tandwiel

Tandwielsmering

Tandwielen zijn er in vele soorten en maten. Heel klein, zoals in een uurwerk, heel groot zoals bij sommige industriële overbrengingen en allerlei vormen daar tussen. Omdat de beweging van tanden van in elkaar grijpende tandwielen ten opzichte van elkaar altijd een combinatie is van zowel glijden als rollen via een lijncontact, treden er grote krachten op die het gebruikte smeermiddel zowel afschuiven als op druk belasten. Het is dan ook niet mogelijk om onder alle omstandigheden een voldoende smeerfilm op te bouwen, er zal vaak sprake zijn van gemengde smering. Alleen in de gunstigste omstandigheden kan een min of meer permanente vorm van elasto-hydrodynamische vollefilm smering worden verwacht. Tandwielolie is dan ook meestal rijkelijk voorzien van anti-slijtage toevoegingen. 

Uitvoeringen

Tandwieloverbrengingen zijn er in allerlei uitvoeringen. Ze verschillen zowel in tandvorm, aard van de overbrenging als in de manier waarop de hartlijnen van de tandwielen ten opzichte van elkaar staan. Ook binnen een bepaald type is er een groot verschil in uitvoering. Naast tandwielen in gesloten omkasting zijn er tandwielen in een niet oliedichte omkasting of zefls geheel open. In de afbeelding zijn een aantal voorbeelden te zien. 

Oliekeuze

In zijn algemeenheid geldt: hoe hoger de omtrekssnelheid, hoe lager de viscositeit kan worden gekozen, hoe hoger de belasting hoe visceuzer het smeermiddel. Bij langzaam draaiende open tandwielen worden dan ook of zeer dikke vloeibare smeermiddelen of goed hechtende pasta-achtige stoffen gebruikt.
Wanneer het smeermiddel (door additivering) goede anti-slijtage eigenschappen heeft, kan een iets lagere viscositeit worden gekozen. De meest gebruikte viscositeiten voor industriële overbrengingen zijn producten tussen ISO VG 100 - 460, voor open tandwielen tot nog aanzienlijk "dikker". Voor overbrengingen bij transporttoepassingen zijn viscositeiten tussen SAE 75W tot SAE 140 het meest voorkomend. Bij fijnmechanische producten en modelbouw worden wel ISO VG 10 - 22 toegepast. 

Levensduur van overbrengingen

Er is een groot verschil in de ontwerplevensduur van tandwieloverbrengingen. De ontwerplevensduur hangt nauw samen met de belasting: wanneer de belasting hoger is, wordt de levensduur korter en vice versa. Voor toepassingen waar de levensduur bij het ontwerpen op een eindige waarde wordt gesteld, kan binnen zekere grenzen een hogere belasting worden toegelaten. In het duits spreekt men dan wel over "Zeitgetriebe". Overbrengingen met een beperkte (geplande) levensduur zijn vooral aan te treffen bij voertuigen en andere "wegwerpapparatuur" zoals huishoudelijke apparaten, printers, hobbygereedschap etc. Voor een auto kan dat betekenen dat de versnellingsbak 300.000 km storingvrij moet kunnen functioneren - en dat om dat te bereiken de levensduur van de achteruitversnelling slechts 30 minuten behoeft te zijn onder volle belasting. Als die berekening perfect wordt uitgevoerd gaat alles tegelijk kapot - na ca 300.000 km of een daarmee overeenkomend aantal jaren.
Voor industriële toepassingen is de ontwerpfilosofie anders. Er is lang niet altijd precies bekend hoe lang een overbrenging mee zal moeten gaan en het aantal uren dat een overbrenging per jaar wordt ingezet kan reiken van enkele tientallen uren tot volcontinu bedrijf. Men kiest dan ook voor een aanzienlijk lagere belasting om voortijdige uitval te voorkomen. Dat vertaald zich naar de afmetingen: een industriële overbrenging is aanzienlijk zwaarder en groter uitgevoerd dan de versnellingsbak van een bedrijfswagen, wanneer ze beide hetzelfde vernogen doorleiden.
Niet alleen de afmetingen zijn anders, ook de samenstelling van de te gebruiken olie en de aan te houden belastingsgrenzen veranderen bij een andere ontwerpfilosofie. 

Slijtagevormen

De te verwachten slijtagevorm hangt samen met de koppel/omtrekssnelheid-combinatie. In de afbeelding zijn de diverse vormen in beeld gebracht. Bij een relatief laag koppel is een nagenoeg slijtagevrij bedrijf mogelijk bij alle omtrekssnelheden - de belasting is laag. Bij lage omtrekssnelheid < 0,5 m/s) leidt een verhoging van het koppel tot boven een bepaalde waarde tot sterk toenemende slijtage.
Tussen een omtrekssnelheid van ca 0,5 tot 10 m/s leidt het verhogen van het koppel tot "pitting" - in essentie een vermoeiingsverschijnsel. Boven 10 m/s zal bij een te hoog koppel "vreten" optreden, plotselinge snelle slijtage omdat er geen smeerfilm meer kan worden gehandhaafd vanwege de toenemende snelheid.Door de diverse rode lijnen worden de grenzen bij benadering aangegeven.
De overbrenging kan ook kapot gaan door grove overbelasting. Dat leidt dan meestal tot het afbreken van tanden. Bij welke combinaties dat kan optreden wordt aangegeven door de blauwe lijn. Normaal komt bij een correct ontwerp een dergelijke vorm van slijtage niet voor. Tenslotte is er nog een in rood aangegeven gebied aangeduid met "micropitting". Dat is een typerende vorm van slijtage bij hoogbelaste industriële overbrengingen. Deze vorm van slijtage komt bij automobieloverbrengingen niet voor omdat die in een heel ander belastingsgebied draaien: combinaties in het normale slijtage- en bij falen van de smeerfilm in het vreetgebied zijn daar het meest frequent. Standaard industriële overbrengingen draaien normaal in het probleemloze belastingsgebied. De introductie van zwaarder belaste overbrengingen voor toepassing in bijvoorbeeld windturbines voor electriciteitsopwekking heeft problemen met "micropitting" geintroduceerd. 

Tandwielolie voor industrietoepassingen

Tandwieloverbrengingen voor industrieoverbrengingen kunnen worden ingedeeld in drie groepen:

  • standaardoverbrengingen, door constructeurs ingekocht voor toepassing in allerlei installaties
  • standaard overbrengingen vervaardigt voor specifieke toepassingen
  • voor een bepaalde constructie speciaal vervaardigde overbrengingen

Bij de eerste groep is sprake van serie-productie op betrekkelijk grote schaal (tot enkele duizenden stuks per jaar), bij de tweede groep gaat het om hooguit enkele honderden, bij de derde groep gaat het om volledig aangepast maatwerk.
De ontstaanswijze heeft een aantal consequenties. Bij de eerste groep heeft de fabrikant geen zicht op waar de overbrenging uiteindelijk wordt ingezet en onder welke omstandigheden dat gebeurt. Smeervoorschriften zullen dus betrekkelijk algemeen zijn en in bepaalde gevallen zal afwijking daarvan (na overleg met de fabrikant) zinvol kunnen zijn.
Bij de tweede groep bestaat meer inzicht in het uiteindelijke gebruik. Smeersysteem en smeervoorschrift zijn afgestemd op de voorziene toepassing en laten minder afwijkingen toe. Bij de derde groep is bij de fabrikant precies bekend waar de overbrenging wordt ingezet, de fabrikant levert precieze onderhoudsinstructies mee die op straffe van verlies van garantie dienen te worden opgevolgd.

