武理工船舶柴油机讲义第6章 燃油系统、润滑系统和冷却系统

第六章燃油系统、润滑系统和冷却系统第一节燃油系统及其管理一、燃油系统的组成重油系统通常由三个环节组成：1．燃油的注入、储存和驳运系统；2．燃油的净化处理系统；3．加压循环系统。补图6-1所示为重油系统原理简图。燃油的注入、储存和驳运系统重油从甲板注入阀5经阀箱6注入双层底的各燃油舱1中。为了将燃油加热到可以驳运的温度，重油舱中设有蒸汽加热蛇形管，吸油管口处还设有加热盘管。重油驳运泵3通过阀箱6可完成下述任务：将任一重油舱中的燃油驳至重油沉淀油柜2；各重油舱之间的相互驳运；将重油舱中的燃油通过甲板注入阀驳至舷外。燃油的净化处理系统自沉淀油柜2经分油机7和8到重油日用柜10为重油净化系统。分油机7和8一般作串联应用。串联时，第一级7作为分水机，第二级8作为分杂机。必要时也可将分油机7和8都作为分水机并联使用。实际上，船上一般都装有三台重油分油机，平时使用两台，另一台备用，其管路联接保证三台之间能两两互为串联或并联。在使用重油的船舶上往往同时还有柴油系统。以供发电副柴油机和主机准备长期停机（将处于冷态）时使用。柴油日用柜来的柴油由三通转换阀26接入，该阀就是主机燃用重油或柴油的转换阀。自重油日用柜10经加压泵18（两台并联其中一台备用）、流量表19、加压回油柜（集油柜、循环油柜）20、循环泵27（也是两台并联其中一台备用）、雾化加热器22，粘度控制器29、双联细滤器23，至主机的喷油泵24、喷油器25，包括喷油泵回至加压回油柜回油管上的减压阀（或量孔）28，为加压循环系统。在此系统中，采用了两级泵（加压泵、循环泵）升压供油。因此，在加压泵出口、加压回油柜内总是保持有p1（3～4bar）的压力，以防止重油中的残留水分和轻馏分在循环系统的低压部位发生汽化。循环泵出口、雾化加热器至喷油泵则保持p2（7～8bar）的压力，以保证重油经雾化加热器进一步加热时，其中水分和轻馏分不会汽化。还可防止喷油泵发生气蚀。加压泵的供油率就是柴油机的燃油消耗率。循环泵的供油率则应比柴油机燃油消耗率大几倍，以使喷油泵进口处保持恒压，让重油源源不断地流过喷油泵的供油腔，新型低速柴油机燃油还可经高压油管循环至喷油器，喷油泵、喷油器多余的燃油再流回加压回油柜。燃油循环在柴油机停车时可加热喷油泵、喷油器，使其处在接近于工作时的温度下。因此，停车时间不太长时，只要循环泵继续不停地运转，就不需要改用柴油。燃油循环还可防止运转时喷油器过热，使这类喷油器省去了单独的冷却系统。此外，循环的燃油会带走喷油泵、喷油器中的空气，柴油机起动前不必专门为喷油系统充油驱气。喷油泵、喷油器的高温回油流回加压回油柜，该油柜起循环油柜的作用，回油流过时不断排掉燃油中的气体，其中装有液位控制开关，当聚集的气体过多时就自动排掉，保持油位，使系统能正常泵吸，不会发生气锁；由于该油柜容积小，易加压易保温，便于保持较高的油温，避免接触外界空气引起火灾，使受高温的燃油量较少，减少燃油受热后不稳定析出的淤渣，而且减少热量的散发，节省了热能并改善了机舱的劳动条件，回油柜还能减少柴油、重油相互改换过程中发生油温突变的可能。雾化加热器由安装在其后的粘度控制器（粘度计）29控制，如重油的粘度比所选定的值大，则粘度控制器自动发出讯号，使雾化加热器的蒸汽调节阀30开大，增加蒸汽量，提高重油的温度，使其粘度降低。由于重油的凝固点高，为了防止它在储存和运送过程中凝固而中断供油，各油柜都设有蒸汽加热管，油柜外表面敷以绝热材料。在重油管系均装设蒸汽保温管。蒸汽保温管一般用较细的蒸汽管与重油管伴行，然后用石棉包扎在一起。通常，在各油柜（尤其是燃油日用柜）的出口管路上装置着快关截上阀，俗称速闭阀，如补图6-2所示。当柴油机在运转中发生故障时，可以在机舱外拉动速闭阀，迅速关闭油阀切断油路，使柴油机迅速停车。各油柜上都设有透气管和超高、超低液面报警器，防止油面过高、过低。为了监视并控制燃油的状态，在系统的适当部位设置一些测量仪表，如温度计、压力表等。一般在滤器前后都装有压力表，加热器进、出口端都装有温度计，以便于管理。二、分油机三、燃油系统的管理1．装油、驳油和分油必须定时补充燃油。装油量主要根据柴油机的耗油量和船舶航行时间来确定。在柴油机运转过程中，应定期进行驳油。由于现代重油粘度高，油和水密度差小，在沉淀油柜中只能沉淀出严重的水、杂质。沉淀油柜的主要任务已变成作为缓冲油柜，为分油机提供50～70℃温度稳定的待分离燃油（沉淀油柜采用自动监测和控制加热温度的装置），使分离前预热温度易于保持在要求的±2℃范围内。应注意各油柜油量的变化，尤其应安排好分油工作，保证日用油柜中有足够数量的净油。否则，有可能来不及供油而发生停车事故。在油的来源多于一种的情况下，容易发生由于燃油不相容而在燃油舱和沉淀油柜中出现分层的现象，而且离心分油机会分离出大量淤渣，甚至使分油机被淤渣填满而不能工作。日用油柜也会有分层现象，用连续测定式粘度计控制雾化加热器时，预热温度就会忽高忽低。日用油柜中的分层现象，可以使燃油通过分油机循环流动而消除。但分油机的流量得加大，从而使得分离效果不能达到最佳。因此，应尽量避免不同来源的燃油混合。2．油柜定期放水、排污、清洗在沉淀油柜和日用油柜底部都设有排污阀（图中未画出）。在柴油机运转过程中，必须定期把沉积在油柜底的杂质和水分通过排污阀放出。若长期不进行油柜的排污工作，则沉积的水分可能进入燃油管系而造成停车事故。在船舶摇晃的情况下，这种危险尤其容易发生。油柜工作一段时间后，淤渣、杂质会附在底部壁上形成厚厚一层淤泥，因此油柜特别是日用油柜应定期清洗。否则可能造成出油管阻塞而导致停车的事故。3．燃油加热温度的选择对重油进行加热是一项十分重要的工作。海船上大部用蒸汽加热，加热温度随燃油的粘度和加热的场合而异。过高的加热温度不但浪费蒸汽，使重油的稳定性变差，而且对设备也不利。但加热温度过低又不能达到泵送、分离和雾化的要求，所以均采用分段加热法。重油在储存仓内的温度不能大低，否则不能泵送，而重油一旦凝固，要使它再熔化往往很困难。反之，如果储存温度过高，则浪费热能，因双层底舱一直把热能传到海水中去，重油的稳定性也变差。重油在储存舱内的温度最好能控制在其倾点（燃油尚能保持流动性的最低温度）以上5℃或者略高于其可泵粘度（1000mm2/s）所对应的温度。补表6-1列出其经验值。沉淀油柜的加热温度也列于表上。如前所述，沉淀油柜的加热，重要的是使其油温均匀稳定，以保证燃油分离温度的稳定。从补表6-2所列的分油前预热温度可见，粘度超过180mm2/s（50℃）的燃油。分离前的预热必须保持在允许的最高温度――98±2℃。雾化加热器的加热温度应使重油粘度降至10～15mm2/s。从燃油的粘－温关系曲线可看出，常用的重油是有必要加热到150℃。但为了不使雾化加热器过早、过多积炭，加热器出口油温不得超过150℃。当柴油机使用RMH(K)55号（粘度为700mm2/s，50℃）重油时，高压油管也必须加热保温。燃油系统中大多采用蒸汽加热器，油柜、油舱中采用蛇形加热管，各管系采用蒸汽加热伴随管。为了安全，都规定使用饱和蒸汽加热。以上各阶段加热温度可以通过调节蒸汽量来调节。4．燃油滤器的定期清洗燃油滤器的作用是留住杂质保护紧随其后的装置。在柴油机运转过程中，燃油中的杂质将残留在滤器的滤网上，为了防止杂质过多堵塞滤器，需要定期清洗滤器。