气垫船空压机用油国产化研究

尚培华 宋浩然 宋敏 王建华

中国人民解放军92228部队

压缩空气启动是常见的两种启动方式之一，因其具有启动力矩大，受环境影响较小等特点，广泛被用作大型舰用柴油机、燃气轮机的启动[1]。空压机作为船舶上压缩空气来源，是重要的船舶辅机，其用油的可靠供应保障对装备性能发挥具有重要的意义。

某型气垫船空压机选用德国进口的活塞往复式空压机，风冷、两气缸、两极压缩、额定工作压力3 MPa、最大工作压力4 MPa、转速1450 r/min、额定功率3.4 kW、散热量5 kJ/s、适用环境温度5～55 ℃。产品规格书中规定适用黏度等级为ISO VG100的矿物油，质量等级至少达到DIN51506标准中VCL水平，推荐用油为壳牌和美孚100号空压机油。两种油料均为进口产品，采购周期长，质量保证难度大，供应保障困难，因此必须进行国产化研究。

压缩机油主要用于压缩机活塞、气缸、进（排）气阀、轴承的传动件的润滑，同时还起到冷却运动机件的摩擦表面以及密封气体压缩的工作容积的作用，合理选择压缩机油有利于延长设备的使用寿命、提高设备运转的经济性和可靠性[2]。

空压机用油要求

氧化安定性

空压机油与高温高压空气直接接触，且压缩机金属表面又起着催化作用，容易造成油品氧化。尤其对往复式压缩机而言，润滑油在气缸活塞部位与热的压缩空气不断接触，会引起油品氧化、分解，生成胶质和各类酸性物质。因此，往复式压缩机对使用压缩机油的氧化安定性具有较高要求。

积炭倾向性

空压机油因氧化变质、油品不断蒸发重组分在活塞顶部/排气系统中积聚并不断受热分解、脱氢聚合等原因，使用过程中容易造成积炭。当压缩机在排气阀及排气管道出现较多积炭时，就会使排气系统动作不灵活，造成二次压缩，导致气体温度迅速上升，引起空压机燃爆风险。因此，积炭倾向性是评价空压机油安全可靠运行的重要指标。

油水分离性

船用往复式压缩机，由于长期在相对湿度较高的海洋环境下工作，曲轴箱和高压气缸中易产生冷凝水，造成油品乳化现象，造成油气分离不清，油耗增大。严重时还会破坏油膜、促使灰尘、沙砾和污泥等分散，造成设备磨损[3]。因此，船用空压机油需具有良好的抗乳化性能和油水分离性。

防腐防锈性

船用压缩机长期处于高温、高湿、高盐雾的海洋环境中，设备锈蚀较为严重，因此要求使用的空压机油具有较好的防锈性能。此外，压缩机的油冷却部件材质多为铜或铜合金，会使油品出现早期氧化产生油泥，对油品的抗腐蚀性有较高要求。

其他性能

除上述性能外，空压机油的黏度、黏温性、闪点和消泡性等指标对其使用性能也有较大影响，需根据设备及工况要求进行合理选择[4 ～7]。

国内外压缩机油规范

国外主要的压缩机油规范有德国DIN51506和ISO 6521.3，其中最具代表性的是德国工业标准DIN51506。该标准制订于1977年，包 含 VB（VBL）、VC（VCL）和VDL共3种级别的油品，适用于不同负荷空压机 的润滑。后分别于1982年、1985年、2013年和2017年进行了数次修订，现行版本取消了VC（VCL）质量等级产品，仅保留了VB（VBL）和VDL两个质量等级产品。其中VDL等级包括ISO VG32、46、68、100和150，共5个黏度等级的产品。

国内空压机油主要有GB12691和GJB5401，其中GB12691参照采用DIN51506—1985制定，包括L-DDA和L-DAB两个质量等级产品，黏度等级包含ISO VG32、46、68、100和150共5个产品；GJB5401制订于2005年，2015年进行修订，质量等级与VDL相当，包含100、150和220共3个黏度等级产品。

鉴于设备推荐使用质量等级在VCL级以上产品，且设备出厂配套用油为美孚空压机油质量等级为VDL级，黏度等级为ISO VG100。因此对国内外标准中相应质量等级黏度等级为100的空压机油主要指标要求进行比较，详见表1。

由 表1可 见，ISO6521.2和GB12691两项标准中的L-DAB级空压机油，以及GJB5401中D100/H空压机油，氧化安定性、减压蒸馏残留物特性和低温性等主要指标均与DIN51506中VDL级产品一致，同时还根据空压机油实际使用要求增加了铜片腐蚀、抗乳化性和防锈性等指标，整体性能相当或优于与VDL级产品。尤其是D100/H空压机油，根据舰船空压机所处海洋环境的特殊要求，防锈性要求由蒸馏水无锈提升至合成海水无锈，防锈性能大幅提升。

表1 VDL级及相当质量等级压缩机油主要指标要求（ISO VG100黏度等

替代油料选型研究

从产品指标分析，国内L-DAB级空压机油和D100/H舰船空压机油均能满足设备使用要求，但D100/H舰船空压机油为部队舰船广泛应用产品，且具有更为优异的防锈性，更适合海洋环境使用，因此拟选用D100/H舰船空压机油进行国产化替代研究。

参照GJB5401质量指标要求及相应检测方法，对三种油品的主要理化性能指标进行了检测，结果表明D100/H舰船空压机 油整体性能与Shell Corena S2 P100空压机油及Mobil Rarus 427空压机油等两种推荐油品性能相当，且具有更好的防锈性能。具体见表2。

表2 DIN 51506 VDL100空压机油和D100/H舰船空压机 油的技术指标及部分实测值

积炭倾向性评定

选用两级、单缸、差动水冷式，WP110型船用空压机 ，在固定转速和排气温度的条件下，按表3规定的试验条件，开机运行120 h，通过测定安装在各级排气阀腔中的积炭收集片所采集的积炭重量的方法，评测进口空压机油和D100/H舰船空压机油的积炭倾向性，结果表明两种空压机油积炭倾向性相当，详见表4。

表3 空压机油积炭倾向性台架试验条件

表4 积炭倾向性评定结果

实装适应性考察

在某部某型气垫船上进行了为期27个月的实装适应性试验。试验历经春夏秋冬不同季节和寒温热不同海区，承试空压机累计运行118 h，状况良好，转速、工作压力、滑油压力、滑油温度等主要工况参数与使用进口油料时基本一致。对原用进口油料和试验前后D100/H舰船空压机油进行取样分析，发现原用油的铁含量较高，表明发生了一定量的锈蚀、磨损；试验前后，试验油料的黏度、闪点、酸值等理化性能基本保持不变，表明油品具有良好的稳定性；试验后油品中铜、铝、镁、铁等金属含量较低，且铁元素含量显著低于原进口油料，说明设备锈蚀、磨损情况得到显著改善。D100/H舰船空压机油满足装备实际使用要求。监控数据具体见表5。

表5 空压机空压机油实装试验油样监控数据

结论

D100/H舰船空压机油整体理化性能、积炭倾向性均与XX型进口空压机推荐使用的Shell Corena S2 P100 空压机油和Mobil Rarus 427空压机油相当，且具有更好的抗乳化和防锈性能，更适合舰船空压机使用。实装使用试验结果表明D100/H舰船空压机油满足装备使用要求，可替代原用进口空压机油用于某型气垫船空压机润滑。