船舶润滑油品手册.doc

目 录第一章船舶动力装置 1.1船舶动力的主要装置 1.1.1推进装置 1.1.2辅助装置 1.1.3船舶管路系统 1.1.4船舶甲板机械 1.1.5驾机合一装置 1.2船用柴油机使用特点、结构 1.2.1船用柴油机使用特点 1.2.2船用柴油机结构 1.2.3船用柴油机机型划分、适用范围 1.2.4船用柴油机型号识别 第二章船舶柴油机润滑 2.1润滑特点 2.2润滑系统 2.2.1曲轴箱强制润滑 2.2.2涡轮增压器润滑系统 2.2.3气缸注油润滑 2.3船用柴油机油分类2.3.1 气缸油 2.3.2 系统油2.3.3中速机油 2.3.4 船用高速柴油机油 2.3.5 其他油品 2.4 船用柴油机油的发展 2.4.1 海洋环保法规的要求 2.4.2 发动机技术的发展 2.4.3 气缸油的发展 2.4.4 系统油的发展 2.4.5 中速机油的发展 2.4.6 船用柴油机油的未来发展2.5船用柴油机油性能要求 2.5.1气缸油的性能要求 2.5.2 系统油的性能要求 2.5.3中速机油的性能要求 2.5.4 船用高速柴油机油的性能要求第三章 船用柴油机油的选用3.1气缸油的选用 3.2 系统油的选用 3.3中速机油的选用 3.4 船用高速柴油机油的选用3.5 船用柴油机油和普通柴油机油的异同点3.6 用油错误的危害第四章 长城牌船用柴油机油的实船试验和认证情况4.1 长城牌船用柴油机油实船试验概况4.2 长城牌船用柴油机油MAN B&W公司认证试验 4.2.1 5070船用气缸油MAN B&W公司认证试验 4.2.2 4008船用系统油MAN B&W公司认证试验第五章 船舶装置其他用油的选用 5.1汽轮机油 5.2液压油 5.3冷冻机油 5.4压缩机油 5.5齿轮油 5.6通用柴油机油 5.7润滑脂 5.8其他 第六章 船舶用油质量监控 6.1船舶用油规格 6.2船用润滑油的耗量 6.3船用润滑油的换油 6.4船用润滑油的处理 6.5船用润滑油的混用和混兑试验 6.6船用油现场简易测试 6.7润滑油在使用过程中出现的问题和原因 第七章 船用润滑油使用管理 7.1润滑管理的主要内容 7.2润滑油脂储运与入库日校验和保管 7.3润滑油脂使用注意事项 7.4安全、健康、环保 附录：附录1 长城牌船用气缸油和国外油品对照 附录2 长城牌船用系统油和国外油品对照表 附录3 长城牌船用中速机油和国外油品对照表 附录4 长城牌船用润滑油说明书 前 言随着中国经济的快速发展，国际海运贸易也发生了很大的变化，主要物流增长来自于亚洲-欧洲和亚洲-美国航线。中国的造船工业继日本、韩国之后，排名第三；中国的港口吞吐量也逐年增长，上海已经成为世界第一大港口，为此航运业在中国得到了快速增长。国内的航运业形成了以三家公司为主，民营航运公司多方位补缺的格局，中国远洋运输集团总公司、中国海运集团总公司、中国长江航运集团依然在行业中占据主导地位。航线以远洋、沿海、长江运输为主，内河航线为辅。船舶在国民经济中的应用也极其广泛，小到高速快艇，大到万吨级的货轮，因此船用发动机的功率从小到大，差异极大。我国的船用发动机高速、中速、低速都有，以低速十字头发动机为主，但是用作电力输出和动力输出的中速筒状活塞发动机也有较大的数量。这些发动机主要来自于MAN BW公司和Sulzer公司，以及采用MAN BW公司、Wartsila-New Sulzer低速机专利技术、S.E.M.T.Pielstick公司的PA、PC中速机专利技术等，通过许可证形式，由中国船舶重工集团公司和中国船舶工业集团公司等组织生产。船用高速柴油机在国内的各大柴油机厂都有研制和生产，并且拥有较大的生产规模。通常把发动机转速小于250rmin的柴油机称为低速柴油机。经过将近一个世纪的发展演变，低速柴油机的型式已定格为：二冲程，直流扫气，排气阀由液压驱动，定压增压，直接倒车。九十年代以来，每年交付使用的新造商船70以上均采用低速柴油机作为推进动力，尤其是近年来新造的大中型散货船、油船和集装箱船几乎都采用低速柴油机作为推进主机。这是因为低速柴油机具有下列无可置疑的优点：热效率高、燃油消耗率低、可靠性好。曲轴输出转速超过250rmin，而又低于1000rmin的发动机统称为中速柴油机，除去一二种极个别机型，中速柴油机多为四冲程。据对全球20042005年度的造船统计显示，中速柴油机的定单已占船用柴油主机总数的1 8.49； 占船用柴油发电机组总数的76.8 3； 占船用电力推进柴油主机总数的50以上。船用高速柴油机是指转速每分钟大于1000转的船用柴油机。