燃用劣质重油尤其应当注意这一工作。这是由于其稳定性差，容易发生淤渣大量析出，堵塞滤器。滤器在极短时间内堵塞造成停车事故比以前更为频繁，已成为燃油系统的主要故障。一般，在滤器的进、出口两端安装有压力表，可以根据燃油流经滤器的压降来判断滤器的工作情况。若压降超过正常状况的数值，则表示滤器已经变脏而阻塞，需要立即进行清洗；若无压降或压降过低，则表示滤器滤网破损或滤芯装配不对，也需要立即拆卸检查。5．停车时的操作及重油与柴油相互改换时的操作新型主机由于采用了加热燃油循环到喷油泵、喷油器等一系列燃用重油的设计，在任何功率下，包括起动，停车和各种操作工况，都不必使用柴油。我门在操作中应尽可能不用柴油，不进行燃油转换，避免有些重油和柴油混合后形成不相容的混合油。这种混合油以及转换时预热温度忽高忽低，可能造成喷油泵和喷油器擦伤，甚至咬死。还可能造成燃烧不良、气道严重积炭。当柴油机停车时，在燃油系统中循环的预热燃油不需要达到喷射所要求的那么低的粘度。为了节省蒸汽，减少燃油变质、结炭，预热温度可以降低约20℃，燃油温度必须在预定的动车时间前30分，升高到工作（喷射）时所需的温度。当然，在一些特殊情况下还是必须改用柴油的。如柴油机需要较长时间停车，燃油系统将处于冷态，燃油系统中某些设备需要检修等。尽管新型主机的燃油系统不论在什么时候，即使在柴油机停车时，也可由重油转换为柴油，但最好在停车前改用轻柴油，以便把管系和设备中的重油冲净。柴油机运转时在停用柴油改用重油或反过来停用重油改用柴油的过程中，各种柴油机具体操作步骤有所不同，但原则上是相同的，即必须注意防止油温的突然变化。因为油温突变可能使喷油泵柱塞、喷油器针阀擦伤，甚至咬死，造成柴油机停车。运转时停用柴油而改用重油的操作：首先，应查明日用油柜中的重油已达正常温度，将柴油机功率降低至额定功率的3/4。然后，打开雾化加热器蒸汽加热柴油，手动控制雾化加热器，将柴油以每分钟2℃的速率升高到60～80℃。（轻柴油的加热温度不能超过80℃，否则粘度过低，喷油泵、喷油器有损伤咬住的可能。为了防止油温突变，柴油温度不能比日用油柜的重油低过25℃。）这时就可旋转燃油转换阀26（图7-28），切断柴油将重油接入。此后，温度继续以每分钟2℃的速率升高，直至正常工作时的温度。运转时停用重油而改用柴油的操作：首先，截断雾化加热器蒸汽，将柴油机功率降低至额定功率的3/4，当喷油泵前重油温度降至75℃（但不能低于75℃）时，就可旋转燃油转换阀26，改接柴油。如果柴油日用柜温度低于50℃（与重油差25℃以上），应向雾化加热器再供给一些蒸汽，让油温逐渐下降。】第二节润滑油与滑油添加剂在柴油机中，润滑是一个重要的问题。由于润滑不良而导致重大事故发生的例子是很多的。因此，必须保证柴油机的良好润滑。在柴油机中润滑油有以下作用：（1）减磨作用在相互运动表面保持一层油膜以减小摩擦。这是润滑的主要作用。（2）冷却作用带走两运动表面因摩擦而产生的热量以及外界传来的热量，保证工作表面的适当温度。（3）清洁作用冲洗运动表面的污染物和磨粒以保持工作表面清洁。（4）密封作用形成的油膜同时可起密封作用。如活塞与缸套间的油膜除起到润滑作用外，还有助于密封燃烧室空间。（5）防腐蚀作用形成的油膜覆盖在金属表面使空气不能与金属表面接触，防止锈蚀。（6）减轻噪音作用形成的油膜可起到缓冲作用，避免两表面直接接触，减轻振动与噪音。一、润滑油的性能指标【滑油的物化性能指标中有些与燃油性能指标相同，如凝点、残炭、灰分、机械杂质和水分等。下面介绍滑油特有的重要物化特性。1．粘度和粘度指数粘度是润滑油的基本指标之一。一般来说，滑油粘度大，摩擦阻力增加，机械效率降低，柴油机起动较困难。但粘度小，在较高温度下难于在金属表面形成可靠的油膜，以致磨损增大。因此，柴油机滑油的粘度过大、过小都是不适宜的。柴油机各零部件工作温度相差很大；柴油机在起动和正常运转时，滑油的工作温度也不同；再加上外界温度的不同，例如船舶要在不同的季节航行于不同的纬度。因此，柴油机润滑油必须在温差很大的条件下工作。各种滑油的粘度随温度的升高而减小的程度往往不同，因此仅以测定温度下的粘度来判定滑油品质显然还不够，还得考虑表示滑油粘温性能的指标——粘度指数（V.I.）。粘度指数是通过与两种标准油相比较而得出的。粘度指数大的油，当温度变化时其粘度变化小，粘温线较平缓。一般，V.I.在85以上的称高粘度指数，小于45的称低粘度指数，介于45与85之间的称中粘度指数。最好的石蜡基油的粘度指数约在115左右。加入增粘添加剂后，V.I.可达150～200。我国曾用粘度比来评定滑油的粘温性能。它是该滑油在50℃和100℃时的运动粘度的比值。粘度比小，粘温性能好。2．热氧化安定性及抗氧化安定性热氧化安定性是评定金属表面上薄层润滑油膜在高温下和空气中的氧作用生成胶膜的倾向。一般用巴包克法试验。即在250℃温度下，使薄层润滑油在金属表面上进行氧化，用形成漆膜所需要的时间（以分钟计）来表示润滑油的热氧化安定性。这种试验方法和发动机气缸、活塞实际工作条件相接近，所以热氧化安定性可以间接判定受热零件上滑油薄膜的热氧化倾向，生成漆状物的速度。热氧化安定性差，润滑油在使用中就会很快生成漆状物，从而使活塞环容易粘着，不能正常工作。用来表示滑油抵抗空气氧化的能力还有一种抗氧化安定性。润滑油在使用和贮存过程中，会与空气中的氧相接触，并被逐渐氧化而变质。滑油氧化的速度受滑油温度影响很大，当滑油温度升高时，氧化速度迅速增加。滑油氧化后生成有机酸、胶质和沥青状物质，使滑油理化性质发生变化，颜色变深，粘度增大，酸值增加，有沉淀物析出。抗氧化安定性试验是在较低温度（125℃），有金属催化的条件下，向厚油层通入氧气进行氧化的试验。具体反映在润滑油酸值、沉淀物等数值上的增加。酸值越小，沉淀物越少，该油的抗氧化安定性就越好。3．总酸值（TAN）和强酸值（SAN）润滑油的酸值是中和一克油中的酸所需氢氧化钾的毫克数，单位为mgKOH/g。总酸值TAN（Totalacidnumber）包括有机酸和无机酸的总含量。滑油中的有机酸有的是原存于石油中的，有的是滑油在长期贮存和使用中受到氧化产生的。有机酸含量少时，滑油对金属无多大腐蚀作用，但含量较多时，它就会对一些轴承材料（有色金属及其合金，特别是铅）产生腐蚀作用。滑油中的无机酸（硫酸）有可能是在炼制过程中经酸洗后中和不彻底残留在润滑油中的，但一般是在使用过程中，被含硫燃料的燃烧产物所污染。无机酸对金属有强烈的腐蚀作用。因此另外用强酸值SAN（Strongacidnumber）单独表示无机酸的含量。滑油中一般不允许有硫酸存在。我国润滑油质量指标中用“酸值”表示滑油中的有机酸含量。单位为mgKOH/g。用“水溶性酸或碱”定性地表示无机酸或强碱的有无。4．总碱值（TBN）润滑油中的总碱值TBN（Totalbasenumber）表示1克滑油中所含碱性物质相当于氢氧化钾的毫克数。单位为mgKOH/g。滑油的碱值来自其中的添加剂。如果其总碱值大大降低，等于零或接近零时，说明油中的添加剂已经耗尽。5．腐蚀度润滑油的腐蚀度是用来评定发动机油对金属零件腐蚀的性质。现代中、高速柴油机大部用铜铅合金作轴承材料，它们对腐蚀十分敏感，润滑油中只要有少量的酸就能严重腐蚀轴承。因此，单凭酸值来判断油的腐蚀性还不够，有必要采用一种与润滑油在曲轴箱内工作条件相似的腐蚀试验法来预测润滑油的腐蚀性。