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船用气缸油的关键技术性能           ★★★
船用气缸油的关键技术性能
作者：佚名 文章来源：网上搜集 点击数： 更新时间：2008-7-14 22:15:24

    船用气缸油主要用作润滑十字头型二冲程发动机的气缸部分。由于十字头二冲程发动机冲程长，气缸和曲轴箱的润滑是分开的。气缸润滑油是一次性消耗的。

    十字头型二冲程机工作要求活塞环和缸套间保持良好润滑，磨损最小；保持活塞环岸区清洁，减小硫酸对发动机部件的腐蚀，具有良好的分水作用，不生成凝胶。此外还要求在润滑系统不形成沉积物。
    为了满足以上这些作用要求，因此气缸润滑油必须具备下列的性能：
    （1） 中和能力
    船用气缸油主要性能之一是具有足够的中和能力。当使用残渣燃料时，其含硫量往往在2.5%~3.5%，有的可高达5%。因此气缸油必须储备足够的碱值，具有高度的酸中和能力，以中和含硫燃料在燃烧后所形成的硫酸、三氧化硫等酸性物质，克服由此产生的腐蚀磨损。
    为了控制发动机活塞环和气缸套的腐蚀磨损，气缸油应具有高的TBN和有效的TBN。有效的TBN可用添加剂的酸中和速度表示。油中若单独用硫酸钙，其中和速度甚慢，但易于水发生作用，故船用油中不使用。从中和速度看，船用气缸油添加剂配方中一定要使用硫化烷基酚钙。
    在气缸油中碱性金属清净剂中碱性组分碳酸钙周围吸附着磺酸钙（具有表面活性物质）分子层，悬浮在油中呈胶体状态（保持添加剂的稳定性），同时在油中还有一部分游离的中性磺酸钙，这部分磺酸钙分子可以吸附在酸的雾滴表面，对酸滴有增溶作用，并促使其与碳酸钙颗粒接触，使酸滴易通过油和磺酸钙颗粒的表面活性物质层，这对中和反应速度起决定作用。碳酸钙浓度（TBN大小）和表面活性物质结构类型（磺酸钙或硫化烷基酚钙）是影响反应速度的主要角色。例如，由于磺酸钙分子间斥力大，烷基酚分子斥力小些，因此烷基酚钙容易吸附在酸滴表面，酸中和反应速度快。高碱磺酸钙要兼顾到产品的酸中和能力和清净性能，皂含量不能低于20%~18%，以保证有足够的游离中性磺酸钙。 燃料中硫燃烧后生成的硫酸与添加剂碳酸钙胶体中和生成无机盐，从而防止或减少了对金属部件表面的腐蚀磨损。
    钙化物中和硫酸而生成硫酸钙。这种钙化物比硫酸钡、硫酸镁硬度更低，相当松软，从而不易造成活塞环和缸套磨料磨损。
    （2） 润滑性能
    润滑性能是气缸润滑油的基本性能，在发动机工作状况下，保持运动部件间有足够的油膜，而减少金属部件表面的磨损。而作为气缸油的润滑性能又有其特殊的要求，就是要具有良好的扩散性能。十字头发动机气缸部分的润滑，由于发动机冲程长，缸径大，都采用注油润滑。气缸润滑油在较高温度时，既要保持足够的粘度，又要具有良好是扩散性，即润滑油从注油孔进入气缸后，能在气缸壁注油孔周围蔓延开来，将润滑油覆盖在缸壁金属表面，保证气缸的良好润滑。
    气缸油的扩散性与油品本身的组成，粘度和注油率有关。当油品配方和注油率选定后，油品的扩散性就由油品的表面张力润湿性决定的。通常在油品配方中加入少量的表面活性剂，即可提高油品的扩散性能。
    （3） 清净分散性能
    十字头发动机船用汽缸油，由于使用含硫的残渣燃料，要求汽缸油具有高的TBN，目前国外使用得最多的是70TBN汽缸油，也有100TBN的油品供应。高TBN的汽缸油通常加有20%~30%高碱性即高TBN金属清净剂。这些金属清净剂是高碱慌酸钙、高碱环烷基和高碱硫化烷基酚钙。这些金属清净剂，除提供TBN以中和燃料含硫化物的燃料产物之外，都具有优越的清净性能，抑制、清洗和分散生成的胶质和沉积物，保持活塞的清洁。
