楊操，肖峰峰，崔軍，嚴(yán)軍表

(江蘇龍?bào)纯萍脊煞萦邢薰?，江蘇 南京 210038)

0 引言

在當(dāng)前空氣壓縮機(jī)市場格局的變化中，螺桿式空氣壓縮機(jī)日益成為主流壓縮機(jī)，其中噴油螺桿式壓縮機(jī)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種。在這種壓縮機(jī)中，潤滑油由油泵壓入壓縮機(jī)內(nèi)部，分別潤滑軸承、轉(zhuǎn)子、螺桿，并將油直接噴入壓縮機(jī)內(nèi)，以霧狀與壓縮空氣混合，吸收空氣中的壓縮熱，同時(shí)在轉(zhuǎn)子氣缸及覆蓋表面形成油膜，起密封與潤滑作用，然后一起排至儲氣油箱中[1]。因此，壓縮機(jī)油對于螺桿式空壓機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)具有重要的意義，其對噴油螺桿壓縮機(jī)的可靠性、經(jīng)濟(jì)性和壽命影響非常大。

螺桿式空氣壓縮機(jī)油以高的循環(huán)速度反復(fù)被加熱與冷卻，還將不斷受到銅、鋼等金屬的氧化催化，加劇了老化變質(zhì)；潤滑油中可能混入冷凝水而使油品嚴(yán)重乳化；潤滑油在使用中易受吸入空氣中的顆粒狀雜質(zhì)、懸浮狀粉塵的影響，加速了油的老化變質(zhì)等。因此，螺桿式空氣壓縮機(jī)油失效的一個(gè)主要原因就是壓縮機(jī)油被嚴(yán)重氧化而引起的黏度增大。傳統(tǒng)的溶劑精制礦物油型基礎(chǔ)油，由于這類基礎(chǔ)油的高溫?fù)]發(fā)量大，熱和氧化安定性較差、易形成積炭的原因，換油周期一般為1000～2000 h。取而代之被廣泛使用的是深度加氫基礎(chǔ)油以及聚α-烯烴(PAO)、聚醚(PAG)、酯類油等多種合成型基礎(chǔ)油，以此滿足用戶對油品高溫穩(wěn)定性和長使用壽命、生物降解性等方面的性能需求[2]。目前一般市場上仍然以礦物油型的壓縮機(jī)油為主導(dǎo)，但在OEM市場，合成型產(chǎn)品的使用比例在增加，合成型產(chǎn)品由于具有更廣泛的工作溫度范圍、較少的油泥和結(jié)膠形成、較低的油揮發(fā)性導(dǎo)致降低潤滑油消耗、穩(wěn)定的性能引起更低的維護(hù)費(fèi)用，可延長軸承乃至設(shè)備的壽命，推薦的換油周期一般為6000～8000 h，并已經(jīng)成為螺桿式壓縮機(jī)制造商的普遍推薦和質(zhì)保產(chǎn)品，當(dāng)然產(chǎn)品的價(jià)格也很高。

從目前OEM市場的合成型空氣壓縮油產(chǎn)品來看，以雙酯作為基礎(chǔ)油的空壓機(jī)油具有導(dǎo)熱系數(shù)高、散熱性好等優(yōu)點(diǎn)，但分水抗乳化性差；以PAO作為基礎(chǔ)油的空壓機(jī)油具有熱氧化穩(wěn)定性和水解穩(wěn)定性好的優(yōu)點(diǎn)，但抗磨性不如雙酯型空壓機(jī)油；以聚醚或聚醚與合成酯為基礎(chǔ)油調(diào)制的空壓機(jī)油具有積炭少，潤滑性好等優(yōu)點(diǎn)，但與傳統(tǒng)空壓機(jī)油相容性差，油品更換比較麻煩，且揮發(fā)性大。并且，這些合成型空壓機(jī)油的成本太高，不容易被用戶接受[3]。此外，根據(jù)市場調(diào)查了解，部分空壓機(jī)油在使用一段時(shí)候后變黑較快，且酸值變化大。

