OILS FOR SCREW-TYPE COMPRESSORS

OLEJE PRO ŠROUBOVÉ KOMPRESORY OILS FOR SCREW-TYPE COMPRESSORS Vladislav MAREK, TRIFOSERVIS Vladislav Marek, www.trifoservis.cz Ladislav HRABEC, VŠB-TU Ostrava 2 [email protected]

Čelákovice

1

Anotace Článek se zabývá problematikou mazání šroubových kompresorů. Úvodem jsou specifikovány základní požadavky na mazací olej pro jeho správný výběr. Dále jsou uvedena doporučení pro provoz šroubových kompresorů, která vycházejí z provozních měření a zkušeností obsluhy. Annotation An article considers with problematic of screw compressors greasing. Preliminary are specified basic standards for lubricating oil and for his right selection. Further are introduced references for screw compressors operating, which are oriented from process measurement and staffs experiences. Úvod Pro stlačení vzduchu se používají různé typy kompresorů. Typ kompresoru se volí podle spotřeby vzduchu, jeho provozního tlaku a podmínek provozu, Každý typ kompresoru má specifické podmínky pro mazání a tím i volbu vhodného typu maziva. Mazivo je nutné počítat mezi konstrukční prvky každého soustrojí a je mu nutné věnovat náležitou pozornost. Při volbě vhodného kompresoru je nutné také vzít v úvahu, že stlačený vzduch je výrobně ekonomicky velmi náročný a jedná se o jednu z nejdražších komodit. V současné době se do popředí produkce a provozu dostávají šroubové kompresory. Jedná se o objemové kompresory rotační. Stlačené vzdušiny se v nich dosahuje zmenšením objemu párových komůrek mezi šroubovými zuby obou rotorů. Rotory jsou vytvořeny jako šroubová tělesa s velkým stoupáním a nestejným počtem zubů (obr.2). Hlavní rotor má nejčastěji čtyři zuby s vypouklými boky, vedlejší rotor má obvykle šest zubů s vydutými boky.

1

Vladislav Marek TRIFOSERVIS Vladislav Marek, Čelákovice Rumunská 1457, 250 88 Čelákovice tel. : +420 326 991 085, e-mail : [email protected] 2 Ing. Ladislav Hrabec, Ph.D. VŠB - Technická univerzita Ostrava, FS 17. listopadu 15/2172, 708 33 Ostrava - Poruba tel. / fax : +420 597 324 600, e-mail : [email protected]

Obr.1 Rozdělení kompresorů

Obr.2 Šroubový kompresor Na obr.3 je zobrazeno rozdělení šroubových kompresorů. Dnes se používá asi 85 % šroubových kompresorů s přímým vstřikem oleje do šroubovice, a to vzhledem

k jednodušší a robustnější konstrukci. Vstřikováním oleje do pracovního prostoru (asi 5 kg oleje na 1 kg plynu) je mazání a chlazení rotorů tak účinné, že synchronizační soukolí není již zapotřebí. Olej zajistí těsnost rotorů, snižuje výtlačnou teplotu vzduchu. Šroubové mazané kompresory jsou mimořádně jednoduché stroje. Jedním z rozhodujících faktorů je zde používání vysoce jakostních olejů a dokonalé odloučení oleje ze vzduchu. Oleje pracují za velmi složitých podmínek, zvláště za zvýšené teploty a za přítomnosti značného množství vzduchu.

Obr.3 Rozdělení šroubových kompresorů 1. Požadavky na oleje U šroubových kompresorů se používají převážně oleje viskozitní třídy ISO VG 46 a ISO VG 68. Ve výjimečných případech se používá olejů jiné viskozity. Při provozu šroubového kompresoru s přímým vstřikem oleje do šroubovice dochází k přímému styku se vzduchem - vzdušným kyslíkem. Oxidace oleje je urychlována velkými objemy vzduchu a velkou plochou šroubovice. Dochází zde k velkým bodovým tlakům a teplotám, olej je zatěžován oxidačně- teplotně. Za těchto velmi složitých podmínek dochází ke stárnutí, což má za následek tvorbu karbonových částic a lepivých polárních lakových úsad. Tyto látky snižují výkonnost oleje, zvyšuje se nebezpečí pro ložiska, dochází k ucpávání odlučovačů a filtrů. Olej ztrácí své základní jakostní parametry, což způsobuje havárii těchto kompresorů. Z výše uvedeného vyplývá, že olejům pro šroubové kompresory je nutné věnovat velkou pozornost. Oleje musí plnit řadu základních povinností a musí mít: ! dobré mazací vlastnosti, ! vhodnou přilnavost, ! těsnící schopnost, ! zajistit odvod tepla, ! antikorozní vlastnosti,

