L-DAH46螺杆式空压机油的研制

杨操，肖峰峰，崔军，严军表

(江苏龙蟠科技股份有限公司，江苏 南京 210038)

0 引言

在当前空气压缩机市场格局的变化中，螺杆式空气压缩机日益成为主流压缩机，其中喷油螺杆式压缩机是目前应用最为广泛的一种。在这种压缩机中，润滑油由油泵压入压缩机内部，分别润滑轴承、转子、螺杆，并将油直接喷入压缩机内，以雾状与压缩空气混合，吸收空气中的压缩热，同时在转子气缸及覆盖表面形成油膜，起密封与润滑作用，然后一起排至储气油箱中[1]。因此，压缩机油对于螺杆式空压机的运转具有重要的意义，其对喷油螺杆压缩机的可靠性、经济性和寿命影响非常大。

螺杆式空气压缩机油以高的循环速度反复被加热与冷却，还将不断受到铜、钢等金属的氧化催化，加剧了老化变质；润滑油中可能混入冷凝水而使油品严重乳化；润滑油在使用中易受吸入空气中的颗粒状杂质、悬浮状粉尘的影响，加速了油的老化变质等。因此，螺杆式空气压缩机油失效的一个主要原因就是压缩机油被严重氧化而引起的黏度增大。传统的溶剂精制矿物油型基础油，由于这类基础油的高温挥发量大，热和氧化安定性较差、易形成积炭的原因，换油周期一般为1000～2000 h。取而代之被广泛使用的是深度加氢基础油以及聚α-烯烃(PAO)、聚醚(PAG)、酯类油等多种合成型基础油，以此满足用户对油品高温稳定性和长使用寿命、生物降解性等方面的性能需求[2]。目前一般市场上仍然以矿物油型的压缩机油为主导，但在OEM市场，合成型产品的使用比例在增加，合成型产品由于具有更广泛的工作温度范围、较少的油泥和结胶形成、较低的油挥发性导致降低润滑油消耗、稳定的性能引起更低的维护费用，可延长轴承乃至设备的寿命，推荐的换油周期一般为6000～8000 h，并已经成为螺杆式压缩机制造商的普遍推荐和质保产品，当然产品的价格也很高。

从目前OEM市场的合成型空气压缩油产品来看，以双酯作为基础油的空压机油具有导热系数高、散热性好等优点，但分水抗乳化性差；以PAO作为基础油的空压机油具有热氧化稳定性和水解稳定性好的优点，但抗磨性不如双酯型空压机油；以聚醚或聚醚与合成酯为基础油调制的空压机油具有积炭少，润滑性好等优点，但与传统空压机油相容性差，油品更换比较麻烦，且挥发性大。并且，这些合成型空压机油的成本太高，不容易被用户接受[3]。此外，根据市场调查了解，部分空压机油在使用一段时候后变黑较快，且酸值变化大。

根据螺杆式空压机油的工况特点及用户对高性价比产品的诉求，开发了换油周期可达4000～6000 h的高性能螺杆式空压机油，且油品长时间高温使用不易变黑，酸值变化小等优点，以满足市场的特殊需求。

1 螺杆式空压机油的性能要求

在喷油螺杆式空压机中，润滑油的作用包括：(1)润滑旋转叶片或者螺杆和它们的轴承、齿轮；(2)充当转子间的密封介质；(3)压缩过程中冷却空气；(4)起到防锈的保护作用，并保持油气分离器的干净。因此， 螺杆式空压机油必须具有以下性能要求[4-5]：

1.1 优良的抗氧化性

在螺杆式空压机中，从喷入气缸压缩腔到分离器与压缩气分离前，润滑油基本以雾状存在，其表面积大大增加，与热的压缩气充分混合使润滑油的温度迅速上升。在压缩机运转时，压缩机油不仅需要吸收机件的摩擦热，还要吸收压缩气体产生的压缩热，因而压缩机油长期处于高温下工作，导致氧化生成各种胶质物、酸性物质等，使油品颜色变深，酸值增高，黏度增大，并出现沉淀物。因此，油品的氧化安定性是保证其长期安全运行的重要质量指标。

