閆鵬

聯(lián)勤保障部隊(duì)某總站

近年來(lái)，船用柴油機(jī)技術(shù)向著提高功率、提高可靠性、降低潤(rùn)滑油消耗率和延長(zhǎng)壽命等方向發(fā)展，因此對(duì)柴油機(jī)油綜合性能要求也在提高。止前國(guó)內(nèi)外船用柴油機(jī)一般應(yīng)用CF 及以上質(zhì)量等級(jí)的油品。

行船試驗(yàn)是在實(shí)船的船用柴油機(jī)上開(kāi)展的試驗(yàn)，是評(píng)價(jià)船用柴油機(jī)油綜合性能的可靠手段，但行船試驗(yàn)價(jià)格昂貴，且由于船期具有很大不確定性，試驗(yàn)周期通常很長(zhǎng)。實(shí)驗(yàn)室配方開(kāi)發(fā)時(shí)，通常采用模擬試驗(yàn)評(píng)價(jià)船用柴油機(jī)油的性能表現(xiàn)，如曲軸箱模擬試驗(yàn)、小松熱管試驗(yàn)、THOEST MHT 試驗(yàn)等可以用來(lái)評(píng)價(jià)油品的高溫清凈分散性，PDSC 試驗(yàn)、IP-48 試驗(yàn)等可以用來(lái)評(píng)價(jià)油品的抗氧性，四球試驗(yàn)、SRV 試驗(yàn)、FZG 試驗(yàn)等可以用來(lái)評(píng)價(jià)油品的抗磨性。但是實(shí)驗(yàn)室模擬試驗(yàn)條件與實(shí)際工況存在差異，模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果與油品實(shí)際性能表現(xiàn)存在不確定性。發(fā)動(dòng)機(jī)整機(jī)耐久性試驗(yàn)有著負(fù)荷大、試驗(yàn)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn)，是評(píng)價(jià)船用柴油機(jī)油性能的有效手段，既可以反映出油品的實(shí)際使用性能，又可以通過(guò)設(shè)定嚴(yán)苛工況縮短試驗(yàn)周期。

本文開(kāi)展了某品牌船用柴油機(jī)油整機(jī)耐久性研究，試驗(yàn)在相對(duì)苛刻的工況條件下開(kāi)展了1 000 h，通過(guò)在用油黏度、堿值、不溶物、酸值、閃點(diǎn)、水分、氧化值、煙炱含量、磨損金屬元素含量分析，以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)活塞、缸套、軸瓦等金屬運(yùn)動(dòng)部件的沉積物及磨損情況檢查，評(píng)價(jià)船用柴油機(jī)油的實(shí)際使用性能。

試驗(yàn)部分

試驗(yàn)用船用柴油機(jī)油

采用某品牌船用柴油機(jī)油開(kāi)展試驗(yàn)。油品滿足GB/T 38049—2019《船用內(nèi)燃機(jī)油》技術(shù)指標(biāo)要求，具有良好的水分離性能，滿足船用柴油機(jī)長(zhǎng)期在海洋環(huán)境中使用的性能要求，其典型數(shù)據(jù)見(jiàn)表1。

表1 試驗(yàn)用船用柴油機(jī)油典型數(shù)據(jù)

整機(jī)耐久試驗(yàn)

整機(jī)耐久試驗(yàn)采用國(guó)內(nèi)某船舶柴油機(jī)制造商生產(chǎn)的船用柴油機(jī)作為試驗(yàn)柴油機(jī)，該柴油機(jī)主要參數(shù)見(jiàn)表2。

表2 試驗(yàn)柴油機(jī)主要參數(shù)

根據(jù)試驗(yàn)技術(shù)要求，采用-10號(hào)船用柴油，1 000 h 試驗(yàn)過(guò)程中，柴油機(jī)負(fù)荷率接近100%，苛刻的高溫和高壓工況對(duì)柴油機(jī)油的高溫清凈性、抗氧性、極壓抗磨性等有較高的要求。

整機(jī)耐久試驗(yàn)過(guò)程中定期對(duì)試驗(yàn)油進(jìn)行油樣監(jiān)測(cè)，分析黏度（GB/T 265）、堿值(SH/T 0251)、正戊烷不溶物(GB/T 8926)、酸值(GB/T 7304)、閃點(diǎn)(GB/T 3536)、水分（GB/T 260）、氧化值(ASTM E2412)、煙炱含量(ASTM E2412)、磨損金屬元素含量(GB/T 17476)。整機(jī)耐久試驗(yàn)結(jié)束后對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行拆機(jī)檢查，檢查活塞、缸套、曲軸、軸瓦、凸輪軸等部位的沉積物及磨損情況。

