对称平衡式CNG压缩机的润滑系统.docx

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对称平衡式CNG压缩机的润滑系统

进口对称平衡式CNG压缩机的润滑系统

刘锡麟

原发表于《压缩机技术》杂志2001年第3，4期

新浪博客《秋林红似火》

摘要：

本文针对进口对称平衡式CNG压缩机，在我国许多地方CNG汽车加气站的推广应用情况，详细分析了此类压缩机润滑系统的系统组成、技术特点和设计要点，并对润滑油消耗量的计算方法及维护保养经验作了详尽的介绍，具有一定的实用价值。

关键词：

CNG压缩机润滑系统

随着我国天然气汽车产业的快速发展，各地越来越多的加气站从国外引进了技术先进的水平对称平衡式CNG压缩机。

这类压缩机以具有国际一流水平的美国Ariel公司的CNG压缩机为代表，技术先进、工艺精湛，与国产压缩机相比，有许多值得借鉴的地方。

其润滑系统，尤其是它的少油润滑方式的气缸润滑系统更具特色，现作一介绍，以供参考。

一、润滑系统的作用和功能

⒈压缩机润滑系统的主要作用和功能：

⑴减小滑动部位的磨损，延长零件期望寿命，减小维修费用；

⑵带走磨擦热量，冷却磨擦表面，保持正常配合间隙，有利于润滑零件的正常运转；

⑶和机械密封结构相结合，对气缸中的气体起密封作用；

⑷防止零件表面锈蚀，提高零件工作寿命；

⑸减小摩擦和摩擦热，减少能量损失和降低摩擦功耗，提高压缩机效率；

⑹带走磨屑清洗磨擦表面，提高运动面的工作质量；

⒉对润滑系统的基本要求：

⑴要有可靠的供油装置，保证有适量的润滑油输送至各运动部位；

⑵要有净化和冷却润滑油的装置；

⑶系统中要有便于检查供油情况的部位和仪表；

⑷供油系统要紧凑，便于拆装和清洗；

二、润滑系统的组成

水平对称平衡式CNG压缩机的润滑系统主要由预润滑系统、曲轴连杆润滑系统、气缸润滑系统、密封填料函润滑系统、润滑油预热和冷却系统等几个部分组成。

⒈预润滑系统

预润滑系统主要在压缩机未启动前，对曲轴主轴承等处进行预先润滑，保证压缩机能在启动过程中正常工作。

预润滑系统主要是电机带动的预润滑泵，除齿轮泵以外的其余部件和曲轴连杆润滑系统共用。

⒉曲轴连杆润滑系统

曲轴连杆润滑系统主要为曲轴主轴承、各连杆轴承、十字头和轴销处提供润滑。

主要由润滑油箱、粗过滤器、内啮合齿轮油泵、静热力阀、润滑油冷却器、精过滤器、油管、机体和曲轴及连杆中的油道、油压表和油压传感器等组成。

属强制润滑系统。

⒊气缸润滑系统

气缸润滑系统也属于强制润滑，主要为各级气缸注入润滑油。

该压缩机采用了少油润滑方式，即通过润滑油分配器，分时定量的为各气缸提供所需润滑油。

这样既可保证润滑的需要，又可使润滑油消耗最少。

气缸润滑系统的主要组成部件有，机体油道的末端堵块、单向阀、油管、柱塞泵、安全阀、无油流动指示器、润滑油分配器、油管、管接头等。

严格的讲，级间天然气过滤器、气动泄放阀和回收罐也可以归到气缸润滑系统，其主要作用是将在气缸中混入压缩天然气中的润滑油分离、收集和排放出去。

⒋密封填料函润滑系统

润滑油流过活塞杆密封填料函系统，既可润滑活塞杆，又可增强填料的密封作用。

该系统的主要组成部件和气缸润滑系统公用，只是润滑油由分配器的专用输出口供给，且用过的润滑油经刮油环收集，从主、辅两个油道流进集油箱定期排放（其中含有少量通过活塞杆泄漏出的天然气）。

⒌润滑油预热和冷却系统

润滑油预热和冷却系统，可保证压缩机润滑系统不受环境温度的影响而正常工作。

其主要组成部件有，润滑油加热器、润滑油温度传感器、静热力阀、润滑油冷却器（风冷式）。

三、系统设计要点

⒈预润滑系统

在压缩机起动过程中，曲轴还没有达到额定转速，难于保证曲轴轴承等处的正常润滑，为了避免曲轴摩擦发热产生故障，事先由预润滑系统在曲轴连杆机构中各润滑部位建立起所需油压，保证曲轴连杆润滑系统中润滑油的正常循环。