1.2 较好的抗乳化性

螺杆式压缩机在运行中，润滑油可能因混入冷凝水而乳化。尤其是潮湿季节，压缩机油不断低与高压空气中的水汽相混并剧烈搅动，易导致油品乳化，会使润滑油的油膜强度下降，抗磨性能、防锈性能随之变差，导致压缩机需要频繁换油。因此，螺杆式空压机油要具有较好的抗乳化性和油水分离性能。

1.3 较好的抗磨性能

压缩机油在润滑压缩腔内的转子、轴承和齿轮等部件时，需要保证良好的润滑性能，防止异常磨损。

1.4 生成积炭的倾向要小

在螺杆式空压机中，润滑油反复地经受加热和冷却，因此易老化变质，最终生成积炭。积炭不仅会造成压缩腔和排气阀的磨损，还会使排气阀失灵，残炭也会增加金属的热阻，引起局部过热。除造成压缩机机械故障外还会引起压缩机着火爆炸。因此，润滑油的清净性要好，不易产生积炭。

1.5 优良的防腐防锈性

连续运转的螺杆式空压机反复地被加热和冷却，或由于长期不用、间歇使用，均会引起压缩机零件表面锈蚀；油品氧化产生的酸性物质也极易导致腐蚀。因此，螺杆式空压机油应具有优良的防腐防锈性能。

2 配方的筛选与评定

本文的研制目标是通过薄层高温氧化试验(参照SH /T 0337方法建立)和润滑油老化特性测定法(SH/T 0192)对油品的高温抗氧化性进行测评，重点分析不同油品配方老化后残渣量、黏度变化、酸值变化及外观变化等指标情况，确定最佳的基础油和复合添加剂组合，并开发出具有高温不易变色，酸值变化小等特点的螺杆式空压机油。

2.1 基础油的选择

基础油质量的好坏直接关系到压缩机油的使用寿命，而对于矿物基础油，基础油的质量又与其精制深度有直接的关系。深度加氢精制基础油的重芳烃、胶质含量少，残炭低，抗氧化性好，它在压缩机系统中积炭倾向小、油水分离性好。对于合成油，如聚α-烯烃、酯类油、聚醚、硅油等，具有黏度指数高、闪点高、蒸发损失小、抗氧化性好等诸多优点，但成本较高。其中，聚醚型基础油由于具有高黏度指数、良好的低温流动性、高的闪点和良好的润滑性能，而且在高温(>220 ℃)有氧的存在下容易断链生成的低分子氧化产物，能溶解在油中或迅速挥发掉，因而在高温下使用不会生成沉积物和胶状物。综合考虑，研制油选择以加氢三类基础油150N和二类油500N为主，添加部分油溶性聚醚基础油OSP32，以改善油品的抗氧化性和抗结焦性。基础油的具体指标见表1。

表1 基础油的性能数据

考察了分别采用三类150N与二类500N及三类150N、二类500N和15%的OSP32作为基础油，采用相同的空压机油专用复合添加剂A，调制成DAH 46#，对其指标进行相关测评，并着重考察了其高温氧化稳定性情况，高温氧化试验方法：(1)薄层高温氧化试验：采用表面皿中加入2.5 g的油品形成薄层，将油品放入烘箱中，从常温升温至210 ℃后，在210 ℃下恒温放置12 h后，冷却至室温放置12 h后，再升温220 ℃，在220 ℃下恒温放置12 h，再冷却至升温，观察油品变化、蒸发损失量及残渣重。(2)采用SH/T 0192-1992《润滑油老化特性测定法》：在 200 ℃温度下，将空气两次通入试样使之老化，每次8 h。按GB/T 268测定老化前、后试样残炭，黏度变化及酸值变化。具体结果见表2。