結(jié)果及討論

油樣監(jiān)測(cè)

運(yùn)動(dòng)黏度分析

合適的運(yùn)動(dòng)黏度能夠保證柴油機(jī)油在摩擦表面產(chǎn)生的油膜具有合適的強(qiáng)度，從而保證潤(rùn)滑效果。油品黏度偏小會(huì)使油膜強(qiáng)度不夠，導(dǎo)致磨損，黏度偏大會(huì)使柴油機(jī)運(yùn)行阻力變大，能耗變大，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)發(fā)生金屬部件抱死等故障。試驗(yàn)過(guò)程中影響油品黏度變化的因素有很多，如黏度下降可能是油品受到低黏度油品的污染，或者多級(jí)油中的黏度指數(shù)改進(jìn)劑受到剪切力作用長(zhǎng)鏈被破壞失去增黏能力等原因，黏度增加可能是由于油品被氧化產(chǎn)生油泥、正戊烷不溶物等氧化產(chǎn)物。監(jiān)測(cè)試驗(yàn)過(guò)程中船用柴油機(jī)油的黏度變化，可以反映其抗氧化性能。試驗(yàn)油100 ℃運(yùn)動(dòng)黏度的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖1。

圖1 試驗(yàn)油黏度變化趨勢(shì)

從圖1 可以看出，試驗(yàn)油在試驗(yàn)過(guò)程中黏度變化平穩(wěn)，表明油品形成的油膜對(duì)柴油機(jī)金屬部件形成了有效的潤(rùn)滑保護(hù)，油品具有良好的抗氧化性能。

堿值分析

船用柴油機(jī)油的堿值的選擇通常依據(jù)燃料油質(zhì)量和硫含量，合適的堿值用于中和燃料燃燒產(chǎn)生的少量酸性物質(zhì)，防止腐蝕。另外，由于船用柴油機(jī)油的堿值大部分由清凈劑提供，監(jiān)測(cè)柴油機(jī)油的堿值變化也可以間接監(jiān)測(cè)油品清凈劑的變化，柴油機(jī)油中足夠的清凈劑可有效控制高溫條件下活塞沉積物的產(chǎn)生。試驗(yàn)油堿值的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖2。

圖2 試驗(yàn)油堿值變化趨勢(shì)

從圖2 可以看出，試驗(yàn)油樣在試驗(yàn)過(guò)程中堿值變化平穩(wěn)，表明油品具有良好的堿值保持性，試驗(yàn)過(guò)程中能夠保持良好的酸中和性能，保持足夠的清凈性，防止活塞等部位沉積物產(chǎn)生。

正戊烷不溶物分析

油品在高溫運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)中不可避免地會(huì)發(fā)生氧化反映，黏稠的氧化產(chǎn)物增溶于油品中，會(huì)導(dǎo)致其正戊烷不溶物含量增加[1]。因此，試驗(yàn)油樣的正戊烷不溶物含量能反映油品的氧化情況。另外，正戊烷不溶物還包括灰塵、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損金屬顆粒物等。試驗(yàn)油正戊烷不溶物的變化趨勢(shì)見(jiàn)圖3。

圖3 試驗(yàn)油正戊烷不溶物變化趨勢(shì)

從圖3 可以看出，試驗(yàn)油正戊烷不溶物一直保持較低的水平，表明油品具有良好的抗氧化性能，另外也可以看出試驗(yàn)過(guò)程中柴油機(jī)沒(méi)有發(fā)生異常竄氣故障。

氧化值分析

以紅外光譜分析油品在試驗(yàn)過(guò)程中的氧化值變化，可以更直觀地判斷油品的氧化情況。試驗(yàn)油的氧化值變化趨勢(shì)見(jiàn)圖4。

圖4 試驗(yàn)油氧化值變化趨勢(shì)

從圖4 可以看出，試驗(yàn)油的氧化值持續(xù)保持較平穩(wěn)狀態(tài)，表明油品具有良好的抗氧化性。

煙炱含量分析

在苛刻的燃燒條件下，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)尤其是大功率重負(fù)荷柴油發(fā)動(dòng)機(jī)容易引起霧化不良和與空氣混和不均勻的問(wèn)題，造成柴油不完全燃燒[2]。煙炱主要是柴油不完全燃燒的產(chǎn)物，會(huì)隨著發(fā)動(dòng)機(jī)的竄氣和潤(rùn)滑油的洗脫作用進(jìn)入潤(rùn)滑系統(tǒng)，發(fā)動(dòng)機(jī)油煙炱含量的增加容易引起油品黏度增加、濾網(wǎng)堵塞、發(fā)動(dòng)機(jī)磨損等問(wèn)題，使用紅外光譜對(duì)試驗(yàn)油進(jìn)行煙炱含量的監(jiān)測(cè)從而判斷發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的密封狀態(tài)和評(píng)價(jià)柴油機(jī)油的煙炱分散性。試驗(yàn)油的煙炱含量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖5。