船用大功率高速柴油机主要用于舰艇、高速轻型船舶等。从统计资料来看，目前世界船用低速机市场仍被MAN BW 、Wartsila一New Sulzer和三菱重工三大公司垄断， 以生产总功率来说，分别约占57 、33 和10；与船用低速机市场几乎为MAN B&W 独霸不同，中速柴油机市场为十来家公司分享，Wartsila、MAN BW 和S.E.M.T.Pielstick 等几家公司排行靠前；船用高速柴油机一直被MTU、Deutz MWM、SACM、Pielstic、Ruston和Paxman等几大公司占有。经过近几十年尤其是近十年的发展，现代船用柴油机已经发展到一个较高的技术水平。今后，随着生产力的发展，将会对船用柴油机提出更高的要求，船舶柴油机也将继续发展改进。船用大功率柴油机不论是低速、中速还是高速，其技术发展基本都是相同的，目前的发展主要围绕着不断提高平均有效压力、降低油耗和排放以及采用电子控制。当前柴油机技术的发展可以概括为：以节能为中心，充分兼顾到排放与可靠性的要求，全面提高柴油机性能。根据此发展目标，今后的研究趋势大致为：1）提高经济性的研究，包括燃烧、增压、低磨损等的研究；2）降低柴油机的排放的研究，排放是现代当代柴油机面临的严重挑战，随着对船舶柴油机排放控制的限制，使得经济性的提高更加困难，这也是船舶柴油机发展中的新课题；3）提高可靠性与耐久性的研究；4）电子控制技术的研究；5）代用燃料的研究。船用润滑油是随着发动机技术的改进而发展的。发动机设计的改进无疑使得船用油的使用工况更加苛刻，而其中对润滑油性能要求有较大影响的参数包括：发动机燃烧性能、涡轮增压和平均有效压力、单位气缸体积的燃油消耗以及发动机轴的转动频率等等。针对于以上发动机参数的变化，船用润滑油的发展趋势可以概括为以下几点：1） 提高粘度等级或者选用更高粘度指数的基础油2） 提高油品碱值和碱值保持性3） 提高油品清净性和高温性能另一个对船用润滑油产生影响的是环保法规对排放的要求。虽然至今尚没有统一的限制船舶排放的环保法规，各个国家在这方面的要求也不尽相同。但是可以肯定的是，继汽油发动机和陆用柴油发动机的排放问题引起人们的广泛关注之后，排放问题更为严重水上交通和航运必将成为一个新的热点，国际航运组织（International Maritime Organization）也一直致力于制定相应的环保法规。对船舶排放的限制主要集中于硫、氮的氧化物以及微粒的排放上。当然，应该对排放负责并不是润滑油一个方面，它包括船舶制造商、发动机制造商、燃油和润滑油供应商以及最终的船舶用户。计算数据显示，由于燃油燃烧造成的金属微粒排放是润滑油的3倍之多 。而在润滑油方面，可以进行的改进包括以下几个方面：1) 控制润滑油的燃烧2) 减少配方中的金属和硫酸盐灰分的含量3) 改进配方与尾气净化装置的兼容性4) 控制润滑油的用量长城牌船用润滑油通过十多年的开发，基本形成三大类船用油产品及航星产品的系列化，气缸油、系统油和中速机油产品等级已基本和国际接轨，产品质量也和国外进口油品相当。由于尚未具备在国外各港口的供油能力，船用油市场基本仅限于内河、长江及沿海船只。适用于船用高速柴油机的柴油机油近几年也得到了关注和发展，部分产品已经在航星系列产品中得以体现。船舶上的润滑油还是以气缸油、中速机油、系统油为主打油品，分别占船舶用油的50、1015、30%左右的份额。其中：气缸油：50-55%中速机油：10%系统油：30-35%船上其它的品种油如：液压油、齿轮油、冷冻机油、压缩机油、汽轮机油、尾轴油等占有比例5-10%左右。 第一章 船舶动力装置船舶主要设备通常指船舶的动力装置，即能保证船舶正常航行、作业、停泊以及船员、旅客正常工作和生活所必需的机械设备总和。1.1 船舶动力的主要装置1.1.1 推进装置为推进船舶运动所需要的各种机械，是船舶动力装置的主要部分，它包括：主机：是推进船舶的动力机传动设备：指离合器、减速齿轮箱等船舶轴系：将主机功率传递给推进器，包括传动轴、轴承和密封件等船舶推进器：是现代船舶上将主机发出的能量转化为船舶运动的装置1.1.2 辅助装置产生船上所需的其他各种能量的设备船舶发电站：用来产生和供给辅助机械及全船照明所需的电能，如：发电机组，配电箱等。