采用混兌油料作為液壓油代用品的研究

張文田　王建華　李春生　陳波水　宋開財

摘要：油料代用研究對于提高船舶靈活性、提升油品保障能力具有重要的意義。文章從L-HM32（普通）液壓油的代用指標(biāo)研究入手，將柴油和柴油機(jī)油按不同比例混兌，對混兌油料的理化性能進(jìn)行了實驗室研究，并選取典型油樣進(jìn)行葉片泵試驗及陸上液壓臺架試驗。結(jié)果表明：緊急情況下，混兌油料作為L-HM32（普通）液壓油代用油料是可行的。

關(guān)鍵詞：混兌；液壓油；代用

中圖分類號：TE626.38 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

0 引言

L-HM32（普通）液壓油在船舶舵機(jī)、錨機(jī)、導(dǎo)航系統(tǒng)，以及閥門的開關(guān)遙控系統(tǒng)等部位廣泛應(yīng)用，起著傳遞能量、潤滑、冷卻、密封、防銹等作用，它對整個液壓系統(tǒng)工作的可靠性及壽命至關(guān)重要。當(dāng)船舶液壓系統(tǒng)進(jìn)水或出現(xiàn)泄漏等故障時，可能會造成液壓油供應(yīng)量不足，緊急情況下，為保持船舶液壓系統(tǒng)機(jī)動性能，需要使用液壓油代用品。該代用品允許液壓設(shè)備性能下降、維修量增加，甚至使用壽命縮短，但能夠保持設(shè)備繼續(xù)運轉(zhuǎn)。因此，L-HM32（普通）液壓油的代用研究對于船舶安全是一項十分有意義的技術(shù)儲備。

1 液壓油代用指標(biāo)研究

通過對液壓系統(tǒng)工作環(huán)境的了解和對L-HM32液壓油主要性能指標(biāo)的研究，作者認(rèn)為影響液壓系統(tǒng)正常運行的關(guān)鍵指標(biāo)有油品的黏度、閃點、密封材料適應(yīng)性、抗泡性和空氣釋放性。

1.1 黏度

黏度是液壓油的重要使用性能。選擇液壓油，首先要考慮液壓系統(tǒng)需要的合適黏度。在相同的工作壓力下，黏度過高，液壓部件運動阻力增加，溫升加快，液壓泵的自吸能力下降，管道壓力降和功率損失增大。若黏度過低，會增加液壓泵的容積損失，元件內(nèi)泄漏增大，并使滑動部件油膜變薄，承載能力下降，磨損增加，嚴(yán)重時甚至?xí)l(fā)生燒結(jié)。

在SH/T 0599“L-HM液壓油換油指標(biāo)”中規(guī)定，液壓油正常換油指標(biāo)為40℃運動黏度變化率超過-10%～+15%。L-HM32液壓油運動黏度為（28.8～35.2）mm²/s，按照下限變化率不超過-10%，上限變化率不超過+15%計算，即40℃運動黏度不超過（25.92～40.48）mm²/s。因此，L-HM32液壓油黏度代用指標(biāo)規(guī)定40℃運動黏度為（25.92～40.48）mm²/s。

1.2 閃點

閃點是一個安全指標(biāo)，它是在規(guī)定試驗條件下，試驗火焰引起試樣蒸氣著火，并使火焰蔓延至液體表面的最低溫度。潤滑油閃點指標(biāo)規(guī)定的原則是按安全規(guī)定留1/2安全系數(shù)，即比實際使用溫度高1/2。如內(nèi)燃機(jī)油底殼油溫最高不超過120℃，因而規(guī)定內(nèi)燃機(jī)油閃點最低180 ℃。一般認(rèn)為，潤滑油閃點比使用溫度高20～30℃，即可安全使用。船舶液壓系統(tǒng)一般工作溫度為20～60℃，最高允許80℃，按照1/2安全系數(shù)計算，液壓油閃點最低為120℃。又有資料介紹液壓油的閃點至少要高于135℃。

L-HM32液壓油標(biāo)準(zhǔn)（GB 11118.1）規(guī)定閃點不低于175℃，從安全角度出發(fā)，為保證艙內(nèi)著火安全要求，同時盡量擴(kuò)大代用油品的范圍，本代用指標(biāo)將其閃點項目定為不低于135℃。

