Tribolex    Expertise, ervaring en creativiteit

 

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.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

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.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

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

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

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.

Content on this page requires a newer version of Adobe Flash Player.

Get Adobe Flash player

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..

Meer informatie