一種新型金屬抗磨自修復(fù)劑的實(shí)船應(yīng)用

彭永富，殷寶峰，邵 新

(長(zhǎng)江南京航道工程局，南京210011)

“金魔”牌金屬抗磨自修復(fù)劑(以下簡(jiǎn)稱“金魔”材料)是擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)(專利號(hào):ZL200510041221.4)、通過(guò)中國(guó)科學(xué)技術(shù)成果鑒定的智能節(jié)能自修復(fù)材料，該產(chǎn)品已在安陽(yáng)鋼鐵、杭州鋼鐵、星騰化工、徐礦集團(tuán)、寶鋼集團(tuán)等數(shù)十家企業(yè)進(jìn)行了試驗(yàn)和試用，節(jié)油率高，反響良好。經(jīng)過(guò)多方面的考察和論證，長(zhǎng)江南京航道工程局率先在船舶行業(yè)開(kāi)展“金魔”材料的實(shí)船試驗(yàn)及推廣工作，效果顯著。

1 “金魔”材料性能分析及主要特點(diǎn)

1.1 “金魔”材料的性能

“金魔”材料是國(guó)內(nèi)外惟一采用化學(xué)合成法制備的一種新型金屬抗磨自修復(fù)劑，它以潤(rùn)滑油(脂)為載體，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，納米狀態(tài)的“金魔”材料隨潤(rùn)滑油進(jìn)入摩擦副，能夠在金屬摩擦面形成高硬度的金屬陶瓷改性層，在設(shè)備不解體、正常工作狀態(tài)中自動(dòng)修復(fù)磨損面，從而實(shí)現(xiàn)“使用中的修養(yǎng)合一”的理想目標(biāo)，可避免停工損失，提高設(shè)備的精度、壽命，降低摩擦系數(shù)，減少機(jī)械摩擦無(wú)用功，是一種使用方便、節(jié)能環(huán)保的高科技產(chǎn)品。其修復(fù)機(jī)理如下。

摩擦副運(yùn)動(dòng)表面“鋸齒”狀的凸凹體將加入潤(rùn)滑油(脂)中的“金魔”材料進(jìn)一步研磨，并使其充分細(xì)化(見(jiàn)圖1)，細(xì)化后的“金魔”材料吸附、滲透到摩擦表面，摩擦副表面凹坑處存留的污染物被“金魔”材料中的磷酸鹽玻璃體清除，并由被研磨細(xì)化的修復(fù)劑微粒填充(見(jiàn)圖2)。

當(dāng)摩擦副相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，其摩擦面間可產(chǎn)生瞬間閃溫，促使“金魔”材料在催化劑、活化劑作用下發(fā)生微燒結(jié)、微冶金作用，形成一層金屬陶瓷修復(fù)層(見(jiàn)圖3)。摩擦面磨損嚴(yán)重時(shí)表面凸凹更明顯，運(yùn)動(dòng)時(shí)就有較多機(jī)會(huì)產(chǎn)生更高的閃溫，“金魔”材料發(fā)生微燒結(jié)、微冶金的機(jī)會(huì)也越多;隨著磨損部位的逐漸修復(fù)，當(dāng)其運(yùn)動(dòng)不能提供形成修復(fù)層所需要的摩擦能時(shí)，修復(fù)層厚度不再增加，見(jiàn)圖4。

1.2 “金魔”材料的主要特點(diǎn)

1)摩擦系數(shù)低?；A(chǔ)油的摩擦系數(shù)較高，約為0.125，而在基礎(chǔ)油中加入不同含量的抗磨修復(fù)劑后，摩擦系數(shù)均明顯降低。含量在每升基礎(chǔ)油中加入10%時(shí)，摩擦系數(shù)最小，約為0.048 7。

2)硬度高。磨損表面納米壓痕測(cè)試，45#鋼基體硬度為3.85 GPa，“金魔”潤(rùn)滑下的磨損表面硬度達(dá)到5.97 GPa，硬度值顯著升高，表明“金魔”可以在金屬磨損表面生成一層具有較高硬度的表面修復(fù)層，提高零部件的抗磨性能。

