船舶及机械润滑油基本知识-百度文库

船舶及机械润滑油基本知识润滑油,关乎内燃机工作的可靠性、动力性、经济性以及寿命,若选用不当,轻者油耗上升成本增加,重者故障增多甚至损坏发动机。

发动机说明书中都有制造商推荐的润滑油牌号。

没有充足的理由和绝对把握, 不可改变润滑油品种、牌号和规格。

选择润滑油,各种指标都不得低于柴油机生产厂商推荐范围,绝不可选用低于发动机制造商推荐的质量等级的润滑油。

选择润滑油,不仅需要充分了解机械摩擦、润滑机理,深刻理解和全面考虑发动机的结构、工作环境、功率、燃油品质等因素并经过认真论证,而且需要具备足够丰富的润滑油知识,了解润滑油生产工艺流程、添加剂种类和作用,熟知润滑油理化性能指标、分类方法、油品牌号及其中各符号的意义。

本文介绍润滑油的生产过程、理化性能指标、分类方法、油品牌号等,为读者以柴油机生产厂商推荐为主要依据选择润滑油时提供参考。

1、船用(矿物润滑油的生产成品润滑油是由基础油和添加剂调合而成的。

基础油又分为矿物基础油和合成基础油两类。

合成基础油,用化学方法合成,性能比矿物基础油好,能满足矿物油所不能满足的某些使用要求,但成本昂贵,目前使用范围十分有限。

矿物基础油,由石油原油炼制而成,应用广泛,占基础油的 95%以上。

船用润滑油几乎百分之百是矿物基础油调制而成。

1.1原油分馏产生(矿物基础油原油先后在常压分馏塔和减压分馏塔内分馏。

原理和过程示意图如图 1。

(1常压分馏(在常压分馏塔内完成常压分馏塔,压力同大气,自下而上温度渐低。

经加热的原油进入常压分馏塔后,各种烃类气化上升——沸点高的重馏分,在温度较高的下部就凝结分流;沸点越低的轻馏分,越能上升到温度较低的分馏塔上部分流。

因此,由塔顶到塔底得到的馏分由轻到重:塔顶是汽油馏分,往下依次是煤油、轻柴油、重柴油馏分,沸点大于 350℃的馏分称为重油,原油中未气化的部分称为残渣油从常压分馏塔底部排出。

常压分馏所得的重油,是炼制基础油的主要原料。

(2减压分馏为了得到不同性质的基础油,需进一步分馏重油将其分割成窄馏分。

但是重油沸点高达 300~700℃,若仍用常压分馏,某些烃类会裂化分解,无法得到所需的润滑油馏分。

因此,将重油加热后进一步减压分馏(或称低压分馏。

减压分馏在减压分馏塔内完成。

减压分馏塔,用抽真空方法将塔内绝对压力降低到 1~8KPa ,温度也是由下而上逐渐降低,将重油分馏出所需的各种轻质基础油、中质基础油、重质基础油和渣油基础油。

轻质基础油,主要用作高速轻载机械的润滑油和绝缘油(如透平油、变压器油的原料。

中质基础油,主要用作中等载荷的发动机(如小汽车等和相当要求的工业机械润滑油的原料。

重质基础油,主要用作重载发动机(如船用柴油机等润滑油的原料。

渣油基础油,是制造高黏度润滑油例如气缸油、齿轮油等润滑油的原料。

图 1原油分馏原理和过程示意图1.2润滑基础油的精制减压分馏所得的各种馏分,仍含有许多不良成份和有害成分,例如多环烃、固体烃(蜡、胶质、沥青以及影响色度的物质等,还不能直接用作润滑油,必须进一步精制提纯,以保留润滑油中的理想成分和去除非理想组分,使基础油具有较好的低温性能、黏温性能、抗氧化安定性能和良好的色度等。

