新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架及試驗(yàn)方法的建立

梁德君，楊傳富，吳長(zhǎng)彧

(中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架及試驗(yàn)方法的建立

梁德君，楊傳富，吳長(zhǎng)彧

(中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研究開發(fā)中心，遼寧 大連 116032)

國(guó)內(nèi)原有的Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架，無論是在適用范圍，還是在試驗(yàn)條件以及在臺(tái)架技術(shù)參數(shù)等方面，已經(jīng)無法滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求。嚴(yán)格按照ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)，建立了新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架。通過各種在國(guó)外臺(tái)架已有試驗(yàn)數(shù)據(jù)油液的重復(fù)性和區(qū)分性試驗(yàn)，驗(yàn)證新建立的Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架各參數(shù)滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求，與國(guó)外臺(tái)架的對(duì)應(yīng)性和區(qū)分性一致，具有良好的重復(fù)性和區(qū)分性?？捎糜谠u(píng)價(jià)石油基和非石油基液壓油、含水乙二醇、乳狀液及其它含水液體。

液壓液 葉片泵 水基液 試驗(yàn)臺(tái)架

液壓液是工業(yè)潤(rùn)滑油中非常重要的品種之一，并且隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，市場(chǎng)對(duì)液壓液的品質(zhì)和品種也提出了更高更全面的要求，特別是對(duì)各種抗燃的水基液有了更大的需求。而液壓液質(zhì)量的提升又促進(jìn)了液壓技術(shù)的進(jìn)一步完善。因此，研制、開發(fā)和生產(chǎn)高品質(zhì)多品種的液壓液就必須有相應(yīng)的液壓液的評(píng)定手段。

在評(píng)定高壓抗磨液壓油方面，國(guó)際上通用的有Denison公司的HF-0規(guī)格和Vickers公司的M-2950規(guī)格等，在評(píng)定中壓區(qū)域的抗磨液壓油以及含水乙二醇、乳狀液及其它含水液方面，國(guó)際上規(guī)定采用滿足Vickers Ⅰ-286-S規(guī)格的Vickers104C葉片泵臺(tái)架進(jìn)行評(píng)定。由于國(guó)內(nèi)目前尚無試驗(yàn)方法對(duì)含水液體進(jìn)行測(cè)試，本課題依據(jù)ASTM D7043[1]標(biāo)準(zhǔn)，建立新的Vickers104C評(píng)定臺(tái)架以及制定用Vickers104C葉片泵測(cè)定石油基和非石油基液壓液的抗磨特性的方法，通過試驗(yàn)泵的定子和葉片的質(zhì)量損失及試驗(yàn)件的描述來判定試驗(yàn)液多方面性能的好壞，將為抗燃液壓油、抗磨液壓油以及各種水基液的研制、開發(fā)、生產(chǎn)和應(yīng)用提供可靠的評(píng)定數(shù)據(jù)，健全我國(guó)液壓液的評(píng)價(jià)手段[2-4]。

1 國(guó)內(nèi)原Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架與新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架的主要區(qū)別

國(guó)內(nèi)的SH/T 0307—1992試驗(yàn)方法是依據(jù)ASTM D2882—1974制定的。多年來，ASTM D2882經(jīng)過了多次修訂，但國(guó)內(nèi)都沒有及時(shí)跟蹤修訂。2003年5月ASTM D2882被取消。之后在ASTM D6158石油基液壓油規(guī)格中，提出用ASTM D7043取代ASTM D2882。ASTM D7043滿足Vickers I-286-S規(guī)格要求，并且擴(kuò)大了適用范圍，可以對(duì)非石油基液壓液、含水乙二醇、乳狀液及其它含水液體進(jìn)行抗磨性測(cè)試。規(guī)定采用Vickers104C、Vickers105C葉片泵或者采用Conestoga B1葉片泵進(jìn)行評(píng)定試驗(yàn)，并在試驗(yàn)條件及系統(tǒng)流程等方面提出了新的要求。ASTM D7043與SH/T 0307在試驗(yàn)條件與適用范圍方面的對(duì)比見表1[1]。滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求的新Vickers104C臺(tái)架與滿足依據(jù)ASTM D2882制定的SH/T 0307標(biāo)準(zhǔn)要求的原Vickers104C臺(tái)架的主要區(qū)別見表2。

