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船用润滑油的使用管理.pdf

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船用润滑油的使用管理.pdf

船用润滑油的使用管理在润滑油的使用过程中,在保证油品质量等级和黏度等级满足柴油机使用要求的前提下,可以使用不同厂家生产的或牌号不同的润滑油,但最好不要混用。在柴油机运转时,应经常检查油底壳内润滑油的液面高度。若液面过低,则由于油量不足而导致油温过高油面过高,易引起窜油,使润滑油消耗增加。这些都会影响柴油机的正常使用。在起动柴油机前,应先起动润滑油泵进行预润滑,在确信润滑油已达到各润滑点后,方可起动柴油机。要按照柴油机说明书的要求,定期对润滑油滤清器进行清洗和保养,以确保润滑油的压力和清洁度。应定期采集油样检送化验,一方面了解润滑油的质量,另一方面可根据化验结果分析故障和排除故障。一、润滑油的劣化新润滑油经过一段时间的运行后,会发生两种变化,一为润滑油本身的化学变化,二为外来污染物侵入所产生的污染,二者均称为润滑油的劣化。1.化学变化润滑油均为有机化合物,在高温及高速搅拌下,容易受到空气氧化,先生成含氧的可溶于油的化合物,再形成有机酸类,最终形成不溶于油的树脂状物质。尤其在润滑方式为飞溅润滑的中、高速柴油机中,润滑油被分散成极细小的油滴,与空气的接触面增大,更容易发生氧化。另外,当润滑油中含有铜质等金属磨粒时,对润滑油的氧化也具有催化作用。当润滑油产生氧化作用后,润滑油会出现酸值增加,黏度升高,油色变深等现象。当润滑油的酸值、黏度增加到某种程度时,不宜继续使用,应及时换油。除空气以外,油受到高温高速燃气冲刷,一方面使轻质馏分挥发,另一方面燃气中的硫化物等有害气体进入油中生成酸类,中和掉油中添加剂碱性。另外,润滑油中碳氢化合物受高温作用生成积炭附于箱壁或悬浮于油中。水蒸气通过透气管、机体接合部位浸入与油接触,当柴油机停止时会从冷却的金属机体隔板生成冷凝水珠渗入润滑油中,当机体与环境温度、湿度、含水量合适时,对于长期停泊的船舶有时润滑油中有微生物生成,随着这些微生物的繁殖,使油变质并伴有恶臭味。2.外来污染混入的外来物主要有淡水和海水灰尘、各种金属磨粒、炭粒等硬质固体物质油漆、石棉和棉纱等软质物质空气中含有许多污染物,包括固体污染物和水分燃料不完全燃烧所产生的酸性成分、氧化产物、胶质成分、树脂质成分以及油泥、积炭等,均为外来的污染成分。海水或淡水渗入后会使润滑油乳化。若渗入的水量多,润滑油的乳化程度就增加,水中不溶于油的杂质就悬浮在油中,污损摩擦表面,使零部件磨损加剧。此外,润滑油乳化后会加速氧化,因而过早变质。海水的渗入更为有害,它会使金属表面锈蚀。系统油进水后,一方面要及时以最快的速度清除出去,另一方面要立即找到进水源,给予堵塞,使进水量不能继续增加。当循环水位变化、油压变化时要及时查找原因予以排除。当船舶正在航行途中,又不允许停车处理,在这种紧急情况下,要注意两点,一是控制系统油进机温度在允许值以下,而是要调整润滑油压力在上限,以便使乳化和半乳化的润滑油充满运动部件,形成足够油膜。进入海水处理方法,清除掉水分还需对残留在油中的盐分进行水洗,这种处理要经润滑油公司指导。燃油(指柴油)渗入会使润滑油变稀,使黏度和闪点降低。一方面,变稀后的润滑油难以形成牢固油膜另一方面挥发性增大,造成曲轴箱中积存大量的油蒸气,油气与空气形成混合气后容易引起曲轴箱爆炸。燃油少量进入系统油中是很难避免的,但是进入量高时则会使润滑油性能降低,严重时会破坏油膜形成,损坏轴承及运动部件,燃油渗入大于10会造成曲轴箱着火和爆炸,因此,要密切注意燃油的污染。通常进入系统油中燃油甚微,只有在个别缸不发火和喷油嘴漏油、高压油泵及油管连接处渗漏的情况下,才有可能使较多的润滑油进入系统油中。