Ontwerpfilosofie en smeermiddelkeuze

De ontstaanswijze van industriële overbrengingen is aanmerkelijk anders dan bij automobieltoepassingen. De terugkoppeling van tienduizenden gebruikers ontbreekt en ook tests voorafgaaande aan de serieproductie zullen beperkter van omvang zijn. Dat, samen met een hogere levensduurwens, leidt tot een aanzienlijk conservatiever dimensionering van onderdelen.
Het gevolg is dat zowel bij materiaalbelasting als smeermiddelvereisten minder de grenzen worden opgezocht. Daardoor kan in veel gevallen met eenvoudiger smerrmiddelen worden volstaan - en het gebruik van dergelijke specifiek op de industriebehoeften afgestemde smeermiddelen wordt ten zeerste aangeraden. Zo worden bijvoorbeeld andere anti-oxidanten en andere anti-slijtage additieven toegepast, afgestemd op het te verwachten belastings- en temperatuurspectrum. Chemisch actieve "EP"-additieven zoals in voertuigtoepassingen worden toegepast, worden waar mogelijk vermeden, vanwege de met het gebruik daarvan samenhangende hogere materiaalverlies. 

Demulgerend vermogen

Industriesmeermiddelen zijn meestal goed in staat water af te scheiden, zodat dit kan worden afgetapt. "Automotive" tandwielolie heeft meestal vanwege de hogere te verwachten bedrijfstemperatuur een zekere mate van "detergency" waardoor waterafscheiding onmogelijk wordt. De bedrijfstemperatuur bij industrieproducten wordt meestal beperkt tot < 90 °C. 

Standaardoverbrengingen (serieproductie)

Smeervoorschriften voor dergelijke producten geven de gebruiker meestal een zekere keuzemogelijkheid: de viscositeit kan gekozen worden in functie van omgevingscondities (temperatuur), opstelling (horizontaal/vertikaal) en belastingswijze (schokken, trillingen). De viscositeit wordt aangegeven in ISO VG termen. Het prestatieniveau kan worden aangegeven met behulp van DIN of AGMA klassen. Meestal worden ook een aantal producten van diverse leveranciers genoemd. Wordt slechts één product genoemd, dan kan dat meestal probleemloos worden vervangen door een vergelijkbaar product van een andere leverancier. In een aantal gevallen wordt ook een verversingstermijn opgegeven.
Soms wordt dit type overbrenging geleverd met een levensduurvulling. In dat geval wordt meestal een smeermiddel op polyalkeenlycolbasis gebruikt. 

Overbrengingen voor specifieke toepassingen (beperkte serieproductie)

Het betreft hier tandwielkasten ontworpen voor gebruik in specifieke toepassingen. De fabrikant heeft een goed inzicht in de daarbij optredende belastingen. Voorbeelden zijn overbrengingen voor windturbines, scheepsschroefaandrijvingen, roerwerkaandrijvingen etc. De smeervoorschriften houden rekening met de te verwachten belastingen. Prestatieniveau en viscositeit worden in de gebruikelijke industrietermen aangegeven en dienen te worden opgevolgd. 

Maatwerkoverbrengingen(stuksgewijze productie)

De overbrenging is speciaal ontworpen voor een specifieke toepassing. Gebruikservaring bestaat er dus niet of slechts in beperkte mate. De fabrikant geeft aanbevelingen voor het te gebruiken smeermiddel. De kwaliteit van die aanbeveling kan varieren - afhankelijk van de tribologische kennis van de constructeur. Overleg tussen gebruiker, constructeur en smeermiddelleverancier is op zijn plaats om tot een zo goed mogelijke keuze te komen.
Overleg vindt daarbij het best plaats in de ontwerpfase, omdat dan nog eventuele veranderingen in het ontwerp kunnen worden aangebracht. Wanneer eenmaal het productieproces is gestart zal de bereidheid tot veranderingen meestal niet meer aanwezig zijn.
Bij maatwerk is extra aandacht voor de keuze van het te gebruiken smeermiddel op zijn plaats. De keuze van de constructeur is niet altijd gebaseerd op tribologische kennis en ervaring. Subtiel overleg tussen constructeur, aanstaande gebruiker en smeermiddelleverancier kan verkeerde aanbevelingen en de kostbare gevolgen daarvan voorkomen. 

Tandwielolie voor industriële overbrengingen

De belangrijkste producttypen voor industrietandwielolie zijn:

basisvloeistof

additieven

inzet

minerale olie

-

zeer licht belaste overbrengingen

minerale olie

anti-oxidant, anti-corrosie

licht belaste overbrengingen bij hogere temperatuur

minerale olie

anti-oxidant, anti-slijtage, anti-corrosie

normaal belaste overbrengingen

minerale olie

anti-oxidant, anti-slijtage, anti-corrosie, "mild EP"

zwaar belaste overbrengingen, wormoverbrengingen

onconventionele minerale olie

anti-oxidant, anti-slijtage, anti-corrosie

normaal en zwaarder belaste overbrengingen, ook bij hogere temperatuur

poly-alfa-olefinen

anti-oxidant, anti-slijtage, anti-corrosie

normaal en zwaarder belaste overbrengingen, ook bij hogere temperatuur

polyalkeenglycolen

anti-oxidant, anti-slijtage, anti-corrosie

normaal en zwaar belaste overbrengingen, ook bij hogere temperatuur, wormoverbrengingen

voedselveilige basisvloeistoffen

afhankelijk van voorziene belasting en samenstelling

toepassingen waar weglekken naar voedingsmiddelen zou kunnen optreden

biologisch afbreekbare basisvloeistoffen

afhankelijk van voorziene belasting en samenstelling

toepassingen waar weglekken naar het milieu zou kunnen optreden

Naast de genoemde additieven kunnen demulgatoren en anti-schuimtoevoegingen aanwezig zijn. De voedselveilige en biologisch afbreekbare producten vormen twee aparte categorieën, waar de keuze van de basisvloeistoffen en additieven niet alleen wordt bepaald door het gewenste prestatieniveau maar ook dooor een extra randvoorwaarde (voedselveiligheid, biologische afbreekbaarheid).

Mengbaarheid

Producten op basis van minerale olie, onconventionele minerale olie of poly-alfa-olefinen zijn onderling mengbaar, Polyalkeenglycolen zijn niet mengbaar met andere producten. Ze stellen bovendien extra eisen aan te gebruiken verven, coatings en afdichtingsmaterialen. Voedselveilige en biologisch afbreekbare producten zijn uiteraard door hun specifieke samenstelling niet bedoeld om vermengd te worden met andere producten, bij overschakeling naar één van deze producten dient eerst een spoelprocedure te worden uitgevoerd. Ook bij overschakeling naar een (andere) polyglycol is spoelen aan te raden. 

