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对内燃机在用油情况的分析

时间:2015-10-29 10:45来源:www.rhjspx.com 作者:花间一壶酒 点击:
刘宏宇(大庆市黑鸟公司) 润滑油的基本作用是在发动机的寿命期内为其提供相应润滑,同时对其零部件起保护作用。由于与空气或冷却水系统接触,润滑油也作为冷却介质将热量从发动机的燃烧室带出。润滑油的另外一个重要作用是作为清净剂,搜集并带走发动机运转
 

 

刘宏宇(大庆市黑鸟公司)
 
润滑油的基本作用是在发动机的寿命期内为其提供相应润滑,同时对其零部件起保护作用。由于与空气或冷却水系统接触,润滑油也作为冷却介质将热量从发动机的燃烧室带出。润滑油的另外一个重要作用是作为清净剂,搜集并带走发动机运转过程中产生的废物及杂质。
一、检测及结果分析
在一个换油期内,定期对油晶进行“在线”分析,同时利用油品的检验结果对发动机探伤试验给予补充、检验。在用油的分析包括12个部分,下面仅节选上述的(6)至(11)这六个部分予以详述。
1、粘度。
在用油的粘度变化非常复杂,它取决于很多因素,这些因素单独作用时既可以使粘度增加也可以使之降低。(1)燃油稀释。燃油稀释通常使油品粘度降低。对于维护保养较好的发动机而言,燃料稀释值会稳定在一个较低的数值上。尽管负载启动时粘度降低,但粘度也会稳定在稍低的数值上。粘度迅速稳定并且不再持续降低这一点是非常重要的,该值不能低于SAE粘度等级。现在还不能确定,粘度降低是否会导致过度磨损。(2)不溶物含量。在用油中含有任何种类的固体颗粒均会导致粘度增加,固体颗粒含量达到重量的5%时,粘度不再增加并且通常与燃油稀释作用相互抵消。对于排量较小的柴油发动机而言,不溶物含量超过10%时,它比所有其它因素影响都大,使油变得非常粘稠。在低温环境下,粘稠的油品使发动机很难启动,摩擦部件因缺油极易导致机械故障。(3)油品氧化油中漆膜及其它氧化物的存在使其粘度增加,但这一因素的影响通常没有不溶物的影响大。采用亚微细粒过滤的手段滤除油中的固体颗粒后,仍无法降低油品粘度使之接近新油水平而粘度却仍然增加时,是由于在用油中含有大量有机酸,此时油品的总酸值较高。
2、光谱分析。
这一方法用于快速分析在用油中可能含有的一些固定金属的含量。精度为测定值的±10%,它可满足大多数情况的要求。(1)确定添加剂的金属元素含量。可以确定Ba、Ca、Zn、P及B的含量。在发动机正常运行的条件下,未经过滤的在用油中添加剂的金属元素含量能够保持并接近新油水平,主要是由于润滑油损耗而随时补充新油所致。(2)确定磨损的金属元素含量。可以确定铝、铁、铜含量。含铝高说明活塞有磨损,当铝含量超过75ppm时,可视为达到危险水平。在正常情况下,铝含量为20ppm。铁含量高说明活塞环及轴瓦磨损,铁含量大于600ppm时可视为达到危险水平。在正常情况下,铁含量在此范围内变化较大。铜含量高说明铜/铅轴承出现磨损,铜含量大于75ppm时可视为达到危险水平。在正常情况下,铜含量为50ppm。
3、酸值、碱值测量。
采用人工方法用于测定不含水溶液的酸值和碱值,但并不能直接得出酸度、碱度的实际值,该值测量比较困难。对在用油而言,误差相对较大,可达±0.5。(1)总酸值TAN:曲轴箱内新油的TAN值通常小于2。对于在用油而言,测得的TAN通常由以下四部分组成:残余抗氧剂的TAN、燃烧产生的弱有机酸的TAN、因基础油氧化产生的弱有机酸的TAN、燃烧产生的强无机酸的SAN。TAN值与在用油中不溶物总含量密切相关。在基础油没有氧化、SAN为0时,在用油酸值的增加与总的不溶物含量呈现非常好的线性关系。如果与此准则偏差较大,说明出现了异常情况并且进行了非正常操作。