根據(jù)螺桿式空壓機(jī)油的工況特點(diǎn)及用戶對高性價(jià)比產(chǎn)品的訴求，開發(fā)了換油周期可達(dá)4000～6000 h的高性能螺桿式空壓機(jī)油，且油品長時(shí)間高溫使用不易變黑，酸值變化小等優(yōu)點(diǎn)，以滿足市場的特殊需求。

1 螺桿式空壓機(jī)油的性能要求

在噴油螺桿式空壓機(jī)中，潤滑油的作用包括：(1)潤滑旋轉(zhuǎn)葉片或者螺桿和它們的軸承、齒輪；(2)充當(dāng)轉(zhuǎn)子間的密封介質(zhì)；(3)壓縮過程中冷卻空氣；(4)起到防銹的保護(hù)作用，并保持油氣分離器的干凈。因此， 螺桿式空壓機(jī)油必須具有以下性能要求[4-5]：

1.1 優(yōu)良的抗氧化性

在螺桿式空壓機(jī)中，從噴入氣缸壓縮腔到分離器與壓縮氣分離前，潤滑油基本以霧狀存在，其表面積大大增加，與熱的壓縮氣充分混合使?jié)櫥偷臏囟妊杆偕仙?。在壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，壓縮機(jī)油不僅需要吸收機(jī)件的摩擦熱，還要吸收壓縮氣體產(chǎn)生的壓縮熱，因而壓縮機(jī)油長期處于高溫下工作，導(dǎo)致氧化生成各種膠質(zhì)物、酸性物質(zhì)等，使油品顏色變深，酸值增高，黏度增大，并出現(xiàn)沉淀物。因此，油品的氧化安定性是保證其長期安全運(yùn)行的重要質(zhì)量指標(biāo)。

1.2 較好的抗乳化性

螺桿式壓縮機(jī)在運(yùn)行中，潤滑油可能因混入冷凝水而乳化。尤其是潮濕季節(jié)，壓縮機(jī)油不斷低與高壓空氣中的水汽相混并劇烈攪動，易導(dǎo)致油品乳化，會使?jié)櫥偷挠湍?qiáng)度下降，抗磨性能、防銹性能隨之變差，導(dǎo)致壓縮機(jī)需要頻繁換油。因此，螺桿式空壓機(jī)油要具有較好的抗乳化性和油水分離性能。

1.3 較好的抗磨性能

壓縮機(jī)油在潤滑壓縮腔內(nèi)的轉(zhuǎn)子、軸承和齒輪等部件時(shí)，需要保證良好的潤滑性能，防止異常磨損。

1.4 生成積炭的傾向要小

在螺桿式空壓機(jī)中，潤滑油反復(fù)地經(jīng)受加熱和冷卻，因此易老化變質(zhì)，最終生成積炭。積炭不僅會造成壓縮腔和排氣閥的磨損，還會使排氣閥失靈，殘?zhí)恳矔黾咏饘俚臒嶙?，引起局部過熱。除造成壓縮機(jī)機(jī)械故障外還會引起壓縮機(jī)著火爆炸。因此，潤滑油的清凈性要好，不易產(chǎn)生積炭。

1.5 優(yōu)良的防腐防銹性

連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)的螺桿式空壓機(jī)反復(fù)地被加熱和冷卻，或由于長期不用、間歇使用，均會引起壓縮機(jī)零件表面銹蝕；油品氧化產(chǎn)生的酸性物質(zhì)也極易導(dǎo)致腐蝕。因此，螺桿式空壓機(jī)油應(yīng)具有優(yōu)良的防腐防銹性能。

2 配方的篩選與評定

本文的研制目標(biāo)是通過薄層高溫氧化試驗(yàn)(參照SH /T 0337方法建立)和潤滑油老化特性測定法(SH/T 0192)對油品的高溫抗氧化性進(jìn)行測評，重點(diǎn)分析不同油品配方老化后殘?jiān)?、黏度變化、酸值變化及外觀變化等指標(biāo)情況，確定最佳的基礎(chǔ)油和復(fù)合添加劑組合，并開發(fā)出具有高溫不易變色，酸值變化小等特點(diǎn)的螺桿式空壓機(jī)油。