Smeermiddeltoevoer, viscositeit en omtreksnelheid

De keuze van de viscositeit hangt samen met de omtreksnelheid van de tanden. Wanneer de omtreksnelheid hoger is, zal een lagere viscositeit worden gekozen. Meest gebruikte viscositeiten zijn ISO VG 150 - 320
Boven een bepaalde waarde van de omtreksnelheid heeft circulatiesmering de voorkeur boven spatsmering om excessief karnen, kans op luchtinsluiting en schuimvorming en onnodig energieverlies te voorkomen. 

Wormoverbrengingen

Wormoverbrengingen worden veel toegepast omdat een grote overbrengingsverhouding in een enkele stap kan worden gerealiseerd. Bij wormoverbrengingen treedt een hoge mate van glijden op. Dit leidt tot veel warmteontwikkeling. Om die reden zijn wormwieloverbrengingen vaak van koelribben voorzien of van een koelsysteem. De warmteproductie kan sterk worden gereduceerd door het inzetten van smeermiddelen op polyalkeenglycol basis. PAG's worden dan ook steeds meer ingezet in wormoverbrengingen. De toe te passen viscositeit is afhankelijk van de plaats van de worm en het gebruikte smeersysteem.. Bij een bovenliggende worm en spatsmering wordt een minder visceus product toegepast dan bij een onderliggende worm. Meest gebruikte viscositeiten zijn ISO VG 220 - 460. 

Overbrengingen in niet-oliedichte omkasting

Wanneer een overbrenging niet is voorzien van een oliedichte omkasting, kan geen vloeistof worden gebruikt als smeermiddel. In die gevallen wordt een halfvloeibaar vet gebruikt met een NLGI penetratieklasse 0 of 00, vaak met een aanzienlijke hoeveelheid "EP"-additief. Een dergelijke manier van smeren is alleen geschikt voor lage omtrekssnelheden, warmteafvoer is niet mogelijk.. 

Open tandwielen

Voor zeer lage omtrekssnelheden worden vaak open tandwielen gebruikt. Open tandwielen kunnen zeer grote afmetingen hebben, bijvoorbeeld bij kalanderaandrijvingen en draaikransen van hijswerktuigen. Als smeermiddel worden pasta-achtige substanties ingezet die goed hechten zodat in het grenssmeringsgebied nog enige wrijvingsreductie kan plaats vinden. Aanbrengen kan handmatig, via een sproeisysteem of spuitbus plaats vinden. Producten die worden aangebracht door sproeien of spuiten bevatten meestal een vluchtig oplosmiddel dat moet uitdampen voordat het smeermiddel effectief kan worden. 

Soortenbeperking

Wanneer in een bedrijf wordt geanalyseerd welke tandwielsmeermiddelen voorgeschreven zijn in de diverse apparatuur, levert dat een lange lijst van producten op. Vaak kan daarin een sterke vereenvoudiging worden aangebracht. Bij de meeste toepassingen kan voor de viscositeit een product worden gekozen in een hogere of lagere ISO VG-klasse dan voorgescheven, zonder dat problemen ontstaan. Daarnaast kunnen minder kritische toepassingen ook worden gesmeerd met betere producten, vaak met een langere standtijd. Dat samen maakt het mogelijk het aantal noodzakelijke producten aanzienlijk te beperken.
Standaardisatie komt dus neer op het inkopen van minder, maar meestal hoogwaardiger, producten. Dat maakt het uitvoeren van onderhouds-werkzaamheden eenvoudiger en beperkt de kans op vergissingen. Dat levert zowel een kostenbesparing op als een hogere bedrijfszekerheid. De rekening van de smeermiddelleverancier kan iets hoger uitvallen, maar dat wordt door een geringere onderhoudsbehoefte meer dan gecompenseerd. Standaardiseren naar het goedkoopste product daarentegen is meestal - letterlijk - oliedom.
Bij nieuwe installaties is het verstandig om al in het ontwerpstadium de uiteindelijke keuze af te stemmen met fabrikanten, toeleveranciers en smeermiddelleverancier om gekrakeel bij eventueel toekomstige garantieaanspraken uit te sluiten. 

schroefcompressor

Compressortypen

Het juiste type smeermiddel voor een compressor hangt af van een aantal factoren:

  • constructie van de compressor
  • eindcompressiedruk
  • type gas dat wordt gecomprimeerd
  • toepassing:
    • niet-circulerend te comprimeren gas (persluchtsystemen, voeding voor chemische processen)
    • circulerend medium (koudemiddel in compressiekoelmachines)

In veel gevallen komt het smeermiddel in contact met het te comprimeren gas of het koudemiddel. Omdat het te comprimeren gas of het koudemiddel van alles kan zijn, worden er aan het smeermiddel zeer verschillende eisen gesteld aan zowel oplosbaarheid van het gas of koudemiddel in het smeermiddel als aan de mengbaarheid van het smeermiddel met het koudemiddel. Een foutieve keuze kan tot grote schade leiden - en tot ongelukken als gevolg van brand of explosie. Een zelfde type compressor kan worden ingezet voor het comprimeren van verschillende media. Het meest geschikte smeermiddel zal dus variëren. Een compressor die lucht comprimeert heeft een ander smeermiddel nodig dan wanneer pure zuurstof wordt gecomprimeerd. Wanneer aardgas wordt gecomprimeerd kan geen smeermiddel op basis van minerale olie als smeermiddel worden toegepast etc.
Naast de technische vereisten bij de keuze voor een bepaald smeermiddel kunnen er ook bepaalde randvoorwaarden zijn die het gebruik van een bepaald type smeermiddel toestaan en andere niet. Zo zal men bijvoorbeeld in de voedingmiddelenindustrie en bijvoorbeeld bedrijven die verpakkingsfolie op basis van etheen maken voor gebruik in de voedingsmiddleenindustrie voedselveilige smeermiddelen toepassen, wanneer het smeermiddel in contact komt met het te comprimeren gas..

In alle gevallen waarin het te comprimeren gas in aanraking komt met het smeermiddel worden er aan het smeermiddel aanvullende eisen gesteld die rechtstreeks voortvloeien uit dat contact. De eisen hebben zowel betrekking op de oplosbaarheid van het gas in het smeermiddel (bij voorkeur zo gering mogelijk) als op veiligheidsaspecten (bijvoorbeeld bij het comprimeren van zuurstof of lucht met een hoger dan normaal zuurstofgehalte).
Wanneer de compressor is opgenomen in een compressiekoelmachine en er dus een circulerend koudemiddel wordt gecomprimeerd, dient het smeermiddel zowel mengbaar te zijn met het koudemiddel, een voldoende laag vlokpunt te hebben en geen afzettingen te geven die de warmteoverdracht in condenser en verdamper belemmeren. 

Membraancompressoren

Bij membraancompressoren wordt een membraan gebruikt om de ruimte waarin het gas zich bevindt te verkleinen. Zolang dat ,membraan niet lek is, is er geen contact tussen gas en smeermiddel mogelijk. Membraancompressoren worden onder meer gebruikt in koelkasten, diepvriezers en medische apparatuur. In veel gevallen is de compressor hermetisch uitgevoerd, dat wil zeggen aandrijfmotor en compressoraandrijving zitten in een voor onderhoudswerkzaamheden niet te openen behuizing. Een relatief eenvoudig samengestelde minerale olie volstaat, met als bijzonderheid een relatief hoge doorslagspanning, om kortsluiting te voorkomen. 