尽管确定不了在用油的TAN危险值,但该值还是越小越好。(2)强酸值SAN。在用油强酸值不为零是有害的,说明油中含有导致铜/铅轴承腐蚀及铁锈的强无机硫酸存在。如果油箱因缺油刚刚补油后再取样时,在碱值较低的油里偶尔会出现SAN值不稳定的情况,尔后再取油的话,这种情况就会消失。如果SAN值持续如此,应立即换油。(3)总碱值TBN。发动机曲轴箱内新油的TBN值通常为2~8,机油用过一段时间后,TBN值会下降并稳定在较低的数值上。而对使用高硫燃油或燃油消耗低的发动机而言,碱值会降至0。碱值为零是有害的,因为这样说明了在用油中碱度很小或没有。在用油的TBN值对注入新油非常敏感,在装入新油前后取样,其碱值差别很大。
4、不溶物测量。
发动机内沉积物是由于润滑油在发动机内需要润滑部位的连续运动而自然形成的。该沉积物主要为润滑油中的不溶物,当它们达到一定的粒度而无法在油中悬浮时,即以沉积物的形式出现。大多数沉积物是未燃烧的燃料及高温氧化物的聚合物,其中有泄漏的燃烧产物、含尘空气、水、铁锈及受到腐蚀的金属。含有有机金属的清净剂/分散剂即是用于此目的。添加剂中的清净剂便是利用提高可溶性物质凝聚作用来有效地减少碳氧化物的生成速率。分散剂是利用复杂的物理、化学过程将油中易形成沉积的物质分散,同时在非常小的微粒(0.02微米)上形成吸收膜以阻止淤积物的生成。利用在用油分析及沉积粒度的大小可以确定内燃机油的有效使用寿命,不仅有必要对在用油进行测试,同样重要的是将分析结果与发动机状况如发动机类型、操作条件以及润滑油的质量等级联系起来。
5、红外分析原理及其在在用油分析中的应用。
化学链在某一特定的频率吸收光,油中的化学链及其它有机化合物在红外谱图中即有其特色的吸收峰。当红外线穿过一个给定厚度的油样时,某些频率以大小不一的程度被吸收,而其它频率通过时能量不衰减从而形成了该油样的类似“指纹”的特性曲线。红外光谱用以搜寻油品的特性曲线,同时参照标准确定油品的组份,如油中有烷烃链时,在2900cm-1、1460cm-1及1380cm-1时的吸收峰强,这些是所有油品的共有特性。一些油样在1720cm-1附近吸收峰强,也许是由于油中有醣类以及/或有机酸,对在用油而言可能是由于油品被分解引起的。对其它油品而言,醣类是常见的组份之一。
结论:(1)氧化作用——呈酸性的羰基类化合物存在于1720cm-1附近。(2)硝化作用——由于渗漏气体中氮氧化物(称之为硝基氧化物)的存在,加速了氧化作用。润滑油中由于氮的混入会在1630cm-1有吸收峰。(3)Zn.Di.T.P的减少——利用红外线在960~1060cm-1利用谱图确定zn和P的状况。
6、铁谱分析。
铁谱是一种可以迅速、便捷地将磨损粒子从油中分离出来的技术,可以在光学显微镜或扫描电镜下观看透明基片上的磨粒的尺寸分布,用光密度法确定磨粒的数量及尺寸分布情况。磨粒的迅速增加,尤其是大颗粒与小颗粒数量之比增加时,说明已现出严重磨损。不同磨损机制下产生的粒子具有不同的特性。多数机器中的摩擦或粘着磨粒呈片状,说明是正常的可容许的磨损。剪切或研磨粒子是尺寸稍小呈螺旋形、环形或弯曲的粒子,这类粒子增加说明已进入严重的粘着磨损阶段,连续油样中这类粒子数量的突然增加表明设备即将失效。化合物粒子的存在也可能由于环境氧化或腐蚀引起的。
二、结论
在用油分析方法能够有效地研究与发动机的运转及性能有关的一些重要问题。对化学现象的分析和理解,提供了解决工程问题的一种重要方法。将发动机看作是一种化学反应装置的观点使得化学和工程学在某一领域得到结合,在这一领域中,问题的性质是随着发动机的设计水平、运转条件的恶劣程度及润滑剂的质量而改变的。
 

(责任编辑:花间一壶酒)
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