定期對潤滑油質(zhì)量衰減程度進(jìn)行檢測，根據(jù)檢測結(jié)果合理地制定發(fā)動機換油周期，既能確保發(fā)動機的可靠性，又能實現(xiàn)按質(zhì)換油。

 

本試驗依據(jù)某大缸徑發(fā)動機電站，隨機選取 9臺發(fā)動機使用相同潤滑油進(jìn)行 1000 h 運行試驗，定期對潤滑油進(jìn)行取樣分析，觀察潤滑油在發(fā)動機使用過程中的質(zhì)量衰變，科學(xué)合理地延長發(fā)動機換油周期。

 

 

油樣送檢滿足 SGS 認(rèn)證第三方檢測機構(gòu)，檢測方式符合 ASTM 標(biāo)準(zhǔn)。

 

換油指標(biāo)參照 GB/T 7607 －2010《柴油機油換油指標(biāo)》中柴油機油技術(shù)要求及試驗發(fā)動機廠商大缸徑柴油機換油指標(biāo)企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。油樣檢測項目及標(biāo)準(zhǔn)見表 2。

(1)發(fā)動機完成首次保養(yǎng)，更換潤滑油、潤滑油濾芯、潤滑油離心濾、燃油粗濾、燃油精濾，清潔空濾。

 

(2)將發(fā)動機進(jìn)行換油清洗，并應(yīng)滿足以下要求。確保將之前使用過的舊潤滑油完全放干凈，使用試驗潤滑油按下述步驟沖洗潤滑油路：

a)加滿新潤滑油后，發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn) 15 min 達(dá)到暖機；

b)空擋加油門將發(fā)動機由怠速加至高轉(zhuǎn)速以上，重復(fù) 5 ～10 次；

c)使發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn) 5 min；

d)停機，發(fā)動機冷卻 5 min 之后將潤滑油完全放干凈。

 

(3)0 h 取樣。

發(fā)動機沖洗完畢后再次加滿試驗用油(CAL-TEX Delo Gold Ultra SAE 15W－40)，并讓發(fā)動機怠速運轉(zhuǎn) 10 min 后取一定量(120 mL)新油作為 0 h油樣(首樣)，做好油樣標(biāo)記。取油后，補加等量的新油。

注意：0 h 油樣并不等同于新油。

 

發(fā)動機廠商規(guī)定發(fā)動機潤滑油更換周期為 500h，本次試驗計劃監(jiān)測至 1000 h，觀察發(fā)動機潤滑油表現(xiàn)，確定合適的換油周期。
 

對選取的 9 臺發(fā)動機的潤滑油取樣時間為 300 h、500 h、650 h、800 h、900 h、1000 h，每次取樣為 120mL，做好油樣標(biāo)記。潤滑油取樣后將油樣送往同一第三方檢測機構(gòu)進(jìn)行檢測，對檢測數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。根據(jù)前期油品檢測結(jié)果，若經(jīng)過分析評估認(rèn)為原方案取樣間隔可能存在風(fēng)險，則縮短取樣間隔，減少運行試驗時間；若經(jīng)評估后認(rèn)為油品性能良好，設(shè)備磨損較小，可適當(dāng)延長運行試驗時間，以確定最優(yōu)換油周期。以油液實際檢測結(jié)果作為評價換油周期依據(jù)。

 

(1)應(yīng)在發(fā)動機停止運行后 10 min 內(nèi)取樣，保證發(fā)動機油溫高于 60 ℃。如果達(dá)不到規(guī)定溫度，則先運行發(fā)動機至少 15 min 令潤滑油循環(huán)和升溫。

 

(2)使用真空取樣器、取樣瓶和吸油管等專用工具從油底殼油位中部抽取油樣，以確保油樣具有代表性。

注意：吸油管為一次性用具，不得重復(fù)使用。

 

(3)取樣過程中，必須避免油樣受到外界污染，保證取樣器、取樣瓶、吸油管的清潔。

 

(4)取樣結(jié)束后把取樣瓶表面擦拭干凈，并貼好標(biāo)識。

注意：標(biāo)識必須清晰易辨認(rèn)，且標(biāo)識與取樣瓶一一對應(yīng)，絕對不能混淆。

 

(5)油樣標(biāo)識須包含以下內(nèi)容：

a)發(fā)動機編號；

b)取樣日期；

c)發(fā)動機運行時間；

d)潤滑油運行時間。

 