通常用品开维奇法，即把试验油样加热到140℃，用一定面积的金属（常用铅）片交替地浸在油中和露在空气中，经50小时后测定该金属片减去的质量，单位为g/m2。金属片减少的质量越多，滑油的腐蚀性就越强。6．水分离性（抗乳化度）在船上，曲轴箱油遇到水侵入的机会较多。空气冷却器如有损坏，海水就可能进入气缸的扫气空间，漏入曲轴箱中。滑油冷却器损漏也可能使海水渗漏到滑油中。在水冷活塞柴油机中，淡水漏入的可能性更多一些，冷却水常因某处的密封填料损坏而漏入曲轴箱，在吊缸打开曲轴箱道门时也容易造成冷却水漏入。漏入的水和滑油一起被搅拌，容易形成乳浊液并生成泡沫。乳化液和水分使轴承中的油膜承载能力大大降低，因此容易引起轴承损坏。而且，滑油乳化后，杂质粒子就悬浮在油中，污损磨擦表面，使部件磨损加剧。此外，乳化油还会加速氧化，以及引起细菌繁殖，使油过早变质。乳化油中的水在离心分离机中难于分离出来。因此，我们希望曲轴箱油的水分离性（抗乳化度）要好。一旦有水漏入曲轴箱，可少发生乳化，便于把水及时分离掉。7．清净分散性（浮游性）清净分散性是表示含添加剂滑油防止零件表面形成胶质和炭渣，使之分散为小颗粒而悬浮、携带的能力的指标。通常是在专用试验柴油机上，在规定的条件下，进行一定时间的试验。然后，根据活塞侧面生成漆膜的情况，按0至6七个级别进行评定。0级为活塞非常清洁，没有漆膜生成，6级为严重脏污，活塞完全为漆膜所复盖。级别越低，说明滑油的清净分散性越好。】润滑油的性能指标主要有粘度、粘度指数、闪点、凝点、残炭、灰分、酸值（总酸值与强酸值）、腐蚀性、抗氧化安定性、热氧化安定性、总碱值、抗乳化度、机械杂质和水分等十余种。这些指标均按国家规定的试验方法进行测定。它们基本上反映出滑油品质的优劣，在选择和使用滑油时有着重要作用。上述指标中有些与燃油性能指标相同，以下仅介绍滑油特有的一些指标。1．粘度和粘度指数（VI）粘度是滑油最重要的指标。它在很大程度上决定着两个摩擦表面间楔形油膜的形成。长期以来，国外广泛使用按滑油的粘度进行分类的SAE分类法，把发动机用滑油按粘度分成10个等级，如表6-1所示。国际标准组织（ISO）把滑油按40℃时的运动粘度cSt（mm2/s）的数值分成18个等级：ISO-VG如表6-2所示。滑油的粘度随温度的升高而降低，这种性能称滑油的粘温特性。船舶航行在不同季节和不同纬度时，柴油机在冷车起动和正常运转时，滑油的工作温度会不同，其粘度的大小也不相同。这对保证可靠的润滑影响很大。因而仅以测定温度下的粘度来判断滑油的品质是不够的，还必须注意粘度随温度的变化规律。在国外，通常用粘度指数（VI）来说明滑油的粘温特性。它是通过与两种标准油相比较而得出的。选定两种原油为比较标准：一种是粘温性能很好的美国宾夕法尼亚石蜡基原油，令其粘度指数为100；另一种是粘温性能很差的墨西哥湾沿岸环烷基原油，令其粘度指数为0。把这两种标准油都分成若干窄馏分，并选出在210℉（98.9℃）时赛氏粘度相同的馏分作为一对，可得到许多对馏分。在每对馏分中，分别测定100℉（37.8℃）时的粘度，得到一组数据，欲求某油品的粘度指数，只要测出该油品在98.9℃和37.8℃时的粘度，就可按公式求出其粘度指数式中：U——试验油在37.8℃时的粘度（赛氏s，下同）；L——粘度指数为零的标准油在37.8℃时的粘度，此油与试验油在98.9℃时的粘度相同；H——粘度指数为100的标准油在37.8℃时的粘度，此油与试验油在98.9℃时的粘度相同。粘度指数的物理意义表明，粘度指数大者，则温度变化时其粘度变化小。一般，粘度指数在80以上者称高粘度指数，小于35者为低粘度指数，介于35～80之间者称中间粘度指数。最好的石蜡油粘度指数可达124，加入增粘剂后则可达200以上。我国曾用粘度比来评定粘温特性。它是该滑油在50℃和100℃时的运动粘度的比值。粘度比小，表示它在规定温度范围内粘度变化小，质量好，如已知滑油的粘度度比，可由曲线法求出相应的粘度指数。2．酸值和水溶性酸或碱滑油中的酸可分为有机酸和无机酸两种。新鲜滑油中的有机酸来源有二：一是原存于石油中的，在精制时没有全部除去；二是加入了呈酸性的抗氧、抗腐添加剂。使用中滑油的有机酸主要来自于自身氧化而产生的有机酸。有机酸含量小时，对金属无多大腐蚀作用，反而能增加滑油的油性以保持较好的边界润滑性能。当其含量较多时，它就会对一些轴承材料（有色金属及其合金，特别是铅）产生腐蚀作用。无机酸指硫酸，它对金属有强烈腐蚀作用，滑油中一般不允许有硫酸存在，新鲜滑油中可能含有的硫酸是在精制过程中经酸洗和中和后残留下来的；使用中的滑油由于含硫燃油的燃烧产物漏入曲轴箱而可能出现硫酸。我国用“酸值”表示滑油中的有机酸含量，用“水溶性酸碱”表示无机酸或强碱的有无。“酸值”用中和1g滑油中的酸所需要的氢氧化钾毫克数来表示，单位为mgKOH／g（毫克KOH／克）。“水溶性酸”指能溶于水的无机酸（强酸）及低分子有机酸，这种酸几乎对所有金属都有腐蚀作用；“水溶性碱”指在油品加工时碱洗剩余物或贮存中污染而生成的碱，它对铅有腐蚀作用。“水溶性酸或碱”只说明油品呈酸性或碱性，仅用于定性检查。国外用总酸值TAN（TotaIAcidNumber）表示有机酸和无机酸的总和，用强酸值SAN（StrongAcidNumber）单独表示无机酸的含量。单位均为mgKOH／g。3．抗乳化度海水或淡水漏入滑油经搅拌后使滑油形成乳浊液并生成泡沫，这个过程叫乳化。乳浊液影响润滑性能，加速滑油变质，并在两相界面上吸附机械杂质，污损摩擦表面，加剧部件磨损。滑油的抗乳化度是指滑油在乳化后自动分层（油层和水层）所需的时间（min），即滑油的破乳化时间。破乳化时间短，抗乳化度就好，反之则差。4．热氧化安定性和抗氧化安定性这两个指标都用来衡量滑油在使用条件下抵抗空气氧化的能力。只是试验方法和应用对象不同。前者，属于薄油层在高温条件下氧化试验，用氧化形成漆膜所需时间（min）来表示。我国标准规定使用巴包克法，系指在规定的高温250℃条件下，空气自由流过薄油层试验油，测定试验油由氧化而生成50％的漆状物所需时间（min），用此时间来评定试验油的热氧化安定性。这种试验方法是模拟气缸壁上的油膜工作条件，适用于柴油机润滑油。抗氧化安定性属于较低温度条件下的厚油层氧化试验，用氧化后生成的沉淀物酸值来表示。按我国规定系指在125℃条件下。向试验油中通入一定流速的空气或纯氧4h或8h，分别测定试油氧化后生成的沉淀物（％）和酸值（mgKOH／g）。如氧化后沉淀物少，酸值小，则试油的抗氧化安定性好。这种试验方法模拟液压系统中滑油的工作条件，故用于液压油和透平油等品种。5．腐蚀度腐蚀度用来衡量高温条件下工作的滑油在与氧气充分接触时，对金属（铅）的腐蚀程度。它是柴油机滑润油的一个重要指标。现代柴油机中的铜、铅等合金轴承材料对腐蚀十分敏感，只要滑油中有少量酸就能严重腐蚀轴承。我国标准规定腐蚀度试验用“品克维奇”法，即把试油加热到140℃，用特制的一定面积的金属片以每分钟15～16次的速度交替地浸在油中和露置在空气中，经过50h后，测定金属片减少的重量（g／m2）。金属片减少重量越大，滑油的腐蚀性越强，品质越差。6．总碱值总碱值TBN（TotaIBaseNumber）表示滑油碱性的高低。它的单位和酸值相同，也用mgKOHg表示，但意义不同。