Zuigercompressoren

Zuigercompressoren zijn er in twee uitvoeringen: met een trunkzuiger of met een zuiger voorzien van een kruishoofd om zijdelingse krachten op te nemen. Bij kruishoofduitvoeringen kan de compressor zowel enkelwerkend als dubbelwekend zijn uitgevoerd. Trunkzuigercompressoren worden veel gesmeerd door spatsmering. Bij kruishoofduitvoeringen is er meestal sprake van spatsmering voor het drijfwerk, voor de cylinder is er of een apart smeermiddel injectiesysteem of de cilinder is ongesmeerd. Dat is mogelijk door voor de zuigerveren een materiaal te kiezen bestaande uit een koolstof/PTFE-matrix. Daarmee is een acceptabele levensduur te bereiken, terwijl er geen kans bestaat dat het procesgas wordt verontreinigd door smeermiddel.
Met zuigercompressoren zijn zeer hoge drukken bereikbaar. Uit rendementsoverwegingen worden meestal tweetraps of drietraps compressoren gebruikt met koeling van het gas na iedere trap. De compressie-eindtemperatuur is meestal aan maxima gebonden, om de kans op brand te beperken. 

Schottencompressoren

Schottencompressoren zijn er in twee uitvoeringen. Bij het ene type wordt in de compressieruimte net voldoende smeermiddel geinjecteerd als nodig is voor de smering van de schotten. Dat smeermiddel verdwijnt met het gecomprimeerde gas en er is dus sprake van verliessmering. Eventueel kan wel in een later stadium olie uit de gasstroom worden afgescheiden, maar het smeermiddel wordt niet hergebruikt (tenzij de schottencompressor is opgenomen in een compressiekoelmachine). Bij de tweede uitvoering wordt een overvloedige hoeveelheid olie geinjecteerd ("oilflooded" uitvoering) om de compressie-eindtemperatuur te beperken Het smeermiddel dient dus daar ook voor koeling. Dit type is altijd voorzien van een olieafscheider - na afkoelen wordt het smeermiddel hergebruikt. 

Draaizuigercompressoren

Bij draaizuigermotoren draaien lobben met op elkaar afgestemde vorm met geringe speling langs elkaar. De lobben worden extern aangedreven door een synchronisatiemechanisme, meestal in de vorm van tandwielen. Het bekendste voorbeeld van een dergelijke compressor is de zogenaamde "Rootsblower" die (vroeger) veel werd toegepast op tweetakt dieselmotoren. Sommige autofabrikanten passen een dergelijk type compressor toe op benzinemotoren (Mercedes). 

Schroefcompressoren

Schroefcompressoren kennen een uitvoering met externe synchronisatie (tandwielen) waarbij de compressieruimte geen smering behoeft omdat de rotoren elkaar niet raken en een uitvoering waarbij slechts een rotor extern wordt aangedreven. De tweede rotor wordt dan door de aangedreven rotor "meegenomen" - en er is dus in principe contact. Om slijtage te voorkomen en tevens voor de koeling van het te comprimeren gas, wordt dan een grote hoeveelheid smeermiddel ingespoten. Dat smeermiddel wordt in een later stadium uit het procesgas afgescheiden, gekoeld en hergebruikt. 

Axiaal werkende waaiercompressoren

Bij axiaal werkende waaiercompressoren behoeven slechts de lagers en afdichtingen te worden gesmeerd, het werkingsprincipe is vergelijkbaar met een scheepsschroef. Er is geen contact met het te comprimeren gas. Een belangrijke toepassing van axiaalcompressoren is de compressor op vliegtuigen die dient voor de luchttoevoer van de voor de voortstuwing gebruikte gasturbines. De te bereiken compressie is beperkt, het doorstroomvolume zeer hoog 

Radiaal werkende waaiercompressoren

Kenmerkend voor radiaal werkende compressoren is het zogenaamde slakkenhuis, het werkingsprincipe is vergelijkbaar met de centrifugaalpomp voor vloeistoffen. Ook hier behoeven slechts lagering en adichtingen te worden gesmeerd, er is geen contact tussen gas en smeermiddel. Zowel het axiale als het radiale type waaiercompressor zijn meestal meertraps uitgevoerd en voorzien van een circulatiesmeersysteem. De "turbo" op motoren is een radiaalwerkende waaiercompressor - aangedreven door een uitlaatgasgedreven"windturbine". 

Inzetgebed van compressoren

Compressoren lopen sterk uiteen voor wat betreft de te bereiken drukverhoging en het daarbij behorende doorstroomvolume. Afhankelijk van de behoefte zal men kiezen voor een type dat een hoge mate van drukverhoging kan bewerkstelligen dan wel een grote opbrengst geeft. Met zuigercompressoren (met name de meertrapsuitvoeringen) kunnen zeer hoge drukken worden bereikt. Meertraps axiaalcompressoren zijn zeer geschikt voor zeer hoge volumes bij een bescheidener drukverhoging. 

Gascompressoren

Bij compressoren waarbij het smeermiddel in contact komt met het te comprimeren gas, kunnen er vervelende complicaties optreden. Zo kan het te comprimeren gas ten dele oplossen in het smeermiddel, hetgeen een sterke viscositeitsdaling teweeg brengt en daardoor de smering in gevaar kan brengen. Anderzijds kan smeermiddel ten dele meegenomen worden in de gasstroom, wat de kwaliteit van het gas als procesgas kan verslechteren. Ook kunnen gassen etsende, zure of corrosieve componenten bevatten, die slijtage sterk doen oplopen. Tenslotte zijn er gassen die sterk oxiderend kunnen werken en daardoor uit veiligheidsoverwegingen beslist niet met bepaalde typen smeermiddelen kunnen worden gecombineerd. 

Compressortypen

Bij gascompressoren worden dezelfde compressortypen ingezet als voor het comprimeren van lucht. Waar mogelijk worden axiaal- of radiaalcompressoren ingezet, omdat daarbij geen contact kan optreden tussen gas en smeermiddel. Daardoor worden veel problemen voorkomen. Bij gebruik van compressoren van het waaiertype kan met relatief eenvoudige smeermiddelen worden volstaan, identiek aan de producten ingezet bij luchtcompressoren. In toepassingen waar hoge drukken vereist zijn en/of relatief kleine doorstroomvolumes, zal naar andere typen compressoren moeten worden uitgeweken. Zuigercompressoren en schroefcompressoren worden dan het meest toegepast. Beide zijn er in gesmeerde en in "olievrije" uitvoering. Bij zuigercompressoren in kruishoofduitvoering kan eventueel voor het drijfwerk een ander (eenvoudiger samengesteld) smeermiddel worden gebruikt dan voor de cylindersmering. 

Gassen

Verschillende gassen brengen verschillende problemen met zich mee:

 

gastype

voorbeelden

mogelijk smeermiddel

opmerkingen

 

inerte en reducerende gassoorten

stikstof, waterstof, helium, kooldioxide, ammonia

API groep I, III, IV, V (PAG)

Gassen reageren niet met minerale olie, PAO of PAG.