(6)若試驗過程中發(fā)現(xiàn)發(fā)動機油位降低至最低刻線以下，必須進(jìn)行補油，添加測試油至正常油位，并記錄添加數(shù)量以及補加油液時發(fā)動機及潤滑油運行時間。

 

通過檢測發(fā)動機潤滑油在使用過程中理化性能、污染物、金屬元素等指標(biāo)變化，來分析發(fā)動機潤滑油的質(zhì)量衰減狀態(tài)。

 

運動黏度是衡量潤滑油油膜強度、流動性的重要指標(biāo)。合適的潤滑油黏度是發(fā)動機正常運行的基本保證。運動黏度變化率一定程度上表征了油品質(zhì)量的衰變情況。

 

發(fā)動機運行過程中油品黏度的變化受多種因素的影響，運動黏度過大，會造成發(fā)動機低溫啟動困難、磨損加劇、功率損失大等問題；運動黏度過低則會導(dǎo)致潤滑油的油膜變薄，潤滑性能下降，發(fā)動機會由于油膜厚度不足而拉缸。
 

因此在試驗過程中應(yīng)當(dāng)對潤滑油運動黏度進(jìn)行監(jiān)控，以確保發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常。

 

試驗發(fā)動機經(jīng) 1000 h 運行試驗后 100 ℃ 運動黏度變化趨勢如圖 1 所示。

從圖1 運動黏度(100 ℃)變化情況可見，發(fā)動機潤滑油黏度均處于下降趨勢，黏度下降與黏度指數(shù)改進(jìn)劑被剪切有關(guān)，越到后期黏度下降越慢。柴油機油換油指標(biāo)中要求潤滑油 100 ℃運動黏度變化率不能超過 ±20%。

 

試驗發(fā)動機經(jīng) 1000 h 運行試驗后，其中 7 臺發(fā)動機 100 ℃運動黏度變化滿足換油指標(biāo)要求，潤滑油仍具有合適黏度為發(fā)動機提供潤滑保護(hù)；另外兩臺發(fā)動機(1 號及 4 號發(fā)動機)100 ℃運動黏度變化率超過了換油指標(biāo)要求，黏度指數(shù)改進(jìn)劑消耗嚴(yán)重，過低的黏度不足以建立充分的油膜，難以為發(fā)動機運轉(zhuǎn)提供足夠的潤滑，需要更換潤滑油。

 

發(fā)動機潤滑油在使用過程中，需要保持合適的堿值及酸值以持續(xù)不斷地對發(fā)動機提供保護(hù)。

 

總堿值代表潤滑油中堿性物質(zhì)的含量，是用來衡量有效添加劑成分的指標(biāo)，也表示潤滑油中和酸性物質(zhì)的能力。當(dāng)堿值下降到一定程度，油品就會失去中和酸性物質(zhì)的能力，會引起油泥增多，發(fā)動機部件也有可能產(chǎn)生腐蝕、磨損等現(xiàn)象。

 

總酸值是檢驗機油內(nèi)腐蝕性產(chǎn)物的重要指標(biāo)，通常用來判斷油品的老化程度，酸值越高，表明機油的氧化程度越高，并加速機油品質(zhì)的劣化。在用潤滑油的酸值增加主要來自兩方面：一是潤滑油氧化產(chǎn)生的酸性產(chǎn)物，二是燃料燃燒生成的酸性物質(zhì)。酸值增值過大，說明油品產(chǎn)生了大量的酸性物質(zhì)，會促進(jìn)變質(zhì)，并對發(fā)動機造成腐蝕，對發(fā)動機危害極大。

 

因此在試驗過程中應(yīng)當(dāng)對潤滑油總堿值及總酸值進(jìn)行檢測，以確保發(fā)動機運轉(zhuǎn)正常。試驗發(fā)動機 1000 h 運行試驗總堿值及總酸值變化趨勢如圖 2、圖 3 所示。

從圖2 堿值變化情況可見，發(fā)動機潤滑油堿值均處于下降趨勢，堿值下降與潤滑油中清凈劑、分散劑等添加劑消耗有關(guān)。柴油機油換油指標(biāo)中要求在用油堿值下降率不能超過 50%。試驗發(fā)動機在 1000 h運行試驗后，堿值下降率均在許用限值以內(nèi)，說明此時潤滑油仍具有優(yōu)秀的清凈分散性及抗氧化性能。

