潤滑油和濾芯對壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)的影響

王珊珊

(中石化石油機(jī)械股份有限公司三機(jī)分公司，湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著天然氣氣田的大量開發(fā)、開采，投入到各個氣田使用的天然氣壓縮機(jī)數(shù)量不斷增加，而壓縮機(jī)的組成系統(tǒng)中潤滑系統(tǒng)是保證壓縮機(jī)組正常運(yùn)行的核心部件之一。

目前國內(nèi)外對壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)維護(hù)、保養(yǎng)進(jìn)行了一些相關(guān)的研究[1-4]，根據(jù)壓縮機(jī)潤滑系統(tǒng)各組成部分在潤滑系統(tǒng)中起的作用進(jìn)行相關(guān)的設(shè)計(jì)，從而確定如油箱、油泵、油冷器、過濾器等關(guān)鍵部件參數(shù)[5-6]。潤滑系統(tǒng)是壓縮機(jī)輔助系統(tǒng)的一部分，當(dāng)潤滑系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，機(jī)組將不能正常工作[7-8]。潤滑油油溫低于正常油溫，預(yù)潤滑油泵不能正常運(yùn)行[9-11]；潤滑油系統(tǒng)油管中循環(huán)不暢，導(dǎo)致自身振動及噪聲與機(jī)組振動頻率一致出現(xiàn)共振，使得機(jī)組不能正常運(yùn)行[12-14]；壓縮介質(zhì)溶解在潤滑油中，導(dǎo)致燒瓦、曲軸磨損等現(xiàn)象[15]。過濾器濾網(wǎng)長時間使用出現(xiàn)堵塞，過濾器兩端壓差大，油壓不正常，管路系統(tǒng)存在缺陷，實(shí)際油壓與儀表顯示不一致[16-17]，壓縮機(jī)主機(jī)軸瓦燒壞、曲軸磨損、機(jī)組停機(jī)等一系列故障[18]，使得機(jī)組不能正常運(yùn)行，產(chǎn)氣量下降[19-20]。

本文分別采用L-DAB100和CF-4 15W-40潤滑油與A濾芯(過濾精度：10 μm和20 μm)和B濾芯(過濾精度10 μm)進(jìn)行試驗(yàn)，旨在尋找能相互匹配的過濾精度以及過濾材質(zhì)對不同潤滑油進(jìn)行過濾，使得潤滑系統(tǒng)中過濾器兩端壓差維持在0.07 MPa以內(nèi)，同時油管內(nèi)油壓維持正常，潤滑系統(tǒng)正常供油，保證機(jī)組正常運(yùn)行。

1 試驗(yàn)設(shè)備及方法

1.1 自制潤滑系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)臺

自制潤滑系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置見圖1，變頻電動泵2最大轉(zhuǎn)速為1 450 r/min，頻率為40 Hz，循環(huán)一次耗油量為46 L/min，油箱1最大容積為170 kg(200 L)，當(dāng)循環(huán)過程油溫升高，將冷卻器打開，降低油溫到正常溫度。潤滑油過濾器5入口管線和出口管線位置分別安裝有壓力表6/8用來觀察壓力，同時潤滑油過濾器自帶有壓差計(jì)9，可以讀取過濾器兩端的壓差。調(diào)節(jié)開關(guān)5通過控制回路中的壓力來調(diào)節(jié)流量。

圖1 潤滑油實(shí)驗(yàn)裝置圖

1.2 試驗(yàn)設(shè)備

濾芯A(新鄉(xiāng)中石達(dá)濾器有限公司)，濾芯材質(zhì)為玻璃纖維，過濾精度10 μm兩個，過濾精度20 μm一個；濾芯B(新鄉(xiāng)海特濾器有限公司)，過濾精度10 μm兩個，濾芯材質(zhì)為不銹鋼金屬網(wǎng)；空冷器(湖北艾泰克換熱器有限公司)；空壓機(jī)油長城迅能L-DAB100潤滑油(以下簡稱L-DAB100潤滑油)；長城尊龍T300 CF-4 15W-40潤滑油(以下簡稱 CF-4 15W-40潤滑油)；齒輪油泵(湖北神鷹潤滑設(shè)備有限公司)；防爆型三相異步電動機(jī)(江蘇新大力電機(jī)制造有限公司)；控制柜(江漢石油鉆頭股份有限公司武漢壓縮機(jī)分公司)；過濾器濾筒(新鄉(xiāng)中石達(dá)濾器有限公司和新鄉(xiāng)海特濾器有限公司各一個)；油桶；壓力表；油管線、短接、彎頭若干。