Kooldioxide dient in gedroogde vorm te worden gecomprimeerd, omdat bij aanwezigheid van vocht H2CO3 (koolzuur) kan ontstaan, dat licht corrosief is.

 

gasvormige koolwaterstoffen

methaan (aardgas), propaan, butaan, LPG, propeen, buteen,

API groep I, III, IV, V (PAG)

Gassen reageren niet met minerale olie maar lossen er wel in op. Daarom dient een hogere viscositeit te worden gekozen om de "verdunning" door het opgeloste gas te compenseren.

Bij gassen die relatief zware koolwaterstoffracties bevatten kan het voorkomen dat deze neerslaan op metaaldelen en daardoor een smeermiddel gebaseerd op minerale olie wegwassen.

Koolwaterstoffen lossen aanzienlijk minder op in PAG dan in API groep I, III en IV producten

 

chemisch reactieve gassen

zuurstof

fosfaatester

Smeermiddelen op basis van minerale olie (API groep I, III, IV) kunnen niet worden toegepast vanwege brandgevaar.

Wanneer comprimeren in smeermiddelvrije compressortypen niet mogelijk is, worden wel fosfaatesters toegepast (ISO HFD-R)

 

halogenen

-

Bij voorkeur comprimeren in smeermiddelvrije compressortypen bij aangepaste materiaalkeuze

 

zoutzuur

-

Bij voorkeur comprimeren in smeermiddelvrije compressortypen bij aangepaste materiaalkeuze

 

zwavelwaterstof

API groep I, III, IV, V (PAG)

Gas dient in gedroogde vorm te worden gecomprimeerd om het ontstaan van corrosieve zuren te voorkomen.

 

stikstofoxiden

API groep I, III, IV, V (PAG)

Gas dient in gedroogde vorm te worden gecomprimeerd om het ontstaan van corrosieve zuren te voorkomen.

Wanneer het smeermiddel zinkhoudende additieven bevat die normaliter in motorolie worden gebruikt, kunnen deze met stikstofoxiden reageren en afzettingen vormen.

 

zwaveldioxide

API groep III, IV, V (polybutenen)

Bij gebruik van API groep I producten kan SO2 bepaalde componenten uit het smeermiddel extraheren en kan drabvorming optreden.

 

 

Bovenstaande tabel geeft slechts een globale indicatie van mogelijkheden en te verwachten problemen. De tabel is niet bedoeld als aanbeveling voor een in te zetten producttype. In iedere concrete toepassing dient de keuze te worden gemaakt in nauw overleg met compressorfabrikant en smeermiddelleverancier.

Oplossen van het smeermiddel in het te comprimeren gas.

In hoeverre een smeermiddel oplosbaar is in het te comprimeren gas hangt af van de samenstelling van het smeermiddel en van het het gas. Bij het toenemen van druk en/of temperatuur neemt de oplosbaarheid van het gas in het smeermiddel toe. Door het oplossen van het gas in het smeermiddel daalt de viscositeit sterk. Die viscositeitsdaling neemt toe bij het stijgen van de temperatuur en van de druk en kan meer dan 90% bedragen!.
In de praktijk lost men dit probleem wel op op door een smeermiddel met zeer hoge viscositeit in te zetten, dat dan door het opnemen van gas de juiste "werkviscositeit" zou moeten verkrijgen. Beter is het om een type smeermiddel te kiezen dat weinig of geen gas opneemt, waardoor het viscositeitsdalend effect niet of minder optreedt. Om deze reden worden voor de meeste toepassingen smeermiddelen op polyalkeenglycol basis ingezet. In veel gevallen is het toepassen van producten op basis van API groep I zeer onbevredigend, API groep III en groep IV producten maken bij niet al te hoge drukken wel een bevredigend bedrijf mogelijk. 

Koelcompressoren

Koelcompressoren zijn niet anders dan gascompressoren of luchtcompressoren. In alle gevallen wordt een gas gecomprimeerd. Het verschil is dat het gas (koudemiddel) na compressie en afkoelen tot de vloeibare fase weer verdampt en dan weer teruggevoerd wordt naar de compressor. Het koudemiddel circuleert dus door de compressor. Wanneer er geen gebruik wordt gemaakt van een "olievrije" compressor, zal het koudemiddel ook resten smeermiddel bevatten. Daardoor worden aan het smeermiddel een aantal bijzondere eisen gesteld: het smeermiddel zal in het te verwachten temperatuurgebied mengbaar moeten zijn met het koudemiddel en niet mogen uitvlokken of afzettingen vormen. 

Uitvoeringsvormen

Bij eenvoudige installaties als huishoudkoelkasten en diepvrieskisten worden hermetisch gesloten compressoren gebruikt waarbij het smeermiddel niet in contact komt met het gas.
Bij grotere installaties voor industrieel gebruik (koelcellen, airco-installaties in kantoren, kunstijsbanen, chemische installaties etc) worden compressoren toegepast waar het smeermiddel eventueel wel in contact kan komen met het gas. In dat geval zal het smeermiddel op moeten kunnen lossen in het koelmiddel en niet mogen uitvlokken bij de lage temperaturen zoals die in de verdamper kunnen optreden. Ook zal het gas zo weinig mogelijk moeten oplossen in het smeermiddel. 

Oplosbaarheid van het smeermiddel in het koudemiddel

Hoeveel smeermiddel in het koudemiddel kan oplossen hangt af van het soort smeermiddel, het koudemiddel en de temperatuur. In de grafiek is daar een voorbeeld van te zien. Boven ca 3 °C zijn koudemiddel en smeermiddel in alle verhoudingen mengbaar. Wanneer de temperatuur daalt wordt de mengbaarheid minder. Zo kan bijvoorbeeld bij -8 °C nog slechts 20% smeermiddel oplossen in het koudemiddel en bij -10 °C nog ongeveer 38% koudemiddel in het smeermiddel. Wanner de temperatuur verder daalt zullen er twee niet-mengende vloeistoffen naast elkaar bestaan: smeermiddel met daarin opgelost een bepaalde hoeveelheid koudemiddel en koudemiddel met daarin opgelost een deel smeermiddel.
Voor bevredigend bedrijf dient de combinatie smeermiddel/koudemiddel zodanig te zijn samengesteld dat onder alle te verwachten omstandigheden er volledige menging is. Het koudemiddel is daarbij een gegeven, de keuze van het smeermiddel wordt daaraan aangepast. 

Koudemiddelen

Er zijn heel veel gassen geschikt als koudemiddel. Ze worden aangegeven met R-xxx waarbij R staat voor "refrigerant" en xxx een getalcombinatie is die de samenstelling aangeeft. Een aantal bekende koudemiddelen zijn in de onderstaande tabel weergegeven. Koudemiddelen worden onderscheiden in CFK-, HCFK- en HFK- typen en natuurlijke koudemiddelen.De aanduiding CFK geeft aan dat het product bestaat uit chloor,fluor en koolstof. HCFK's bestaan uit waterstof, chloor, fluor en koolstof, HFK's uit waterstof, fluor en koolstof.