辅助锅炉：供船上加热、取暖及其他生活所需1.1.3 船舶管路系统用来连接各种机械设备、运送工质动力系统：为主辅机服务船舶系统：用来保证船泊的续航力及船员、旅客日常生活所需的管路系统1.1.4 船舶甲板机械保证船舶航向、停泊及装卸货物所需的机械u 锚泊机械设备u 操舵机械设备u 起重机械设备1.1.5 驾机合一装置用来控制主辅机，包括操纵机构、检测警报系统等上述提到的推进装置无疑是船舶最主要成份，而作为推进器的动力机主机，更是重中之重，由于船舶主机在于把燃料燃烧得到的热能转化为功后推动船舶，所以根据主机采用燃料的燃烧装置、传递介质、工作方式等不同可把船舶动力装置分为：蒸汽、内燃和核动力三大类，但不论动力装置是何种类型，都有一个共同的要求：经济性，即使用廉价燃料的最小的外型尺寸、重量等，获得最高的出功。在船舶中，柴油机用作主机和辅机占有绝对地位，极大多数内河、近海及远洋船舶中，几乎都用柴油机作为主、辅机，至于各种工程船舶、钻井平台、渔船等都无例外地采用柴油机作为动力。在军用舰艇方面，除部分潜艇和大型舰艇采用核动力或燃气轮机的动力装置外，大部分常规舰艇也都以柴油机为动力，尤其是高速柴油机。在旅游业方面，采用舷外机作为动力的游艇也相当普遍。1.2 船用柴油机使用特点、结构目前，世界商船的主机及其台数统计，柴油机占85%-90%，气轮机只占10%左右，近20年来，大型低速十字头柴油机得到很大的发展，尤其在先进技术的开发和应用上，单位重量的功率上升不少，而燃料和润滑油的消耗分别下降了20%和50%。1.2.1 船用柴油机使用特点船用柴油机除了一般柴油机必须具有良好的动力性、经济性、可靠性、耐久性等外，由于船舶运行的特点，它还必须要有以下的使用特点。能适应使用重油、劣质燃料来保证有良好的经济性船舶航行时，经常处在纵倾、横倾一定角度的条件下，所以必须保证发动机能正常航行，动力性能上佳除了在一定工作条件下运输外，多变并频繁的倒顺车和正反向启动当航行海面天气变化异常，则其进气和负荷也随着有很大变化 根据上述船用发动机使用特点，船用柴油机除二、四冲程发动机结构原理外，还有其自身的特点。1.2.2 船用柴油机结构船舶柴油机作为船舶的动力，航行在茫茫大海中，其重要性是显而易见的，一旦出现故障，可导致船舶偏离航线、触礁、碰撞、沉船等重大航运事故。根据船用发动机在使用中的特殊性，反映在特殊的发动机结构上，大功率的船用柴油机一般采用低速十字头式、活塞连杆结构，而中速机则采用筒状活塞柴油机，中高速发动机则主要用于辅机。表1-1列出了柴油机的转速和应用范围。表1-1 柴油机的转速和应用范围十字头、低速中速筒状中速/高速柴油机高速柴油机速度 转/分60-120300-1000600-1500600-2250缸径（mm）760-1060300-650195-25598-185功率（制动马力/缸）760-570103-1350100-25020-170应用范围远洋货船、油轮、集装箱2000吨50万吨超大货船主机用于小、中、大船电站发电、大船辅机渡轮火车头、拖网渔船、拖船、小货船、电站发电用高速客船、豪华游艇、公安消防、海监、港监的工作快艇；一般中小船艇、渡船、拖船、渔船等油品要求船用气缸油船用系统油中速机油中速机油船用高速柴油机油图1-1 船用发动机型结构示意图图1-1是船用发动机两种主机的结构示意图。从图1-1可以看出，十字头发动机活塞是通过活塞杆、十字头与连杆相连接，当发动机工作时，十字头上的十字滑块在导槽上运动，活塞的运动主要由十字头来运作，所以活塞作用于缸套上的压力较小，相对活塞与缸套间的磨损也小些，在良好的润滑下，很少会擦伤或卡死，由于活塞杆只作垂直方向上的运动，所以为了减少和避免燃烧产物带入曲轴箱，从而加速油品老化，在气缸下部有一隔板，通过填料来使气缸和曲轴箱隔开。中速筒状活塞柴油机与普通柴油机的结构没有很大的区别，活塞与连杆直接相连，活塞运动的导向由活塞裙部来承担，所以产生了活塞与缸套间的压力较大，要求有较好的润滑。典型的船用柴油机的主要参数见表1-2表1-2 船用柴油机主要参数名 称低速机中速机高速机单缸功率/kW300300040350370120063760260整机功率/kW1800360001506000220020000124503504200冲程数24 或244 或24气缸数612418618212616缸径/mm420106225042036065085190150180转速/(rmin-1) 1022503509002506501000200010002200平均有效压力/MPa 0.71.10.541.612.20.61.320.952.1活塞平均速度/(ms -1 ) 586969811811最高燃烧压力/MPa 8.66.7126.71213.213.2燃油消耗率/(g /(kWh) -1 ) 190225207245200225218286210250比重量/(kgkW -1 ) 34553410306.8151.611用途远洋和近海船舶主机海洋、内河船舶主机，发电辅机近海、内河船舶1.2.3 船用柴油机机型划分、适用范围船用柴油机一般以转速和活塞平均速度来划分低速机、中速机或高速机，一般认为：按活塞平均速度分： 低速机： 9ms-1按曲轴转速分： 低速机： 1000rmin-1 而三种机型都有各自的特点：低速机：优点：耗油低，能烧劣质廉价燃料，磨损相对小，使用寿命长，维修费省，噪音低。