表1 ASTM D7043與SH/T 0307試驗(yàn)條件與適用范圍對(duì)比

表2 新Vickers104C臺(tái)架與原Vickers104C臺(tái)架的主要區(qū)別

2 新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架的建立

在ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)中，提出使用的試驗(yàn)泵是Vickers104C或Vickers105C，試驗(yàn)方法由美國(guó)Conestoga公司起草。Conestoga公司為了更適合專門試驗(yàn)而設(shè)計(jì)了B1泵，這種泵在泵殼、泵軸、轉(zhuǎn)子等方面與Vickers104C有形狀、尺寸及強(qiáng)度等方面的細(xì)微差別，但泵的性能一樣，在Conestoga公司產(chǎn)品展示中，說明Vickers104C或Vickers105C與ConestogaB1兩種泵目前都滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求。由于國(guó)內(nèi)以往所有的Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架使用的都是Vickers104C泵，所以選定Vickers104C泵建立新試驗(yàn)臺(tái)架。

按照ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求選擇指定的試驗(yàn)件及配件，將引進(jìn)部件、國(guó)產(chǎn)部件及委托加工部件嚴(yán)格按ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行組裝，調(diào)試臺(tái)架，使所有控制指標(biāo)滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求，這樣新建立的Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架完全能夠符合ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求。

2.1 臺(tái)架流程的設(shè)計(jì)

依據(jù)ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)，修改設(shè)計(jì)出一套完整的臺(tái)架流程，與ASTM D7043不同的是，在儲(chǔ)油罐上增加了放油閥、溫度傳感器及低液位自保系統(tǒng)。儲(chǔ)油罐的結(jié)構(gòu)和尺寸嚴(yán)格按照ASTM D2882—2000[5]中儲(chǔ)油罐的設(shè)計(jì)要求加工制造。新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架流程示意見圖1。

圖1 新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架流程示意1—儲(chǔ)油罐；2—泵進(jìn)口溫度傳感器；3—泵；4—彈性聯(lián)軸器；5—變頻電機(jī)；6—泵出口壓力表(機(jī)械表及變送電子顯示)；7—機(jī)械表滯流閥；8—壓力調(diào)節(jié)閥；9—過濾器；10—熱交換器；11—溫度電動(dòng)調(diào)節(jié)閥；12—渦輪流量計(jì)；13—壓力表；14—取樣口；15—進(jìn)口管路閥*；16—回油管路閥*；17—泵進(jìn)口壓力表(機(jī)械表及變送電子顯示)*；18—泵出口溫度傳感器*；19—放油閥；20—油箱溫度傳感器*；21—液位控制繼電器*。帶*標(biāo)記表示此配件沒有要求。要求尺寸：A—61～66 cm；B—不小于15.2 cm；C—不大于10.2 cm

試驗(yàn)臺(tái)架的工作原理是：油罐中的試驗(yàn)油在自然重力下注滿試驗(yàn)泵，試驗(yàn)泵在電機(jī)驅(qū)動(dòng)下運(yùn)轉(zhuǎn)，壓力控制閥將泵出口油壓調(diào)整到試驗(yàn)條件要求的壓力，通過調(diào)壓閥的油依次通過細(xì)濾器過濾雜質(zhì)及顆粒、通過冷卻器換熱、通過流量計(jì)顯示流量，最后返回儲(chǔ)油罐。

2.2 臺(tái)架的安裝及儀表控制系統(tǒng)的建立

參照ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求，采購、加工和配置實(shí)驗(yàn)設(shè)備，各組件嚴(yán)格按Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架流程組裝。安裝配電柜、電機(jī)變頻啟動(dòng)裝置。在臺(tái)架相應(yīng)部位安裝熱電偶、測(cè)壓儀表、壓力變送器。建立儀表控制臺(tái)，包括顯示、控制、自保系統(tǒng)，見表3所示。

表3 新Vickers104C臺(tái)架的儀表顯示、控制、自保系統(tǒng)

按規(guī)程要求對(duì)評(píng)定臺(tái)架進(jìn)行調(diào)試，使所有控制參數(shù)滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求，所建的新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架主要部件的主要技術(shù)參數(shù)見表4[1，5]。

表4 新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架主要部件的主要技術(shù)參數(shù)