总碱值表示一克滑油中所含碱性物质相当于氢氧化钾的毫克数。天然矿物油本身无碱性，只有加入碱性添加剂后才呈现碱性。在使用过程中，由于添加剂的损耗，总碱值会逐渐降低。7．浮游性浮游性表示含添加剂滑油清洗零件表面胶质炭渣，使之分散为小颗粒而悬浮携带的能力。通常是在专用试验机上在规定条件下进行一定时间的试验，然后根据活塞的漆膜情况，按0到6七个级别进行评定。0级为活塞非常清洁，没有漆膜形成；6级为严重脏污，活塞完全为漆膜覆盖。8．抗泡沫性抗泡沫性表示在规定试验仪器内以专用泡沫头并通入一定数量的空气，测量试油的起泡沫体积和消泡沫时间。滑油在运转时受激烈搅动，使空气混入油中形成泡沫，泡沫过多除损失滑油外，还会使油泵和轴承引起空泡腐蚀，润滑效能降低，造成轴承烧毁。二、润滑油的质量等级【1．按粘度分级在内燃机发展的初期阶段，内燃机润滑油的牌号是以某一温度下的粘度来划分的。使用时就根据环境温度（气温）高低，选用适当牌号的润滑油。这种按粘度定牌号－－分级的方法至今仍广泛应用。国际上普遍采用SAE（美国汽车工程师协会）分类法。由表6-1可见，SAE分类法把内燃机分成十个粘度等级，冬用内燃机滑油有0W、5W、10W、15W、20W、25W六级，用0℉（-17.8℃）的粘度值来划分。夏用内燃机滑油有20、30、40和50四级，用210℉（98.9℃）的粘度值来划分。国际标准组织（ISO）把滑油按40℃时的运动粘度cSt（mm2/s）的数值分成18个等级：ISO-VG如表6-2所示。2．按使用性能分级随着内燃机的不断发展，内燃机润滑油的工作条件也越来越差，单凭粘度已不能区分润滑油是否能满足使用的要求。因此，出现了按使用性能分级的方法，评定时用待测的润滑油在规定的单缸或多缸试验发动机中按规定程序及条件运转一段较长时间，然后根据润滑油在工作中表现的清净分散性、热氧化安定性、抗氧化安定性、抗磨性、腐蚀性等来确定其等级，这种分级方法，美国搞得较早，影响也最大。国际上比较通用的是70年API（美国石油协会）为主提出的分级标准。汽油机润滑油用S系列（有SA、SB、SC、SD、SE及SF级）。柴油机润滑油用C系列，有CA、CB、CC、CD等级别，87年进一步增加了CE级。】国外有些国家和有关学会曾经根据滑油的性能特点和工作状态把滑油分成若干质量等级。比较通常的是美国SAE、ASTM（美国材料试验学会）和API三方联合公布的一种质量分类方法，称为API分类法。这种分类方法按油品质量和适用机型特点把滑油分为CA、CB、CC和CD四个质量等级：CA——轻载荷柴油机润滑油。使用优质燃料并在温和到中等程度条件下运转的柴油机使用，在非增压和优质燃料条件下具有抗轴承腐蚀和防止高温生成沉淀物（漆膜、积炭）的性能。CB——一般负载的柴油机润滑油。用于温和到中等条件下运转的柴油机。在非增压和使用含硫燃油时，具有抗轴承腐蚀和防高温下形成沉淀物的性能。CC——中等负载柴油机润滑油。用于中等到苛刻条件下工作的高增压柴油机。具有防高温形成沉积物和防锈防腐蚀的性能。CD——重载荷柴油机润滑油。用于增压、高速、高功率并要求能非常有效地抑制磨损和防止形成沉积物的柴油机。在使用各种质量燃油的增压柴油机中具有抗轴承腐蚀和防高温形成沉积物的性能。API分类对柴油机滑油规定了严格的发动机试验方法和标准，滑油必须通过规定的评定项目并合格后，才算符合某一级别。目前，这种分类法已经得到国际上的承认和使用。由于高增压柴油机的发展，使用CD级油已不能满足要求，近年来又研制出比CD级更高的油品，但还未正式命名为CE级。此外，船用气缸油和大功率中速机〖两〗用油仍由各油公司自行研制，自行评定，尚无统一规格标准。三、润滑油添加剂随着柴油机强化程度的提高和劣质燃油的使用，滑油的工作条件愈来愈差，〖直链〗纯矿物油已不能满足柴油机的工作需要。近几十年来，随着化学工业的发展，多种添加剂被加入到纯矿物油（基础油）中，形成了一种由基油和添加剂组成的新型油品。所谓添加剂系指凡是能改善和提高石油产品的质量和给予新的性质，以满足使用及贮存性能的要求而添加的少量物质。石油添加剂的种类很多，用途也很广泛。其主要作用是：（1）减少发动机部件上有害沉积物的形成和聚积。（2）中和酸性物质，减少其对设备的腐蚀。（3）防止设备及部件受到锈蚀。（4）减少设备及部件的摩擦和磨损，延长设备及部件的使用寿命。（5）使润滑剂的氧化和热分解延缓，延长其使用寿命。（6）改变润滑剂的物理性质，如：提高其粘度指数，改善粘温性；降低其倾点，改善低温使用性能；减少泡沫形成等。目前常用的添加剂按其使用性能大体分为如下几类：1．清净分散剂（清净浮游添加剂）【在柴油机中由于工作条件恶劣，即使采用热氧化安定性很好的滑油也难免在活塞、气缸上形成积炭、漆膜等沉积物。清净分散剂有两个方面的作用，一方面，由于它具有增溶作用和抑凝分散作用，因此能阻止润滑油和燃油的氧化产物进一步缩合形成漆膜、积炭、油泥，同时能将已形成的积炭、漆膜等从零件表面洗涤下来，分散成小颗粒而悬浮在油中，保持零件的清洁。另一方面，由于它具有碱性，能中和含硫燃油燃烧后生成的硫酸及润滑油氧化产生的有机酸。由于清净分散剂对提高润滑油使用性能有很好的效果，因此，它在内燃机润滑油中得到广泛应用。通常润滑油使用性能等级越高，该添加剂的含量越大。API分类的CD级滑油添加剂含量达7～8.5％，而CE超CD级则达12～14％。（后面将介绍的气缸润滑油、添加剂含量更高，TBN70的气缸油达20～30％。）这些添加剂中大部分是清净分散添加剂。清净分散添加剂的种类较多，可分为有灰与无灰两大类。如有灰的石油磺酸钙、烷基酚钙、烷基水杨酸钙，无灰的丁二酰亚胺。各种清净分散添加剂在各种作用（如增溶作用、抑凝、分散作用、中和作用）方面各有所长，而且它们使滑油的抗水、抗乳化性能变差的程度也不同，要获得较全面的清净分散性能，应适当搭配复合使用几种清净分散剂。由于使用含硫燃油，现今各种分散剂中高碱性类的用量占很大比例，其中主要是碳酸盐。这使得高碱性滑油伴有高灰分，高碱性气缸油的灰分甚至可达5～8％，这是不利的一面。当前柴油机润滑油的研究方向之一就是向低灰分方向发展。】防止高温时生成漆膜的添加剂称清净性添加剂；防止低温时生成油泥沉淀物的添加剂称分散剂。在我国统称为清净分散剂。它的作用有二：一是洗涤作用，能够使沉积在部件上的碳烟颗粒和沥青树脂状物呈分散悬浮状态，降低积炭和油泥；保持部件清洁和防止【润滑】系统堵塞。其二是中和酸性物质作用，这种添加剂为碱性，既可以控制油因氧化而形成的有机酸，又可中和进入曲轴箱的产物形成的无机酸，起到抑制锈蚀的作用。它是气缸油中的重要添加剂。2．油性剂、极压剂（抗磨剂）【油性剂和极压剂都能在边界润滑的条件下，起到减磨作用。但油性剂只能在金属表面生成物理吸附膜或化学吸附膜，只能在较低温度下起作用。极压剂则能生成反应膜。也就是磨擦面上的金属与极压剂所含的硫、磷等元素在较高温度下能相互作用生成低熔点合金，从而在苛刻条件下仍能防止金属表面擦伤、熔焊。二烷基二硫代磷酸锌除有良好的抗氧抗腐性外也具有良好的极压抗磨性。】油性、极压剂都能在边界润滑条件下起到减磨作用。但它们的作用机理不同。油性剂是带有极性基团的活性物质，它能定向地吸附在金属表面上形成不易破坏的边界吸附薄膜，以降低磨损，常用的油性剂有硫化鲸鱼油、硫化棉子油等；极压剂能在高温和高负荷下分解产生活性化合物，在金属表面生成低熔点化合物，形成反应薄膜，有减少摩擦、防止擦伤、降低磨损、加强油膜承载能力的作用。