缺点：重量和体积大、舱容和排水量大、加工设备庞大。适用：大型油轮、远洋船运、大型干散货船。高速机：相对于低速机优点：重量轻、体积小、舱容和排水量占用小、制造工艺简单。缺点：油耗大、磨损大、使用寿命短、维修费用高、安装相对复杂。适用：中、小型船舶及大、中型船舶的辅机。中速机：介于上述两种机型之间，大都为四冲程，其体积小、制动快，大功率中速机主要用于客运班船、作业船、滚装船等。1.2.4 船用柴油机型号识别每种柴油机都有自己特定的代号即柴油机型号，主要型号的识别如下： 国内主要柴油机型号低速柴油机，如6ESDZ 43/82 B，其含义为： 6 ESDZ 43/82 B 气缸数 技术特征代号 缸径（c m）/行程（c m） 改进序号 中、小型柴油机，如6250ZC 6 250 ZC 气缸数 缸径 技术特征代号技术特征代号含义： E：二冲程C：船用Z：增压 D：可倒转S：十字头B：第二次改进 Sulzer柴油机型号Sulzer 船用低速柴油机主要有RD、RND、RNDM、RLA、RLB、RTA、RTAM等系列产品，如：6RTA 84M其含义为： 6 RTA 84 M 气缸数 技术特征代号 缸径（cm） 改进序号其中：R：焊接结构 D：直接倒转带有推力轴承 N：新型 L：长冲程 T：超常冲程直流扫气 A、B：机型发展序号 MAN B & W船用柴油机型号如：5L60MC 5 L 60 MC 气缸数技术特征代号 缸径（cm） 技术特征代号其中:L：长冲程MC：二冲程、十字头、定压增压柴油机 船用柴油机型号如：8UEC85/180D 8 UEC 85/180 D 气缸数技术特征代号 缸径/冲程（cm） 系列号其中： U：直流扫气E：废气涡轮增压C：十字头表1-3、表1-4、表1-5、表1-6分别列出低速十字头发动机、中速筒状活塞发动机及其近期发动机发展的技术参数。表1-7列出了通用型高速机的技术指标。表1-3 船用大型十字头型发动机技术参数制造厂家机型缸径/mm冲程/mm制动马力/(hp/ 缸)平均指示压/MPa转速/(rmin -1)B&WK80GFK90GFK98GFL94NF800900980940160018002000250026403410407055001.1701.1101.1001.73012611010083SulzerRND90RND90M90090015501550290033501.190 1.400122122MANRND105RND105MRLA90KSZ78/155B KSZ90/160B KSZ105/180A10501050900780900 10501800180019001550160018004000460034002665367045001.1701.2301.3801.505 1.495 1.36210810890122122106MitsubishiUEC85/180DUEC85/180E85085018001800300038001.244 1.550118120Grand MotoriTriesteB780B900B1060B6007809001060600160016001900125025003350460014001.3701.3901.3701.190126125106150Doxford76J780160030001.370126表1-4 船用大型十字头型发动机的发展MAN B&W 1.90MCMAN B&W S80 MCMAN B&W K98MC-CSulzer RTA 84CSulzer RTA 96C缸径(mm)900800980840960冲程(mm)29163056240024002500冲程/缸径比3.243.822.452.862.60汽缸(制动马力）58604950776055107470平均有效制动压力17.018.018.217.218.2最大压力(bar)13012.5n/a140142转速( 转/ 分)8279104102100活塞速度(m/s）7.968.048.328.168.33表1-5船舶中速筒状活塞发动机参数制造厂家机型缸径/mm冲程/mm制动马力(hp/ 