2.3 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

除儲(chǔ)油罐外，配備兩套液壓系統(tǒng)，分別用于石油基液壓油與合成油、水乙二醇與其它水基液的試驗(yàn)。這樣可以避免不同類型試驗(yàn)液的交叉污染，比如從乙二醇到磷酸酯，油到乙二醇等。已經(jīng)被用在礦物油、磷酸酯、多羥基酯或者聚α-烯烴液體的軟管不能再用在水乙二醇試驗(yàn)中[1]。

3 實(shí) 驗(yàn)

對(duì)新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架及儀表控制系統(tǒng)開機(jī)試運(yùn)轉(zhuǎn)。首先進(jìn)行低速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，對(duì)臺(tái)架進(jìn)行長(zhǎng)時(shí)間的磨合；再進(jìn)行高速低負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)；最后進(jìn)行高速中負(fù)荷、高速高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。調(diào)整各項(xiàng)控制指標(biāo)滿足ASTM D7043規(guī)格要求的試驗(yàn)條件。

3.1 參考油的選擇

為了考察驗(yàn)證新建立的試驗(yàn)臺(tái)架是否能夠滿足正常的非石油基和石油基液壓液葉片泵磨損特性測(cè)試，必須進(jìn)行大量的試驗(yàn)，通過試驗(yàn)數(shù)據(jù)來進(jìn)行校驗(yàn)。并且，最好選定在國(guó)外的Vickers104C臺(tái)架有試驗(yàn)數(shù)據(jù)的商品油或者復(fù)合劑，以考察新建立的Vickers104C臺(tái)架與國(guó)外的Vickers104C臺(tái)架的對(duì)應(yīng)性。表5為篩選出來進(jìn)行試驗(yàn)的8種參比油。

表5 選擇的參比油

0701號(hào)油是中國(guó)石油大連潤(rùn)滑油研發(fā)中心研制的一種合成油。此油在原Vickers104C臺(tái)架的試驗(yàn)結(jié)果是總失重量5.3 mg，因?yàn)樾陆⒌呐_(tái)架主要是為了更好地適應(yīng)水基液的試驗(yàn)，在石油基油及合成油試驗(yàn)方面，原先的Vickers104C臺(tái)架的試驗(yàn)數(shù)據(jù)可以起到重要參考作用，或者說，兩個(gè)臺(tái)架在評(píng)定石油基油及合成油試驗(yàn)方面存在一定的等效性。

3.2 參比油試驗(yàn)

新建立的Vickers104C臺(tái)架經(jīng)過反復(fù)調(diào)試和試運(yùn)轉(zhuǎn)，在各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)均滿足ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求后，進(jìn)行參比油試驗(yàn)。試驗(yàn)件失重情況與國(guó)外臺(tái)架試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比(0701號(hào)油是在原Vickers104C臺(tái)架的試驗(yàn)數(shù)據(jù))見表6，試驗(yàn)后試驗(yàn)件外觀描述見表7。

由表6可見，新建立臺(tái)架的試驗(yàn)結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)臺(tái)架的試驗(yàn)結(jié)果區(qū)分性一致。新建立臺(tái)架的試驗(yàn)結(jié)果中除了0705號(hào)油失重量稍小外，其余都比在國(guó)外臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果略大，其中0706號(hào)油偏差較大。這可能是由以下3方面原因造成的：①試驗(yàn)油液的批號(hào)不同；②所用的試驗(yàn)泵存在生產(chǎn)批號(hào)、材質(zhì)以及加工精度的差別；③不同的實(shí)驗(yàn)室、不同的實(shí)驗(yàn)設(shè)備、不同的實(shí)驗(yàn)操作人員進(jìn)行試驗(yàn)的結(jié)果必然會(huì)存在差異。