3)耐磨性好。

4)操作簡(jiǎn)單易行。

5)具有自修復(fù)功能。

6)節(jié)油效果明顯，投入產(chǎn)出比高。

2 實(shí)船試驗(yàn)

2.1 安全性試驗(yàn)

為驗(yàn)證“金魔”材料的安全性，在試驗(yàn)初期采用船舶有代表性的小型輔助設(shè)備進(jìn)行試用。將材料加入1 500 r/min的小型空壓機(jī)機(jī)油中，用電度表測(cè)量耗電量，雖然由于功率小、空壓機(jī)連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間短，節(jié)油效果未能準(zhǔn)確測(cè)定，但經(jīng)過(guò)試驗(yàn)，未見(jiàn)空壓機(jī)運(yùn)動(dòng)部件異常，說(shuō)明“金魔”材料運(yùn)用到機(jī)械設(shè)備中是安全的。

2.2 節(jié)油試驗(yàn)

2.2.1 節(jié)油試驗(yàn)技術(shù)方案

對(duì)某一特定機(jī)組，在功率保持恒定的情況下，分別測(cè)量添加“金魔”材料前后的單位時(shí)間油耗，然后進(jìn)行比對(duì)，確定節(jié)油率。對(duì)疏浚工程單位而言，用耙吸式挖泥船泥泵打清水試驗(yàn)來(lái)測(cè)定節(jié)油率的方法簡(jiǎn)單易行，其具體技術(shù)方案簡(jiǎn)述如下。

1)確保試驗(yàn)條件穩(wěn)定。試驗(yàn)全程船舶處于停泊狀態(tài)，泥泵柴油機(jī)驅(qū)動(dòng)泥泵打清水入泥艙，泥門(mén)微開(kāi)，保證試驗(yàn)期間船舶的浮態(tài)不變，保證試驗(yàn)期間柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一致，保證泥泵吸排閥開(kāi)度維持不變;盡可能保證試驗(yàn)環(huán)境一致。

2)試驗(yàn)準(zhǔn)備。若試驗(yàn)前設(shè)備經(jīng)過(guò)大修，須對(duì)大修過(guò)的柴油機(jī)進(jìn)行空轉(zhuǎn)磨合，磨合時(shí)間不少于2 h，帶負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間不少于2 h。將柴油機(jī)日用油柜油添加到預(yù)先指定的高度略高的位置。有高速離心機(jī)油濾清裝置的，在添加“金魔”材料后須拆除或旁通，以防“金魔”材料被分離而失去或削弱其功能。

3)監(jiān)測(cè)儀器安裝。柴油機(jī)燃油進(jìn)機(jī)管和燃油回油總管上各接入一只流量計(jì)(對(duì)于回油直接循環(huán)進(jìn)機(jī)的情況，僅在進(jìn)機(jī)管上接一只流量計(jì))，管路須預(yù)制或現(xiàn)場(chǎng)配，流量計(jì)兩端帶軟管避震;在油柜油尺上固定一刻度尺，通過(guò)記錄油位變化對(duì)比艙容表確定燃油消耗，與流量計(jì)同時(shí)監(jiān)測(cè)油耗變化。

4)啟動(dòng)泥泵柴油機(jī)，按正常程序合泵運(yùn)轉(zhuǎn)(打清水保持恒定負(fù)載)，使泥泵柴油機(jī)保持在恒定轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)至少1 h以上。

5)“金魔”材料使用前初態(tài)記錄。在油位下降到預(yù)定高度或預(yù)定時(shí)間(用流量計(jì)時(shí))時(shí)，開(kāi)始計(jì)時(shí)和拍照(油位及流量計(jì)讀數(shù))，同時(shí)記錄泥泵柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中各參數(shù)及環(huán)境溫度。此后每隔30 min記錄一次并拍照。若試驗(yàn)中出現(xiàn)故障性中斷，則停止記錄，待故障排除、加油至預(yù)定高度、轉(zhuǎn)速達(dá)到試驗(yàn)轉(zhuǎn)速后再開(kāi)始記錄;連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)5 h后，整理記錄數(shù)值，計(jì)算出初態(tài)時(shí)段累計(jì)油耗值Δ1(消除時(shí)間誤差)。