燃气发动机驱动的压缩机，由于起动过程慢，润滑油可保证主轴承处的润滑，所以可不设预润滑系统。

但在电机驱动的压缩机中必须设置预润滑系统，还应带有自动起动程序，以保证油压低于10psig（0.07Mpa）时，压缩机不得随意起动。

当压缩机运转正常后，预润滑系统自动停机。

⒉曲轴连杆润滑系统

该系统和一般的压缩机一样，润滑油从曲轴箱底部的油箱中出来，经粗滤器到油泵、油冷却器（油温低时不经过）、精滤器再到曲轴轴承，并经曲轴颈到连杆、连杆轴承和十字头，润滑后再回到油箱中，如此循环。

⑴润滑油泵

曲轴连杆润滑系统的润滑油泵为内啮合齿轮泵，由曲轴通过连轮和链条传动。

齿轮泵的供油量必须满足系统润滑油的需要。

不同排量的压缩机所采用的齿轮油泵的规格型号不同，供油量也不同。

⑵粗过滤器

润滑油从油箱中流出后经过的第一个零件就是粗过滤器，其中主要是40目的滤网。

⑶精过滤器

润滑油精过滤器的压力设置为：

进口压力：

55～60psig（0.40～0.41MPa），若低于35psig（0.24MPa）应停机；

出口压力：

和进口压力相比应不小于10psig（0.07MPa），即＞45～50psig

（0.31～0.34MPa）。

⒊气缸润滑系统

气缸润滑系统是该类压缩机独具特色的地方，属于少油润滑方式，很值得借鉴。

图一气缸润滑系统

⒈⒑润滑油进入气缸孔⒉⒏润滑油进入密封填料函⒊润滑油泵⒋安全爆破膜片

⒌润滑油入口处⒍润滑油泵出处⒎循环时间指示器⒐单向阀

⒒活塞杆密封填料函⒓填料函主泄油孔⒔润滑油分配器⒕气缸润滑油来自曲轴油箱

⑴润滑油泵

气缸润滑系统的润滑油泵为单柱塞泵。

油泵凸轮的转速通常为曲轴转速的1/50，正常情况下，润滑油流量大于5×10-3品脱/分（0.144in3/min）。

该油泵工作一个循环大约54～60秒，其中供油时间36～40秒，中断时间18～20秒。

通过手动旋转柱塞上的螺套，可调整油泵供油时间和流量。

顺时针旋转，缩短供油时间，减少供油量；逆时针旋转，延长供油时间（缩短中断供油时间），增加供油量。

⑵润滑油分配器

润滑油分配器是压缩机少油润滑方式中的关键部件。

它是由一组分配/比例阀所组成。

其作用是保证流到每个润滑点的润滑油量之比，接近等于每个相应气缸孔和活塞杆的直径之比，即油量和气缸孔、活塞杆直径成正比。

每个独立的分配阀就是一个阀块，阀块孔中有一个紧密配合的滑阀。

这些滑阀保证润滑循环过程连续不断。

当某个分配阀中的滑阀向一个方向运动，并向某个气缸供油时，其它各个分配阀中的滑阀则各自向不同的方向运动。

如某一个分配阀发生故障停止循环时，则整个分配器将被锁死，润滑油也停止流动。

每个分配阀由一个数字和字符组成的标记进行标识。

如，6S、9S、12S、6T、9T等。

数字代表分配阀的排量，用1/1000in3表示，如6S等于0.006in3，表示每个滑阀冲程所排出的润滑油量为0.006in3。

可能的尺寸规格有6、9、12、18和24。

字符代表润滑油在分配阀中的出口是单口（Single）还是双口（Twin）。

若为单口输出时，滑阀在一个循环中由两端所排出的油量全部流到一个润滑点，而双口输出时，两端所排出的油分别等量的流到两个润滑点。

例如，标记为12S的滑阀将把0.024in3（两端合计0.012×2=0.024）的润滑油直接输到同一润滑点；而标记为12T的滑阀则把0.012in3的油分别等量的输到两个润滑点上。