    自70年代中期开始，人们在汽缸油配方中加入无灰分散剂与金属清净剂复合，进一步提高油品的清净分散性能。船用汽缸油在以前相当长的时间内，未使用无灰分散剂，是怕遇水乳化、分离困难等问题。
    由于在船用汽缸油配方中成功地使用金属清净剂和无灰分散剂复合，解决了乳化分离等问题，提高了油品清净性能。
    在汽缸油添加剂配方中引入丁二酰亚胺无灰分散剂，无疑增大了油品的分散能力。无灰分散剂能有效的胶溶0.05μm以下的颗粒。此外，这类无灰分散剂在使用中，通过本身形成盐或物理吸附作用，也能胶溶直径为0.5~1.5μm的较大颗粒，使其具有电荷斥力，防止颗粒聚集。
    根据上述作用机理，汽缸油中的清净剂和分散剂能有效保持不溶物的颗粒在0.03μm以下，而不在发动机活塞上形成沉淀。有一些颗粒具有较强的相互吸引力聚集成0.5~1.5μm大小，而分散剂也能将较大颗粒隔开而悬浮在油中。
    船用二冲程十字头发动机的清净性是以活塞、缸套与扫气空间三个主要部位的清洁程度来衡量的。而影响上述发动机清净性的最重要因素是燃烧。虽然高质量的气缸油可因良好的清净分散作用而减少沉积物的趋势，但不正常的燃烧却可以严重影响气缸油的性能发挥。为了改善发动机的清洁度，除了保持燃料正常燃烧之外，需要提高气缸油的清净分散性能。因此，现代船用气缸油采用金属清净剂与无灰分散剂复合的方法，进一步提高气缸油的清净分散性能。
    （4） 抗磨损性能
    船用十字头发动机的磨损，主要发生在活塞环与缸套之间，通常的 三种磨损腐蚀磨损、磨粒磨损和摩擦磨损，这里都有，但气缸的磨损主要来源于腐蚀磨损。
    腐蚀磨损，是燃烧气中生成的酸性物质扩散入气缸表面的油膜，未被碱性添加剂中和的酸性物质与金属表面接触，产生腐蚀。如果气缸油有足够的TBN（碱值），含有一部分中和速度快的碱性添加剂和良好的碱保持性，能够减缓或基本消除腐蚀磨损。
    颗粒磨损，主要是硬质颗粒进入润滑表面而造成的。这些硬质颗粒，来源于不完全燃烧产物以及燃料和润滑油灰分沉积物，还有腐蚀磨损产生碎屑。从气缸油角度考虑，应提高油品的清净分散性能，减少气缸的沉积物，从而改善磨粒磨损状况。
    摩擦磨损，是任何发动机的正常磨损，发动机在高温高压工况下，难免金属表面润滑油膜部分破裂，尤其在活塞运动的上下死点处，处在边界润滑状态下，部分表面会发生直接接触，从而发生摩擦磨损。船用气缸油由于含有高粘度基础油组分和抗磨剂而具有承受一定载荷的能力和具有良好的扩散性，保持油膜覆盖金属表面，而比较牢固，可以减少机械摩擦磨损。毫无疑问，这三种磨损形式都是相互联系的，并共同存在于一部分发动机气缸中。
    在船用气缸油内加入抗磨剂，曾有人对此进行了研究。使用NMM实验机即缸套活塞环摩擦磨损实验机，测定TBN40气缸油基础油组分及加入抗磨剂对擦伤温度的影响，擦伤温度越高，油品的抗磨性愈好，因其金属表面的擦伤也是磨损的一种形式。
    气缸油基础油粘度，碱值和抗磨剂都会影响到气缸油的抗磨性能。基础油粘度增加，即在基础油中加入光亮油，使油品的抗磨性能明显提高。
    气缸油碱值（TBN）是与发动机使用燃料的硫含量相对应的。对一定含硫的燃料，应选用碱值相当的气缸油。若碱值选低将会引起腐蚀磨损；若碱值过高，燃烧后金属添加剂沉积物增多。油品的碱值对气缸磨损率有影响，但油品碱值对NMM实验机擦伤温度则影响不大，这是因为这种实验机是非点火式的模拟机，无法考察燃料燃烧产物的影响。
    不同品种的抗磨剂，由于结构、作用机理极其热分解度等方面的影响，在实验条件下其抗磨性能相差甚大。
    综上所述，气缸油的抗磨性能，是由油品的碱值（TBN）、碱保持性、粘度和抗磨剂等性质来决定的。通过气缸油配方平衡能够同时满足上述性质的要求，使油品具有优越的抗磨性能。
文章录入：设备管理    责任编辑：设备管理 
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