論船舶柴油機在用潤滑油的現場監測范文

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摘要:針對船舶柴油機在用潤滑油的現場監測問題，研究確定了監測參數為水分、黏度、紅外特征、元素濃度和鐵磁性磨粒總量，并選擇了相應的測量儀器。爆裂法水分現場快速檢測儀可有效、快速判別含水量大于0．2%的油樣;基于Hele-Shaw原理的黏度快速檢測儀重復性誤差小于3%，具有工程實用價值;安捷倫傅里葉紅外光譜儀可用于監測在用油的紅外特征變化;可采用基于電磁感應原理的鐵量儀測量油樣中的鐵磁性磨粒總量;轉盤電極原子發射光譜儀可測量油樣中尺寸小于10μm的金屬顆粒的元素濃度。鐵量儀和發射光譜儀結合可有效監測異常磨損。指出船舶柴油機油樣現場監測急須解決的問題是:缺少非鐵磁性磨粒總量的快速、有效、可信的檢測方法。

關鍵詞:船舶柴油機;再用潤滑油;現場監測

0引言

在船舶運行條件下監測柴油機潤滑油具有工程上的迫切性。柴油機潤滑油中含有以下三類信息:第一類是潤滑油老化變質信息，包括氧化、磺化、硝化、積炭、漆膜等［1］;第二類是有關污染物信息，包括進冷卻水、進海水、進灰塵以及加錯油等［2］;第三類是摩擦副磨損信息，如曲軸主軸頸和主軸承、連桿軸頸和連桿軸瓦、凸輪和凸輪軸、活塞組件和氣缸套等摩擦副的磨損信息［3］。所以，分析在用潤滑油可以獲得潤滑油本身的信息、污染信息和機器的磨損信息。遠離港口持續執行任務的船舶中高速柴油機更須對其潤滑油做持續有效監測［4］。目前陸地試驗室對柴油機潤滑油的黏度、總堿值和水分等分析有標準的方法，但因涉及化學試劑、滴定或蒸餾等，這些參數的測量較難在船舶條件下完成。又如，無論是轉盤電極發射光譜還是離子耦合發射光譜對大于10μm的金屬磨粒檢測效率都較低，而大磨粒恰恰反映了摩擦副的異常磨損。大于10μm的金屬磨粒可由分析式鐵譜監測，但因分析式鐵譜技術對環境的要求，在船舶條件下無法現場使用。

1分析參數確定

關于柴油機潤滑油監測參數的確定，國標GB/T7606柴油機換油指標列出如下內容:黏度、水分、酸值增值、堿值下降率和磨損元素(鐵、銅、鋁、硅)濃度門閾值;而美國ASTMD6224關于柴油機在用潤滑油的監測則列出了如下的內容:黏度、水分、閃點、酸值、堿值、磨損金屬、顆粒數等。關于元素濃度門閾值的確定，文獻［5］專門做了分析，認為:針對油料發射光譜分析對大顆粒不敏感的問題，可在監測磨損大顆粒時增加鐵量儀。鐵量儀可以測量潤滑油中鐵磁性磨粒的總量，以數值表示，單位是(μg•g－1)。事實上，ASTMD6224認為:關于元素濃度的測定，可采用原子吸收光譜(AA)、轉盤電極(RDE)、等離子耦合(ICP)和X射線熒光光譜(XRF)等方法，然而上述方法對磨損金屬大顆粒的檢測效率均受尺寸大小的影響，磨粒尺寸越大，檢測效率就越低。針對船舶柴油機潤滑油的理化性能指標，選定監測參數為黏度和水分。針對潤滑油的劣化、衰變，選定監測儀為傅里葉紅外(FIR)光譜儀。目前該類型的光譜儀可以監測潤滑油的氧化、硝化、磺化、燃油稀釋、進水、醇、添加劑分子等濃度。針對潤滑油攜帶的摩擦副磨損信息，選定監測儀為轉盤電極(RDE)油料發射光譜儀和鐵量儀。

2分析儀器選擇

2.1潤滑油中水分測量潤滑油中水分的標準測量方法是蒸餾法和卡爾•菲休法，這兩種方法均適合實驗室條件下使用;現場條件下測量水分的實用方法有:壓力法和熱板爆裂方法等。壓力法是利用化學試劑二氫化鈣與油樣中的水分發生化學反應，產生氫氣，在密閉的空間中引起壓力增大，如果油樣一定，通過標定可以獲得壓力增大和含水率之間的定量關系。該方法的使用需要兩種化學試劑，分析后有化學廢棄物。熱板爆裂法是利用受熱油樣中的水分形成氣泡或發生爆裂。