缸)平均指示压/MPa转速/(rmin-1)SEMTPielstickPC2PC2.5PC3PC440040048057046046052062065065095015001.952.001.932.13520500470400MANL-V40/54AL-V52/56A40052054055068010552.001.806450450MitsubishiLIVE 42/56C4205606500.993380-Stork WerspoorTM620TM41062041066047017007501.8001.800425600SulzerZ 40/48 ( 二冲程)Z 40/48( 四冲程)400 400480 480600 7001.00 2.089450 500B&WS-U50LS-U 60P50060054064585015001.551.90465375DoxfordSeahorse ( 二冲程)580129025001.09300MirrleesK-KV Major3814576001.757600注：1hp=745.7W表1-6 船用中速筒状活塞发动机的发展58/64 MANB&W Sulzer ZA40S Sulzer ZA50S Warrsila 32 Warrsila 1.64 Warrsila V64 缸径(mm)580 400 500 320 640 640 冲程(mm)640 560 660 400 900 770 冲程/ 缸径比1.10 1.40 1.32 1.25 1.40 1.20 汽缸( 制动马力）1800 980 1630 626 2010 1940 平均有效制动压力(bar)22 24.1 24.7 23.3-22.9 25.5-25 23.5-22 最大压力(bar) 155 155 N/a N/a N/a N/a 转速( 转/ 分)428 510 450 750 330 420 活塞速度(m/s）9.13 9.5 9.9 9.6-10.0 9.8-10.0 10.3-11.0 表1-7 通用型高速机的技术性能指标国别机型缸数d/s mm/mmNe/n KW (r/mim)Pc MPaCm m/sPeCm MPam/sge g/(kW.h)T 大修间隔h德国MA20V956TB20230/2304410/ 16001.7212.321.17法国16PA6-28016280/2906720/ 11001.8410.6319.6210.73.49000法国AGO16V240 BTC16240/2206000/ 15002.211124.3214.85.8512000英国POXMAN18RP20018197/2163770/ 16001.7511.319.82083.5912000意大利GMT20VA23020230/2704000/ 12001.5410.816.6224.33.66中国12V180AC12V180/200882/ 18500.9612.3211.56217.5中国12V190Z12V190/210/15000.9910.512.3 比质量Kg/KW第二章 船舶柴油机润滑2.1 润滑特点船舶柴油机润滑部位，大致可分为两大部分： 活塞、活塞环与缸套间的润滑 十字头轴承、曲轴箱轴承、主轴项轴承、曲轴轴承、同步齿轮或链条及其工作部件的润滑，即转动机构的润滑在这两部分中，以活塞、活塞环与气缸套间润滑最为苛刻，负荷最大，而这部分的良好润滑注定了柴油机性能的发挥。对筒状活塞柴油机来讲，它气缸下端和曲轴相连，活塞和缸壁靠曲轴转动时飞溅润滑，同时起到冷却、密封的作用。对大型筒状活塞柴油机也同时可在缸壁上设置注油孔进行润滑。图2-1船用十字头发动机典型的润滑系统与筒状活塞柴油机不同，船用二冲程十字头柴油机设置了横隔板，将气缸部分与曲轴箱分开润滑，气缸部分的润滑油称为船用气缸油，它由缸壁上的注油孔，如MAN公司的低速十字头发动机，每缸至少八个注油孔，由注油孔注油至环带区，在十字头柴油机中气缸润滑油是不循环使用的，属一次性消耗，一般不注入曲轴箱。而其曲轴箱润滑油是独立的循环油系统，亦称系统油，其主要在油泵的压力下流向各润滑面同时冷却活塞。2.2 润滑系统作为船舶动力装置，船舶柴油机的润滑系统，通常由曲轴箱强制润滑，废气涡轮增压器润滑和气缸油注油润滑等。在某些机型中，曲轴箱强制润滑还为活塞提供冷却用润滑油。2.2.1 曲轴箱强制润滑该系统一般有两种形式：湿式曲轴箱润滑和干式曲轴箱润滑。 