 

type

naam

formule

CFK

R-11

CFCl3

R-12

CF2Cl3

R-13

CF3Cl

R-113

C2F3Cl3

R-114

C2F4Cl2

R-115

C2Cl5

HCFK

R-21

CHFCl2

R-22

CHF2Cl

R-124

CHFClCF3

R-142b

CH3CClF2

HFK

R-23

CHF3

R-125

C2HF5

R134a

CH2F-CF3

natuurlijk koudemiddel

R-290

C3H8

R-717

NH3

R-744

CO2

CFK typen mogen inmiddels niet meer worden gebruikt. HCFK typen wel, maar ook het gebruik daarvan zal binnen afzienbare tijd niet meer zijn toegestaan. Het gebruik van HFK's zal op termijn aan beperkingen worden onderworpen. Zo zal bijvoorbeeld het toepassen van R-134a binnen enkele jaren voor gebruik in nieuwe autoairco's zijn verboden.
De belangrijkste criteria voor een verbod zijn de zogenaamde ODP en HGWP waarden, waarbij ODP staat voor de mate waarin het chloor in een product bij vrijkomen in de atmosfeer als katalysator kan bijdragen tot de afbraak van de ozonlaag en HGWP aangeeft hoeveel de halogeen/koolstof combinatie kan bijdragen aan het broeikaseffect. Beide waarden zijn relatief, de waarde voor het ODP en HGWP van R-11 zijn per definitie op 1 vastgesteld. Het uiteindelijke doel is die bijdragen zo veel mogelijk terug te brengen. De natuurlijke koudemiddelen hebben voor ODP de waarde 0 (ze bevatten geen chloor). De HGWP waarde is verwaarloosbaar. Natuurlijke koudemiddelen zijn echter om allerlei andere redenen niet altijd toepasbaar (brandgevaar, zeer hoge compressiebehoefte). R-717 wordt op betrekkelijk grote schaal gebruikt in industriekoelsystemen.
Het gebruik van koudemiddelen is aan vele vormen van regelgeving onderworpen, zowel ten aanzien van veiligheid op de arbeidsplaats als ten aanzien van milieuaspecten. Zo mogen koelinstallaties alleen worden onderhouden door daartoe specifiek opgeleid personeel.

Mengbaarheid van koudemiddelen en smeermiddelen

De verschillende typen koudemiddelen en smeermiddelen maken vele combinaties mogelijk. Sommige daarvan verdragen elkaar goed, andere volstrekt niet. In koelinstallaties met traditionele koudemiddelen (CFK's) werden minerale smeermiddelen gebruikt op basis van cycloalkanen (naftenen) vanwege het lage vloeipunt.De mengbaarheid is minder goed dan bij producten op basis van rechte of vertakte alkanen, maar deze komen niet in aanmerking vanwege de daarbij behorende hogere stolpunten. Aromatische producten voldoen niet vanwege de ontoereikende thermische en oxidatiestabiliteit. Moderne minerale olie van het onconventionele type zou wel goed met mengen met CFK's, maar door het inmiddels ingestelde verbod op CFK's is dat niet meer relevant. 

Smeermiddelen voor moderne ecologisch minder belastende koelinstallaties

 

type koudemiddel

geschikt compressorsmeermiddel

HFCK/HFK mengsels

polyolesters

HFK's

polyolesters, eventueel polyalkeenglycolen

R-134a in autoairco's (HFK)

polyalkeenglycolen (levensduurvulling)

R-717 (ammoniak, NH3)

poly-alfa-olefinen, polyolesters, polyalkeenglycolen

R-744 (kooldioxide, CO2)

poly-alfa-olefinen

 

HCFK's en HFK's zijn niet mengbaar met traditionele minerale olie. Een aantal zijn wel mengbaar met onconventionele producten en PAO's. Ze zijn alle mengbaar met polyolesters en een aantal met polyalkeenglycolen. De meeste koelinstallaties op basis van HCFK's en HFK's worden gesmeerd met polyolesters. Een uitzondering daarop vormen autoairco's waar meestal polyalkeenglycolen worden gebruikt. Polyalkeenglycolen hebben een langere standtijd, wat bij niet verversbare systemen van belang is.
Wanneer bij industriële systemen een langere standtijd gewenst is, worden eveneens wel polyalkeenglycolen ingezet. In koelsystemen waarin ammoniak (NH3 / R-717) als koudemiddel wordt toegepast, kunnen compressoren worden gesmeerd met zowel poly-alfa-olefinen, polyalkeenglycolen en polyolesters. Voor CO2 installaties komen alleen PAO's in aanmerking. In de tabel zijn de aanbevelingen samengevat. De tabel geeft slechts een globale indicatie van de mogelijkheden. De tabel is niet bedoeld als aanbeveling voor een in te zetten producttype. In iedere concrete toepassing dient de keuze te worden gemaakt in nauw overleg met compressorfabrikant en smeermiddelleverancier.

Luchtcompressoren

Bij het comprimeren van lucht kan de hoge temperatuur gevaar opleveren. Wanneer een smeermiddel op basis van minerale olie in contact is met zuurstofhoudend gas van hoge temperatuur en druk daalt als gevolg daarvan het vlampunt en het brandpunt. Dat kan, afhankelijk van de hoeveelheid smeermiddel en de temperatuur tot spontane ontbranding leiden of tot een mengsel met een zodanige samenstelling dat de conncentratie van het smeermiddel tussen de explosiegrenzen komt te liggen. Om die reden wordt de eindcompressietemperatuur begrensd en wordt gecomprimeerde lucht na comprimeren zo goed mogelijk van smeermiddel ontdaan. In veel gevallen dient men zich aan nauwkeurige veiligheidsvoorschriften te houden en dient er apparatuur aanwezig te zijn die de compressor uitschakelt wanneer bepaalde grenswaarden worden overschreden. 

Oxidatie en themische achteruitgang

Door de hoge temperatuur waaraan het smeermiddel wordt blootgesteld, zal oxidatie en thermische afbraak kunnen plaatsvinden. Dat gebeurt ook in een verbrandingsmotor, maar in dit geval is de situatie ernstiger omdat alle beschikbare zuurstof in principe beschikbaar is voor oxidatie van het smeermiddel. Bij zuigercompressoren kan dit leiden tot lakachtige afzettingen op in- en uitlaatkleppen en tot koolafzetting verder op in het leidingsysteem tussen compressoruitlaat en koeler.
De afzettingen op de kleppen kunnen de doorstroming belemmeren en daardoor bijdragen aan een verdere verhoging van de temperatuur. Koolafzettingen in het leidingstelsel zijn bijzonder gevaarlijk. Deze afzettingen zijn poreus en kunnen daardoor olienevel opnemen. Door de aanwezige hete lucht zal oxidatie optreden. Oxidatie van koolwatersoffen verloopet exotherm: er komt bij de reactie warmte vrij en daardoor gaat het proces steeds sneller. Ook treden er kettingreacties op die het proces versterken en helpen in stand houden. Dat gaat zolang door tot de temperatuur boven de zelfontbrandingstemperatuur komt - waarna brand ontstaat. 