检查系统油是否进入燃油时,通常通过化验闪点和黏度两项指标就可以确认。然而清除燃油却是非常困难的,当重质燃油进入时,因燃油和润滑油之间凝点差异大,有时可通过冷凝分离及沉淀的方法清除,但须在油公司专业人员指导下进行。气缸油对主机系统油的污染较为普遍,主要是由于过高的气缸油注油率造成的,少量的气缸油混入主机系统油影响不大,可继续使用,如果数量过大,尤其是气缸油混入的是随着主机运转时间连续增加,就难以控制,最终导致系统油黏度增大,总碱值剧增而超过使用标准。气缸油黏度及碱值较高,而系统油黏度和碱值相对较低,气缸油的混入直接影响了系统油清净分散性能。也曾在有的船上发现过气缸油大量混入,使系统油不能正常使用,润滑油压力剧增而造成主机起动困难的状况。有时船舶系统油也很可能混入其他种类润滑油的情况,这要根据现场情况有针对性地及时处理,决不能抱着侥幸心理继续使用。如果燃烧产物漏入油中,则润滑油中碳的微粒、机械杂质和酸值都要增加,尤其是燃烧产物中生成的硫酸会使润滑油加速变质。硫酸与润滑油发生剧烈的化学反应生成含有硫和氧的固态沉积物,这种现象容易发生在中速柴油机中。在十字头式柴油机中燃烧产物中的硫酸通过活塞杆填料函箱的不密封处漏入的。润滑油本身的化学变化主要是指润滑油在高温下与氧化合,生成有机酸、树脂、漆膜和积炭等不溶于润滑油的沉积物,这使润滑油的总酸值增加,黏度也增加。另外,使用劣质重燃料油后将带来以下主要问题。(1)劣质重燃料黏度很大,这样使燃油雾化带来较大的困难(2)劣质重油硫含量很高(常用的是3左右,有的高达4.5~5),大大加剧了气缸套和活塞的腐蚀磨损(3)由于劣质重油含硫量很高,燃烧时产生的SO2和SO3遇水就会形成硫酸和亚硫酸,如果落到曲轴箱内就会产生严重腐蚀(4)在劣质重油中,沥青质和残炭含量较多,如果燃烧不完全,会使活塞环带产生大量的积炭(5)劣质重油灰分也较大,不管是可溶的还是不可溶的,都会加剧活塞环和气缸套的磨损(6)劣质重油中存在钒、钠、铝、硅、硫和其他化合物,他们产生的沉淀物会使排气阀产生高温腐蚀和使缸套活塞环加剧磨粒磨损总之,采用劣质重油大大加重了发动机的磨损,给船用柴油机的安全性、可靠性带来了很多的不利因素。采用高质量船用润滑油就可以大大减轻或防止上述情况的发生。综上所述,系统油受污染的途径很多,因柴油机结构不同,环境变化和受污染的程度也不一样。对于系统油的维护保养,直接影响柴油机运动部件的磨损和润滑油本身的使用寿命,有些船舶由于对分油机、滤器管理良好,及时将系统油中的固体污染物清除,水分分离出去,使系统油的各项指标始终保持在允许的范围内,润滑油可以一直使用反之,管理处理不当,将会使系统油很快变质报废。四、气缸油的使用管理在柴油机各运动部件的润滑中,以气缸油的工作条件最为严酷。首先,气缸油除要满足气缸套、活塞和活塞环之间的润滑和密封要求,之外还要承受有强烈腐蚀性的高温、高压周期性变化的燃气冲刷。随着燃油质量的劣化,所含腐蚀性燃气成分的比重也呈上升趋势,这对气缸的腐蚀也更加剧烈,相应地要求气缸油必须具有足够的碱值,及时中和这些燃油燃烧中所产生的酸性物质。因此,要求气缸油的抗氧化、抗腐蚀性能也在逐渐提高。任何事物都具有两面性,性能优越、高黏度和高碱值的气缸油,对于使用管理要求也相应提高,使用不当就会使气缸内结垢增加,运动部件磨损加剧。据统计,在气缸磨损事故中,约有50以上是由管理不当所造成的。值得提出的是在世界各石油公司中,往往把销售放在第一位,油公司各产品均把其性能加以宣扬和鼓吹,在应用其产品及注意事项上没有向用户认真介绍,投入精力很少,从而部分造成用户因油品使用不当,不但要支付昂贵的油费,而且要多支付因运动部件损坏而增加的备件、维修费用,并承担船期损失。