湿式曲轴箱润滑全部润滑油贮存在油低壳中，油低壳起着循环油箱作用，这种润滑系统较简单，但由于润滑油易漏到曲轴箱中的燃气接触机会较多，所以油质变化严重。 干式曲轴箱润滑 为保证柴油机可靠地润滑和延长润滑油的使用寿命，目前大多数船用主机和辅机都采用干式曲轴箱润滑。2.2.2 涡轮增压器润滑系统涡轮增压器是高转速的机械，选用柴油机曲轴箱油亦可满足其轴承的润滑要求，那样可简化或和主机同一个润滑系统，否则需要专用的透平油，则需有另一专门的润滑系统。2.2.3 气缸注油润滑大型低速十字头柴油机的底部有横隔板将气缸空间与曲轴箱空间分开，缸套的润滑采用注油方式润滑，也就是专设的气缸注油器将润滑油经注油接头达到气缸周壁的各注油孔，是独立的润滑系统。 图2-2 气缸注油润滑系统示意图1-气缸油储存柜； 2-气缸油滤器； 3-气缸油输送泵； 4-手动泵；5-气缸油日用油柜； 6-气缸注油器； 7-注油接头； 8-气缸套；2.3 船用柴油机油分类根据船舶动力装置中所涉及船舶上的机械繁多，而且都有润滑和使用润滑油脂的地方，品种也杂，但归纳起来，大致可分为四大类：2.3.1 气缸油用于润滑大型低速十字头二冲程柴油机油活塞和气缸套间的润滑，由于二冲程十字头发动机的冲程比较长，所以气缸和曲轴箱是分开润滑的，这从图2-2中可看出。2.3.2 系统油又称曲轴箱油主要作用是润滑、冷却、防腐等，用于大型低速十字头式发动机的曲轴箱润滑，有时亦可用于增压器轮机等的润滑。2.3.3 中速筒状活塞柴油机油主要用于主机为筒状活塞的中速柴油机的润滑, 亦可用于高速的辅机，其特征是燃用劣质渣油燃料，因此它的燃烧产物也很易进入曲轴箱中，所以亦应具有气缸油中和酸性产物的作用。2.3.4 高速柴油机油主要用于发动机为高速柴油机的发动机润滑，其发动机特点和使用的燃料基本与陆用柴油机类似，因此相应质量级别的柴油机油可以满足船用高速柴油机的润滑，但要注意使用场合，并考虑油品的防锈和与水分离性的作用。2.3.5 其他油品舷外机油、以及用于不同的机械油品，如透平油、液压油、冷冻机油、齿轮油、压缩机油，尾轴油等。2.4 船用柴油机油的发展与普通柴油机油和汽油机油相比，船用柴油机油的发展速度较慢，也没有明显的质量等级的更替。但是为了满足船舶用户的使用要求和新的发动机设计对机械润滑的要求，船用油的质量水平也在不断地提高。碱值的提高只是其更新的一个方面，它反映了船舶用户所用燃油的变化情况，应该说，发动机设计的革新对于船用油的发展则更具有具体的技术意义，而正在不断推出的船舶排放法规将对船用油的发展产生更为积极和深刻的影响。2.4.1海洋环保法规的要求据统计，在航运发达的国家（如挪威），40%50%的氮氧化物NOx排放来自船舶。在港口和航线密集的海区，如英吉利海峡，船舶排放的废气是该地区的主要污染源。加之船舶越来越多地使用劣质燃料，硫化物SOx的排放量也随之增加。船舶发动机的排放也成为影响全球空气质量和环境的重要因素之一。为此，国际海事组织IMO（International Maritime Organization）提出了让海洋更清洁的口号，于1990年9月在“防止船舶空气污染及燃油品质”中提出了船舶排放控制标准，1997年9月制定了73/78国际防止船舶造成污染公约（又称MARPOL73/78公约）的新增附录VI防止船舶污染大气规则，规定了船用柴油机的排放控制标准，要求2000年1月1日以后建造或重大改装柴油机都要执行合约的规定。该附录于2004年5月被15个签约国批准，要求2005年5月19日起强制执行。MARPOL73/78公约中对船舶柴油机的有害排放主要控制以下2点： 关于NOx排放的限制低速机（转速130r/min）为17g/kWh中速机（130r/min转速2000r/min）为9.84g/kWh 关于SOx排放的限制禁止使用硫含量大于4.5%的燃料，并设置了SOx排放控制区，在这些区域中燃油硫含量不得高于1.5%。MARPOL73/78公约对航运业的主要影响：一是含硫低质燃料的使用受到了限制，而使用含硫低质燃料是降低运输成本的一项最有效的成果，目前，燃料油的平均硫含量是2.7%。二是对发动机设计的影响，经过多年的改进，目前绝大部分的发动机已经能够满足对NOx的控制。但是在控制区还是会受到较大影响，特别是欧洲议会提出的实施计划，将会对在欧盟码头停靠的船只、在欧盟领海水域的船只使用燃油硫含量加以限制。2.4.2发动机技术的发展船用柴油发动机的设计思想是在满足环保法规的前提下，追求更大的功率，和最低的使用费用。