表6 參比油的試驗(yàn)數(shù)據(jù)比較

通過調(diào)研以及多方考察和溝通，得知在此之前，國(guó)內(nèi)在原先的Vickers104C臺(tái)架上的水基液試驗(yàn)一直沒有得到穩(wěn)定的、理想的數(shù)據(jù)，國(guó)內(nèi)的幾家權(quán)威科研機(jī)構(gòu)也做過幾次國(guó)外水-乙二醇抗燃液壓液產(chǎn)品的比較試驗(yàn)，結(jié)果都與油液生產(chǎn)商給出的在Vickers104C臺(tái)架上的試驗(yàn)數(shù)據(jù)相差較大。例如美國(guó)好富頓水-乙二醇抗燃液壓液[6]，生產(chǎn)商報(bào)出的Vickers104C臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果是定子磨損量29.4 mg，葉片磨損量2.4 mg，而同一產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)某鋼廠油脂化驗(yàn)室Vickers104C臺(tái)架上，在壓力10.5 MPa下運(yùn)轉(zhuǎn)100 h，在壓力14 MPa下運(yùn)轉(zhuǎn)100 h，總失重量達(dá)到5 186.9 mg。有關(guān)專家曾經(jīng)就這方面問題質(zhì)疑過生產(chǎn)商，生產(chǎn)商也默認(rèn)其數(shù)據(jù)是優(yōu)選的，存在難以再現(xiàn)的偶然性。不過，0706號(hào)油液的試驗(yàn)結(jié)果是在此之前國(guó)內(nèi)在原Vickers104C臺(tái)架上進(jìn)行水-乙二醇試驗(yàn)的最好結(jié)果。在隨后進(jìn)行的0707油液試驗(yàn)，磨損量與廠商報(bào)出的試驗(yàn)結(jié)果非常接近。

表7 參比油在新建臺(tái)架試驗(yàn)后泵芯各部件外觀描述

參比油試驗(yàn)結(jié)果表明：嚴(yán)格按照ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求建立的新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架，參比油試驗(yàn)結(jié)果與國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果的對(duì)應(yīng)性和區(qū)分性一致。

3.3 區(qū)分性試驗(yàn)

為了考察新建臺(tái)架的區(qū)分性是否理想，選擇2個(gè)不同檔次的液壓油(0702和0704)和2個(gè)不同檔次的水基液(0707和0708)在新Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行試驗(yàn)，區(qū)分性試驗(yàn)嚴(yán)格按照ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求進(jìn)行。液壓油的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表8，試驗(yàn)后的試驗(yàn)件外觀描述見表9。水基液的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表10，試驗(yàn)后的試驗(yàn)件外觀描述見表11。

由表8～表11可以看出，石油基的0702與0704在新建Vickers104C臺(tái)架上的試驗(yàn)結(jié)果總失重量相差近10倍，水基的0707與0708在新建Vickers104C臺(tái)架上的試驗(yàn)結(jié)果總失重量相差近300倍，不同品質(zhì)的油液試驗(yàn)結(jié)果區(qū)別很大。

0707水基液試驗(yàn)前定子和試驗(yàn)后定子與葉片的照片分別見圖2～圖4。

表8 2種不同檔次液壓油在新建臺(tái)架上的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表9 2種不同檔次液壓油在新建臺(tái)架試驗(yàn)后泵芯各部件外觀描述對(duì)比

表10 2種不同檔次水基液在新建臺(tái)架上的試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

0708水基液試驗(yàn)前定子和試驗(yàn)后定子與葉片的照片分別見圖5～圖7。

由圖2～圖7可以看出，0707號(hào)油液臺(tái)架試驗(yàn)后，試驗(yàn)件前后差別不大，試驗(yàn)件失重量較小，說明油液質(zhì)量較好，0708號(hào)油液臺(tái)架試驗(yàn)后，葉片有明顯磨損和高溫氧化著色，定子內(nèi)表面嚴(yán)重磨損缺失，說明油液質(zhì)量很差。臺(tái)架試驗(yàn)結(jié)果表明，新建立的Vickers104C臺(tái)架可以將不同性質(zhì)、不同品質(zhì)的油液明顯區(qū)分開，具有良好的區(qū)分性。

表11 2種不同檔次水基液在新建臺(tái)架試驗(yàn)后泵芯各部件外觀描述對(duì)比

圖2 0707號(hào)油液試驗(yàn)前定子

圖3 0707號(hào)油液試驗(yàn)后定子

圖4 0707號(hào)油液試驗(yàn)后葉片

圖5 0708號(hào)油液試驗(yàn)前定子

圖6 0708號(hào)油液試驗(yàn)后定子

圖7 0708號(hào)油液試驗(yàn)后葉片

3.4 重復(fù)性試驗(yàn)