1.3 與密封材料的適應(yīng)性

液壓系統(tǒng)各連接處多用各類橡膠作為密封材料。液壓油與密封材料的相容性好壞，直接決定液壓系統(tǒng)能否正常、安全的運轉(zhuǎn)，以及船舶技術(shù)性能的充分發(fā)揮。如果液壓油同密封材料相容性不好，會造成系統(tǒng)液壓油外流，污染艙室，增加著火危險，同時造成系統(tǒng)壓力損失。因此對于用橡膠做密封材料的液壓系統(tǒng)來說，要求液壓油不侵蝕橡膠，不使其過分溶脹，也不容許收縮或硬化，以免降低其機(jī)械性能。

液壓油與橡膠的適應(yīng)性，通常用密封適應(yīng)性指數(shù)表示，參照GB 11118.1《液壓油》標(biāo)準(zhǔn)中L-HM32的密封適應(yīng)性能指標(biāo)，該代用指標(biāo)設(shè)置值應(yīng)在0～12之間，但在緊急情況下，也可允許其少許的超出該范圍，具體情況根據(jù)陸上液壓臺架試驗確定。

1.4 抗泡性和空氣釋放性

抗泡性是指油品抵抗泡沫的生成及降低泡沫穩(wěn)定性的能力；空氣釋放性則是指油品釋放分散在其中的空氣泡的能力。當(dāng)空氣進(jìn)入液壓系統(tǒng)后，大大地惡化了液壓泵和整個液壓系統(tǒng)的工作條件，液壓油的抗泡性和空氣釋放性對液壓系統(tǒng)的使用至關(guān)重要。目前，提高油品抗泡性能的主要手段還是在油品中加入抗泡劑，有些油品在單獨使用硅油抗泡劑或單獨使用非硅型抗泡劑時，油品的抗泡性和空氣釋放性不能同時達(dá)到預(yù)期的效果。

代用油品抗泡性和空氣釋放值應(yīng)該盡量滿足液壓系統(tǒng)原用油品性能指標(biāo)的規(guī)定，對于超出規(guī)定的代用油品，通過液壓臺架試驗確定其可行性。液壓油代用指標(biāo)，見表1。

2 混兌油料作為代用液壓油的可行性分析

2.1 混兌油料實驗室研究

實驗室研究重點考察了不同混兌比例油樣的黏度、傾點、閃點、潤滑性、與密封材料的適應(yīng)性、抗泡性和空氣釋放性等性能指標(biāo)。

2.1.1 黏度、傾點、閃點

把柴油機(jī)油與柴油按照不同比例混兌，并考察混兌油料在40℃和100℃時的黏度，黏溫特性、傾點、以及閃點等指標(biāo)，結(jié)果見表2。

可以看出，在柴油機(jī)油中按質(zhì)量百分比加入25%～30%的柴油時，其黏度滿足代用指標(biāo)要求?；靸队土系膬A點均低于-27℃，其低溫性能可以滿足目前我國大多數(shù)船舶活動范圍的要求。以開口閃點考察混兌油料的安全性，當(dāng)柴油加入量大于30%時，混兌油樣的閃點低于135℃，增加了著火的危險性，考慮到船舶的安全，柴油加入量不宜大于30%。因此，初步確定柴油加入量為25%～30%。

2.1.2 其他性能

考察柴油含量25%～30%范圍內(nèi)（機(jī)-70和機(jī)-75）的抗磨減摩性、抗泡性、空氣釋放性等使用性能，試驗結(jié)果見表3。

采用四球摩擦磨損試驗機(jī)對混兌油料的潤滑性能進(jìn)行考察。磨斑直徑試驗條件：轉(zhuǎn)速1200 r/min.負(fù)荷40 kg，時間60 min?？梢钥闯觯瑱C(jī)-75 P。值為804 N，與HM32液壓油相同，磨斑直徑0.52 mm，優(yōu)于HM32液壓油，機(jī)-70潤滑性能與L-HM32液壓油相當(dāng)。