其主要组成为含氯、硫、磷的有机化合物，如硫氯化石蜡、磷酸酯等。3．粘度指数改进剂和增粘剂【有的发动机润滑油添加了增粘剂。增粘剂的作用主要是改善滑油的粘温性能。加入增粘剂的滑油叫做稠化机油。多用在户外工作的车辆中。船上救生艇柴油机也用它。稠化机油低温时粘度不会太高，使柴油机低温时仍能起动；高温时粘度不会太低，保证正常运行时气缸润滑可靠。稠化机油一个级别可冬夏两用。】这类添加剂可提高基础油的粘度，并改善其粘温特性，提高其粘度指数。加入这类添加剂的滑油称稠化机袖。对于户外使用的柴油机（如救生艇用）冬季起动温度为－30℃，正常运转后气缸温度可达200℃。稠化机油在低温时可使粘度增加不多，而在高温时变稠，以满足柴油机冬夏两季的不同需要。增粘剂不仅起到改进润滑剂的流体力学特性的作用，还用来改进润滑剂的吸附能力。其组成多为油溶性的链状高分子有机化合物，如聚甲基丙烯酸酯和聚异丁烯等。4．消泡剂消泡剂可以降低泡沫的表面张力，抑制泡沫的发生并使形成的气泡破裂和消失，防止生成稳定的泡沫，如二甲基硅油等。5．降凝剂（降倾点剂）降凝剂并不改变石蜡析出的温度，只改变石蜡结构。它吸附在油中石蜡结晶表面上，使之仅能生成微小结晶，防止形成结晶网，从而改变低温流动性，降低油品的凝点。常用的有长链烷基萘等。6．防锈添加剂和抗腐蚀剂【由于油品而发生的腐蚀往往是因它在使用中被氧化生成酸性物质所致。一般能起抗氧作用的添加剂同时也会具有抗腐的作用，二者是难于分开的。抗氧抗腐剂（如二烃基二硫代磷酸锌）与清净分散剂配合使用能使润滑油具有较好的抗氧抗腐性。抗氧抗腐剂的作用机理可归纳为两点，一是减缓润滑油的氧化过程，并还原氧化产物。二是在轴承合金表面形成了防止腐蚀性介质渗透的保护膜。】防锈剂的作用是依靠其自身具有的极性，吸附在金属和油的界面上形成保护层，防止水与金属接触生锈。抗腐蚀剂保护有色金属如轴承合金表面使其不受油氧化和燃气产生的酸的腐蚀，并能中和这些酸。第三节气缸润滑一、气缸润滑的特点和方式气缸润滑的特殊性首先在于高的工作温度。通常，气缸套上部表面温度约为180～220℃，缸套下部表面温度约为90～120℃，活塞环糟表面温度根据测量点位置和活塞顶设计的不同约在100～200℃之间。高温会降低滑油粘度，加快滑油氧化变质速度，并使缸壁上的部分油膜蒸发。其次，活塞在往复运动时的速度在行程中部附近最大，在上、下止点处为零。因此只有在活塞行程中部才有可能实现液体动压润滑，而在上、下止点处则不可能。特别在上止点处，气缸中的温度最高，活塞环对缸壁的径向压力最大，即使滑油能承受住这里的高温，也只能保证边界润滑条件。柴油机使用劣质燃油后对气缸润滑带来了新的问题。【柴油机燃用的重油劣质化，除S的含量高外，带来的新问题主要是重油的燃烧性能差，燃烧后沉积物的量增加。重油燃烧性能差还使燃烧室壁面温度升高，气缸油更容易氧化变质，这也使沉积物增加。气缸套特别是它的上部很难形成连续的完整的油膜，重油劣质化使这一情况更加严重。】这主要是由于劣质油的高硫分、高灰分、高残炭值和沥青值引起的。如前所述，此时会对气缸造成低温腐蚀、固体颗粒磨损、结炭增多以至引起活塞环胶着和气口堵塞等故障。由于上述原因，气缸套特别是它的上部，很难形成连续完整的油膜，因而一般在气缸套的上部磨损特别严重。气缸润滑一般可分为飞溅润滑和气缸注油润滑两种方式。1．飞溅润滑飞溅润滑靠从连杆大端甩出并飞溅到气缸壁上的滑油来润滑，一般不需要专门的润滑装置，气缸滑油与曲轴箱滑油属同一油品且循环使用，在活塞裙部需装设刮油环以便把飞溅到缸壁上的多余滑油刮回曲轴箱。此种润滑方式〖仅〗适用于〖中、小型〗筒状活塞式柴油机。2．气缸注油润滑气缸注油润滑使用专用的润滑系统及设备（气缸注油器、注油接头），把专用气缸油经缸壁上的注油孔（一般均布8～12个）喷注到气缸壁表面进行润滑；其注油量可控，喷出的气缸油不予回收。这种润滑方式能保证可靠的气缸润滑，而且可选择不同质量的气缸油以满足缸内润滑的不同要求。因而这是一种较合理的气缸润滑方式。目前在十字头式柴油机中均使用此种润滑方式。【在十字头式柴油机中，由于气缸下部设有横隔板和活塞杆填料函，把气缸与曲轴箱隔开。因此，气缸的润滑和轴承的润滑均自成系统。气缸套与活塞、活塞环之间的润滑是依靠注油器将油送到气缸套周围的许多注油点，并且使用专用的气缸油。】图6-1系某柴油机的气缸注油润滑系统图。图6-1气缸注油润滑系统图1-主机；2-气缸油贮存柜；3-气缸油滤器；4-气缸油输送泵；5-手动泵；6-气缸油日用油柜；7-气缸油注油器在某些中速筒状活塞柴油机中，气缸润滑除采用飞溅润滑方式，尚采用注油润滑作为气缸润滑的辅助措施。二、气缸注油润滑1．对气缸油的要求良好的气缸油应具有如下性能：【（1）极压抗磨性由于气缸润滑处于边界润滑状态，气缸油应具有良好的极压抗磨性，才能使润滑面上保持一层连续的牢固油膜。在苛刻条件下，这种性能就更显得重要。（2）蔓延扩散性气缸油每次注油量是很少的，为了在整个气缸壁表面形成完整的油膜，气缸油应具有良好的蔓延扩散性。这对于长冲程的柴油机更为重要。蔓延扩散性的优劣还影响到中和性和注油量。蔓延扩散性好，油膜的中和作用就发挥好，油本身的碱值可以低些，注油量也可减少。（3）中和能力当柴油机使用低质含硫重油时，气缸油应能中和燃油燃烧后形成的硫酸,把气缸套、活塞环的主要磨损——腐蚀磨损减至容许值。（4）清净分散性气缸油应具有足够的清净分散性，以防止活塞环带、气缸及气口聚集起积炭、漆膜等沉积物，使之保持清洁。这对燃用劣质重油的柴油机尤其重要。（5）低灰分气缸油所含添加剂燃烧后形成的灰分应尽可能少，由此引起的磨料磨损应尽可能小。当然，气缸油还应有良好的热氧化安定性、抗氧化安定性，还应有良好的贮存稳定性，添加剂应不易形成沉淀物析出。】（1）润滑性气缸油必须在活塞与气缸壁之间形成适当厚度的油膜，并能良好地湿润金属，以减少滑动摩擦和磨损。鉴于气缸润滑处于边界润滑条件，因而要求气缸油应具有良好的油性。（2）粘度及粘度指数气缸油在较高温度下应有适当的粘度，并能迅速分布到整个工作表面，而在启动时粘度又不致太高。即要求气缸油应有适当的粘度（通常在100℃时为14～20cSt）和较高的粘度指数（75～95）。（3）清净分散性气缸油应能抑制在活塞和活塞环上形成漆膜和沉积物；应具有良好的蔓延扩散性；具有能使炭渣变成微小颗粒悬浮在油中的能力。（4）中和性能气缸油应能中和燃用劣质高硫燃油时生成的硫酸。要求气缸油具有一定的碱性（TBN约为40至100mgKOH/g）。（5）抗氧化性气缸油燃烧后生成的灰分应尽可能少，且不属于硬颗粒的磨料物质；应具有良好的密封性和贮存稳定性等。从上述要求来看，纯矿物油无法完全满足这些要求。近代的气缸油都是选用优质的矿物润滑油作为基础油，再加入各种效能的添加剂制成。在各种添加剂中碱性添加剂占有最重要的地位，从某种意义上讲，劣质燃油能否使用，在很大程度上取决于这种添加剂的效能。50年代的碱性添加剂多为水溶性，由此类添加剂制成的气缸油属乳化气缸油；之后发展了一种虽不溶于油但能以极细颗粒分散到基油中的添加剂，即所谓分散型气缸油。近代使用的碱性添加剂均属于油溶性，由于具有良好的贮存稳定性而得到广泛应用。2．