新型压缩机润滑油研发现状及试验探究
【中国空气压缩机】新开发精品压缩机的高性能和可靠性不仅决定于压缩机本身的设计和制造工艺，也与新品压缩机配套的压缩机油有很大关系。但是对于新产品压缩机适用的润滑油的试验研究却寥寥无几，此种状况影响了压缩机的发展。压缩机制造商与有科研能力的润滑油制造商进行战略合作是必要的，精良的压缩机油会使新开发的精品压缩机的功能发挥到极致。1、新产品压缩机油的现状如果压缩机在研发期，无可非议的做法是找一种认为可用的润滑油试用，而在压缩机研发后期，人们往往却忽视了润滑油的更适应研究。一种得过且过的做法使寻找更适应润滑油的工作如石沉大海，随后就是以讹传讹，互相抄袭，谁也不肯在润滑油方面再增加成本，致使在此方面提高压缩机性能和可靠性的工作停滞不前。原因在于：1）压缩机制造商缺乏熟悉润滑技术的专业技术人员；2）润滑油制造商缺乏对压缩机油的较深一步的了解；3）低成本想法造就了此项工作的无人问津。发动机行业比压缩机行业大得多，竞争更为激烈，发动机油更新换代周期短，这和压缩机状况形成鲜明的对比。其实，压缩机行业的顶尖制造商在暗暗通过特殊的润滑油制造商提高润滑油品的技术研究，从而达到和提高润滑油的适应性，使其压缩机可靠性高踞于群雄之s*。两个例子可以说明压缩机油对压缩机适应性的重要程度。一个例子是：德莱赛公司在国外的近百台的蒸汽透平驱动活塞压缩机一直在持续运行，而鲁西化肥厂从中国德莱赛购进的两台蒸汽透平驱动活塞压缩机却事故频出（包括联轴器故障，减速机高速轴断裂等），该厂中间换过高价减速箱的高弹性联轴器，换过减速机，z*后不得不因为不堪重负而废掉蒸汽透平和减速机，并修改基础，改为同步电机驱动。这中间伤筋动骨的曲折、艰辛、大量人员和资金的浪费，何人能够知晓？而恰恰与之相反的是山东久泰化工科技有限责任公司的蒸汽透平驱动活塞压缩机一直在顺利运行，不少化工企业也前去调研试图取经。问题在哪？蒸汽透平驱动活塞压缩机装置的减速机和压缩机普遍共用同一油箱，该油箱应该加入抗磨液压油，其FZG齿轮失效等级不应小于10。山东久泰化工科技有限责任公司的蒸汽透平驱动活塞压缩机其关键在于他们使用的是抗磨油品；德莱赛在国外的近百台的蒸汽透平驱动活塞压缩机的持续稳定运行也得益于国外压缩机油品的高FZG齿轮失效等级。有一个普遍的事实是：中国的干螺杆压缩机的增速齿轮箱一般装的是普通液压油，诸多用户的干螺杆压缩机3年以后出现齿轮箱异音增大，伤及干螺杆主机。即使购买国外大品牌的干螺杆空压机也不能幸免。但往往同样是一个公司的干螺杆空压机在国外却很少出现这种情况。中国不少的大棉纺厂自行淘汰昂贵的m*无油螺杆空压机，改用SULLAIR的24KT螺杆空压机+后处理器。有些压缩机专家不懂润滑油知识，导致不能正确使用润滑油，使昂贵的干螺杆空压机变得不可靠。2、更适应于压缩机润滑油的研发不同气体压缩机，尤其是螺杆压缩机有不同的润滑油匹配要求，对于新品压缩机更适应的压缩机油的基础油和添加剂配方应遵循：为新精品压缩机研发适应的润滑油应由压缩机专家和润滑油专家结合，通过润滑油样品分析，初步设计压缩机油的功能要求和成本要求，初步设计配方，试调油样，通过台架试验和模拟台架试验，优选配方，并开发不同级别的适用油品。（1）对于不同重点功能要求的新品压缩机，匹配的新压缩机油也应有区别。例如：要求突出高能效的空压机，新压缩机油的重点是支持空压机降低能耗。润滑油制造商一般采用好的油性剂和高效减摩剂，以期由此降低压缩机油的摩擦系数。但是仅此并不会取得理想的效果，此举对能效的贡献率不会超过1%。要想达到理想的效果，可遵循的方法有：1）采用附着力高的基础油；2）追求z*佳的粘度；3）密封效果和摩擦功率消耗的综合z*佳；4）尽量降低空压机的磨损，尽量延长空压机整机和零件的寿命，使空压机的高效工况达到5年或以上。（2）除此以外的研发要求是：1）压缩介质与压缩机油的适应性研究不同的压缩介质有较适应的基础油和匹配的添加剂，能够掌握z*新，z*合理的基础油和匹配的添加剂技术，就有可能研发出适应的新品压缩机油。2）氧化速度控制对于大量使用的烃类化合物基础油调制的压缩机油而言，控制其氧化速度至关重要。