按照GB/T 12579“潤滑油泡沫特性測定法”和SH/T 0308“潤滑油空氣釋放值測定法”分別測定摻合油品的抗泡性和空氣釋放值?？梢钥闯?，柴油機(jī)油中加入柴油以后，混兌油品的抗泡性能均符合L-HM32液壓油的要求；空氣釋放值隨柴油含量的增大呈減小的趨勢，機(jī)-75和機(jī)-70此項指標(biāo)滿足使用要求。

混兌油品的防腐防銹性、抗乳化性等主要使用性能指標(biāo)符合L-HM32液壓油規(guī)范。

綜合以上性能試驗結(jié)果，柴油機(jī)油與柴油混兌時，柴油含量控制在25%～30%（質(zhì)量百分比）之間比較合適。

2.1.3 與密封材料的適應(yīng)性

綜合考慮以上試驗結(jié)果，按照SH/T 0305“石油產(chǎn)品密封適應(yīng)性指數(shù)測定法”，對機(jī)-75進(jìn)行密封材料適應(yīng)性能指數(shù)測定，結(jié)果為-1，表示試驗用橡膠圈體積縮小。在液壓系統(tǒng)中，密封圈收縮會造成液壓油的泄漏，影響工作的穩(wěn)定性。因此摻兌油品在使用過程中，能否滿足液壓系統(tǒng)要求，能否適應(yīng)液壓系統(tǒng)的密封材料，還需要陸上液壓臺架試驗的進(jìn)一步證明。

2.2 葉片泵臺架試驗

綜合以上實驗室理化性能試驗結(jié)果，選擇40℃運動黏度為33.349 mm²/s的機(jī)-75，按照SH/T0307“石油基液壓油磨損特性測定法”進(jìn)行100 h葉片泵試驗，結(jié)果見表4。

可以看出，混兌油品的磨損量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了L—HM32液壓油規(guī)范（葉片泵總失重不大于100 mg）的要求，但是在泵運轉(zhuǎn)過程中，其出口壓力和瞬時流量一直保持不變，漏失量也在一定范圍內(nèi)波動，說明葉片和定子的磨損并沒有給泵的運轉(zhuǎn)帶來太大的影響，僅僅會使泵的使用壽命縮短，代用情況下是允許的。

圖1是機(jī)-75混兌油料葉片泵試驗中葉片和定子的表面形貌。由圖（a）可以看出，轉(zhuǎn)子槽內(nèi)的葉片有明顯的不規(guī)則的犁溝，其原因可能是因為油料本身的清潔度較差，有較多的污染物存在，使得葉片與轉(zhuǎn)子的磨損增加，出現(xiàn)犁溝。由圖（b）可以看出，葉片和定子直接接觸的部位有較大的磨損?？梢姡瑱C(jī)一75有較好的抗磨性能，但由于油品清潔度低，使得各接觸表面都出現(xiàn)有不同程度的磨損。因此，在代用時要考慮到機(jī)械對油品清潔度的要求，盡量不用于精密液壓設(shè)備。

2.3 陸上液壓臺架試驗

為了進(jìn)一步考察機(jī)一75混兌油料的使用性能，在某廠陸上液壓臺架試驗系統(tǒng)進(jìn)行了累計時間為240 h的臺架試驗。試驗采用CY型軸向柱塞泵，工作壓力20 MPa，排量63 ml/r，額定轉(zhuǎn)速1500 r/min。試驗過程中，柱塞和柱塞孔產(chǎn)生的磨損量極小，說明該油有較好的潤滑性。同時，柱塞泵的流量變化很小，沒有發(fā)現(xiàn)流量下降的趨勢，泵的容積效率基本不變。試驗前后，對高壓溢流閥前后的典型丁腈橡膠密封圈進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)0型圈體積由試驗前的1 mL增加至1.5 mL，但并沒有出現(xiàn)泄漏情況，說明機(jī)一75與陸上液壓臺架系統(tǒng)的密封材料有較好的適應(yīng)性。

3 結(jié)論

（1）通過對混兌油料進(jìn)行實驗室理化指標(biāo)測試、葉片泵臺架試驗和陸上液壓臺架試驗，結(jié)果表明，緊急情況下，混兌油料作為L-HM32（普通）液壓油的代用油料是可行的，柴油的加入量應(yīng)控制為25%。

（2）在代用時要考慮機(jī)械對油品清潔度的要求，盡量不用于精密液壓設(shè)備。