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压缩机/分离/过滤机械 |
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喷油螺杆空气压缩机油路特性探讨 |
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作者：中原工学院 王晓璐 |
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摘要：讨论了喷油螺杆空气压缩机油路系统的基本原理和性能特点，说明了主要零部件的作用，对油路系统使用中的问题和常见故障进行了论述并提出了相应对策。
关键词：喷油螺杆空气压缩机；油路系统；特性；常见故障
0 前言
近年来，随着喷气织机的大量应用及纺织生产自动化程度的提高，作为纺织生产动力的空气压缩机已经大量应用，其中喷油螺杆压缩机因具有运转可靠、寿命长、气量不受排气压力影响、运转平稳不发生喘振等特点而得到广泛应用。
1 工作原理和特性
实用的无油泵喷油螺杆空气压缩机油路，如图1所示。压缩机运行时，混合有大量油雾滴的高温高压空气由压缩机排入油分离器，由于气流在分离器中发生旋转、碰撞及方向改变，空气中大部分油滴沉降在容器底。在分离器内高压作用下，润滑油沿回油管流到温控阀；根据润滑油的温度，温控阀使油部分或全部流经油冷却器，得到温度控制的润滑油在恒定压力下流过油过滤器、断油电磁阀后喷入压缩机螺杆转子腔体及各轴承中。在系统内，润滑油的循环依靠油分离器与主机喷油口、轴承处的压力差进行。
2 零部件的构造和作用
2.1 油分离器
如图2、图3所示。实用中油气分离器有卧式和立式两种，卧式分离器是使空气喷入后撞击弧形表面方向折转，流速大大降低，依靠惯性力使油滴沉降。立式分离器中，油气混合物沿切线喷入筒内后发生旋转，油滴在离心力作用下被甩到筒内壁上，油滴聚集落入容器底部，筒中可设挡板维持气流不断旋转，使分离过程持续。经初次分离后空气中仍含有一些非常细小的油雾滴，它们随空气一起进入分离器上部的滤芯，油气分离滤芯可以是一二个纤维圆筒组成，常见的形式如图4所示；但也可将超细玻璃棉用特种工艺制成滤纸，内外各加一层合成纤维保护，将这三层滤材制成复合滤材做成滤芯，实用中将滤材制出折褶以增加过滤面积。各级滤芯内要设置回油管，接回压缩机入口；回油管上有过滤器、油视镜和节流孔，以保证回油稳定；压缩空气通过滤芯的压降为0.02MPa-0.04MPa。空气经过滤后含油率正常应小于10-6。
图3 立式油气分离器
图4 油气分离滤
2.2 温控阀
经压缩后的空气露点温度上升，而在寒冷季节或压缩启动阶段压缩空气排气温度较低，当其低于空气压缩后露点温度时，压缩空气内水分就会在油气分离器中凝结下来，使润滑油变质。根据有关的资料，喷油将带走相当82%压缩机总功率的热量，故压缩空气排气温度的高低与喷油温度有关。在寒冷季节或压缩启动阶段温控阀关闭，润滑油不经油冷却器冷却，由入口旁通管道直接流过油过滤器到达各工作点，由于吸收压缩过程产生热量，油温逐渐升高，当油温高于50-77C时温控阀开启，部分或全部润滑油流入冷却器。
原国产产品中多为电磁温控阀，近年来通过对进口压缩机技术的消化吸收，蜡制温控阀应用也较多。此种温控阀由阀和控温元件两大部分组成；控温元件包括特种膨胀感温石腊和紫铜壳体，在特定的相变温度下，膨胀石蜡的膨胀应力是一个定值，远大于恒温阀所需的推力。膨胀石蜡密封在壳体中，当温度上升到石蜡熔点时，体积膨胀而推动顶杆，使驱动控温阀的滑阀移动；温度下降时，石蜡遇冷收缩，在弹簧回弹作用下，阀门复位。这种温阀特点：推力大，元件内部石蜡膨胀时能达到200多个大气压，行程温度曲线的线性好，因而控温能力强；元件刚性大，强度高，寿命长。
2.3 油冷却器
油冷却器有风冷却和水冷却两种。水冷却器的形式多为管壳式换热器，在国外产品中有用5-7mm的紫铜管作为换热管，油走管外，水走管内，产品体积很紧凑。风冷式可采用圆心管散热片、（包括大散热片上插入管束）椭圆心管散热片等。近年来铝制板翅式散热器也被广泛用于风冷式冷却器。
2.4 断油阀
压缩机停车时断油阀关闭，否则油分离器、油冷却器内高压润滑油大量倒流回压缩机主机入口，从吸气滤清器中冒出，污染吸气滤芯。开机时，断油阀在压缩机主机排气压力控制下打开，保证油路畅通。
2.5 润滑油