表2 不同基础油调配油品的性能对比

从表2的数据可以看出，加入一定量的OSP32后，油品的高温抗氧化性能得到了大大改善，尤其是氧化后的酸值和黏度变化小，相比不加OSP32基础油，酸值变化降低了约25%。由此可见，采用矿物基础油调制螺杆式空压机油时，通过加入适量的OSP，建议量在10%～30%，可明显改善油品的高温抗氧化性能。但正如表1中所示，OSP32的蒸发损失较大，因此其加入量不宜太大，否则会导致蒸发损失比较大，增大油品损耗。

2.2 添加剂的筛选研究

对目前几家国际添加剂公司用于调配空气压缩机油专用复合添加剂A、B、C进行了对比测评，各复合剂的加入量以添加剂报告推荐量为依据，筛选出最优的用于调配螺杆式空压机油的专用复合剂。几种专用复合剂的典型参数见表3。

表3 几种复合剂的典型数据

分别采用上述3种专用复合添加剂，以三类150N、二类500N和15%的OSP32作为基础油调配成DAH46螺杆式空压机油，并对其性能进行分析，结果见表4。

表4 采用不同复合剂调配的DAH46空压机油性能对比

从表4的数据可以看出，采用复合剂C调制油品长时间高温后容易出现沉积物，且氧化后酸值变化大，抗磨性能相比其他两个添加剂要差。综合来看，空压机油复合添加剂B的性能较好，但在旋转氧弹和抗磨性能方面需要进一步提高。

为此，在复合剂B的基础上补加适量的胺型高温抗氧剂和二硫代磷酸盐抗磨补强剂，以提高螺杆式空压机的抗氧化性和抗磨性。油品补强后的性能对比见表5。

表5 补强后的螺杆式空压机油性能

2.3 油品全配方的组成及性能

根据基础油及复合添加剂、补强剂的筛选研究结果，确定了L-DAH46螺杆式空压机的配方组成如下：基础油：39.8%三类150N+43%二类500N+15%OSP32；添加剂：1.0%专用复合添加剂B+0.8%胺型抗氧剂+0.1%二硫代磷酸盐；聚甲基丙烯酸酯降凝剂：0.3%；硅型抗泡剂：25 μg/g。采用上述配方调制而成的L-DAH46螺杆式空压机油，做全指标分析，结果见表6。

表6 研制的L-DAH46螺杆式空压机的理化指标

2.4 油品使用性能评价

研制油L-DAH46螺杆式空压机油在某汽车制造厂阿特拉斯螺杆式空压机上进行了6000 h的试用评价，并对试验后的油样进行分析，结果见表7。

表7 使用6000 h后研制油品的理化指标

从表7的数据可以看出，研制油品使用6000 h后各项性能指标保持良好,均未达到换油指标要求。而且从油样的磨损元素分析结果来看，Fe、Cu等含量很小，说明研制油的抗磨性能较好，能为螺杆式压缩机各摩擦部件提供良好的润滑保护。

3 结论

(1)L-DAH46研制选用加氢基础油为主，油溶性聚醚基础油为辅的混合油作为基础油，并加入专用复合添加剂、抗氧和抗磨补强剂、降凝剂、抗泡剂等调配而成，具体配方组成如下：基础油：39.8%三类150N，43%二类500N，15%OSP32；添加剂：1.0%专用复合添加剂B；胺型抗氧剂：0.8%；二硫代磷酸盐抗磨剂：0.1%；聚甲基丙烯酸酯降凝剂：0.3%；硅型抗泡剂：25 μg/g。

(2)经理化性能综合评定，研制的螺杆式空压机油具有倾点低、氧化安定性、抗乳化性和抗磨性好等优点，尤其是高温抗氧化性出色，油品经长时间高温氧化后不变黑，酸值变化小。

(3)现场应用试验结果表明，研制的L-DAH46空压机油能够满足螺杆式空压机6000 h的换油周期要求，并对压缩机内各摩擦副可提供良好的润滑保护。