基础油精制,主要包括丙烷脱沥青、溶剂精制、溶剂脱蜡、白土或加氢补充精制等。

1.3润滑油产品的调合——润滑油添加剂经过精制的不同基础油,还要根据对润滑油性能的不同要求添加相应的添加剂调合,才成为润滑油产品上市场销售。

添加剂, 是一类油溶性化合物, 只需在润滑油中加入百分之几甚至百万分之几,就能显著改善润滑油的一种或几种品质(使用性能。

润滑油添加剂种类繁多。

发动机管理使用者不必详知每一种添加剂,但应了解主要添加剂的作用。

(1清净剂和分散剂清净剂,基本结构主要包括亲油基、极性基和连接部分,多数具有碱性或高碱性。

根据“分子结构相似相溶”的原理,清净剂能够溶解润滑油中胶质、漆膜、积炭等,持续中和润滑油使用过程中氧化生成的酸性物质和含硫燃油燃烧后产生的强酸物质并防止其沉积,从而保护发动机金属部件不受酸性物质腐蚀。

分散剂,基本结构与清净剂类似,能溶解粘附在活塞上的漆膜和积炭,并分散到润滑油中在润滑油循环过程中过滤掉,从而保持金属机件的清洁;同时防止润滑油中氧化胶质沉积,减少曲轴箱中的油泥,延长润滑油使用寿命。

柴油机, 特别是烧渣油的大型船用柴油机,系统油和气缸油都对清净剂的要求较高。

(2黏度指数改进剂润滑油的黏度随温度升高而降低。

为使润滑油黏度随温度升高而降低不致过大,即改进其黏温性能,需加入黏度指数改进剂。

效果较好的黏度指数改进剂是一种高分子聚合物。

润滑油加入这种高分子聚合物后,低温时长链缩成一团,润滑油黏度增加较小;随着温度升高,长链逐渐伸展开来,增大润滑油分子间的运动阻力,减少滑油黏度下降的程度,满足高温时的黏度要求。