螺杆压缩机的润滑条件和工作环境比较苛刻，润滑油在约0.5-1min内就要循环使用一次；高温时并在有钢、铜等催化剂存在条件下，油品极易氧化变质，因此对氧化性有一定要求，以氧化安定性指标来衡量。另外，由于循环速度快，油处于激烈搅拌状态，极易形成泡沫，特别是启动时运转温度较低，油泡沫不易破坏，大量油泡沫灌进油气分离器，使阻力和油耗增大，造成严重过载超温现象，必须采取抗泡和消泡措施。此项性能以油的抗泡沫性、泡沫倾向和泡沫稳定性度量。由于压缩机冷却器用管和有些零部件为铜或铜合金，易被腐蚀并使油品出现早期氧化变质，形成油泥。空气中的水蒸气灰尘等不可避免地要混入油品中，会使与气体接触的其它零件表面生锈磨损。此两项性能以油的腐蚀指标和防锈试验指标来度量。压缩机在运行中，油不断与空气中冷凝水相遇并被激烈搅拌，容易产生乳化现象，造成油气分离不良、油耗增加，油被乳化会使油膜破坏，造成磨损加剧，故抗乳化性也是油的一个重要性能。压缩机润滑油的其它性能指标有：运动粘度、粘度指数、倾点、闪点、机械杂质、水分、水溶性酸或碱、残炭等。
美国寿力及上海英格索兰的喷油螺杆空气压缩机都采用合成专用润滑油，以保证螺杆转子的寿命。
目前国产润滑油还不能完全取代国外产品或合资产品，故合成专用润滑油价格昂贵，气量35-40m3/h机组正常工作时，每年用油2-3桶。
3 油路系统常见问题与对策
3.1 冷却效果差
在风冷式的油冷却器中，无论是用铝制板翅式、各种心管的单个肋片或整体肋片形式，翅片或肋片的间隙都较小，若空压机房周围环境不清洁、粉尘多或进气风道无滤网、纱窗时，翅片或肋片的间隙极易被堵塞，将会使润滑油降温不充分，循环使用的润滑油把部分热量又带回缸体内，如此循环致使缸体热量积累，排气温度升高，排气量减少，另外润滑油温度高时，油粘度下降，油膜变薄，使螺杆与缸体之间不易形成气密阻力，造成转子与缸体之间的串气内漏，也是排气量减少的原因。根据工厂实际经验，应每3个月清洁冷却器外表面、风扇叶片和机组灰尘，可用压缩空气或蒸汽对风冷器的翅片、肋片吹扫，使其洁净畅通；某厂在进行清洁后，排气温度由105-110C降到75-85C。
在水冷式的油冷却器中，影响冷却效果的主要原因是冷却水的水质，北方地区水质硬度大，有些工厂用自来水或深井水循环使用时，3个月油冷却器内水垢沉积就较严重，必须根据当地水质定期进行化学清洗；所以，有些工厂用软化水作为冷却水循环使用，但运行中管道和换热器内壁表面仍易滋生藻类，影响换热，也应定期清洗。
3.2 油过滤器堵塞
油过滤器前后的压差为0.105-0.140MPa，当大于规定值时应及时更换，具体更换时间为初次使用运行累计50-150h，以后每1000-2000h将需更换。如果压缩机每年运行的时间少于额定时间，滤芯也应在换油时一起换掉。更换时将油过滤器中的脏油放掉，清洗过滤器内部、安装滤芯时应注意检查过滤器中的密封圈或垫片，严防密封不严产生油的旁通，使过滤器失效。
3.3 油质变劣
一般说，影响油使用寿命的因素有：1 吸入空气不纯如含有氧化铁、二氧化碳等，加速油的变质；2 使用过的油排放不干净，与新充进的油混在一起会显著降低新充油的使用寿命（油冷却器中有一定的油容量，有些压缩机的油冷却器位置又较低，不易通过油分离器将其中的旧油排放干净）；3 压缩机运转温度过高，加速油的氧化变质；4 运转温度低于露点温度时冷凝水会进入油中，使用中产生乳化。
各压缩机生产厂都对润滑油的更换周期有严格规定，上海英格索兰润滑油的更换周期为3500h，美国寿力润滑油的更换期为8000h。在条件许可的情况下，用户采用定期抽样检查来确定是否需要更换油；抽样检查主要内容见表1。表1 润滑油变质定量检测项目
 在条件许可时，还应对不溶解物中金属微粒进行分析，具体数值见表2。表2 油样中金属含量的来自场所和最大允许含量
 不同牌号的润滑油不能混用。质量、牌号不同的润滑油混用时会降低油品的性能，并会产生粘性沉积物及漆状沉积物，使油系统堵塞影响油的压送。
出于经济性原因，目前有些使用单位未按要求定期更换润滑油，只是定期加注油，造成油粘度过大，散热差，压缩机排气气温过高，夏季达100C以上。
另外据使用单位经验，夏季雨后空气湿度大，油分离器底部会有水分沉积，应打开分离器底部排油管阀门及时将水分排出。
4 结束语
压缩机的油路系统保持良好状态，是压缩机正常工作的前提。目前应在两方面加强工作，一是进口压缩机油路零配件及润滑油价格昂贵，造成运行费用较高，如目前国内棉纺织厂应用较多的美国某品牌螺杆空气压缩机油气分离器滤芯每套10000多元人民币，一台机器每年需更换一套滤芯；故应加强零配件的国产化工作。另一是使用单位应按操作规程定期更换零件及润滑油，对油路系统内部及风冷却器的肋片外表面和水冷却器的水路进行清洗，全面记录运行数据，对其进行定期分析，找出存在问题，及时检修。(end)
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(3/20/2005) |
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