从本世纪开始,为了减少大气污染,将逐渐对海上航行的船舶主机和锅炉排出的腐蚀性气体含量予以严格控制,这无疑又对柴油机气缸油提出了更高的要求,也就是说在应用日益恶化的燃油同时,既要防止这些腐蚀性气体对气缸、活塞、活塞环、气口、气阀和管系等部件的腐蚀,又要控制这些燃烧后的有害气体排放到大气中危害环境,排放时要满足允许的排放标准。目前,对于燃油质量的低劣,船舶轮机管理人员已有了比较充分的了解和认识,但是对于全面掌握气缸油的性能,了解最新的管理使用要求,有时差距还很大。有些新造船舶,主机是先进最新式的柴油机,选用油品也是国际著名油公司的润滑油产品,但仍然出现一些事故,而且在新造船中所占的比例很大。(一)活塞环与气缸套摩擦形式活塞环-气缸套是柴油机中一对重要的具有往复运动的运动副。活塞环与气缸套受到高温、高压燃气的作用和冲刷,产生很大的机械应力与热应力工作表面受到腐蚀与严重的摩擦。活塞往复运动速度在行程中点最大、止点位置为零,所以,在恶劣的工作条件和低的运动速度下难于形成理想的液体动压润滑。一般来说,活塞行程的中部工作表面易于实现液体摩擦,形成液体动压润滑,在上、下止点附近工作表面间形成极薄的边界油膜,实现边界润滑。气缸中的高温不利于液体油膜建立。因为高温,使润滑油黏度降低或氧化变质,使活塞头部变形影响正常配合间隙,使缸壁上已形成的油膜蒸发、氧化和烧损。形成油膜的有利条件是行程中点运动速度最大已形成的油膜在下一个行程被更新之前暴露在高温中的时间极短,仅有几分之一秒现代气缸油中的添加剂使润滑油的抗氧化安定性大大提高,增强了高温下保持油膜的能力。(二)气缸套的正常磨损柴油机的技术状态和使用寿命很大程度上取决于气缸套的磨损情况。在正常工作条件下气缸套磨损是不可避免的。一般只要气缸套的磨损量在允许范围之内(最大允许磨损量为0.4~0.8缸套内径),气缸套就处于正常工作状态。1.气缸套正常磨损的标志气缸套正常运转工况下正常磨损的特征是最大磨损部位在气缸套上部,即活塞位于上止点时第1、2道活塞环对应的缸壁处,并沿缸壁向下磨损量逐渐减小,气缸内孔呈喇叭状。气缸套左右舷方向的磨损大于首尾方向的磨损。图32(a)为气缸套正常磨损后缸壁纵向形状和磨损量示意图。正常磨损的参数圆度误差、圆柱度误差、内径增量(缸径最大增量)小于说明书或有关标准的规定值缸套磨损率铸铁缸套<0.1mm/kh,镀铬缸套在0.01~0.03mm/kh气缸工作表面清洁光滑,无明显划痕、擦伤等磨损痕迹。2.正常磨损原因(1)处于边界润滑部位的局部金属直接接触引起的粘着磨损。或因过薄的油膜被工作表面的尖锋刺破,或因高温、速度低等使油膜未能形成或遭破坏。(2)进入气缸的新鲜空气中的灰尘,燃油或滑油燃烧生成的各种氧化物、炭粒和灰分,润滑油中的机械杂质及运动副的摩擦产物等均会引起磨粒磨损,且以气缸上部最为严重。(3)燃油中硫分的燃烧产物对缸壁的硫酸腐蚀。由于活塞在上止点时第1道环对应缸壁处含酸量最大,为缸套下部的4倍,造成缸套上部严重的腐蚀磨损。气缸上部燃气温度与压力对硫酸露点的影响,使上部凝结较多的酸。图32气缸套磨损后纵截面形状和磨损量示意图(三)气缸套的异常磨损1.异常磨损的特征(1)气缸套和活塞环的磨损率均很高,大大超过正常磨损率。一般铸铁缸套磨损率>0.1mm/kh,活塞环磨损率>0.5mm/kh。(2)缸套工作表面脏污,有明显的划痕、擦伤、撕裂等拉缸和咬缸现象,或者缸壁表面发蓝,有明显的烧灼现象。缸套工作表面形貌和金相组织发生变化。(3)异常磨损的磨损产物颗粒较大。一般正常磨损的磨屑直径<1μm,而异常磨损的磨屑直径达25~30μm。气缸套异常磨损在吊缸检修时可以直观判断,或通过测量缸径计算出的磨损率、内径增量(或圆柱度误差)和圆度误差等来判断。图32(b)~(g)为缸套异常磨损后纵截面形状和磨损量的示意图。图(b)、(c)、(d)为典型的异常磨粒磨损。(b)为缸套上部因新气携大量尘埃进入气缸和燃烧不良产生大量积炭引起的磨损。