Reciprocating compressor lubrication

Figure 74: A comparison of packing and piston ring lifetime versus lube rate from (Hanlon, 2001), copy of Figure 10 

---

110 
Figure 75: Percent of cycle adequately lubricated depending on starvation condition, copy of Figure 73 
•
Hanlon (2001), Ariel Corporation, Dresser-Rand (A Siemens Business), and Sloan 
(2018) all account for the surface area that requires lubrication. Ariel Corporation does 
make not explicit mention of the compressor’s operating speed and focuses only on the 
compressor’s bore size. 
Hanlon, Dresser-Rand, and Sloan all account for the 
compressor
’s bore size and operating speed. All 
four sources indicate that increasing 
the bore size increases the required lubrication rate. Hanlon, Dresser-Rand, and Sloan 
indicate that increasing the compressor’s speed 
also increases the required lubrication 
rate. The model presented in this thesis agrees qualitatively with both results. This is 
demonstrated by the appearance of the bore size in the equations. The equations also 
show that the compressor’s speed increases the lubricant film thickness which requires 
more lubricant to fully flood the piston ring inlet at higher operating speeds.
•
Quantitative correlations were made in Chapter 5 
–
 Modeling Compressor Lubrication for 
suggesting lubrication rates. However, a simple calculation was presented for the 
volume of lubricant required for every cycle and how much lubricant would be required 
0%
20%
40%
60%
80%
100%
0%
20%
40%
60%
80%
100%
% of Stroke
Adequately 
Lubricated
% Fully Flooded
% of Stroke Adequately Lubricated vs.
% of Fully Flooded Condition
Progiline WS-150
Pegasus 805 Ultra

---

111 
per day if this volume of lubricant was removed on every stroke. This gave an upper 
bound for the maximum amount of lubricant a compressor could need in a day and was 
high above the lubrication rates presented by Hanlon, Ariel Corporation, Dresser-Rand, 
and Sloan. 
6.3 
–
Suggestions for Future Work 
This thesis focused on measuring and calculating the viscosities of lubricants diluted with 
natural gas at pressures and temperatures seen in operating compressors and how the 
viscosity impacted the lubricant film thickness and protection of the compre
ssor’s piston rings 
and cylinder wall. The topic of lubrication rates was not investigated to the same depth and the 
author would like to suggest areas for future that could have the most impact for correlating 
lubrication rates to operating conditions. 
6.3.1 
–
 Lubricant Foaming and Atomization into Gas Stream 
The required lube rate in the compressor cylinder should roughly, if not exactly, equal the rate at 
which lubricant is removed from the compressor cylinder. The rate at which a gas stream 
removes a lu
bricant from the cylinder wall has not, to the best of this author’s knowledge, been 
investigated in detail. It is suspected that the rate at which a lubricant is removed from the 
cylinder wall will depend on the lubricant’s viscosity and surface tension i
n addition to the gas 
solubility in the lubricant. Lubricants may foam when the pressure in the cylinder is reduced 
presenting the opportunity for the lubricant to be atomized into the gas stream. These properties 
will all depend on the specific lubricant and gas composition under consideration in addition to 
the pressure and temperature at which these analyses are conducted. Experimental or 
modeling studies investigating how gas-lubricant mixtures behave when depressurized under 
different conditions may provide a better understanding of proper lubrication rates. 

---

112