抗氧化实验研究主要应遵循GB/T12581-2006（ASTMD943）方法，ASTMD2112，D2272法“旋转氧弹法”。PDSC法适合于短期快速实验，并可用此法得到的数据分析对照上述两种方法得到的数据。抗氧化剂技术在不断发展，抗氧剂单剂的性能和不同抗氧剂的协同效应差别很大；有些其它添加剂也有抗氧化作用，这些添加剂与抗氧剂的协同效应也会出现某些端倪，而令人费解。新品压缩机油的功能和寿命很大程度上取决于该油品的抗氧化水平。3）酸值控制酸值控制应当用GB/T12581-2006（ASTMD943）方法，研究适用于新品压缩机油的配方和寿命。总酸值控制的好的话，会保证新品压缩机不易锈蚀，压缩机的可靠性相应提高。4）粘度控制同一种压缩机可用压缩机油的粘度范围较宽，但对于压缩机的不同功能要求有不同的z*佳粘度。此问题尚未得到压缩机界的共识，精良控制新品压缩机油的粘度，会使新品压缩机更能发挥优势，可能收到意想不到的效果。压缩不同气体的压缩机油（主要是喷油螺杆压缩机油）粘度数值变化很大，用实际气体做实验会更有针对性。加速和变温模拟实验是行之有效的方法，可先人一步取得实验成功。5）FZG齿轮失效等级要大于10有关DIN标准和韩国SK公司要求压缩机油的FZG齿轮失效等级大于10，而其它的润滑油制造商却对此多有微词，从很多例子应该体会到他们的规定不是没有道理的。前述的蒸汽透平驱动活塞压缩机就是惊人一例，而众多干螺杆压缩机增速箱的齿轮和轴承磨损速度就更难于令人满意，究其原因，无不在于抗磨性差，FZG齿轮失效等级过低所致。3、螺杆压缩机油需要特殊的模拟试验其实润滑油的许多试验标准方法都属于模拟实验，例如：四球摩擦试验机，是一种极端载荷试验，其载荷是实际载荷的5000~10倍，只有齿轮的接触载荷能达到z*大无卡咬负荷PB的十分之一，一般的摩擦载荷只有z*大无卡咬负荷PB的1/5000，球轴承的载荷在1/20~100。这种模拟实验与实际摩擦的不同在于载荷的连续性。四球机加在摩擦面的负荷是连续负荷，而实际摩擦负荷则是脉动载荷，摩擦面有间隙的低载荷，成为摩擦面的恢复期，所以四球摩擦试验机是一种极其严酷的试验方法。但是润滑界一直把这种方法作为神圣方法，不少的摩擦磨损学者并不认为四球摩擦试验机的试验方法的有效性和关联性。润滑油一般还要进行某些台架试验，一些发动机油要求作台架试验，通过之后方能投入使用。台架试验是比较接近真实工况的模拟试验。在高档的车辆齿轮油标准中，要进行一系列齿轮台架的评定，包括低速高压扭矩、高速低扭矩齿轮试验；冲击负压的齿轮试验；减速箱锈蚀试验及油品热氧化安定性的齿轮试验。评定内燃机油有很多单缸台架试验方法，如皮特W-1、AV-1、AV-B和莱别克L-38及国产11005、1135单缸，可以用来评定不同等级的内燃机油。目前API内燃机油质量分类规格标准中，规定柴油机油用Caterpillar、Mack、Cummins、单缸及GM多缸进行评定；汽油机油则进行MS程序ⅡD（锈蚀、抗磨损）ⅢE（高温氧化）VE（低温油泥）等试验。而对压缩机油所进行的台架试验真是凤毛麟角。有条件的制造商应该开展压缩机油的台架试验和模拟实验研究，改变目前这种压缩机油寿命的混沌状况。有些润滑油制造商已经用GB/T12581-2006（ASTMD943）、旋转氧弹、红外和RULER方法作了一些高级压缩机油的试验，取得了一些数据，但还不是真正意义的台架试验。直接使用传统的这些方法作所需的试验，需要花费大量的时间、经费和人力。现在是应该以相对准确的台架试验数据为基础，设计合理的模拟试验程序、实验项目和相应的试验方法，设计数据评价体系等。为加快台架试验速度，有计划地进行多方面的超速、超载荷、超温等试验，取得一定量的数据，并经进一步分析考证，得出更符合实际的相似模拟台架试验方法。在新压缩机油品研发中可以应用既定的相似模拟台架试验方法，优选配方及工艺，z*终确定不同等级的新品压缩机油样品。经过模拟台架试验可以形成一个具体型号压缩机油品的真实性能数据和真实寿命数据，供压缩机制造商和用户参考使用。