2.2潤滑油黏度測量黏度是柴油機潤滑油最重要的理化性能指標。標準的測量方法是毛細管法，該方法須使用恒溫水浴，故不適合在現場使用。在船舶條件下，現場測量潤滑油黏度的方法有落球法、平板流動法［6］和基于Hele-Shaw原理的黏度計。試驗表明:由于柴油機潤滑油比較黑，落球法很難測量;平板流動法的測量誤差比較大，工程應用價值小;基于Hele-Shaw原理的黏度計可滿足實際使用。

2.3潤滑油傅里葉紅外光譜儀目前潤滑油傅里葉紅外光譜儀品種比較多，根據實際使用和試驗需求，選擇安捷倫630便攜式現場傅里葉紅外光譜儀。該紅外光譜儀測量結果以圖形表示，在有比較樣的情況下，可以疊加多個分析結果，從而判斷趨勢。

2.4油料發射光譜儀選用美國超譜公司的SpectroM型轉盤電極(RDE)油料發射光譜儀。該儀器一次可分析油樣中的21個常見元素，正常情況下每分析一個油樣約2～3min左右，重復性較好，分析結果數字化表達。

2.5鐵量儀針對油料發射光譜儀對尺寸10μm以上的大顆粒磨粒檢測效率低的問題，通過試驗分析，選擇采用電磁感應原理的鐵磁性磨粒現場快速檢測儀［7］。

3數據測量及結果分析

3.1在用潤滑油水分和黏度數據測量與分析

在現場利用爆裂法油液水分快速檢測儀監測柴油機在用潤滑油的目的是判斷其中有無水分，水分是否超過0.2%。該方法檢測潤滑油水分的低限是0.05%，大于0.05%含水量的油樣，會有氣泡，且隨著含水量的增加，氣泡越來越多，并伴隨有爆裂聲。如覺得難以掌握判斷標準，可配置含水量為0.2%的標油，檢測待測油樣時，將一滴標油和一滴待測油樣同時滴入不同的孔中，如果待測油樣的氣泡數比標油的多，就說明油樣含水量已大于0.2%。每個油樣的分析時間小于1min。某船舶柴油機在進行可靠性試驗時，每隔20h對潤滑油進行取樣并分析，部分油樣黏度測量結果。當黏度急劇下降至82(mm2•s－1)(40℃)時，停機檢查發現:泵噴油器的回油管松動，有柴油從回油管漏出，進入搖臂區與潤滑搖臂、凸輪軸的潤滑油回油混合，導致潤滑油黏度下降，主潤滑管路的潤滑油壓力降低。

3.2傅里葉紅外光譜數據分析

利用傅里葉紅外光譜分析儀分析船舶柴油機的在用潤滑油，可以通過分子的基團特征獲得有關潤滑油劣化和污染的許多信息。例如，通過建立標準的不同燃油稀釋比獲得圖譜，并與在用油的圖譜比較，從而得到油樣的稀釋比。

3.3鐵量儀數據和油料發射光譜數據分析

鐵量儀基于電磁感應原理:油樣中鐵磁性磨粒使讀數為正，非鐵磁性大磨粒使讀數為負;在靈敏度方面，鐵磁性磨粒遠大于非鐵磁性磨粒，故鐵量儀的讀數一般為鐵磁性磨粒的總量，正常情況下，可以忽略非鐵磁性磨粒的影響。表2為部分船舶柴油機油樣的鐵量儀數據和發射光譜數據。GB/T7606規定:Fe元素的濃度大于100(μg•g－1)(ASTMD6595標準檢測)，或大于(150μg•g－1)(GB/T17476標準檢測)時，應該換油。但原子發射光譜對大顆粒不敏感，而大顆粒卻真實反映了摩擦副的異常磨損。在實驗室條件下，借助于磁力法可以有效測量油液中鐵磁性磨粒的總量，借助于分析式鐵譜可以分析大顆粒的有色金屬(非鐵磁性金屬)顆粒。上述的分析表明:鐵量儀在某種程度上可以有效監測鐵磁性磨粒的總量，特別是大尺寸的鐵磁性顆粒。

4結論

(1)在船舶條件下，對柴油機的在用潤滑油進行監測，選定以下參數:水分、黏度、元素濃度、鐵磁性磨粒總量是合理，且有效的。(2)參數選定后，選擇測量儀器十分重要。研究及實際應用表明:選擇爆裂法水分儀、基于Hele-Shaw原理的快速黏度計、傅里葉紅外光譜儀及原子發射光譜儀和鐵量儀效果較好。(3)在現場快速監測方面，急須解決的問題是非鐵磁性磨粒總量的快速、有效、可信檢測。

作者：田洪祥；李婧；孫云嶺 單位：海軍工程大學動力工程學院