氣墊船空壓機用油國產化研究

尚培華 宋浩然 宋敏 王建華

中國人民解放軍92228部隊

壓縮空氣啟動是常見的兩種啟動方式之一，因其具有啟動力矩大，受環境影響較小等特點，廣泛被用作大型艦用柴油機、燃氣輪機的啟動[1]。空壓機作為船舶上壓縮空氣來源，是重要的船舶輔機，其用油的可靠供應保障對裝備性能發揮具有重要的意義。

某型氣墊船空壓機選用德國進口的活塞往復式空壓機，風冷、兩氣缸、兩極壓縮、額定工作壓力3 MPa、最大工作壓力4 MPa、轉速1450 r/min、額定功率3.4 kW、散熱量5 kJ/s、適用環境溫度5～55 ℃。產品規格書中規定適用黏度等級為ISO VG100的礦物油，質量等級至少達到DIN51506標準中VCL水平，推薦用油為殼牌和美孚100號空壓機油。兩種油料均為進口產品，采購周期長，質量保證難度大，供應保障困難，因此必須進行國產化研究。

壓縮機油主要用于壓縮機活塞、氣缸、進（排）氣閥、軸承的傳動件的潤滑，同時還起到冷卻運動機件的摩擦表面以及密封氣體壓縮的工作容積的作用，合理選擇壓縮機油有利于延長設備的使用壽命、提高設備運轉的經濟性和可靠性[2]。

空壓機用油要求

氧化安定性

空壓機油與高溫高壓空氣直接接觸，且壓縮機金屬表面又起著催化作用，容易造成油品氧化。尤其對往復式壓縮機而言，潤滑油在氣缸活塞部位與熱的壓縮空氣不斷接觸，會引起油品氧化、分解，生成膠質和各類酸性物質。因此，往復式壓縮機對使用壓縮機油的氧化安定性具有較高要求。

積炭傾向性

空壓機油因氧化變質、油品不斷蒸發重組分在活塞頂部/排氣系統中積聚并不斷受熱分解、脫氫聚合等原因，使用過程中容易造成積炭。當壓縮機在排氣閥及排氣管道出現較多積炭時，就會使排氣系統動作不靈活，造成二次壓縮，導致氣體溫度迅速上升，引起空壓機燃爆風險。因此，積炭傾向性是評價空壓機油安全可靠運行的重要指標。

油水分離性

船用往復式壓縮機，由于長期在相對濕度較高的海洋環境下工作，曲軸箱和高壓氣缸中易產生冷凝水，造成油品乳化現象，造成油氣分離不清，油耗增大。嚴重時還會破壞油膜、促使灰塵、沙礫和污泥等分散，造成設備磨損[3]。因此，船用空壓機油需具有良好的抗乳化性能和油水分離性。

防腐防銹性

船用壓縮機長期處于高溫、高濕、高鹽霧的海洋環境中，設備銹蝕較為嚴重，因此要求使用的空壓機油具有較好的防銹性能。此外，壓縮機的油冷卻部件材質多為銅或銅合金，會使油品出現早期氧化產生油泥，對油品的抗腐蝕性有較高要求。

其他性能

除上述性能外，空壓機油的黏度、黏溫性、閃點和消泡性等指標對其使用性能也有較大影響，需根據設備及工況要求進行合理選擇[4 ～7]。

國內外壓縮機油規范

國外主要的壓縮機油規范有德國DIN51506和ISO 6521.3，其中最具代表性的是德國工業標準DIN51506。該標準制訂于1977年，包 含 VB（VBL）、VC（VCL）和VDL共3種級別的油品，適用于不同負荷空壓機 的潤滑。后分別于1982年、1985年、2013年和2017年進行了數次修訂，現行版本取消了VC（VCL）質量等級產品，僅保留了VB（VBL）和VDL兩個質量等級產品。其中VDL等級包括ISO VG32、46、68、100和150，共5個黏度等級的產品。