Schroefcompressoren met olieinjectie

Wanneer de compressie plaats vindt met een olie-geinjecteerde schroefcompressor kan er een ander probleem ontstaan. De temperatuur ligt lager, koolafzetting zal zich niet onmiddellijk voor doen. Maar er wordt wel een grote hoeveelheid smeermiddel ingespoten om de temperatuur laag te kunnen houden. Als om de een of andere reden de na de compressor gemonteerde olieafscheider faalt, kan er een grote hoeveelheid oliedamp in het gecomprimeerde gas aanwezig zijn. Wanneer de concentratie zodanig oploopt dat het mengsel binnen de explosiergenzen komt en vervolgens de zelfontbrandingstemperatuur wordt bereikt of er een externe ontstekingsbron is, gaat het mengsel "af" in het leidingstelsel of de voorradtank.Dat kan heel vervelende gevolgen hebben. 

Schottencompressoren

Een schottencompressor lijkt sterk op een schottenpomp. Het smeermiddel dient slijtage aan de schotten te beperken. Schottenpompen stellen hoge eisen aan de anti-slijtagewerking omdat niet altijd sprake zal zijn van vollefilm smering. Daarnaast zijn er dezelde problemen met hoge temperaturen. Een bijkomende omstandigheid is dat er tussen de diverse onderdelen een hoge snelheidsgradient kan optreden, zodat het smeermiddel goed bestand moet zijn tegen afschuiving. 

Onderhoud

Goed onderhoud kan - letterlijk - van levensbelang zijn. Ongelukken ontstaan meestal niet door ondeugedelijke constructie maar door het nalaten van essentiele onderhoudshandelingen en het niet in acht nemen van veiligheidsvoorschriften.
Een van de belangrijkste handelingen is daarbij het zo goed mogelijk watervrij houden van het systeem. Door het afkoelen van de lucht zal vocht kunnen condenseren. Dat vocht dient afgetapt en verwijderd te worden. Niet alleen omdat dat vocht corrosie veroorzaakt, maar ook en vooral omdat vocht het oxidatie- en afbraakproces bespoedigt, zeker als er ook metalen slijtagedeeltjes aanwezig zijn die als katalysator kunnen dienen. Regelmatig vocht aftappen op alle plaatsen waar er daartoe aftappunten zijn voorzien en controleren of waterafscheiders deugdelijk werken is daarom van veel belang - zowel voor de veiligheid als voor de standtijd van het smeermiddel. Om oxidatie zo veel mogelijk te beperken dienen koperen leidingen te worden vermeden - koper met water kan het oxidatieproces sterk versnellen. 

Smeermiddelkeuze

De smeermiddelkeuze richt zich naar het type compressor en de eindcompressietemperatuur. In de tabel zijn de voor de meest veeleisende typen luchtcompressoren de eisen samengevat. Bij de waaiertypen liggen de eisen aanzienlijk lager, omdat daar de kans op oxidatie niet aanwezig is. 

 

zuigercompressor

schroefcompressor (smeermiddelinjectie)

schottencompressor smeermiddelinjectie)

oxidatiestabiliteit

xxx

xx

x

weerstand tegen koolvorming

xxx

-

-

lage vluchtigheid

xxx

xx

x

reinigend vermogen

-

xx

x

luchtafscheidend vermogen

-

x

x

anti-schuim gedrag

x

x

x

corrosie beperking

x

x

x

demulgerend vermogen

x

x

x

meest toegepaste viscositeit

ISO VG 68 - 100*

ISO VG 32 - 46

ISO VG 150

* bij zeer hoge drukken worden ook meer visceuze producten ingezet: ISO VG 150 - 460

Op basis van bovenstaande vereisten worden in de praktijk verschillende producten ingezet, afhankelijk van temperatuurbelasting en gewenste standtijd: 

smeermiddeltype

zuigercompressor

schroefcompressor (smeermiddelinjectie)

schottencompressor smeermiddelinjectie)

motorolie *

x

-

-

minerale olie (API groep I)**

x

x

x

minerale olie (API groep III)

x

x

x

PAO's (API groep IV)

x

x

x

diesters (API groep V)

x

-

-

polyolesters (API groep V)

x

-

-

polyalkeenglycolen (API groep V)

x

-

-

* alleen bij eenvoudige toepassingen in bijvoorbeeld garages en werkplaatsen en bij bedrijfswagens waar de compressor voor het remsysteem is aangesloten op het motorsmeersysteem, het demulgerend vermogen is bij een dergelijk product afwezig.

** alleen bij toepassingen met relatief lage oxidatiebelasting waar geen hoge eisen aan de standtijd worden gesteld.

Gezien de uiteenlopende mogelijkheden en voorschriften van de diverse fabrikanten is het zaak de onderhoudsinstructies zorgvuldig te lezen om in een concreet geval het meest geschikte product te kunnen kiezen. Ook het productaanbod van diverse smeermiddelleveranciers loopt uiteen, zodat overleg over de uiteindelijke keuze op zijn plaats is. Bij speciale toepassingen zoals in de voedingsmiddelenindustrie, als duiklucht of bij medische toepassingen kunnen er aanvullende beperkingen zijn ten aanzien van de toe te passen producten. Toepassing van producten op basis van API groep I minerale olie zijn dan niet toegestaan.

Zuigercompressor en dieselmotor: verschillen en overeenkomsten

Bij oppervlakkige beschouwing gelijken de onderdelen van een zuigercompressor en een verbrandingsmotor sterk op elkaar. Beide hebben zuigers, zuigerveren, cilinders, een kruk/drijfstang mechanisme om een heen en weergaande beweging met een roterende beweging te verbinden, en een kleppenstelsel dat inlaat en uitlaat van een gas regelt. Bij nauwkeuriger beschouwing blijken overeenkomstige onderdelen echter volkomen anders belast te worden, de bedrijfsomstandigheden enorm te verschillen en als gevolg daarvan ook de eisen die aan een smeermiddel worden gesteld. 

Luchtinlaat

In beide gevallen wordt lucht aangezogen via een filter. Bij een verbrandingsmotor dient het filter er toe om te voorkomen dat stof en zand uit de atmosfeer de motor binnen komen en verhoogde slijtage van het cylinder-/zuigercomplex veroorzaken. Slijtagemateriaal dat toch het luchtfilter passeert kan, na eventueel zijn verwoestende invloed te hebben uitgeoefend, via de uitlaat weer naar de atmosfeer verdwijnen. Bij een compressor heeft het filter ook die taak, maar het vormt ook de eerste stap in de luchtbereiding. Door comprimeren en door het opnemen van slijtagemateriaal uit de compressor zal de concentratie van "vuil" in de gecomprimeerde lucht sterk toenemen. Als er geen speciale maatregelen worden genomen, zal bij een compressor de gecomprimeerde lucht dus "vuiler" zijn dan de aanzuiglucht. Om dat te voorkomen wordt de lucht na compressie meestal additioneel gefilterd om schade aan nageschakelde apparatuur te voorkomen. Met name voor duiklucht, medische toepassingen en in "supercleane" arbeidsruimtes kunnen die eisen zeer ver gaan, zo ver dat gebruik van niet-olievrije compressoren niet is toegestaan. 