重復(fù)性試驗(yàn)反映的是試驗(yàn)結(jié)果的一致性，可以用來評(píng)價(jià)試驗(yàn)結(jié)果的精確度。對(duì)評(píng)定臺(tái)架而言，重復(fù)性是一個(gè)非常重要的指標(biāo)。按照ASTM D7043標(biāo)準(zhǔn)要求，在新建Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架上進(jìn)行了多個(gè)參考油液的重復(fù)性試驗(yàn)，參考油液兩次試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比見表12，試驗(yàn)后的試驗(yàn)件外觀描述見表13。

0706號(hào)油液第一次試驗(yàn)前定子和試驗(yàn)后定子與葉片的照片分別見圖8～圖10。

表12 參考油液在新建臺(tái)架上的兩次試驗(yàn)結(jié)果對(duì)比

表13 參考油液在新建臺(tái)架上兩次試驗(yàn)后泵芯各部件外觀描述對(duì)比

圖8 0706號(hào)油液第一次試驗(yàn)前定子

圖9 0706號(hào)油液第一次試驗(yàn)后定子

圖10 0706號(hào)油液第一次試驗(yàn)后葉片

0706號(hào)油液第二次試驗(yàn)前定子和試驗(yàn)后定子與葉片的照片分別見圖11～圖13。

由表12、表13和圖8～圖13可以看出，所有的參考油液在新建的Vickers104C評(píng)定臺(tái)架上兩次試驗(yàn)的結(jié)果都非常接近，說明新建的Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架具有很好的重復(fù)性。

圖11 0706號(hào)油液第二次試驗(yàn)前定子

圖12 0706號(hào)油液第二次試驗(yàn)后定子

圖13 0706號(hào)油液第二次試驗(yàn)后葉片

4 結(jié) 論

參考油液試驗(yàn)結(jié)果表明新建臺(tái)架與標(biāo)準(zhǔn)Vickers104C試驗(yàn)臺(tái)架的對(duì)應(yīng)性和區(qū)分性一致；不同品質(zhì)油液的試驗(yàn)結(jié)果表明新建臺(tái)架具有較好的區(qū)分性；參考油液的重復(fù)性試驗(yàn)結(jié)果表明新建臺(tái)架具有很好的重復(fù)性。新建立的臺(tái)架可用于評(píng)價(jià)石油基和非石油基液壓油、含水乙二醇、乳狀液及其它含水液體。

[1] ASTM D7043—2012 Standard Test Method for Indicating Wear Characteristics of Non-Petroleum and Petroleum Hydraulic Fluids in A Constant Volume Vane Pump[S]

[2] 陳麗卿.我國(guó)液壓油產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀及發(fā)展設(shè)想[J].石油商技，2007(2)：61-64

[3] 王澤恩.液壓油評(píng)定試驗(yàn)臺(tái)架[J].潤(rùn)滑油，2000，15(4)：22-26

[4] 王成勇.國(guó)外抗磨液壓油的規(guī)格與發(fā)展[J].潤(rùn)滑油，2000，15(1)：26-29

[5] ASTM D2882—2000 Standard Test Method for Indicating the Wear Characteristics of Petroleum and Non-Petroleum Hydraulic Fluids in a Constant Volume Vane Pump[S].2000

[6] 楊偉.水-乙二醇抗磨性能的評(píng)價(jià)[J].冶金設(shè)備管理與維修，2002，20(101)：44-47

ESTABLISHMENT OF NEW VICKERS104C TEST BENCH AND METHOD

Liang Dejun，Yang Chuanfu，Wu Changyu

(PetroChinaDalianLubricatingOilR&DInstitute，Dalian，Liaoning116032)

The conventional Vickers104C test bench in China cannot satisfy the demand of the ASTM D7043 standard in scope of application，test conditions or bench test parameters. A new Vickers104C test bench was established according to the ASTM D7043 standard strictly in this work. By comparison of the test data of this work and data abroad using the same oils and liquids，the repeatability and differentiability of the new test bench is proven to meet the demand of the ASTM D7043 and consistent with the data from abroad. It can be used for the evaluation of petroleum based and non-petroleum based hydraulic oil，water-glycol，emulsion and other water-base fluids.

hydraulic fluid；vane pump；water-base fluid；test bench

2015-12-04；修改稿收到日期：2016-03-12。

梁德君，大學(xué)本科，工程師，長(zhǎng)期從事潤(rùn)滑油臺(tái)架試驗(yàn)的開發(fā)、研究及評(píng)定工作，已公開發(fā)表論文多篇。

梁德君，E-mail：liangdejun@petrochina.com.cn。