圖5 試驗(yàn)油煙炱含量變化趨勢(shì)

從圖5 可以看出，試驗(yàn)油的煙炱含量相對(duì)平穩(wěn)，表明油品具有良好的煙炱分散性，，另一方面也表明發(fā)動(dòng)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中活塞密封性較好。

磨損金屬含量分析

試驗(yàn)過(guò)程中監(jiān)測(cè)試驗(yàn)油中的磨損金屬元素含量，可以判斷柴油機(jī)的活塞、缸套、軸瓦等主要金屬運(yùn)動(dòng)部件的磨損情況。試驗(yàn)油的磨損元素含量變化趨勢(shì)見(jiàn)圖6。

圖6 試驗(yàn)油磨損金屬含量

從圖6 監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，試驗(yàn)油品磨損金屬元素含量保持極低的狀態(tài)，表明柴油機(jī)活塞、缸套、軸瓦等金屬運(yùn)動(dòng)部件無(wú)異常磨損，油品具有優(yōu)異的抗磨性。

閃點(diǎn)分析

閃點(diǎn)屬于安全指標(biāo)，通過(guò)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)油的閃點(diǎn)，從而判斷是否有低閃點(diǎn)的組分混入油品中。監(jiān)測(cè)閃點(diǎn)通常可以判斷柴油機(jī)試驗(yàn)過(guò)程中是否發(fā)生燃油稀釋，燃油稀釋除了會(huì)使油品的閃點(diǎn)和黏度下降外，還會(huì)對(duì)油品的抗氧化性能產(chǎn)生不利影響，柴油機(jī)油的氧化誘導(dǎo)期會(huì)隨柴油稀釋濃度的增加逐漸下降[3]。試驗(yàn)過(guò)程中油樣的閃點(diǎn)變化趨勢(shì)見(jiàn)圖7。

圖7 試驗(yàn)油閃點(diǎn)變化

從圖7 可以看出，288 小時(shí)油樣閃點(diǎn)略微下降，但仍在安全使用范圍內(nèi)，在繼續(xù)使用過(guò)程中沒(méi)有再出現(xiàn)閃點(diǎn)異常下降現(xiàn)象，由此判斷閃點(diǎn)下降并非燃油稀釋導(dǎo)致，可能是由于采樣過(guò)程中油品被低閃點(diǎn)物質(zhì)污染。

水分分析

由于缸套老化滲漏、燃燒產(chǎn)生水汽等原因都可能引起油品中混入水分[4]。柴油機(jī)油進(jìn)水可能導(dǎo)致許多危害，比如油品乳化、黏度降低等，使油品不能形成良好的油膜，促進(jìn)油品氧化，加速酸性物質(zhì)對(duì)金屬的腐蝕等。試驗(yàn)過(guò)程中對(duì)試驗(yàn)油的水分進(jìn)行監(jiān)測(cè)，結(jié)果如圖8 所示。

圖8 試驗(yàn)油水分變化

從圖8 可以看出，試驗(yàn)過(guò)程中油品水含量極低，表明試驗(yàn)過(guò)程中柴油機(jī)油未受到水的污染。

拆機(jī)檢查

整機(jī)耐久試驗(yàn)結(jié)束后，對(duì)試驗(yàn)柴油機(jī)進(jìn)行拆機(jī)檢查，重點(diǎn)對(duì)活塞、缸套、曲軸、凸輪軸、軸瓦等重要潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行檢查，檢查結(jié)果表明：活塞及活塞環(huán)正常，沉積物良好，無(wú)異常磨損，無(wú)疲勞裂痕；缸套珩磨紋清晰可見(jiàn)，無(wú)異常磨損；曲軸、凸輪軸和軸瓦無(wú)異常磨損。

結(jié)論

采用某品牌船用柴油機(jī)油在高溫、高壓、高負(fù)荷工況條件下開(kāi)展了1 000 h 整機(jī)耐久試驗(yàn)，試驗(yàn)油樣分析和拆檢結(jié)果表明，油品具有較好的清凈分散性、抗氧化性和抗磨性，滿足船用柴油機(jī)配套潤(rùn)滑要求。