國內空壓機油主要有GB12691和GJB5401，其中GB12691參照采用DIN51506—1985制定，包括L-DDA和L-DAB兩個質量等級產品，黏度等級包含ISO VG32、46、68、100和150共5個產品；GJB5401制訂于2005年，2015年進行修訂，質量等級與VDL相當，包含100、150和220共3個黏度等級產品。

鑒于設備推薦使用質量等級在VCL級以上產品，且設備出廠配套用油為美孚空壓機油質量等級為VDL級，黏度等級為ISO VG100。因此對國內外標準中相應質量等級黏度等級為100的空壓機油主要指標要求進行比較，詳見表1。

由 表1可 見，ISO6521.2和GB12691兩項標準中的L-DAB級空壓機油，以及GJB5401中D100/H空壓機油，氧化安定性、減壓蒸餾殘留物特性和低溫性等主要指標均與DIN51506中VDL級產品一致，同時還根據空壓機油實際使用要求增加了銅片腐蝕、抗乳化性和防銹性等指標，整體性能相當或優于與VDL級產品。尤其是D100/H空壓機油，根據艦船空壓機所處海洋環境的特殊要求，防銹性要求由蒸餾水無銹提升至合成海水無銹，防銹性能大幅提升。

表1 VDL級及相當質量等級壓縮機油主要指標要求（ISO VG100黏度等

替代油料選型研究

從產品指標分析，國內L-DAB級空壓機油和D100/H艦船空壓機油均能滿足設備使用要求，但D100/H艦船空壓機油為部隊艦船廣泛應用產品，且具有更為優異的防銹性，更適合海洋環境使用，因此擬選用D100/H艦船空壓機油進行國產化替代研究。

參照GJB5401質量指標要求及相應檢測方法，對三種油品的主要理化性能指標進行了檢測，結果表明D100/H艦船空壓機 油整體性能與Shell Corena S2 P100空壓機油及Mobil Rarus 427空壓機油等兩種推薦油品性能相當，且具有更好的防銹性能。具體見表2。

表2 DIN 51506 VDL100空壓機油和D100/H艦船空壓機 油的技術指標及部分實測值

積炭傾向性評定

選用兩級、單缸、差動水冷式，WP110型船用空壓機 ，在固定轉速和排氣溫度的條件下，按表3規定的試驗條件，開機運行120 h，通過測定安裝在各級排氣閥腔中的積炭收集片所采集的積炭重量的方法，評測進口空壓機油和D100/H艦船空壓機油的積炭傾向性，結果表明兩種空壓機油積炭傾向性相當，詳見表4。

表3 空壓機油積炭傾向性臺架試驗條件

表4 積炭傾向性評定結果

實裝適應性考察

在某部某型氣墊船上進行了為期27個月的實裝適應性試驗。試驗歷經春夏秋冬不同季節和寒溫熱不同海區，承試空壓機累計運行118 h，狀況良好，轉速、工作壓力、滑油壓力、滑油溫度等主要工況參數與使用進口油料時基本一致。對原用進口油料和試驗前后D100/H艦船空壓機油進行取樣分析，發現原用油的鐵含量較高，表明發生了一定量的銹蝕、磨損；試驗前后，試驗油料的黏度、閃點、酸值等理化性能基本保持不變，表明油品具有良好的穩定性；試驗后油品中銅、鋁、鎂、鐵等金屬含量較低，且鐵元素含量顯著低于原進口油料，說明設備銹蝕、磨損情況得到顯著改善。D100/H艦船空壓機油滿足裝備實際使用要求。監控數據具體見表5。

表5 空壓機空壓機油實裝試驗油樣監控數據

結論

D100/H艦船空壓機油整體理化性能、積炭傾向性均與XX型進口空壓機推薦使用的Shell Corena S2 P100 空壓機油和Mobil Rarus 427空壓機油相當，且具有更好的抗乳化和防銹性能，更適合艦船空壓機使用。實裝使用試驗結果表明D100/H艦船空壓機油滿足裝備使用要求，可替代原用進口空壓機油用于某型氣墊船空壓機潤滑。