其中表1列舉的是不同牌號潤滑油具體參數(shù)，圖2給出的是不同廠家的濾芯外形。

表1 不同牌號潤滑油參數(shù)表

圖2 濾芯外形圖

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)裝置：將油桶、齒輪油泵、防爆型三相異步電動機(jī)、空冷器、過濾器濾筒、壓力表以及油管等按圖1的方式進(jìn)行連接?？刂乒襁B接防爆型三相異步電動機(jī)和齒輪油泵?？刂乒窠油娫磶臃辣腿喈惒诫妱訖C(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)，通過聯(lián)軸器帶動齒輪油泵開始工作，從而使得油路連通。

試驗(yàn)條件：兩種牌號潤滑油(L-DAB100和CF 15W-40)和兩種濾芯(中石達(dá)濾芯和海特濾芯)，采用交叉組合的方式進(jìn)行，具體試驗(yàn)條件如表2所示。

表2 試驗(yàn)條件

試驗(yàn)過程：(1)將過濾器濾筒中放置濾芯A；(2)將空壓機(jī)油長城迅能L-DAB100牌號潤滑油置于油箱1中；(3)啟動油泵2；(4)記錄初始時刻潤滑油系統(tǒng)中壓力表6/8、溫度表4、壓差計(jì)9讀數(shù)，之后每隔1 h記錄一次壓力表、溫度表、壓差表讀數(shù)，直至試驗(yàn)進(jìn)行12 h為止；(5)更換濾芯B，將油箱中L-DAB100牌號潤滑油更換新油，重復(fù)試驗(yàn)步驟(2)～(4)；(6)更換長城尊龍T300 CF-4 15W-40牌號潤滑油和新的濾芯B，重復(fù)試驗(yàn)步驟(2)～(4)；(7)更換長城尊龍T300 CF-4 15W-40牌號潤滑油和新的濾芯A，重復(fù)試驗(yàn)步驟(2)～(4)；(8)直至試驗(yàn)結(jié)束，記錄不同試驗(yàn)條件下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 不同潤滑油牌號對潤滑系統(tǒng)的影響

圖3表示的是不同牌號潤滑油與過濾精度為10 μm的濾芯A進(jìn)行試驗(yàn)過濾器進(jìn)出口處壓差隨時間的變化關(guān)系。從圖中曲線可以看出，CF-4 15W-40牌號潤滑油在試驗(yàn)開始時刻壓差最大，其值達(dá)到0.25 MPa，經(jīng)過2 h后，過濾器兩端壓差開始降低；而采用L-DAB 100牌號潤滑油時，在整個試驗(yàn)過程中壓差最大值為0.05 MPa，在整個試驗(yàn)過程中過濾器兩端壓差波動平緩。

圖3 不同牌號潤滑油對濾芯A的影響

結(jié)果表明：使用濾芯A時，試驗(yàn)初始時刻采用L-DAB 100和CF-4 15W-40不同牌號潤滑油過濾器兩端進(jìn)出口處壓差存在很大差異，隨著試驗(yàn)時間的推進(jìn)，過濾器兩端的壓差比較接近。由此可知，使用濾芯A時，選擇L-DAB 100牌號潤滑油更有利于潤滑油的流通，使得潤滑油供油過程更加流暢。