6)“金魔”材料試驗(yàn)。添加“金魔”材料產(chǎn)品到柴油機(jī)、齒輪箱及泥泵軸承箱的油底殼中，添加數(shù)量及方法參見(jiàn)《金屬抗磨修復(fù)劑在車(chē)輛、船舶行業(yè)的使用規(guī)范》;繼續(xù)帶負(fù)荷至少運(yùn)轉(zhuǎn)4～5 h，使各運(yùn)動(dòng)摩擦副處形成減磨層，然后停機(jī)4 h以上。

8)試驗(yàn)結(jié)束，以累計(jì)油耗計(jì)算出節(jié)油率δ。上述試驗(yàn)所有記錄數(shù)據(jù)以相機(jī)拍攝流量計(jì)讀數(shù)為準(zhǔn)，并須消除時(shí)間偏差，人工記錄及油位讀數(shù)為輔。

2.2.2 實(shí)船節(jié)油試驗(yàn)記錄及結(jié)果

1)以2011年5月14～15日“航浚11”沖水泵柴油機(jī)(型號(hào)TBD620V8，820 kW，1 500 r/min)打清水試驗(yàn)為例，試驗(yàn)記錄見(jiàn)表1。

表1 實(shí)驗(yàn)記錄

2)節(jié)油試驗(yàn)結(jié)果，見(jiàn)表2。

考慮到計(jì)量的精確性，用兩次流量計(jì)計(jì)量的結(jié)果為依據(jù)，得出“金魔”材料實(shí)船平均節(jié)油率δ=(8.42+9.21)/2=8.815%。

3 “金魔”材料使用的成本分析

3.1 節(jié)能減排量測(cè)算的依據(jù)和方法

由于各工程施工環(huán)境不同、施工工藝各異、疏浚土質(zhì)千差萬(wàn)別、船舶設(shè)備使用率等諸多因素都會(huì)影響船舶設(shè)備施工油耗，因此靠添加“金魔”材料前后的長(zhǎng)時(shí)間累計(jì)耗油量對(duì)比來(lái)測(cè)算節(jié)能減排量將會(huì)導(dǎo)致很大的偏差。鑒于此，采用后兩次試驗(yàn)精確計(jì)量得出的平均節(jié)油率δ為基準(zhǔn)，乘以船舶平均年度耗油量，得出總節(jié)能減排量。

3.2 節(jié)能減排量的測(cè)算

3.2.1 項(xiàng)目實(shí)施前的能耗基本情況

長(zhǎng)江南京航道工程局現(xiàn)有船舶51艘，挖泥船18艘，挖泥船總裝機(jī)功率92 153 kW。近年來(lái)工程施工任務(wù)飽滿，船舶時(shí)間利用率高，船舶油耗高(見(jiàn)表3)。

魚(yú)腥草在醫(yī)學(xué)實(shí)踐中應(yīng)用的范圍在不斷擴(kuò)大，臨床上其對(duì)動(dòng)物的乳腺炎、發(fā)燒等也有很好的治愈效果，同時(shí)對(duì)魚(yú)類患有的急性以及慢性腸炎、對(duì)由細(xì)菌引發(fā)的蝦類疾病也有很好的治愈效果。此外魚(yú)腥草還可以治療動(dòng)物的炎癥，對(duì)腎病綜合征、蛋白尿等病癥也有一定的療效。

3.2.2 項(xiàng)目實(shí)施后的節(jié)能減排量

1)柴油節(jié)能減排量。若以前幾年的平均年耗油為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，則每年的節(jié)油總量Q1為

2)機(jī)油節(jié)能減排量。考慮到“金魔”材料產(chǎn)品減磨、清洗、自修復(fù)功能，按添加“金魔”材料后柴油機(jī)機(jī)油換油時(shí)間延長(zhǎng)1倍計(jì)，則機(jī)油節(jié)能減排量Q2為

3.3 成本分析

1)資金投入。根據(jù)各船設(shè)備潤(rùn)滑油量(指設(shè)備的系統(tǒng)循環(huán)潤(rùn)滑油量)及《金屬抗磨修復(fù)劑在車(chē)輛、船舶行業(yè)的使用規(guī)范》進(jìn)行配比添加，全年共需投入資金約計(jì)人民幣480.49萬(wàn)元。