目前,可满足四季通用的多级润滑油,既具有良好的低温起动性能,又具有高温润滑性能,主要是黏度指数改进剂在起作用。

(3抗氧抗腐蚀添加剂添加抗氧抗腐蚀添加剂后,虽不能完全防止润滑油氧化,却能大幅改善抗氧化性能,有效防止酸性物质腐蚀金属,减少漆状物生成。

据有关资料介绍,添加了抗氧抗腐蚀添加剂,润滑油的寿命可延长四倍以上。

(4极压抗磨剂润滑油添加极压抗磨剂,能提高润滑油工作载荷,减少摩擦磨损,防止烧结。

发动机体积越来越小而功率越来越大,极压抗磨剂起到至关重要的作用。

(5油性剂和摩擦改进剂油性剂和摩擦改进剂,极性基团对金属有很强的亲和力,油性基团吸附在摩擦表面,形成分子定向吸附膜,阻隔金属间接触,从而减少摩擦和磨损。

(6降凝剂降凝剂能显著降低润滑油凝点, 改善低温流动性能, 降低润滑油使用的温度下限, 拓展了润滑油使用范围,还可减少对优质原油的依赖。

2、润滑油的主要理化指标润滑油有一套理化指标评价体系,反映润滑品质优劣,指标达数十个,每个指标都有规定的测定方法和数值标准。

船用润滑油的指标,主要有黏度、黏温性能、凝点、闪点、碱值、黏度指数、倾点、油性和极压性、水溶性酸及碱、抗乳化性、抗泡性、腐蚀性、抗氧化安定性、杂质、水分等等。

选用船用润滑油,主要考虑黏度、黏温性能、凝点、闪点和碱值等五个指标。

(1黏度黏度, 即是润滑油黏稠程度, 是润滑油最重要的指标之一, 常用运动黏度表示, 常用单位是 mm2/s。

黏度对润滑性能影响巨大,对于两个摩擦面间楔形油膜的形成起决定性作用。

黏度得当,不仅能保护发动机,而且提高其动力性能和经济性, 既是润滑油分级的依据,也是选用润滑油的主要依据。

(2黏温性能反映润滑油黏度随温度变化而变化的程度。

黏度随温度变化小, 称为黏温性能好。

(3凝点凝点是润滑油失去流动能力的最高温度,对润滑油的使用、管理和运输都有很大影响。

(4闪点润滑油可燃,闪点是评定润滑油着火危险性的指标,对润滑油的使用、储存和运输有重要的安全意义。

船用要求,新油闪点高于 65℃,使用中不得低于 45℃,否则必须换油。

(5碱值(TBN碱值是润滑油中碱性物质含量,单位 mgKOH/g,是选用船用润滑油的主要指标之一。

润滑油中的碱性物质,用来中和润滑油中的酸性物质,对使用含硫燃油的发动机尤其重要。

3、内燃机润滑油性能的标准目前, 内燃机润滑油性能还没有世界统一的标准, 不同标准的命名方法和牌号标识也不同。

国际上比较通行的标准:·黏度等级标准,是美国汽车工程师协会的 SAE 。

·质量等级标准,是美国石油协会的 API ,和国际润滑剂标准化及认证委员会(ILSAC 的 GF-×规格。

ILSAC 的 GF-X 规格, 是鉴于磷引起转化尾气的催化剂中毒,在 API 相应指标基础上更严格地限定油品含磷量,同时相应提高油品的氧化安定性、高温抗磨性、高温沉积物控制、泵送性能等指标, 规格有 GF-1、 GF-2、GF-3、 GF-4等。

3.1润滑油黏度的等级和牌号美国汽车工程师协会的 SAE 黏度等级标准,依据边界泵送温度、低温动力黏度、运动黏度、高温高剪切黏度(SE 和 SF 级汽油机润滑油无此指标、黏度指数、倾点等指标,将润滑油黏度分为 11个等级,含“ W ”的是冬季润滑油,不含“ W ”的是夏季润滑油。

按黏温性能,又分为单级润滑油和多级润滑油。

表 1我国内燃机油黏度等级 (GB/T14906-1994黏度等级低温黏度不大于[mPa·s]边界泵送温度不高于 [℃ ]运动黏度 [mm2/s](100℃0W3250(30℃ -35≥ 3.85W3500(25 ℃ -30≥ 3.810W3500(20℃ -25≥ 4.115W3500(15℃ -20≥ 5.620W4000(10℃ -15≥ 5.625W6000(5℃ -10≥ 9.320--5.6 ~ 9.330--9.3 ~ 12.540--12.5 ~ 16.350--16.3 ~ 21.960--21.9 ~ 16.1我国基本按照以上标准分类, 1994年颁布了内燃机润滑油黏度分级国家标准GB/T14906-1994,与美国汽车工程师协会的黏度等级标准(SAE J 300FEB92基本相同, “表1”是内燃机润滑油黏度基本等级分级情况。

需注意,等级号只是规定温度下测得的润滑油黏度范围代码,而不是具体黏度值。

(1单级润滑油单级润滑油, 只能满足既定的低温或高温条件使用, 明显地受地区范围和季节范围限制。

·冬季润滑油,以最大低温黏度、最高边界泵送温度、 100℃时最小运动黏度等三个指标分为 0W 、 5W 、 10W 、 15W 、 20W 、 25W 等六个级号,突出润滑油低温性能,以保证低温环境下润滑油的流动性和发动机低温起动性能。

从表 1所列100℃运动黏度标准看, 冬季润滑油不能保证高温环境下发动机对黏度的要求, 因此冬季润滑油几乎没有实际使用价值,市场上也没有供应。

·夏季润滑油,以 100℃时最小运动黏度分为 20、 30、 40、 50、 60等 5个级号,突出高温性能,对低温性能不作要求。

低温环境下,夏季润滑油黏度变得很大甚至失去流动性, 可能造成发动机启动困难甚至损坏。

船舶一般都使用单级 (夏季润滑油 , 如 SAE30、 SAE40和 SAE50等,因为船舶保温设施完善,夏季润滑油已经能够满足船用柴油机的环境温度条件。

(2多级润滑油多级润滑油,能同时满足 2个黏度级,即其黏度既满足含“ W ”的低温黏度使用条件,又能满足不含“ W ”的高温使用条件,可冬夏通用。

有资料介绍,多级润滑油能降低发动机磨损和节省燃料, 比同黏度级别单级润滑油节省燃料 2%~3%。

多级润滑油广泛应用于陆用,尤其是汽车、列车机车、保温措施较差的小型船用柴油机,如救生艇发动机、应急发电机等。

多级润滑油的 SAE 标识,使用三段表示:例如SAE10W-40, 表明按 SAE 黏度等级标准, 同时符合 10W 和 40两个黏度等级指标。