⑶气缸上的润滑点

不同的气缸型号，每个气缸上润滑点的数量是不同的。

⑴两个润滑点：

①K、C、D型气缸

②13〞及以上孔径的气缸

⑵三个润滑点：

“TR”型气缸

⑶一个润滑点：

其它型气缸

所有活塞杆密封填料函处皆为一个润滑点（TR型密封填料函有两个润滑点）。

⑷循环时间指示器

润滑油分配器旁安装有一个循环时间指示器（也称无油流动指示器或数字式无油流动传感器），它通过其中的指示销，测量每个工作循环所需的时间秒数，来表示润滑油的流量。

该循环指示销和标记为“12”或更大的滑阀的一端相接触，并穿过密封从分配阀一端伸出来，伸到一个外接的传感器中。

这个无油流动传感器中含有一个用弹簧加力的柱塞。

润滑油流动的压力通过指示销，迫使柱塞远离传感器中的电磁线圈，而当润滑油停止流动时，弹簧则推动柱塞移近电磁线圈，然后向压缩机控制器发出报警指令。

由于各个滑阀相联动，如果某一路堵塞，其它各路都动不了。

这个无油流动传感器，不管装在那一路，若2分钟没有润滑油流动，传感器灯就亮了，信号立即反馈到压缩机控制器指示停机。

⑸安全保险构件

油泵出口油路中设置了一个安全保险构件，其中主要是一个安全爆破膜片，当管路中的润滑油因故不流动，致使油管中的压力升高到大约4200psig（29Mpa）时膜片破裂。

可保护管路的安全。

同时无油的信号也可通过无油流动传感器传到压缩机控制器。

⑹单向阀

在润滑油到柱塞泵进油口之前的管路中应设有一个单向阀，以保证停机时油泵中的油不会流失，下次启动时就不会产生吸空现象，而影响润滑的有效性。

另外，在每个气缸孔和活塞杆密封填料函处的油喷射点前也要安装单向阀。

这样，润滑油通过分配阀上的管子，先到达单向阀，然后喷向润滑点。

以避免在润滑油中断间隔内润滑油返回油管（这时气缸润滑点的压力远远大于油管中的压力）。

⑺过滤器和回收罐

为了保证压缩天然气的洁净，在气缸润滑过程中混入天然气中的润滑油必须进行过滤、分离，然后排放出去。

因此，在每一级的气路中，在冷却器之后，下一级入口前必须设置一个凝聚式过滤器，最后一级设置两级凝聚式过滤器。

这些过滤器下部通过单向阀、油管、气动泄放阀和回收罐相连，并通过气动泄放阀定时收集到回收罐中，最后排放掉。

此外，该回收罐还具有其它作用，如可对压缩机系统中的脉动气流起缓冲作用，并将系统中的废气收集起来回送到到压缩机入口处，以利再用。

⒋活塞杆密封填料润滑系统

⑴在润滑油分配器中应有一个专门的分配阀块为密封填料函系统提供润滑油；

⑵在密封填料函的机构设计中，应有润滑油的主油道和一个辅油道。

主油道主要为润滑油在填料函中的通畅流动提供回路，以保证填料函的润滑和密封作用；辅油道主要为了将活塞杆运动过程中所带走的润滑油和通过填料函泄漏出的少量天然气收集起来，经集油器排出机外。

⑶从主油道出口到集油器之间的油管要保持通畅，否则会使系统的油压升高，并会产生其它故障。

⑷集油箱的上部应设有一个排空管，向上通到压缩机橇装箱体的外面，以使泄漏出的废天然气能通过该排空管排向空中，确保生产的安全。

⑸集邮箱的下部应设有一个排污管，可定期排放润滑过的废油，以免油位过高影响废气的顺利排放。

⒌润滑油预热和冷却系统

⑴润滑油冷却器

润滑油冷却器采用风冷方式，与压缩机的级间冷却系统同用一个风扇驱动。

⑵静热力阀

为了保证压缩机更好的运行，Ariel公司作为选件提供了Amot牌静热力阀，并推荐以固定连接方式安装。

润滑油的油温设定为，150℉（65.6℃）＜油温＜190℉（87.8℃），当油温高于190℉（87.8℃）时，静热力阀自动打开，润滑油从齿轮泵出来，经冷却器冷却后，再经油精滤器到各个润滑点。

热油供应线和冷却后的冷油返回线之间的最大压差是10psig（0.07MPa）。

⑶润滑油加热器

压缩机要求的最低润滑油温是150℉（65.6℃），这是驱散水蒸气所需的最低温度。

如果压缩机被暴露在较冷的环境温度下，润滑油系统设计应保证机组能安全起动，确保有足够的润滑油流到主轴承处，并保证连续运行，还需要有油加热器以及相应构件。

如果应用曲轴箱油浸式加热器，对于没有循环泵的系统，加热元器件的功率不应超过5W/in2（0.8W/cm2）。

如果要求用大功率加热器时，不但要设油循环泵，而且加热器应当同油循环泵连锁，以保证不会产生油的烧焦现象。

油烧焦后形成沉淀，使系统处于绝热状态，减少了热量的散发能力，而且沉淀落下来，会在润滑系统中形成一种磨蚀剂。

⒍润滑系统油压的设定

⑴曲轴连杆润滑系统

曲轴连杆润滑系统的油压，可通过齿轮泵上的调压器进行调整。

压缩机出厂时设定油压