圖4是將L-DAB 100和CF-4 15W-40兩種牌號潤滑油分別與過濾精度為10 μm的濾芯B進(jìn)行試驗(yàn)過濾器兩端壓差與時間的變化規(guī)律。采用CF-4 15W-40牌號潤滑油時，初始時刻壓差最大，其值為0.01 MPa，隨后過濾器兩端的壓差隨時間不斷減小，試驗(yàn)1 h后，壓差降低到0 MPa，直到試驗(yàn)結(jié)束。而采用L-DAB 100牌號潤滑油時，在整個試驗(yàn)過程中壓差一直保持為0 MPa。

圖4 不同牌號潤滑油對濾芯B的影響

綜上所述，選擇潤滑油不論是L-DAB 100牌號還是CF-4 15W-40牌號與濾芯B組合使用時更匹配。使用濾芯A時，L-DAB 100牌號潤滑油比CF-4 15W-40牌號潤滑油更匹配。

3.2 不同材質(zhì)濾芯對潤滑系統(tǒng)的影響

圖5是采用長城L-DAB100牌號潤滑油分別與過濾精度為10 μm的濾芯B和濾芯A進(jìn)行試驗(yàn)得到的曲線圖。圖中曲線表示的是過濾器進(jìn)出口兩端壓差隨時間的變化曲線，以及潤滑油溫度隨時間的變化曲線。

圖5中黑色曲線表示的是濾芯A和L-DAB100潤滑油作為試驗(yàn)條件，過濾器進(jìn)出口處兩端壓差和潤滑油溫度分別隨時間的變化關(guān)系，圖中曲線表明，試驗(yàn)時間在0～2 h時，即試驗(yàn)開始初期，過濾器兩端壓差保持不變，其值維持在0.04 MPa。隨后過濾器兩端壓差開始極速降低到0.01 MPa，隨后又開始極速增大，在試驗(yàn)時間達(dá)5 h時，濾芯進(jìn)出口處壓差達(dá)到最大值，其值為0.05 MPa；隨后又開始減小，在試驗(yàn)時間8 h時，油壓壓差減小到0.02 MPa，隨后保持不變，直至試驗(yàn)結(jié)束；試驗(yàn)剛開始時油溫保持不變，隨后開始急劇增加，試驗(yàn)達(dá)到5 h后，油溫升高速度變緩，直到10 h后，油溫開始下降。

圖5 過濾器濾芯壓差和潤滑油溫度隨時間的變化關(guān)系(L-DAB潤滑油)

圖5中紅色曲線表示的是濾芯B和L-DAB潤滑油作為試驗(yàn)條件，得到的潤滑系統(tǒng)中過濾器濾芯進(jìn)出口處油壓壓差和溫度分別隨時間的變化關(guān)系，由圖中曲線可以發(fā)現(xiàn)，在潤滑系統(tǒng)中采用濾芯B時，在整個實(shí)驗(yàn)過程中過濾器兩端壓差一直保持為零。在潤滑系統(tǒng)中油溫隨著試驗(yàn)時間呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢。

綜上所述，在潤滑系統(tǒng)中使用牌號為L-DAB 10潤滑油時，在潤滑系統(tǒng)中選用濾芯B使得過濾器兩端的壓差滿足機(jī)組使用要求，同時較使用濾芯A時過濾器兩端壓差要小的多。

圖6中曲線表示的是采用CF-4 14W-40牌號潤滑油分別與過濾精度為10 μm的濾芯A和濾芯B進(jìn)行試驗(yàn)，過濾器進(jìn)出口兩端壓差和潤滑油溫度隨時間的變化關(guān)系。圖中黑色曲線表示的是采用濾芯A進(jìn)行試驗(yàn)得到的潤滑油溫度和過濾器進(jìn)出口兩端壓差隨時間的變化曲線。根據(jù)圖中曲線變化可知，在試驗(yàn)開始階段，過濾器兩端壓差最大，其值可達(dá)0.25 MPa，經(jīng)過2 h后，過濾器兩端壓差減小到0.05 MPa；歷時6 h后，過濾器兩端壓差減小到最小值0.03 MPa，隨后處于穩(wěn)定狀態(tài)，保持不變。潤滑系統(tǒng)中油溫隨著試驗(yàn)時間不斷升高，試驗(yàn)7 h時，油溫達(dá)到最高值50 ℃，隨著試驗(yàn)時間的延長，環(huán)境溫度開始降低，潤滑油溫度也開始慢慢降低。