目前，在低速十字头发动机方面，最强劲的发动机输出功率已经超过65000kW，而每千瓦小时的燃油用量已经从先前的200-210克降至165-170克乃至更低。围绕这两个目的进行的发动机设计方面的改进是： 为了更高的工作效率，不断提高冲程/缸径比例，目前这个数值已经接近4/1，称为超长，紧凑型柴油机。与之相应的是发动机转速不断降低，已从70年代的120-170rpm降至目前的58-100rpm。国内沪东造船厂从丹麦引进的5S50MCC型柴油发动机即属于这种新型发动机，其冲程增加了4.7，而缸径减少了10.4，主机功率增加了10。 为了提高燃油经济性，延长了燃油燃烧时间，并且降低了螺旋推进器的旋转速度，从而获得更高的推进效率。 提高平均有效压力，从而大幅度提高发动机的输出功率。平均有效压力已从70年代的9-12bar提高到目前的17.5-19.5bar。 燃烧室温度比以往有所提高，但发动机部件的热载荷并不因此而提高。 为了满足MARPOL73/78公约，NOx的降低是以牺牲部分燃油经济性和热效率为代价的，第一环区的温度还将有所降低，采用直喷式燃烧室、可变喷油定时、废气再循环、缸内喷水等措施。而SOx降低的最有效措施是降低燃料油的硫含量,虽然使用含硫低质燃料是降低运输成本的一项最有效的效果。因此发动机的设计需要在环保法规和燃油经济性之间得到平衡 其他方面的改进，包括针对发动机部件承载更有效的涡轮增压系统；改进燃油注射器，从而使得劣质燃料能够有效地燃烧；改进气缸油供应装置以便于润滑控制；降低润滑油的消耗量；延长大修期间隔等等。2.4.3 气缸油的发展最先研制出的气缸油是乳化型气缸油，是将水溶性高碱性化合物如醋酸钙，用一种乳化剂掺混到合适的基础油里，水占乳化液重量的21%，这种气缸油由于稳定性差已经完全被淘汰。后来研制出一种不溶于水的碱性物质，它在油里保持极细的颗粒悬浮状态，这种气缸油有良好的中和酸和承载能力，但长期储存时，一部分极细颗粒的碱性物质会脱离悬浮状态，形成泥渣和沉淀物，这种气缸油也基本被淘汰。自50年代开始研制一种油溶性气缸油，它是在油中加入油溶性的碱性添加剂而成的。这类气缸油除具有良好的中和能力、承载能力、降低磨损外，还有长期储存时添加剂不会沉淀下来，使用时能保持气缸内部清洁等特性。现在大型低速十字头发动机都是使用这种油，一般均选用SAE50粘度等级。50年代开始发展的油品碱值只有1040mgKOH/g，以后随着船用燃料向重油劣质、高含硫量发展，逐渐出现碱值70、100 mgKOH/g的气缸油。但用得最多的还是70mgKOH/g的气缸油，它可适用于燃用硫含量2.53.5%的船用燃料的发动机润滑。2.4.4 系统油的发展最先使用的是精制较好的纯矿物油，不加添加剂，而是通过油中本身的天然抗氧组分，来保持油品稳定，它允许水洗分油以除去酸性物和其他污染物。然后使用的是含有抗氧剂和防锈剂的系统油，这种油改进了纯矿物油的抗氧和防锈性能，但它碱性太低，目前很少使用。自50年代起开始发展清净-分散剂油，这种油除了加入抗氧、防锈剂外，还加入清净剂。具有抗氧、防腐以及防高温沉积物性能，这种油一般不能水洗分油，但不可避免地要被水污染。所以，这种系统油还具有抗水性和破乳性。2.4.5中速机油的发展第一代中速机油中，没有或较少加入金属清净剂；第二代中速机油中，只加入金属清净剂和少量抗氧剂；第三代中速机油中，不但加入金属清净剂而且加入无灰分散剂和抗氧剂。现在使用的是第三代中速机油，它具有良好的抗氧、防腐、抗水性能，以及碱性保持性和控制活塞沉积物性能。由于中速机油燃料也向重质、劣质燃料发展，大功率的船舶使用的燃料硫含量也在逐步提高，已经达到2.5%以上，所以中速机油的碱值也跟气缸油一样不断提高，现在已经有40 mgKOH/g的中速机油，但用得最多的还是2530 mgKOH/g的中速机油。2.4.6船用柴油机油的未来发展发动机设计的改进无疑使得船用油的使用工况更加苛刻，而其中对润滑油性能要求有较大影响的参数包括：发动机燃烧性能、涡轮增压和平均有效压力、单位气缸体积的燃油消耗以及发动机轴的转动频率等等。针对于以上发动机参数的变化，船用润滑油的发展趋势可以概括为以下几点： 新的设计导致了更高的燃烧温度以及更高的系统压力，相应地提高了润滑油膜的热负荷和承载负荷。这就要求润滑油在高温下依然能够保持足够的粘度，能够形成足够强度的油膜。提高粘度等级或者选用更高粘度指数的基础油是船用油的发展趋势之一。 在某些新型的发动机中考虑到了发动机部件的冷却问题，较低的温度对于润滑油的高温性能的要求降低了。但是冷却之后的温度却逐渐接近硫酸的露点，从而加剧了设备的腐蚀。而且随着气缸压力的增加，硫酸的露点也相应增高，从而对船用油的碱值及其保持性提出了更高的要求。 