從圖 3 酸值變化情況可見，發(fā)動機潤滑油酸值均處于上升態(tài)勢，酸值的增加與潤滑油的氧化變質(zhì)及燃燒產(chǎn)生的酸性物質(zhì)有關(guān)。柴油機油換油指標(biāo)中要求在用潤滑油酸值增值不能超過 2.5 mgKOH/g。試驗發(fā)動機在 1000 h 運行試驗后，酸值增值均在許用限值以內(nèi)，說明潤滑油仍具有優(yōu)良的酸性中和能力，潤滑油氧化變質(zhì)程度較低，發(fā)動機燃燒狀態(tài)良好。

 

燃油稀釋是指因燃燒不充分、燃油泄漏等各種因素導(dǎo)致的燃油混入潤滑油中造成的發(fā)動機潤滑油污染。柴油潤滑油中如果出現(xiàn)燃油稀釋的現(xiàn)象，則閃點檢測值會明顯下降，閃點的檢測可有效反應(yīng)柴油潤滑油燃油稀釋情況。

 

發(fā)動機長時間怠速運轉(zhuǎn)、低溫運行、反復(fù)啟動以及燃燒不完全、燃油泄漏等原因均會導(dǎo)致燃油稀釋問題。燃油稀釋會對發(fā)動機造成巨大危害：燃油中不飽和芳烴會造成堿值降低；降低潤滑油的黏度，使油膜變薄，磨損加劇；泄露的燃油會沖刷汽缸壁上的潤滑油，加速活塞環(huán)、缸套的磨損，進(jìn)而引起竄氣，油耗增加；降低添加劑的效能等。因此監(jiān)控燃油稀釋情況對評估潤滑油的工作狀態(tài)十分必要。

 

試驗發(fā)動機 1000 h 運行試驗開口閃點變化趨勢如圖 4 所示。

從圖 4 開口閃點變化情況可見，試驗發(fā)動機在 1000 h 運行試驗中，潤滑油開口閃點處于一個比較平穩(wěn)的趨勢，閃點無明顯的升高及降低。柴油機油換油指標(biāo)要求在用潤滑油開口閃點值應(yīng)在 180 ℃ 之上。試驗發(fā)動機潤滑油閃點值均在許用范圍，說明發(fā)動機運行狀態(tài)良好，燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，燃油稀釋情況在可控范圍以內(nèi)，潤滑油性能穩(wěn)定。

 

發(fā)動機潤滑油中不允許存在水分，但在用油由于缸套密封圈老化滲漏、燃燒室產(chǎn)生的水汽等原因，可能造成潤滑油中含有水分。水的存在會對機械設(shè)備、潤滑油的潤滑能力及油品質(zhì)量等產(chǎn)生危害：水分的存在會使得設(shè)備的零部件產(chǎn)生電化學(xué)腐蝕，金屬離子還會進(jìn)一步加速潤滑油的氧化，導(dǎo)致酸值增大，進(jìn)一步加速設(shè)備的腐蝕；水分的存在會造成極壓抗磨劑、清凈分散劑、防銹劑等表面活性劑失效，造成機油乳化，加速油品變質(zhì)；潤滑油氧化變質(zhì)會降低油膜的厚度和剛度，降低油膜的承載能力，加速設(shè)備磨損，降低使用壽命。因此監(jiān)控潤滑油中的水分含量是在用油檢測中必不可少的一環(huán)。試驗發(fā)動機經(jīng) 1000 h 運行試驗后潤滑油中水分含量變化趨勢如圖 5 所示。

從圖 5 潤滑油中水分含量變化情況可見，試驗發(fā)動機經(jīng)過 1000 h 運行試驗，潤滑油水分含量均處于較低水平，檢測值都在 0.05% 以下，遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)要求的 0.2% 以下，表明發(fā)動機運行狀態(tài)良好，燃燒狀態(tài)穩(wěn)定，且未發(fā)生冷卻液泄漏等問題，潤滑油性能穩(wěn)定。

 

在用潤滑油元素分析中，主要關(guān)注 Fe、Cu、Al 等磨損金屬元素及 Si 等灰塵污染元素。元素分析可綜合判斷發(fā)動機磨損情況，判斷潤滑油能否為發(fā)動機提供充足的潤滑保護(hù)。