(c)为润滑油中机械杂质过多,筒状活塞式柴油机缸套润滑自下向上布油,造成下部严重磨损。(d)为上述两种因素并存时造成的严重磨损。图(e)为缸套异常粘着磨损。特点是活塞位于止点时第1道活塞环对应缸壁磨损异常增大,甚至出现大面积拉伤的拉缸现象。图(f)、(g)是典型的腐蚀磨损。(f)是燃油含硫量高或柴油机经常冷车起动使缸套上部腐蚀磨损严重,磨损量为正常磨损量的1~2倍。腐蚀产物脱落引发二次磨粒磨损,使缸套中部磨损加重,磨损量为正常磨损的4~6倍。(g)是冷却水温过低导致的缸套下部严重腐蚀磨损。以上各种情况是典型的,原因是单一的,然而实船柴油机缸套磨损情况则是复杂的,原因是多方面的。轮机员在分析缸套异常磨损原因时应依实际运转工况全面考虑,具体分析。2.异常磨损的原因船舶航行期间,柴油机气缸套发生异常磨损主要是工作中的问题引起,在分析原因时应首先分析工作参数和维护管理工作对磨损的影响,这是研究问题的起点,解决问题的方向。(1)燃油和燃烧的质量燃油中的含硫量是气缸套产生腐蚀磨损的重要原因,燃油中含硫量超过0.7~1.0时,磨损急剧增加。因为含硫量增加使硫酸凝结温度(即露点)升高,在气缸工作条件下容易发生腐蚀。含硫量高的燃油燃烧时生成较多的炭粒,并促进积炭的形成,加重磨粒磨损。燃油中灰分含量高时,燃烧后生成金属氧化物或金属盐,增加缸套的磨粒磨损。船用低速柴油机燃用低质燃料油对缸套的磨损较燃用低硫柴油高2~3倍。燃料油中未清除掉的极硬的硅酸铝颗粒,严重增加了缸套的磨粒磨损。燃油燃烧不良,如燃烧不完全、后燃等均会使炭粒增加,磨损加重。(2)冷却水温的管理气缸套冷却水温控制不佳会使缸套磨损增加。一般来说冷却水出口温度过低,使缸壁温度过低,硫酸腐蚀加重冷却水出口温度过高,缸壁冷却不良,温度较高,致使缸壁上油膜蒸发,滑油氧化,积炭严重,导致粘着磨损。同时,缸壁温度过高不仅热负荷增加还影响活塞环的散热,使环的磨损加重。实践证明,适当提高缸套冷却水出口温度,使缸套表面温度高于露点,可有效地防止腐蚀,减少磨损。一般出口温度控制在85℃~95℃时缸套磨损量较小。(3)润滑油的管理活塞环与缸套工作表面间的边界油膜极薄,它有赖于润滑油中极性团的物质。合适的润滑油或含有极性添加剂的润滑油能够形成承受较高负荷的边界油膜。润滑油的其他品质,如抗氧化安定性、残炭值等也利于气缸润滑。柴油机燃用低质燃油时,气缸油的碱值应与其匹配,以中和燃油燃烧时产生的酸,有效地降低腐蚀磨损。因此,润滑油品质不良或不适,碱值不当或轮机员对润滑油管理、使用不善,如油压不足、断油、长期使用不化验、不更换以致滑油变质等,均会引起缸套异常磨损。(六)气缸油最佳注油率最佳供油率就是要保证气缸既充分润滑,又要防止过剩或欠缺。就气缸油本身而言,绝非是选择好油品就可达到预期效果,从使用管理来看,气缸油供油率调整是十分科学而复杂的问题。气缸油供油率是由气缸运转期间等诸多因素确定的,尽管主机制造厂家规定了标准的气缸油供油率,但由于实际运行工况十分复杂,采用的燃油又相差悬殊,管理上也不尽相同,所以需针对柴油机的实际运行工况进行调整,往往使用中采用的实际供油率高于柴油机制造厂家的推荐值。但是,由于柴油机管理、工况不同,注油率也不是多多益善的,图36和图37为直流扫气柴油机和横流、回流扫气柴油机气缸油注油率对缸套磨损的一项情况。通常,横流、回流扫气柴油机气缸油注油率要高于直流扫气柴油机50以上,有些高到一倍。这主要是扫气气流破坏了气缸套内表面油膜所致。为了弥补被破坏了的油膜被迫改变气缸油注油孔位置,又增加注油量。图36横流、回流扫气柴油机气缸油注油率对缸套磨损从图中可以看出,气缸油注油率并非高就效果好,当气缸油注油率达到一定程度时,

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