2.1 基礎(chǔ)油的選擇

基礎(chǔ)油質(zhì)量的好壞直接關(guān)系到壓縮機(jī)油的使用壽命，而對于礦物基礎(chǔ)油，基礎(chǔ)油的質(zhì)量又與其精制深度有直接的關(guān)系。深度加氫精制基礎(chǔ)油的重芳烴、膠質(zhì)含量少，殘?zhí)康?，抗氧化性好，它在壓縮機(jī)系統(tǒng)中積炭傾向小、油水分離性好。對于合成油，如聚α-烯烴、酯類油、聚醚、硅油等，具有黏度指數(shù)高、閃點(diǎn)高、蒸發(fā)損失小、抗氧化性好等諸多優(yōu)點(diǎn)，但成本較高。其中，聚醚型基礎(chǔ)油由于具有高黏度指數(shù)、良好的低溫流動性、高的閃點(diǎn)和良好的潤滑性能，而且在高溫(>220 ℃)有氧的存在下容易斷鏈生成的低分子氧化產(chǎn)物，能溶解在油中或迅速揮發(fā)掉，因而在高溫下使用不會生成沉積物和膠狀物。綜合考慮，研制油選擇以加氫三類基礎(chǔ)油150N和二類油500N為主，添加部分油溶性聚醚基礎(chǔ)油OSP32，以改善油品的抗氧化性和抗結(jié)焦性?；A(chǔ)油的具體指標(biāo)見表1。

表1 基礎(chǔ)油的性能數(shù)據(jù)

考察了分別采用三類150N與二類500N及三類150N、二類500N和15%的OSP32作為基礎(chǔ)油，采用相同的空壓機(jī)油專用復(fù)合添加劑A，調(diào)制成DAH 46#，對其指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)測評，并著重考察了其高溫氧化穩(wěn)定性情況，高溫氧化試驗(yàn)方法：(1)薄層高溫氧化試驗(yàn)：采用表面皿中加入2.5 g的油品形成薄層，將油品放入烘箱中，從常溫升溫至210 ℃后，在210 ℃下恒溫放置12 h后，冷卻至室溫放置12 h后，再升溫220 ℃，在220 ℃下恒溫放置12 h，再冷卻至升溫，觀察油品變化、蒸發(fā)損失量及殘?jiān)亍?2)采用SH/T 0192-1992《潤滑油老化特性測定法》：在 200 ℃溫度下，將空氣兩次通入試樣使之老化，每次8 h。按GB/T 268測定老化前、后試樣殘?zhí)?，黏度變化及酸值變化。具體結(jié)果見表2。

表2 不同基礎(chǔ)油調(diào)配油品的性能對比

從表2的數(shù)據(jù)可以看出，加入一定量的OSP32后，油品的高溫抗氧化性能得到了大大改善，尤其是氧化后的酸值和黏度變化小，相比不加OSP32基礎(chǔ)油，酸值變化降低了約25%。由此可見，采用礦物基礎(chǔ)油調(diào)制螺桿式空壓機(jī)油時(shí)，通過加入適量的OSP，建議量在10%～30%，可明顯改善油品的高溫抗氧化性能。但正如表1中所示，OSP32的蒸發(fā)損失較大，因此其加入量不宜太大，否則會導(dǎo)致蒸發(fā)損失比較大，增大油品損耗。

2.2 添加劑的篩選研究

對目前幾家國際添加劑公司用于調(diào)配空氣壓縮機(jī)油專用復(fù)合添加劑A、B、C進(jìn)行了對比測評，各復(fù)合劑的加入量以添加劑報(bào)告推薦量為依據(jù)，篩選出最優(yōu)的用于調(diào)配螺桿式空壓機(jī)油的專用復(fù)合劑。幾種專用復(fù)合劑的典型參數(shù)見表3。

表3 幾種復(fù)合劑的典型數(shù)據(jù)

分別采用上述3種專用復(fù)合添加劑，以三類150N、二類500N和15%的OSP32作為基礎(chǔ)油調(diào)配成DAH46螺桿式空壓機(jī)油，并對其性能進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。