表2 節(jié)油試驗(yàn)結(jié)果

表3 油耗統(tǒng)計(jì)

2)節(jié)約費(fèi)用估算。按柴油均價(jià)0.85萬(wàn)元/t、機(jī)油均價(jià)1.5萬(wàn)元/t計(jì)，全年節(jié)約油費(fèi):F=3 093.57×0.85+167.32×1.5=2 880.52萬(wàn)元。

經(jīng)估算，在全局工程船使用此產(chǎn)品共需投入資金約480.49萬(wàn)元(包括齒輪箱)，除了延長(zhǎng)設(shè)備維修周期、減少配件消耗和減少停工損失外，僅節(jié)約燃油、機(jī)油費(fèi)用1年可達(dá)約2 880.52萬(wàn)元，扣除投放成本，結(jié)余2 400.03萬(wàn)元，投資回收期約2個(gè)月。

另外需要注意的是，上述關(guān)于節(jié)能減排量的計(jì)算及成本分析僅以初始年為依據(jù)來(lái)進(jìn)行量化計(jì)算，而按“金魔”材料使用說(shuō)明書(shū)，其實(shí)際添加周期為12個(gè)月，第二年以后的每次添加量為首次添加量的30%～50%，故實(shí)際的投入產(chǎn)出比會(huì)更高，經(jīng)濟(jì)效益相當(dāng)可觀。

另外，使用“金魔”材料可降低備件的消耗，延長(zhǎng)設(shè)備的大修周期，延長(zhǎng)設(shè)備的潤(rùn)滑油使用時(shí)間，降低潤(rùn)滑油的消耗，當(dāng)然，這需要進(jìn)一步的研究與試驗(yàn)，需要通過(guò)進(jìn)一步的更完善的數(shù)據(jù)積累和統(tǒng)計(jì)，方能確定其發(fā)揮最佳效能的方案。

4 項(xiàng)目推廣存在的問(wèn)題及建議

2011年國(guó)家發(fā)布的《節(jié)能減排綜合工作方案》，明確中國(guó)實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排的目標(biāo)要求。國(guó)家重視和發(fā)展燃油節(jié)能減排產(chǎn)品的推廣使用，國(guó)家環(huán)保部、質(zhì)檢總局、各省市等主管部門(mén)也曾制訂和頒布有關(guān)政策，促進(jìn)該產(chǎn)業(yè)發(fā)展。

雖然國(guó)家高度重視節(jié)能減排工作，但由于以下種種原因，近年來(lái)，一些好的節(jié)能技術(shù)和項(xiàng)目在開(kāi)展過(guò)程中遇到阻力大，推廣難的尷尬局面。

1)部分企事業(yè)單位節(jié)能憂患意識(shí)、危機(jī)意識(shí)和責(zé)任意識(shí)不強(qiáng)。

2)交通運(yùn)輸節(jié)能減排技術(shù)創(chuàng)新與服務(wù)體系仍需健全。節(jié)能減排科技研發(fā)投入不足，節(jié)能減排技術(shù)、產(chǎn)品推廣應(yīng)用進(jìn)展較為緩慢;現(xiàn)代信息技術(shù)應(yīng)用推廣還比較滯后;交通運(yùn)輸節(jié)能減排技術(shù)服務(wù)體系尚未建立，節(jié)能減排技術(shù)產(chǎn)品和服務(wù)市場(chǎng)還有待進(jìn)一步規(guī)范。

3)交通運(yùn)輸節(jié)能減排監(jiān)管能力還有待提升。專職管理機(jī)構(gòu)和人員缺乏，體制、機(jī)制性障礙尚未根本消除;引導(dǎo)性資金投入明顯不足，節(jié)能減排長(zhǎng)效機(jī)制尚未形成;政策法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范體系不完善;節(jié)能減排統(tǒng)計(jì)計(jì)量、檢測(cè)監(jiān)測(cè)與考核評(píng)價(jià)等基礎(chǔ)性工作薄弱。

尤其對(duì)于經(jīng)濟(jì)狀況不是特別樂(lè)觀的企事業(yè)單位，如果不重視使用節(jié)能技術(shù)后的經(jīng)濟(jì)及社會(huì)效益，而僅僅將眼光放在前期資金投入上，將很難取得實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展。