! vysokou oxidační stálost, ! nízkou tenzi par - odparnost, ! tlumicí vlastnosti, ! vysoký bod vzplanutí, ! nízký bod tuhnutí. Na olej působí řada nepříznivých vlivů: ! vysoký tlak, ! zvýšená teplota, ! prach z nasávaného vzduchu, ! vlhkost, ! oxidační prostředí, ! zbytkové prvky z opotřebení apod. Oleje pro šroubové kompresory se v současné době nejčastěji výkonově hodnotí podle norem DIN nebo ISO. Podle ISO 6743 se oleje rozdělují podle tepelného zatížení. U šroubových kompresorů s přímým vstřikem oleje se používají nejčastěji oleje podle výkonnosti ISO-L-DAG nebo DAJ. Podle DIN 51506 se používají nejčastěji oleje podle VCL nebo VDL (tab.1). Tab.1 Požadované základní jakostní parametry olejů pro šroubové kompresory Vlastnosti Kinematická viskozita při 40oC Viskozitní index, min Bod vzplanutí o. k. Bod tuhnutí Popel oxidační Obsah vody, max. Korozivní působení na kovy, Cu 100°C / 3 hod., max. Deemulgační charakteristika max. 20 min. Pěnivost - při 25°C, max. - při 95°C, max. - při 25°C po 95°C, max. Oxidační zkouška (Fe2O3) a) odparnost, max. b) zvýšení CCT, max.

Jednotka mm2.s-1 °C °C % hm. % hm.

Hodnota oleje Hodnota oleje VDL 46 VDL 68 46 ± 10 % 68 ± 10 % 90 90 220 230 -25 -20 0,05 0,05 0,05 0,05 1

1

cm3

40 – 37 – 3

40 – 37 – 3

cm3 cm3 cm3

75 / 0 75 / 0 75 / 0

75 / 0 75 / 0 75 / 0

% hm. % hm.

20 3

20 3

Destilační zbytek po oddestilování 80% oleje - kinem. viskozita / 40°C, max. - CCT, max. Odparnost NOACK

mm2.s-1 % hm. % hm.

230 0,3 7

250 0,3 7

2. Výběr olejů Pro provoz šroubových kompresorů se převážně používají: ! vysoce rafinované ropné oleje - redestilované velmi úzké frakce, ! hydrokrakované oleje - úzké frakce, ! syntetické oleje - (PAO, esterové ekologické oleje). V současné době se používají s úspěchem hydrogenované oleje, kde je více než 90% nasycených uhlovodíků, s nízkou odparností a vysokým bodem vzplanutí. Oleje jsou dále vhodně upravené aditivy. S těmito oleji byla provedena řada provozních zkoušek u malých i velkých šroubových kompresorů. Tam, kde jsou vysoké teploty, se doporučují syntetické oleje na bázi polyalfaolefinů nebo polyesterů. Důležitou vlastností všech typů olejů je nízká odparnost a dobrá schopnost odlučování oleje ze vzduchu. Olej je ve vzduchu složen z kapek, aerosolů a páry. Pro zajištění předepsané jakosti vzduchu musí být olej odstraněn. Povinností každého provozu kompresoru je dodávat stačený vzduch předepsané jakosti. Na kvalitu vzduchu dbá norma ISO 85 731 (viz tab.2), která předepisuje jakost podle druhu použití vzduchu (tab.3). Zde se jedná o vzduch všeobecného použití. Odstranění oleje ze stlačeného vzduchu se provádí pomocí speciálních separátorů, kde se pro odloučení kapalin převážně používá skleněná vlákna, na kterých koaluguje jemný aerosol, který ve větších kapičkách stéká do spodní části separátoru a vrací se zpět do mazacího systému kompresoru. ( obr 2). Pro odstranění par je nutné dále zařadit vymrazovací systém a sušičky pro odstranění celkové vlhkosti vzduchu. Pro speciální použití, kde se vyžaduje nepřítomnost oleje, se používají pro stlačování vzduchu kompresory bezmazné.

