сжатия масло и его пары
отсутствуют. Масло может подаваться для смазки механизма движения, подшипников, сальников и синхронизирующих шестерен.
В компрессорах со смазкой и маслозаполненных масло поступает непосредственно в полости сжатия и для смазки механизма
движения, подшипников, сальников и синхронизирующих шестерен.
В компрессорах со смазкой масло выполняет следующие функции:
— уменьшает трение между сопряженными деталями;
— снижает износ и предотвращает задиры трущихся поверхностей;
— отводит теплоту от трущихся поверхностей;
— защищает поверхности трущихся деталей от коррозионного
воздействия среды;
— уплотняет зазоры между сопряженными деталями;
— удаляет из зоны трения продукты износа, коррозии и прочие
загрязнения.
Рекомендованы следующие нормы расхода q масла при смазке
цилиндров ПК (г/м2):
— для ПК низкого и среднего давления q = 0,002 . . . 0,0025;
— для ПК высокого давления (p ⩾5,0 МПа)
q = 0,000 14 + 0,000 79Δp,
5

где p — давление нагнетания, МПа; Δp — разность между давлениями всасывания и нагнетания.
В маслозаполненных компрессорах масло выполняет все перечисленные функции, но основной является отвод теплоты, выделяющейся при сжатии газа. Рекомендуемый при этом расход масла
при сжатии 1 м3/мин воздуха составляет 5 . . . 8 кг/м3.
Кроме того, масла не должны образовывать пены при контакте с воздухом или стойких эмульсий с водой, но быть способны
эмульгировать. Они должны хорошо фильтроваться через фильтрующие элементы, быть нетоксичными и без неприятного запаха.
В ПК, ВК и РПК смазочное масло находится в контакте со
сжимаемым газом. При сжатии повышается температура, поэтому
для эффективной и безопасной работы компрессоров масла должны обладать высокой термической стабильностью и способностью
предотвращать или сводить к минимуму образование коксообразных масляных отложений.
Образование отложений кокса зависит от термической стабильности масла, а также его вязкости. Масло более низкой вязкости
быстрее перемещается по нагнетательному тракту компрессора и
образует меньше отложений в системе нагнетания.
Компрессорные масла производят из нефтяных базовых масел
(основы), которые являются сложными смесями, состоящими из
парафиновых, ароматических и нафтеновых углеводородов, а также из кислород-, серо- и азотсодержащих органических соединений и смолисто-асфальтеновых веществ. От элементного состава
и строения молекул углеводородов зависят плотность, вязкость,
температуры кипения и застывания и другие физико-химические
свойства масел.
Применительно к компрессорным машинам вязкость считается
одной из основных эксплуатационных характеристик масла. От
вязкости зависят потери энергии на трение, износ и температура
поверхностей трения, уплотнение зазоров, время запуска компрессора.
Вязкость — свойство жидкости сопротивляться относительному сдвигу ее частиц, вызываемое появлением касательных напряжений τ (Н/м2) между слоями жидкости, если они имеют разные
скорости u (м/с) движения.
6

Динамическая вязкость μ (Па·с), является коэффициентом
пропорциональности в уравнении Ньютона τ = μ(du/dn), здесь
du/dn — градиент скорости в направлении движения жидкости n.
Вязкость масла существенно зависит от давления. Зависимость
выражается уравнением
μр = μ0eap,
где μр и μ0 — соответственно динамическая вязкость при давлении
р и атмосферном давлении; e — основание натурального логарифма; ap — пьезокоэффициент вязкости, Па−1· с−1. Для нефтяных
масел ap = 0,001 . . . 0,004.
Кроме динамической используется кинематическая вязкость ν
(м2/с). Кинематическая вязкость ν = μ/ρ, здесь ρ — плотность
масла, кг/м3.
Подразделение масел по вязкости основано на общей вязкостной классификации масел ИСО 3448–75. Средняя кинематическая
вязкость масла в ней приводится при температуре 40 ◦С в отличие
от температуры 50 и 100 ◦С, как было ранее.
Для характеристики вязкости также используют понятие индекс
вязкости (ИВ):
ИВ = (L −ν)/(L −H),
где L — кинематическая вязкость эталонного масла с ИВ = 0 при
t = 37,8 ◦С; H — кинематическая вязкость эталонного масла с
ИВ = 100 при t = 37,8 ◦С; ν — кинематическая вязкость исследуемого масла при t = 37,8 ◦С. ИВ вычисляют для температур
37,8 и 98,9 ◦С.
Указанный индекс характеризует степень изменения кинематической вязкости масла в зависимости от температуры, т. е. пологость кривой зависимости кинематической вязкости от температуры. Изменение температуры масел с высоким ИВ мало влияет на
кинематическую вязкость, поэтому их чаще применяют в компрессоростроении.
Температура вспышки масла Tвсп — это температура, при которой на поверхности испарения пары масла образуют с воздухом
смесь, вспыхивающую при поднесении открытого пламени и быстро потухающую. Температура вспышки зависит от наличия в
7

маслах легколетучих фракций. Температуру вспышки не следует
путать с температурой воспламенения масла.
Температура воспламенения масла Tвоспл — это температура,
при которой смесь паров масла и воздуха при поднесении открытого пламени загорается и продолжает гореть не менее 5 с.
Температура застывания маслаTзаст — температура, при которой масло загустевает так, что при наклоне пробирки с маслом на
45◦уровень в пробирке остается неподвижным в течение 1 мин.
Она показывает возможность прокачивания масла при низких температурах.
Кислотность характеризует агрессивность масла по отношению к конструкционным, электроизоляционным и уплотнительным материалам. Кислотность определяется кислотным числом —
массой КОН в одном грамме масла. Для синтетических масел характер среды (кислотный или щелочной) зависит от концентрации
ионов водорода и определяется по рН. Нейтральная среда отвечает
рН = 6,5 . . . 7, 0.
Стабильность масла — способность противостоять окислению
кислородом воздуха. Стабильность описывается выраженным в
процентах отношением массы осадка, образовавшегося в масле
при его глубоком старении, к первоначальной массе масла. Часто
пользуются также числом Слея, которое показывает массу осадка (мг), полученного в результате длительной (2 . . . 3 ч) выдержки
десяти граммов масла при температуре 200 ◦С в присутствии кислорода.
Смазывающие свойства [1] масел влияют на работоспособность поверхностей трения путем максимального уменьшения износа и трения. Они оцениваются показателем износа, антифрикционными и противозадирными свойствами. Смазывающие свойства позволяют судить о способности масел предотвращать любой
вид удаления материала с контактирующих поверхностей (умеренный износ, задир, выкрашивание, коррозионно-механический,
абразивный). При работе узлов и механизмов в условиях гидродинамического режима трения требования по смазывающим свойствам обеспечиваются нефтяными маслами соответствующей вязкости без присадок, в условиях граничной смазки эти свойства
не обеспечиваются естественным составом нефтяных масел. Для
8