气缸油的种类和选用【1）总碱值TBN的选择我们已知，气缸中硫酸液滴导致腐蚀磨损。而硫酸液滴的形成取决于它的露点，气缸压力大，硫酸蒸汽的露点高，燃油含硫多，硫酸蒸汽浓度高，也使其露点提高，见图7-32。因此，当燃用含硫量高的燃油时，要求气缸油具有较高的碱值。新型柴油机由于其最高爆发压力，平均有效压力更高。它要求气缸油具有较高的碱值。由于设计技术的提高，气缸套凸缘采用斜切向钻孔冷却，活塞也得到有效冷却。这种冷却结构是工程上一个可观的成就，但要求运行管理时应更注意冷却水温的调节，以避免气缸壁、活塞环的温度低于露点的温度，同时也要求气缸油具有较高的碱值。当船舶低速航行，主机以部分负荷运行时，更要防止气缸温度过低引起的腐蚀。起动时也是如此，此时，或许柴油机运行一小时，气缸壁还达不到它的稳定运转温度。这些都要求气缸油具有更高的碱值，以有效地控制腐蚀磨损。图7-32燃油含硫量和燃烧压力对硫酸露点的影响然而，气缸油碱值也不能太高。有几种高碱值的气缸油不适用于一些含硫量低的重油或柴油。当柴油机使用含硫量低的燃油持续运行时，必须注意这一问题。当燃用含硫量少于0.5～1％的燃油，而仍用高碱值气缸油就很可能导致活塞上沉积一层灰状沉积物，从而使气缸和活塞环磨损加快，活塞环咬死甚至拉缸。由于船舶在世界各地航行，供应燃油的含硫量是经常变化的，因此常选用一种能适应较高含硫量燃油的气缸油。目前燃油的含硫量往往在1～2％以上，因此流行选用TBN值为70的气缸油。在燃用各种燃油的绝大多数情况下，这种高碱性气缸油的工作是令人满意的。（在极端严酷的运行状态下，可以选用TBN值为100的气缸油，但这种情况不常见。）为了检查运转中柴油机使用的气缸油碱性是否足够，可以对从气缸中刮下的残油（在活塞杆填料函取样）进行化学分析，若残油仍呈现一定碱性（TBN大于10），则说明气缸壁上的油膜有足够的碱性储备。此外，还可以用直观法加以判断。一般说来，注进气缸的滑油，由于活塞的往复运动，油滴容易迅速分布到注油孔上、下部的狭窄表面上，而沿圆周方向的扩散速度较低。因此若气缸油碱性较低，则在各注油点之间的缸套表面上出现漆状沉积物，使铸铁缸套表面被腐蚀发暗（镀铬缸套则出现白班），如补图6-3所示。补图6-3气缸腐蚀部位（缸套表面展开）若长期使用低硫燃油（硫分小于0.5～1％）特别是低硫而燃烧性能又差的燃油就得注意是否有气缸油碱值过高的问题，如果在扫气口观察时发现这一问题，则必须换用低碱值（TBN10～25）气缸油。如使用含硫量小于0.5％的燃油，则可选用TBN10～15的气缸油。只有长时间（10小时以上）换用低硫燃油，才需要考虑换用与该燃油相适应的低碱值气缸油。由于我国石油的含硫量一般都很低，我国生产的重油多属于低硫燃油，航行于沿海和近海航线的船舶一般都燃用国内的燃油，可选用TBN10～15的气缸油，如兰州炼油厂的10号气缸油。2）粘度的选择现在低速机均是直流扫气的机型，各柴油机公司都推荐采用SAE50粘度等级的气缸油。原先弯流扫气的机型一般是使用SAE40粘度等级的气缸油，主要是考虑防止扫排气口中沉积物过快堆积。当前国际上较常选用的气缸油牌号如表6-4所示。我国上海炼油厂、兰州炼油厂生产的70号船用气缸油也是这种类型（SAE50/TBN70）的气缸油。】根据机型和运转状态的不同要求，有如下几种：（1）SAE50粘度等级，此类气缸油使用广泛。总碱值可覆盖10～100。燃用不同硫分的燃油应选用不同总碱值的气缸油，如表6-3所示。气缸油总碱值的选用范围表6-3（2）SAE40粘度等级，总碱值为40。（3）粘度等级大于50，总碱值有70、85、100，用于长冲程高负荷柴油机。（4）不含添加剂的SAE50高粘度气缸油，用于新发动机及换新缸套磨合使用。国外各种气缸油性能指标见表6-4；国产气缸油性能指标见表6-5。国外船用气缸油性能表6-4国产船用气缸油标准表6-53．气缸注油率的确定气缸油的注油率（g/(kW·h)）应当适宜。注油率太大，不但浪费而且会使活塞顶面、环带区、气口和排气阀处的沉积物增多，引起活塞环和排气阀粘着，使气流通道部分堵塞，同时多余的气缸油还会沉积在活塞下部空间、扫气箱和排气管中，导致扫气箱着火；注油率太少，则难以形成完整的油膜，而使活塞环与缸套磨损加剧和漏气增多，漏泄的燃气又会破坏缸壁上的油膜导致发生咬缸事故。因而存在一个最佳注油率，如图6-2所示。

最佳注油率的确定应在保证缸套最低磨耗及最大清洁度的条件下有最佳的经济收益（如滑油费用、备件更换费及停航损失等）。直流扫气柴油机的气缸油分布特性与弯流扫气不同（由气体的流动形式和活塞裙长度不同引起），因而弯流扫气柴油机的推荐注油率一般较直流为大。表6-6所示为有关厂家推荐的最佳注油率。在实际应用中，一般的趋势是注油率过大，这主要是由管理者主观因素造成的。不同类型的柴油机的注油率在不同工况下各不相同，最适宜的注油率应该综合考虑活塞环的状态、缸套磨损率的大小以及柴油机部件的拆检周期来确定。气缸注油率通常是按柴油机最大持续功率来确定的，但柴油机实际使用中一般并不在此功率下运行，这样气缸注油率应随柴油机负荷的降低而减少。计算负荷变化后的注油率，可以实际平均有效压力为依据。如标定工况的气缸油注油率为Ab=(x)kg/cyl·24h，则在负荷变化为90％标定值时，其气缸注油率A´=90％Ab。而后根据A´值再计算出注油器的行程（见柴油机说明书）。应当指出，当柴油机处于连续低负荷运转的特殊情况下，注油率绝对不能低于该机标定注油率的40％。【气缸磨合过程的润滑磨合是我们在运行管理中常要遇到的工作。柴油机气缸、活塞、活塞环更换了新件，或经过翻新或修整，就需要磨合。柴油机必须经过良好的磨合，才能获得理想的气缸、活塞组工作状态，使油膜不受损伤,才能投入正常工作。新型柴油机由于pmax、pe提高，缸套和活塞环采用新材料、新工艺,再加上燃油的劣质化，因此拉缸现象明显增加。特别是在初期的磨合运转中，容易发生这种故障。因此我们对气缸磨合过程的润滑应更加重视。下面我们就以柴油机更换新气缸套后必须进行的磨合为例，介绍影响磨合的主要因素。（1）磨合所用的气缸油和燃油磨合时气缸油的碱值与燃油含硫量的配合很重要，它决定着磨合时间的长短。如气缸油碱值过高，磨合所需的时间就会过长，碱值越高，磨合进展越缓慢，甚至是个漫长的过程。如没充分意识到这点，没磨合好就加大柴油机负荷，很容易造成拉缸。如气缸油碱值偏低，磨合所需时间就缩短，如继续磨合，时间过长，气缸内易发生过度污染，活塞环易于结胶、粘着。同理，则所用燃油硫分很低，磨合的进展就慢。如果燃油的硫分高，磨合所需时间就缩短。磨合时柴油机功率受到限制,又必须精心管理，磨合时间不能太长。因此，磨合时气缸油碱值应偏低，使中和作用不足，以加快磨合。并且要注意磨合时间，磨合一完成就及时换用碱值正常的气缸油，避免缸内发生过度污染。磨合采用的燃油就是正常运行时的燃油。如其硫分超过1％，是有利的，可使磨合时间缩短。磨合时采用的气缸油最好碱值较低。如有的公司机型规定，新气缸套的磨合（需磨去的量大）在最初若干小时的初磨合阶段采用不含清净分散剂无碱性的滑油,而这一阶段磨合时间的长短需按燃油含硫量的多少来确定。有的公司的机型仍采用原来的碱性气缸油，磨合时间就得延长，磨合规范也就不同。（2）磨合时间和负荷的分配为了在尽可能短的时间内获得缸套和活塞环之间的有效磨合，必须很好地考虑各磨合阶段运转时间的长短和各阶段负荷的大小。