SEPARÁTOR OLEJE

VSTUP VZDUCHU Z KOMPRESORU

VÝSTUP ČISTÉHO VZDUCHU

olej ze vzduchu Á

Tab.2 Třídy kvality stlačeného vzduchu pro všeobecné použití (ISO 85 721) Pevné částice Pevné částice maximální koncentrace Třída kvality velikost [µm] [mg/mn3] 1 0,1 0,1 2 1 1 3 5 5 4 15 8 5 40 10 6 7 + celkový obsah kapiček, mlhy a páry

Vlhkost max. tlakový rosný bod [°C] -70 -40 -20 +3 +7 +10 -

Olej+ koncentrace [mg/m3] 0,01 0,1 1 5 25 -

Tab.3 Doporučené třídy kvality stlačeného vzduchu Použití Vzduch pro míchání Vzduch pro ložiska Vzduch pro měření Těžké pneumatické motory Malé pneumatické motory Pneumatické turbíny Obuvnické stroje Sklářské a kamenické stroje Čištění součástí Stavebnictví Pneum. doprava zrnitých materiálů Pneum. doprava práškových materiálů Čidla ve fluidice Licí stroje Pneum. doprava potravin a nápojů Ruční průmyslové stroje Obráběcí stroje Hornictví Balící a textilní stroje Zpracování filmů Pneumatické válce Jemné tlakové regulátory Přístroje pro řízení pochodů chem. technolog. Vrtací kladiva Tryskače písku Stříkací pistole Svářecí pistole Dílenský vzduch obecně

třída kvality pevné částice 3 2 2 5 3 2 4 4 5 5 3

třída kvality voda 7 3 4 6-2 4-2 3 6 6 6 7 6

třída kvality olej 3 3 3 5 3 3 5 5 4 5 3

3

4

2

2 5 2 4 4 4 4 1 3 3

3-1 6 4 7-6 4 7 4 2-1 4 3-2

2 5 1 5-4 5 5 3 1 5 3

2

3-2

3

5 7 3 5 5

7-4 4 4-3 6 6

5 3 3 5 5

ŠROUBOVÝ MAZANÝ KOMPRESOR Řešení s kompresorem se vstřikem oleje

Sací filtr

Sací klapka

Zpětná klapka

Dochlazovač

Separátor vody

Sušička Jemný Aktivní filtr uhlí

Hrubý filtr

0.3 bar 0.2 bar

Separátor oleje

0.2 bar

0.1 bar

Řídící bod

0.2 bar

0.8 bar

3. Provozní ověření Pro zajištění bezporuchového provozu a určení termínu výměny olejů byla provedena řada zkoušek. Rozdíl je v tom, o jak velké zařízení se jedná, a tím kolik oleje je v olejovém systému. U malých kompresorů se provádí výměna olejů pro 2.000 až 3.000 provozních hodinách. U velkých šroubových kompresorů, kde je 100 až 500 litrů oleje, se doporučuje provádět pravidelně kontrolu. Zde se pak může dosáhnout u kvalitních olejů několik tisíc provozních hodin. Pravidelná diagnostika prokázala výhodnost hydrogenátů. Výsledky několika zkoušek jsou uvedeny v tabulkách. V průběhu několika let jsme systematicky hodnotili provoz vybraných šroubových kompresorů s přímým vstřikem oleje. Jako základový olej byl použit hydrogenát s úzkou frakcí s odparností dle Noaca max. 7%. Výsledky ukázaly velmi dobré všechny základní jakostní parametry oleje a při pravidelné kontrole se dále potvrdilo, jak se dá významně prodloužit výměna oleje při zajištění bezporuchového provozu. Velmi důležité pro zajištění provozu je věnovat pozornost čistotě nasávaného vzduchu a odlučování oleje ze stlačeného vzduchu. Je nutné používat kvalitní sací filtry a vzduch nasávat z místa, kde není značně znečištěn. Kvalita odlučovačů se projeví jak na čistotě oleje, tak na množství doplňovaného oleje, který uniká z kompresoru do stlačeného vzduchu.