 

在用潤滑油中鐵元素含量的增長主要來自鋼鐵類摩擦副的磨損，比如缸套、齒輪、曲軸、凸輪軸等，若其含量迅速增加，表示可能出現(xiàn)異常磨損，尤其是腐蝕磨損。銅元素含量的增長主要來自含銅類合金摩擦副的磨損，比如連桿和主軸承、渦輪增壓器軸承、連桿襯套、凸輪軸襯套等；鋁元素含量的增長主要來自含鋁合金摩擦副的磨損，比如鋁活塞、曲軸和凸輪軸止推軸承、凸輪軸襯套等；不同元素檢測含量的升高可反映對應(yīng)摩擦副的磨損狀態(tài)。試驗發(fā)動機經(jīng) 1000 h 運行試驗后潤滑油中 Fe、Cu、Al 元素含量變化趨勢如圖 6 ～ 圖 8 所示。柴油機油換油指標(biāo)要求鐵元素含量不能大于100 mg/kg，銅元素含量不能大于 50 mg/kg，鋁元素含量不能大于 30 mg/kg。從圖 6 ～ 圖 8 鐵元素、銅元素、鋁元素含量變化情況可見，發(fā)動機在 1000 h運行試驗中，各磨損金屬元素含量處于平穩(wěn)上升趨勢，未發(fā)生明顯突變，且均未到達(dá)換油指標(biāo)規(guī)定限值，表明潤滑油具有優(yōu)良的抗磨性能，發(fā)動機運行狀態(tài)良好，磨損情況均勻。

在用潤滑油中的硅元素主要來源于空氣中的塵埃、沙石和油中的消泡劑、硅密封膠等；硅元素含量的增加主要與沙石、塵土以及外界異物產(chǎn)生的磨損有關(guān)，當(dāng)發(fā)動機運行在環(huán)境較差或灰塵較多的工況時，在用油的硅含量會明顯增加；對于發(fā)動機本身來講，當(dāng)空氣過濾器長時間不換而失去作用時，也會引起硅含量的增加，造成發(fā)動機零部件的異常磨損。試驗發(fā)動機經(jīng) 1000 h 運行試驗后潤滑油中硅元素含量變化如圖 9 所示。

從圖 9 硅元素含量變化趨勢可見，在整個試驗過程中，潤滑油中硅元素含量十分平穩(wěn)，柴油機油換油指標(biāo)要求硅元素含量不能大于 30 mg/kg，試驗用油檢測值遠(yuǎn)低于換油指標(biāo)規(guī)定限值，表明發(fā)動機空濾可對吸入空氣起到充足的過濾作用，保證發(fā)動機不因吸入空氣質(zhì)量差而發(fā)生異常磨損。

 

從圖 6 ～ 圖 9 可見，試驗油樣的 Fe、Cu、Al和 Si 元素含量均在正常范圍內(nèi)，試驗用油具有優(yōu)秀的抗磨性能，發(fā)動機運轉(zhuǎn)良好，未發(fā)生異常磨損。

 

 

根據(jù)發(fā)動機 1000 h 運行試驗潤滑油取樣分析結(jié)果，可得出以下結(jié)論：
 

(1)1 號 及 4 號 試 驗 發(fā) 動 機 運 行 到 900 ～1000 h 時，油品 100 ℃ 運動黏度下降值超過換油指標(biāo)限值，存在無法建立足夠油膜的風(fēng)險，不能為發(fā)動機提供全面的潤滑保護(hù)。其余 7 臺發(fā)動機潤滑油在 1000 h 運行試驗中均表現(xiàn)良好，油樣檢測指標(biāo)均正常，可為發(fā)動機提供充足的潤滑保護(hù)。

 

(2)根據(jù)檢測分析結(jié)果，試驗發(fā)動機換油周期可由 500 h 提升至 900 h，為留出部分余量，換油周期可選擇為 800 h。目前試驗發(fā)動機電站已按 800 h 換油周期運行 16000 h，發(fā)動機運行狀態(tài)良好，未發(fā)生任何異常。

 

(3)根據(jù)發(fā)動機潤滑油檢測分析結(jié)果，可合理制定換油周期，實現(xiàn)按質(zhì)換油，保證發(fā)動機可靠性的同時不造成潤滑油浪費。