在低负荷下磨合，磨合进展缓慢,必然会拖长磨合时间。另一方面，如过急地进行高负荷磨合，则由于活塞环与缸套的配合还没有达到良好的程度，仍不易形成完整的油膜，密封性较差，活塞环和缸套间隙中会发生窜气，缸套和活塞环将由于局部金属接触而产生“微咬”。因此，初磨合阶段柴油机发出功率应减小，然后随着磨合的进展分阶段加大功率，直至最后在发出全功率工况下磨合。关于各磨合阶段时间的长短和各阶段负荷的大小，既要使各阶段时间尽可能短，使负荷尽可能大些，早些加上，进行下一阶段的磨合，又要定出安全的范围，避免过早过大地加上负荷，造成微咬。当然，各阶段磨合时间的长短及各阶段应增加的负荷得取决于前述的气缸油碱值和燃油含硫量。（3）磨合时的气缸油注油量磨合时的气缸油注油量必须远大于正常运行时的注油量。最初阶段注油量最大。如某公司某机型规定初始阶段注油量为3g／kW·h（采用不含清净分散剂无碱性滑油），达到其正常运行注油量的4倍左右。然后注油量随着以后各磨合阶段递减。在磨合的最后阶段，发动机按全功率运行，气缸油已换用正常运行时所用的气缸油时,仍需用大于正常注油量50％的注油量运行很长一段时间（1000～2000小时），才能减至正常值。总之，我们在磨合过程中，所用燃油的含硫量、气缸油的碱值、注油量、柴油机的转速（负荷）、各磨合阶段的时间都应符合要求，严格按规范运转是极其重要的。当然，磨合进行的是否合适还得通过扫气口检查活塞环和气缸套摩擦表面才能最后确定。RTA柴油机磨合时间表7－13表7-13为RTA柴油机根据燃油含硫量来确定使用不含清净分散剂无碱性油的磨合时间。表7-14为RTA柴油机在燃用含硫量1％左右的燃油时，各磨合的阶段转速（负荷）、磨合时间及气缸油注油量。RTA柴油机的各磨合阶段表7-14注：表中eff为实际的输出功率。影响磨合还有其它因素，如活塞环与气缸套材料的匹配、柴油机的pmax、pe等性能指标、冷却水温和活塞平均速度等各种参数。因此，适用于一种机型的磨合规范就不一定适用于另一机型。新柴油机经过工厂试车和海上试航，已经过初步磨合，在最初营运期间仍需磨合。柴油机换了新活塞以及活塞环、缸套经过修整或翻新也必须经过磨合。但这些磨合与上述新气缸套的磨合不同，需要磨去的量较少，气缸油允许采用正常运行的气缸油，磨合也不用分那么多阶段。具体磨合规范可查柴油机说明书。】处于磨合期的气缸活塞组件，为了加速磨合，通常采用无添加剂的精炼润滑油，〖×其牌号应与所用燃油含硫量相匹配〗。因为该滑油具有较强的承载能力而又不阻碍硫分对工作表面的腐蚀（一定的腐蚀有利于磨合）。在任何条件下均不应使用高碱性气缸油，那样会使磨合期〖加长且无法控制剧烈的磨损和擦伤〗。而在整个磨合期的各个不同阶段还应适时换用不同碱值的气缸油。如图6-3所示。

磨合期的气缸注油率目前尚无一致的标准，比较公认的做法是增加注油率20％～100％，随着负荷的提高逐渐减少过量滑油。通常认为在磨合期使用硫分大于1％的燃油对磨合有利。在这方面各造机厂家的具体做法不同。图6-4所示为一种注油率调整规范。图6-3磨合期内主机运转与气缸油匹配图

图6-4磨合期气缸注油率调整规范4．气缸注油设备气缸注油的设备是注油器和注油接头。注油接头〖穿过气缸冷却水空间〗安装在气缸套各个注油孔内。图6-7为蓄压式注油接头。图6-7蓄压式注油接头1-蓄压器缸套：2-弹簧；3-活塞；4-螺帽；5-膜盒；6-座；7-螺帽；8-缓冲螺栓；9-注油管；10-主机缸套；11-接头；12-顶销；13-止回阀；14-止回阀座蓄压器贮存气缸油并使注油接头内维持一个恒定压力。注油器每次排油量很小，仅使系统内压力升高0.15～0.20MPa。止回阀防止缸内燃气倒冲入注油接头，当缸内压力低于蓄压器内压力时，止回阀开启，气缸油自动注入气缸。气缸注油器由多个柱塞式油泵单元组成，其驱动方式有机械式和液压式两种。机械式由凸轮轴或其他运动部件带动，其结构简单可靠，使用广泛。液压式使用较少，但用于苏尔寿RLB和RTA型柴油机，如图6-5所示。图6-5液压马达驱动的注油方式1-流量调节阀；2-调节手柄；3-燃油负荷指示轴；4-液压马达；5-注油器；6-齿轮泵；7-凸轮轴注油器注油量的调节方式有“随转速调节（等速率调节）”与“随负荷调节”两种。前者注油量与柴油机转速成正比，后者注油量随负荷变化而自动调节。由于后者可改善随转速调节在低负荷运转时注油量过大的弊病，因而新机型多采用，如RTA型柴油机。气缸注油方式有脉动式和蓄压式两种。在脉动式注油方式中，注油器中柱塞泵的柱塞在加压行程中向气缸注油器接头压送滑油。为了保证活塞上行通过注油点时能定时供油，柱塞与活塞的运动是相对应的。而实际上，滑油只有当气缸内压力低于注油器出口管内压力时，注油接头处的止回阀才开启向气缸内注油。蓄压式注油器方式中，柱塞泵出口的油进入各注油接头处的蓄压器内，在该压力与气缸内压力差的作用下自动注入气缸。气缸注油器的形式较多。图6-6所示为B&W型柴油机所使用的HJ型气缸注油器。这种注油器每缸设置一个，由多个柱塞式油泵单元组成。柱塞12由凸轮轴上的凸轮4驱动，凸轮轴2由驱动轴1经齿轮带动。驱动轴的转速为柴油机转速的1/2。气缸油流动路线为由吸入阀14、15，经排出阀17、18、观察管19、止回阀22及出油管最后到注油接头。由观察管内钢球20的浮动情况可判断各泵的注油量。油泵的单调可用调节螺钉21进行。总调则由外部转动偏心轴24实现。排出阀17、18之间的螺钉可用于排出工作腔内的空气。第四节轴承润滑【一、曲轴箱油及其选择曲轴箱油又叫系统油或循环油。一般所说的柴油机油实际上就是指的曲轴箱油.1．十字头式柴油机的曲轴箱油由于十字头式柴油机的曲轴系统是与气缸分隔开来的，曲轴箱油不与燃气接触，主要用来润滑轴承和十字头滑块等，在有些柴油机中还用来冷却活塞，工作条件比气缸油和缓得多。但曲轴箱油也得具备一定的特性才能满足工作要求。首先是应具备合适的粘度，以满足曲轴箱系统各部件的润滑要求。其次，要有较好的抗氧化安定性及热氧化安定性。这是因为曲轴箱油是多年不换油地长期在曲轴箱系统中循环工作。对油冷活塞式柴油机来说，它在活塞冷却腔内还要接触到较高温度。曲轴箱油还要求较好的抗腐蚀性和防锈性。这是因为气缸残油难免有少量会通过活塞杆的填料函箱渗入曲轴箱，尽管气缸油碱值较高，但有时残油中还可能有强酸存在。曲轴箱很可能漏入冷却水，油中进入水分特别是海水后，会引起轴承的腐蚀和轴的锈蚀。曲轴箱油还应有较好，的抗乳化性能，以使水分能分离出来。此外，曲轴箱油还应有一定的清净分散性，特别是油冷活塞式柴油机对这一点有一定的要求。这是因为油冷活塞冷却腔中热表面的滑油因氧化生成的沉积物会被烤结而粘附住，这不仅会影响活塞顶的传热，还会堵塞油路。为此要求滑油具有清净分散性，以保持冷却腔表面的清洁。2．船用筒状活塞式柴油机的曲轴箱油1）曲轴箱油的工作条件筒状活塞式柴油机气缸是依靠飞溅方式进行润滑的，因此其气缸和轴承的润滑共用一种油。也就是说，其曲轴箱油必须满足气缸润滑和轴承润滑两方面的要求。由于曲轴箱油要通过气缸壁面和活塞环带再循环，工作条件是相当恶劣的。特别是近年来船用大功率中速机pe、pmax进一步提高，有些pe已在2.4MPa以上，pmax已在19MPa以上，而燃用的重油又劣质化，新型机也与低速机一样可燃用最差的柴油机燃料油。这就对船用大功率中速机曲轴箱油的性能提出了很高的要求。如热氧化安定性、抗氧化安定性、极压抗磨性、抗腐蚀性、抗水性等，特别是要求有好的清净分散性，有足够的中和酸的能力。2）TBN平衡值我们已知活塞环带沉积物有些来自燃油的不完全燃烧产物及某些不能燃烧的物质，有些来自滑油添加剂与硫酸中和的产物－－钙盐、钡盐、镁盐，而有些则来自润滑油本身的受热氧化或裂解所形成的不溶胶质。为了保持活塞环工作状态良好，就要求曲轴箱油具有很好的清净分散性。