圖6中紅色曲線表示的是采用濾芯B進(jìn)行試驗(yàn)得到的潤滑油溫度和過濾器進(jìn)出口兩端壓差隨時間的變化曲線。圖中曲線變化表明，試驗(yàn)初始時刻，過濾器進(jìn)出口兩端壓差為0.01 MPa，經(jīng)過1 h后，壓差降低為0，一直持續(xù)到試驗(yàn)結(jié)束。試驗(yàn)過程中潤滑油油溫隨著試驗(yàn)時間不斷升高，在0～3 h內(nèi)潤滑油油溫隨著時間呈線性增加，試驗(yàn)時間在4～8 h油溫隨時間增長緩慢，在8 h時潤滑油油溫達(dá)到最大值，其值為52 ℃，8 h后隨著環(huán)境溫度降低油溫開始下降。

圖6 過濾器濾芯壓差和潤滑油溫度隨時間的變化關(guān)系(CF-4 15W-40潤滑油)

綜上所述，CF-4 14W-40牌號潤滑油與濾芯A共同使用時，過濾器兩端壓差為0.25 MPa，與濾芯B共同使用時壓差為0.01 MPa，由此可見，使用CF-4 14W-40牌號潤滑油時，濾芯B兩端壓差較小，只為濾芯A的4%，說明使用濾芯B有利于該牌號潤滑油流通。

3.3 不同過濾精度對潤滑系統(tǒng)的影響

圖7表示的是使用CF-4 14W-40牌號潤滑油與過濾精度為10 μm和20 μm的濾芯A進(jìn)行試驗(yàn)得到的過濾器兩端壓差隨時間的變化規(guī)律。由圖中曲線可知，使用精度為10 μm的濾芯進(jìn)行試驗(yàn)，過濾器兩端壓差在初始時刻最大，其值為0.25 MPa，歷時3 h后，過濾器兩端壓差降低至一個趨近穩(wěn)定的值，其值為0.04 MPa，隨后經(jīng)過3 h后，壓差略微下降，兩端壓差降低至0.03 MPa，直至試驗(yàn)結(jié)束。當(dāng)使用精度為20 μm的濾芯進(jìn)行試驗(yàn)時，過濾器兩端壓差隨時間的變化規(guī)律與10 μm一致，過濾器兩端壓差最大值同樣出現(xiàn)在試驗(yàn)初始時刻，其值為0.22 MPa，隨后過濾器兩端壓差值開始降低，經(jīng)過3 h后，其值降低為0.03 MPa，歷時5 h后，壓差值略微降低，其后保持在0.02 MPa，直至試驗(yàn)結(jié)束。

圖7 不同過濾精度濾芯壓差隨時間的變化規(guī)律(濾芯A)

綜上所述，當(dāng)使用CF-4 15W-40牌號潤滑油和濾芯A過濾時，過濾精度不論是10 μm還是20 μm，過濾器兩端壓差變化趨勢相似，且壓差最大值均出現(xiàn)在試驗(yàn)初始時刻，其值偏大。

4 結(jié)語

潤滑油牌號和濾芯材質(zhì)是影響潤滑系統(tǒng)中油壓和過濾器兩端壓差的兩個重要因素。不銹鋼材質(zhì)濾芯通流面積較大，有利用潤滑油通過。

潤滑油牌號一定時，潤滑油溫度對潤滑系統(tǒng)中油壓和過濾器兩端壓差影響不大，可以忽略不計(jì)。

CF-4 15W-40牌號潤滑油與玻璃纖維材質(zhì)的濾芯搭配使用時，過濾精度低于10 μm，過濾器兩端壓差變化相似，不利于潤滑油通過。