Tab.4 Šroubový kompresor se vstřikem oleje VDL-46, olejová náplň 350 l Provozní hodiny Viskozita při 40°C [mm2.s-1] Bod vzplanutí [°C] Číslo kyselosti [mgKOH/g] Obsah vody [mg/kg] Kód čistoty

0

1000

3000

5000

7000

10000

15000

18000

46,1

46,5

46,8

45,9

45,2

46,1

46,8

46,6

220

220

225

223

225

225

224

225

0,10

0,15

0,18

0,18

0,19

0,20

0,24

0,23

30

29

39

45

75

71

72

56

18/16 9

17/14 9 1a

17/14 7 1a

17/14 7 1b

15/12 7 1b

15/12 7 1b

15/12 7 1b

15/12 7 1b

Koroze Cu Provoz velkých šroubových kompresorů bez přerušení. Využití kompresorů je 8000 hodin za rok. Olej po celou dobu provozu v dobrém technickém stavu. Spotřeba oleje 5 litrů na 1000 provozních hodin. Po 3000 hodinách byla provedena výměna odlučovačů oleje a vzduchových filtrů. Tab.5 Šroubový kompresor se vstřikem oleje v provozu teplárny Dvůr Králové, malá olejová nádrž objemu 10 l Provozní hodiny Viskozita při 40°C [mm2.s-1] Bod vzplanutí [°C] Číslo kyselosti [mgKOH/g] Obsah vody [mg/kg]

0

1000

2000

3000

4000

68,5

65,1

68,79

65,11

67,10

248

248

250

241

248

0,15

0,15

0,17

0,17

0,20

29

39

45

75

71

15/12 15/12 15/12 15/12 15/12 7 7 7 7 7 Koroze Cu 1a 1a 1b 1b 1b Olej byl po dobu 4000 provozních hodin v dobrém technickém stavu. Výrobce doporučuje výměnu olejů po 2000 provozních hodinách. Doplňovány 3 litry oleje po 1000 hodinách Kód čistoty

Závěr V současné době je používání šroubových kompresorů rozšířené. Tyto kompresory jsou pro svoji jednoduchost, ekonomičnost a spolehlivost využívány v nejrůznějším provedení. Od malých pojízdných kompresorů až po velká stacionární soustrojí. Pro tyto typy kompresorů je na trhu celá řada olejů. Zatím převažují ropné oleje úzkých frakcí, výborné oxidační stability a nízké odparnosti. Jednotliví výrobci šroubových kompresorů dodávají oleje pod vlastním označením po dohodě s výrobci a dodavateli těchto olejů. Výrobci provádí servis těchto kompresorů včetně výměn olejů. U malých náplní se doporučuje výměna po 2.000 až 5.000 hodinách. U velkých soustrojí se doporučuje pravidelná tribodiagnostika, která nám jednoznačně charakterizuje jakostní parametry oleje. Při pravidelné diagnostice, a to jak tribotechnické, tak například vibrační, se zajistí bezpečnost provozu a také značné ekonomické úspory. Náklady na diagnostiku jsou mnohem nižší než náklady vzniklé z prostojů strojů, výměny olejů, za nákup náhradních dílů. Zde si musíme vždy uvědomit, že stlačený vzduch patří k nejdražší energii, kterou používáme v provozech. Literatura [1] Liška A., Novák P. Technika stlačeného vzduchu. Vydavatelství ČVUT, Praha, 1991, 361 s. ISBN 80-01-01947-0 [2] Štěpina V., Veselý V. Maziva a speciální oleje : (základy tribotechniky). VEDA, Bratislava, 1980, 688 s. [3] Marek V. Provozní deníky, protokoly o kontrole olejů [4] Prospektový materiál, ATLAS COPCO, Atmos, HAFI [5] Prospektový materiál, KORAMO, TOTAL, ESSO, Shell, Fuchs, Mobil [6] Chlumský V., Liška A. Kompresory. SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1982, 195 s. [7] Liška A. Zlepšení užitné hodnoty vzduchových kompresorů. [8] Marek V. Oleje pro šroubové vzduchové kompresory. [9] Marek V. Vývoj oleje pro šroubové kompresory - VDL 46. [10] Liška A., Ptáček J. Stlačený vzduch. SNTL - Nakladatelství technické literatury, 1965, 342 s.