针对不同种类的压缩机（活塞式，单双螺杆式，滑片式，透平压缩机等），应根据需要设计不同的台架试验方法，以适应压缩机的发展。4、螺杆压缩机油需要更全面的抗氧化试验旋转氧弹、红外和RULER方法都能反映油品抗氧化性能状况，但含义不同。旋转氧弹方法反映的是整个油品的抗氧体系，包括抗氧剂还有一些起着辅助、协同作用的抗磨、防锈、抗腐剂的抗氧效果。虽然为了较快的取得数据，试验规定工况比实际工况严酷，但还是比较接近实际工况。因而，润滑油指标中，普遍都列有旋转氧弹值，成为润滑油z*重要的抗氧化指标，压缩机油更是如此。红外和RULER方法虽然快速、便捷，但是只是测定油品中抗氧剂的量，而且由于氧化过程中抗氧剂的降解物的多样性会带来检测误差。在对用品的抗氧化剂的考察上，还应以旋转氧弹为主。ASTMD4378及一些汽轮机制造商对汽轮机油的氧化安定性都规定为控制旋转氧弹的剩余值不得低于25%，如果低于25%，油泥增长趋势会加大。一般油品的旋转氧弹值达到40min时，氧化速度已开始进入次方曲线。一般把旋转氧弹值达到50min时作为换油标准不可超越的底线，多数换油标准以旋转氧弹值≤60min作为换油指标，即留有一定的安全空间。在油品研究中，GB/T12581-2006（ASTMD943）加抑制剂的汽轮机油氧化安定性的方法很有用，试样在有水和铁—铜催化剂存在下，在95℃与氧反应，试验连续进行直到试样的酸值达到或超过2.0mgKOH／g。使试样酸值达到2.0mgKOH／g所需要的试验时间就是“氧化寿命”，与对油品的实际寿命相关密切。不过，这个试验周期很长，很少有润滑油制造商能做下来。但是，GB/T5904《轻负荷喷油回转空气压缩机油》又规定用GB/T12581测定的氧化安定性（氧化寿命）为1000小时，这就使润滑油制造商就有些难为。用GB/T12581-2006（ASTMD943）方法测试油品的氧化寿命，会受到油品总碱值的影响，总碱值高的油品测定的氧化寿命长。在对一个油品用GB/T12581-2006（ASTMD943）进行试验的同时，提高试验温度，缩短试验时间，用不同试验温度得出的模拟氧化寿命与标准试验温度得出的氧化寿命进行比对，寻找在合适的模拟试验温度下得出相应的模拟氧化寿命与真实氧化寿命的关系。该方法与程序升温的PDSC法也不一样。程序升温的PDSC法测定的是起始氧化温度，起始氧化温度高的样品抗氧化性能好。同样，此方法适合于新油品研究和不同油品抗氧化性能的鉴别，由于起始氧化温度偏离实际试验温度太远，对油品实际使用寿命的关联性较弱。PDSC恒温法是测得油品氧化诱导期，和旋转氧弹法有类似之处。本刊上期所刊《压缩机油真实寿命计算公式佐证探究》一文中所述的压缩机油真实寿命计算公式采取旋转氧弹值系数，正是基于此考虑。公式中没有列入总碱值系数，宜留作润滑油制造商提高油品质量的技术措施。5、高级压缩机制造商需与润滑油商进行战略合作高级压缩机制造商与有技术的润滑油制造商合作研发新品压缩机油，是提高压缩机油品的必经之路。中国压缩机龙头企业沈阳鼓风机集团已经开始这种合作。2015年9月11日，禾泰股份与沈阳鼓风机集团风电公司签署了《特种润滑战略合作框架协议》，以加强双方在风力发电特种润滑剂领域的强强联合，优势互补。双方达成共识，在沈鼓风电自营及承接项目涉及的风力发电机组主齿轮箱、发电机、主轴承、调浆轴承、偏航轴承、偏航开式齿轮中应用的特种润滑剂领域全面合作。作为行业后起之秀，沈鼓风电在该领域的上游齿轮箱研发制造、风场工程设计、施工、总包、运维等取得了令人瞩目的行业业绩。禾泰股份率先于行业先后取得Flender全合成抗微点蚀齿轮油、DenisonHF-0液压系统用油国际认证，并研发出系列行业领导的生物可降解风电润滑剂。此次合作将大大提升禾泰股份在风力发电领域的品牌知名度，推进风力发电润滑剂国产化进程，逐渐打破长期以来由外资品牌垄断的局面，进一步推动公司的“特种润滑整合解决方案提供商”的品牌定位和发展战略。由于风电设备庞大，高架安装，使用环境恶劣，修理困难，修理成本高，寿命要求高，对润滑剂的要求很高。虽然他们目前合作的是风电项目，可这种合作终究会发展成为新品压缩机油的合作方式。