表4 采用不同復(fù)合劑調(diào)配的DAH46空壓機(jī)油性能對比

從表4的數(shù)據(jù)可以看出，采用復(fù)合劑C調(diào)制油品長時(shí)間高溫后容易出現(xiàn)沉積物，且氧化后酸值變化大，抗磨性能相比其他兩個(gè)添加劑要差。綜合來看，空壓機(jī)油復(fù)合添加劑B的性能較好，但在旋轉(zhuǎn)氧彈和抗磨性能方面需要進(jìn)一步提高。

為此，在復(fù)合劑B的基礎(chǔ)上補(bǔ)加適量的胺型高溫抗氧劑和二硫代磷酸鹽抗磨補(bǔ)強(qiáng)劑，以提高螺桿式空壓機(jī)的抗氧化性和抗磨性。油品補(bǔ)強(qiáng)后的性能對比見表5。

表5 補(bǔ)強(qiáng)后的螺桿式空壓機(jī)油性能

2.3 油品全配方的組成及性能

根據(jù)基礎(chǔ)油及復(fù)合添加劑、補(bǔ)強(qiáng)劑的篩選研究結(jié)果，確定了L-DAH46螺桿式空壓機(jī)的配方組成如下：基礎(chǔ)油：39.8%三類150N+43%二類500N+15%OSP32；添加劑：1.0%專用復(fù)合添加劑B+0.8%胺型抗氧劑+0.1%二硫代磷酸鹽；聚甲基丙烯酸酯降凝劑：0.3%；硅型抗泡劑：25 μg/g。采用上述配方調(diào)制而成的L-DAH46螺桿式空壓機(jī)油，做全指標(biāo)分析，結(jié)果見表6。

表6 研制的L-DAH46螺桿式空壓機(jī)的理化指標(biāo)

2.4 油品使用性能評價(jià)

研制油L-DAH46螺桿式空壓機(jī)油在某汽車制造廠阿特拉斯螺桿式空壓機(jī)上進(jìn)行了6000 h的試用評價(jià)，并對試驗(yàn)后的油樣進(jìn)行分析，結(jié)果見表7。

表7 使用6000 h后研制油品的理化指標(biāo)

從表7的數(shù)據(jù)可以看出，研制油品使用6000 h后各項(xiàng)性能指標(biāo)保持良好,均未達(dá)到換油指標(biāo)要求。而且從油樣的磨損元素分析結(jié)果來看，F(xiàn)e、Cu等含量很小，說明研制油的抗磨性能較好，能為螺桿式壓縮機(jī)各摩擦部件提供良好的潤滑保護(hù)。

3 結(jié)論

(1)L-DAH46研制選用加氫基礎(chǔ)油為主，油溶性聚醚基礎(chǔ)油為輔的混合油作為基礎(chǔ)油，并加入專用復(fù)合添加劑、抗氧和抗磨補(bǔ)強(qiáng)劑、降凝劑、抗泡劑等調(diào)配而成，具體配方組成如下：基礎(chǔ)油：39.8%三類150N，43%二類500N，15%OSP32；添加劑：1.0%專用復(fù)合添加劑B；胺型抗氧劑：0.8%；二硫代磷酸鹽抗磨劑：0.1%；聚甲基丙烯酸酯降凝劑：0.3%；硅型抗泡劑：25 μg/g。

(2)經(jīng)理化性能綜合評定，研制的螺桿式空壓機(jī)油具有傾點(diǎn)低、氧化安定性、抗乳化性和抗磨性好等優(yōu)點(diǎn)，尤其是高溫抗氧化性出色，油品經(jīng)長時(shí)間高溫氧化后不變黑，酸值變化小。

(3)現(xiàn)場應(yīng)用試驗(yàn)結(jié)果表明，研制的L-DAH46空壓機(jī)油能夠滿足螺桿式空壓機(jī)6000 h的換油周期要求，并對壓縮機(jī)內(nèi)各摩擦副可提供良好的潤滑保護(hù)。