燃烧时间的延长使得润滑油膜更长时间地处于高温下，这就要求气缸油具有更好的高温安定性、低挥发性、良好的扩散性、粘附性能。 新的发动机设计增加了系统压力，粘着磨损成为主要关注点，因此要求润滑油有更好的抗磨性能，同时也应具备更好的碱保持性能，及时中和酸性生成物。 为降低排放，要求润滑油低灰份、低磷、低金属含量，同时还要考虑到新型船机的尾气后处理系统对润滑油组成的限制。 船舶的应用范围在不断扩大，小至小型快艇，大至万吨级的轮船，都有快速发展，因此船用柴油机油的品种也在不断延伸，高速柴油机油的品种随着发动机技术的发展也在不断升级。2.5 船用柴油机油性能要求2.5.1 气缸油的性能要求在大型十字头式柴油机中，气缸润滑是一个独立的润滑系统，在当代船用柴油机的高强化，燃油劣质化的发展中对气缸润滑提出更为苛刻的要求，气缸油的质量直接影响到发动机功率的发挥和使用寿命，同时关系到整机的安全运转，维修周期的长短和航行的安全。为此，船用气缸油应起到以下的作用：减少摩擦损失，防止活塞和缸套的过渡磨损带走热量和燃烧产物帮助密封燃烧室空间在金属表面形成油膜，避免燃气和金属表面接触而引起腐蚀降低噪音根据气缸油所的工作特点，以及需要的作用，优质的气缸油应有以下的性能：润滑性润滑的基本性能，对发动机来讲必须保证发动机在工作状况下，各摩擦副间有足够的油膜，从而减少金属磨损，而作为船用大型十字头发动机，由于活塞缸径大，尽管缸壁上有多个注油孔，假如没有良好的扩散性，也保证不了有良好的润滑，同时亦要保证在较高温度下，既保证气缸油一定的粘度，又要使其迅速均匀的覆盖在有关摩擦副面。酸中和性船舶发动机为了降低成本，一般使用劣质燃料，燃料中硫含量起码在2.5%以上，甚至有燃用硫含量在5%的。因此气缸油除了必须有足够的总碱值外，还必须有较强的酸中和能力，以中和含硫燃料燃烧产生的腐蚀性物质，克服由此产生的腐蚀磨损，为了控制此类磨损，气缸油除了要具有与燃料硫含量相匹配的总碱值和一定的气缸油注油功率外，还必须使总碱值有效并具有较快的酸中和速度。 清净分散性船用气缸油的清净分散性，以活塞、缸套与扫气口三个主要部位的沉积物和清洁程度来衡量，但燃烧和燃烧产物对清净分散性能起着重要作用，虽然高质量的气缸油配方是经过科学的复配而成，它具有良好的减少沉积物趋势，但不良的燃烧在很大程度上影响了气缸油清净分散性的发挥。清净分散性在活塞部位，主要表现在活塞的环岸与环槽、活塞裙部、活塞头部沉积物性质及程度，尤其活塞环槽的沉积物，其严重程度是导致磨损加剧的重要因素。缸套部位是指缸套工作面的清洁程度、漆膜的性状，尤其在进、排气孔出现严重的沉积物是应该避免的。扫气是指扫气箱内沉积物的生成状况，它与扫气口沉积物形成完全一样，是缸壁刮下的气缸油与燃烧产物在高温下由扫气口进入扫气室所致。 抗磨性发动机磨损一般有三种形式：腐蚀磨损、废料磨损、摩擦磨损。船用十字头发动机的磨损，主要发生在活塞与缸套间，通常这三种磨损形式都可能存在，但腐蚀磨损将占主要方面。腐蚀磨损：主要指含硫燃料燃烧生成的酸性物质，侵入气缸表面与金属接触而产生的磨损，而良好的TBN保持性和快的中和能力是气缸油所必需的性能，从而减缓磨损。废料磨损：主要是质硬的磨粒进入润滑表面形成，而形成磨损的磨粒主要来的燃烧生成的沉积物，所以要求气缸油配方除了选用高质的添加剂外，还需经过科学的复配，以确保能减少沉积物的生成，从而改善磨损状况。摩擦磨损：这是任何机械运动所正常发生的，磨损对发动机来讲，尤其当活塞处于上死点时处于边界润滑，这时的磨损将是最严重的，也是不可避免的。从而对气缸油的承受能力的要求将是很重要的。 贮存稳定性船用气缸油是一个特殊的油种，因为在它的配方中，添加剂的加入量相对较高，达30-40。而配制的基础油又都是重质的，一般来讲，众多的高碱性添加剂加入到重质基础油中会存有稳定性的问题，另外由于船用油的另一特点，油品中渗水极易使皂类添加剂油品的乳化，因此也存在油品遇水稳定性的问题。2.5.2 系统油的性能要求系统油又叫多用途油、曲轴箱油，通常润滑柴油机曲轴箱内的轴承。在船用中速筒状活塞柴油机中还兼作气缸润滑和活塞的冷却，同时可用于辅机或减压控制油。这种润滑方式的最大特点是润滑油循环使用。由于系统油不和高温燃气直接接触，所以其工作条件相对缓和，其正常耗量为0.1-0.3g/kW.h。但它有可能会用于油冷活塞，因此应有良好的高温抗氧化性以降低在活塞内腔生成漆膜和积炭，从而恶化对活塞的冷却性能，油品的性能要求如下： 适宜的粘度和粘度指数适宜的粘度是建立良好润滑油膜的保证，由于油品处在经常变工