如补图6-4所示，中速筒状活塞式柴油机曲轴箱油的总碱值TBN，在新油刚开始使用时，降低速度是非常迅速的，但经过一段时间（几百小时至上千小时）后，只要燃油中的硫分及滑油消耗率保持不变，其TBN就不再下降而达到一个平衡值。也就是说，达到了补充新滑油的碱值正好与气缸壁上凝结的硫酸量相抵消的状态。（如果不向曲轴箱中补充新滑油，那就无法得到平衡值，总碱值就会一直下降到零。）TBN平衡值十分重要。因它是衡量滑油碱性在最恶劣条件下能否完全中和气缸壁上产生的硫酸，防止腐蚀磨损的〖标准〗【指标】。润滑油配方中的一部分碱值是由于添加了清净分散添加剂所形成的，如TBN平衡值过低，则也表示清净分散添加剂消耗过多，将难于保持活塞及活塞环的清净。补图6-5即表示曲轴箱油TBN平衡值对活塞沉积物的影响。图中曲线是在某试验柴油机上烧含硫量为3％，粘度为380mm2/s（50℃）的燃油得出的。

由图可见，当曲轴箱油的TBN平衡值低于大约7时，活塞上的沉积物就急剧增多。所以，大多数主机厂都规定了其柴油机连续使用的润滑油允许的最小TBN平衡值――临界TBN平衡值。一般厂家的推荐是，对于含硫1％的燃油，滑油的临界TBN平衡值为8；对于含硫2％的燃油，滑油的临界TBN平衡值为12；对于含硫量更高的燃油，滑油的临界TBN平衡值为20。有的厂家则规定滑油的临界TBN平衡值为新滑油总碱值的1/2。从这些规定可以看到，在燃油含硫量相同的情况下，中速柴油机曲轴箱油所需的总碱值比十字头式柴油机的气缸油小。这是因为在十字头式柴油机中气缸油是定量供应，而且很接近最低的安全供应量，而在中速柴油机中采取飞溅润滑，甩在气缸壁上的滑油量大得多，滑油与活塞有更多的接触，从而增强了中和作用。图7-34曲柄箱油碱性对活塞沉积物的影响图7-35新油TBN及滑油消耗率的影响影响TBN平衡值的因素有：（1）新润滑油的总碱值。在其它条件相同时，新润滑油的TBN较高，则TBN平衡值也较高。（2）滑油消耗率。在其它条件相同时。滑油消耗率高，则TBN平衡值也高。补图6-5所示为一台中速主机，燃用含硫量为3％的燃油，采用总碱值为30的滑油。如滑油的消耗率为1克／马力小时，则TBN平衡值为22mgKOH／g（曲线1）。如滑油消耗率为0.5克／马力小时，因新油的添加率（即滑油消耗率）已减半，于是TBN平衡值为14mgKOH／g（曲线2），低于制造厂规定的临界平衡值（虚线），很快就不能满足要求。如换用总碱值为40的滑油，其TBN平衡值为24（曲线3），就可满足要求。可见，补充新油的添加率大于滑油消耗率也可保持较高的TBN平衡值，但不经济。如发现TBN平衡值低于临界值，应选用TBN更高的滑油。（3）燃油含硫量。在其它条件相同时，燃油含硫量高，则TBN平衡值低。如补图6-6所示，当燃油含硫量为3％时，滑油TBN平衡值为22mgKOH/g（曲线1），如果燃油含硫量换成4%，则其TBN平衡值降低到16mgKOH/g（曲线2）,这时总碱值为30的滑油使用期就很有限。而总碱值为40的滑油就能完全适应（曲线3）。（4）气缸套壁面温度。在其它条件相同时，气缸套壁面温度偏低，则TBN平衡值较低。（如补图6-7所示）至于柴油机中曲轴箱油的量则不影响TBN平衡值，它只影响达到平衡的时间。也就是说，曲轴箱油量多，则达到平衡的时间长些，不论曲轴箱油是多还是少，补充加入的润滑油的碱性与燃烧产物的酸性平衡时，最终总是在同一数值水平上建立平衡态。图7-36燃油含硫量对平衡状态总碱值的影响清净分散性的强弱基本上可由TBN反映出来，但也不尽然，它还与滑油的基础油、添加剂种类有关，TBN相同的油其清净分散性有所差别。选用润滑油时不仅看牌号，还应尽可能了解其基础油和添加剂。图7-37气缸套壁温的影响3）水污染对滑油TBN值的影响中速筒状活塞式柴油机（特别是船用的）容易遇到冷却水（淡水或海水）流入曲轴箱污染曲轴箱油的问题，水能使一些清净分散添加剂、抗氧添加剂，特别是那些碱性组分失去功能并生成不溶的沉渣。例如使清净分散添加剂中的CaCO3由原来的微粒分布状态聚集为粗粒而失效，以致难于测定总碱值并堵塞滤器，因此，混入滑油中的水必须及时用离心分油机除去。如果水与滑油一起通过齿轮泵的泵送，就会被打得粉碎形成油水乳化液。纯矿物油抗乳化性能较好，其中的水较容易除去。而加有无灰型清净分散添加剂的滑油抗乳化性能就很差，这种润滑油接触了水往往变成乳化油，此后就难于再除去水分了。不同牌号的润滑油由于其添加剂的种类、配比不同，抗水性也就有所不同。在同样条件下混入水后，总碱值的下降值也不同，见补表6-3。对同一滑油来说，用过的润滑油其抗水性比未用过的新滑油要差得多。假如新油贮存时被水污染，其总碱值的消耗（下降）值是很轻微的。但如果中速机滑油在使用过程中，由于某种原因被水污染，则不可避免地会造成相当部分添加剂的消耗。对某些牌号的滑油，后果会更严重。水污染后总碱值的消耗表7-124）曲轴箱油中不溶物含量在筒状活塞式柴油机中由于采用飞溅润滑，气缸中的燃烧产物、硫酸中和的生成物、润滑油受热变质生成的残渣，就不断地泄入曲轴箱中，造成润滑油中不溶物含量的不断增加。由于曲轴箱油具有清净分散性，使这些不溶物在润滑油中保持悬浮分散的状态，使之无碍于柴油机的正常运转。但随着滑油中不溶物的增加，滑油的粘度迅速升高。不溶物对润滑油的粘度影响是很大的。稠化效应取决于温度和剪切速率。从补图6-2B中可以看到，较高温度时的运动粘度比较低温度时增加得快。例如当润滑油中含有3％（质量）不溶物时，在210℉时，使粘度增长80％，但在140℉时粘度只增长58％。运动粘度是在低剪切率下测定的，它测定时的剪切率约为1～2秒-1。滑油在柴油机润滑油管路中流动时的剪切率与此很接近。低剪切率时，稠化效应很明显，如补图6-2B中上面两条曲线（实线与点划线）所示。但当剪切率很高时（如在轴承中），稠化效应就比较小。见补图6-2B中最底下的一条曲线（虚线）。在柴油机轴承中，剪切率远远超过此曲线的测试条件3000秒-1，因此在柴油机轴承中正常运转时不溶物的稠化效应又要小些。由此可以认为，不溶物的稠化效应对起动时轴承的初始阻力及滑油在油管中的流动影响较大，冷态起动时，油箱至滑油泵的进油管处滑油粘度会最高，可能造成泵送困难。柴油机如能克服起动时的初始阻力，润滑油又能泵送至轴承和缸壁，即使滑油中含有大量的不溶物，只要这些不溶物是处于悬浮分散状态，那么在运转情况下，因稠化效应有效粘度的增高是有限的。也就是说，柴油机还是允许曲轴箱油中含有相当大量的不溶物的。图7-38正庚烷不溶物与粘度的关系柴油机在运行时，如果滑油不采用离心分离或更换等控制措施，不溶物会迅速增加，但最终会达到一个平衡值。这是因为脏润滑油消耗新润滑油补充使不溶物减少的速率等于新不溶物增加的速率。如果滑油消耗率较低，它的平衡值很可能达到10％（质量）左右。此时滑油的粘度将