Comprimeren

Bij de compressieslag wordt lucht samengeperst. Aan het einde van de compressieslag wordt bij een dieselmotor brandstof ingespoten die door de door compressie heet geworden lucht wordt ontstoken. Er start een verbrandingsproces. Smeermiddel dat met verbrandingsgassen in contact komt kan als gevolg daarvan veranderingen ondergaan en lak en koolafzettingen vormen. Plaatselijk zullen zeer hoge temperaturen ontstaan (> 280 °C). Bij een compressor is er alleen lucht van betrekkelijk lage temperatuur (< 230 °C). De zuurstof in die lucht kan zich niet "vergrijpen" aan vluchtige, "bereidwillige" brandstof, want die is er niet. Het gevolg is dat in principe alle zuurstof klaar staat om smeermiddelresten te oxideren.
De situatie (gezien vanuit het smeermiddel) is dus volkomen anders. Geen brandstofcomponenten die in een motor allerlei narigheid veroorzaken, maar zuurstof - in ruime mate. De kans op oxidatie van het smeermiddel is daardoor aanzienlijk hoger. En dat kan niet bestreden worden door voor motorolie ontwikkelde additieven, omdat het om een heel ander druk- en temperatuurregime gaat. Het gevolg kan zijn dat er kleverige lakachtige substanties op in- en uitlaatkleppen ontstaan die de doortocht van lucht bemoeilijken en daardoor bijdragen aan een ongewenste temperatuurstijging die het alleen nog maar erger maakt. 

Kleppensysteem

BIj een dieselmotor worden kleppen geopend door een nokkensysteem dat de kleppen tegen een sterke veerdruk in opent. Bij een compressor worden de kleppen geopend tegen een betrekkelijk geringe veerdruk als gevolg van drukverschillen. Daardoor kunnen relatief kleine hoeveelheden lakafzettingen al tot problemen leiden. Bij een dieselmotor worden de kleppen door de sterke veerdruk "dichtgeramd" en zal het niet snel voorkomen dat afzettingen effectieve afsluiting belemmeren. Eventuele aanslag is ook geen kleverige lak, maar (harde) kool. Dat kan zeer goed bestreden worden met detergerende en dispergerende additieven. Dergelijke additieven zijn bij een zuigercompressor maar zeer beperkt actief: de temperatuur is te laag. En bovendien helpen dergelijke additieven het demulgerend (waterafscheidend) vermogen om zeep, zodat ze in een compressorsmeermiddel uiterst ongewenst zijn. 

Uitlaat

Bij een dieselmotor is het met het ontstaan van uitlaatgas min of meer afgelopen. De gassen verdwijnen naar de atmosfeer, inclusief eventuele slijtagedeeltjes. Soms enigszins gereinigd door een roetfilter of door een urea-injectiesysteem, maar in ieder geval zijn ze voor goed uit zicht. Bij een compressor begint het dan pas. De gecomprimeerde lucht zal ergens voor worden gebruikt en dat stelt bepaalde eisen aan de mate van reinheid (vuil, water). Het uitlaatgas van een zuigercompressor zal (tenzij het een olievrije uitvoering betreft) altijd enige smeermiddelresten bevatten. In het leidingstelsel kunnen die zich afzetten en een poreuze koollaag vormen, smeermiddelnevel kan daarbij de holtes opvullen. De er langs "razende" lucht (met lekker veel zuurstof) kan die nevelresten oxideren, omdat door de hoge druk en temperatuur de bereidheid tot oxidatie bij het smeermiddel hoog is. Oxidatiereacties zijn bovendien exotherm - er komt warmte bij vrij die het proces in stand houdt en stimuleert. Bij veel olienevel kan het gebeuren dat er een mengsel ontstaat dat explosief is. Een enkel vonkje door bijvoorbeeld statische electriciteit of door zelfontbranding en er gaat iets - letterlijk - "uit het dak"! Er dient dus een deugdelijk olieafscheidingssysteem aanwezig te zijn om ongelukken te voorkomen. 

Water

Bij de verbranding van koolwaterstoffen komt een grote hoeveelheid water(damp) vrij. Dat is geen probleem, want het verdwijnt probleemloos via de uitlaat naar de atmosfeer. Bij compressie van lucht ontstaat uiteraard geen water maar de aanzuiglucht zal wel altijd enig water bevatten. Wanneer vervolgens de gecomprimeerde lucht wordt afgekoeld, zal een deel van dat water condenseren in de druktank of in het leidingstelsel daarna. Dat kan tot grote problemen leiden (verstopping, vervuiling, drabvorming, corrosie, dichtvriezen van leidingen). Er zal dus aandacht moeten worden besteed aan het zo goed mogelijk verwijderen van dat water - zo dicht mogelijk na de compressor en ook verder op in het systeem om problemen te voorkomen. Daartoe zijn dus aftappunten voorzien en apparatuur die in staat is vocht uit de lucht te verwijderen. 

Smeermiddelsamenstelling

Als gevolg van de hierboven aangestipte verschillen, lopen de samenstelling en de eigenschappen van het ideale smeermiddel voor beide toepassingen sterk uiteen:

eigenschap

motorolie

compressorolie

oxidatiestabiliteit

hoog

zeer hoog

neiging tot koolafzetting

laag

laag

vluchtigheid

gering

zeer gering

reinigend vermogen

hoog

-

voorkomen slijtage aan klepbediening

hoog

-

luchtafscheidend vermogen

redelijk

-

anti-corrosie gedrag

goed

goed

demulgerend vermogen

-

hoog

Hoewel kleine zuigercompressoren vaak met motorolie worden gesmeerd, is dat bij grotere apparatuur beslist te ontraden. Er bestaan te grote verschillen in de gewenste oxidatiestabiliteit, vluchtigheid, reinigend vermogen en demulgerend vermogen. Bij motorolie is het reinigend vermogen essentieel vanwege de veruiling door brandstofresten. Effectieve additivering kan dat realiseren, maar reduceert tegelijkertijd het waterafscheidend vermogen tot een voor een compressor ontoelaatbaar lage waarde. Omgekeerd is een compressorolie volstrekt niet in staat de gewenste bescherming tegen slijtage aan het kleppenmechanisme alsmede het reinigend vermogen te bieden dat voor een dieselmotor nodig is.
Vanwege de in bepaalde opzichten extreme eisen worden voor zuigercompressoren in toenemende mate producten op basis van organische esters en polyalkeenglycolen gebruikt. Dergelijke producten zijn, ondanks hun hoge thermische en oxidatiestabiliteit, in een dieselmotor volstrekt onbruikbaar vanwege het feit dat opgenomen water in de circulerende smeervloeistof voor ernstige problemen zorgt (corrosie bij PAG's, uiteenvallen van esters). Bij compressoren speelt dat geen rol omdat grotere compressoren zijn voorzien van een verliessmeringssysteem voor de cylinders en er dus geen circulatie/hergebruik is.

Print-vriendelijke versieStuur naar een vriendPDF versie

BEROIL NV | Industriezone Centrum-Zuid 3023/6 | B-3530 Houthalen-Helchteren | (T)+32 (0) 11 / 80 33 23 - (F)+32 (0) 11 / 80 10 04 | info [at] beroil [dot] be

Comments