中速柴油机的润滑 – 下

在前文【中速柴油机滑油的轻柴油稀释】和【中速柴油机滑油的沥青质测试】中讲到燃油对滑油和柴油机的影响，以及在【中速柴油机的润滑–上】中简单介绍了中速柴油机的润滑特点。中速柴油机一般烧重油、调和油、直馏油、轻柴油等不同类型的燃料，对于烧直馏油和轻柴油来说由于燃料相对比较清洁，这时的润滑相对比较简单，除了滑油应有的基本性能外，需要特别注意漆膜问题，漆膜问题可以参考【船用低速柴油机的“漆膜”现象与危害】中关于中速柴油机的相关介绍，以及轻柴油的稀释问题。对烧重油以及调和油来说，由于燃油的清洁性以及一份复杂成分，这时中速柴油机的润滑就相对复杂一些，今天就主要介绍一下烧重油或调和油时中速柴油机的滑油性能和选择。

 

关键词：挥发性、燃油兼容性、沉积物、柱塞泵卡滞、清洁性

 

1. 中速柴油机滑油应有的性能

 

• 帮助柴油机保持更长的清洁时间，以减少因燃油和燃烧所产生的沉积物现象。

• 出色碱值储备和抵抗粘度增加能力，有助于最大限度地延长部件使用寿命和维护保养周期。

• 优异的热稳定性和氧化稳定性，有助于保持清洁度，防止沉积物堆积在关键区域，如活塞冠底部和活塞环槽/活塞环间，有助于降低活塞热腐蚀风险并减少缸套和活塞环的磨损程度。

• 出色的防锈和防腐蚀性能，有助于保护柴油机部件免受磨损和腐蚀，有助于降低运行和维护成本。

• 低挥发性可保证油膜的有效厚度和连续性，以提供足够的润滑保护，并可以降低滑油的整体消耗。低挥发性可以参考【使用低硫燃油时的气缸油应用】中相关介绍

2. 中速柴油机滑油的某些重要参数

 

对于烧重油或调和油的中速柴油机的滑油来说，特别需要特别注意以下四个方面：

 

• 滑油和燃油的兼容性，因为重油以及调和油中除了沥青质以外，还有其他一些污染物或杂质，需要滑油可以把这些物质溶解悬浮在滑油中，避免沉淀以形成油泥，进而对润滑产生不良后果。

• 沉积物的控制，在【中速柴油机滑油的沥青质测试】文中介绍到，如果活塞冠底部形成过量的沉积物会影响活塞头的散热，严重还会导致活塞冠底部烧蚀以及活塞头卡滞。

• 降低燃油泵柱塞的卡滞，需要滑油具有防止燃油泵柱塞因漆膜以及沉积物的形成而造成的卡滞现象，从而降低潜在故障的风险。

• 柴油机的清洁性，需要滑油有很好的清洁分散能力，来减少燃油中的物质以及燃烧产物对柴油机的影响。并且有优异的热稳定性和氧化稳定性，有助于保持清洁度，防止沉积物堆积在关键区域，如活塞头底部和活塞环槽。

如下图1所示，在这四个方面具有优异性能的滑油能有效延长滑油的更换周期以及柴油机的使用寿命，并减少柴油机的故障发生频率。

图1：中速柴油机滑油的重要性能

 

3. 滑油/燃油的兼容性

在【中速柴油机滑油的沥青质测试】中介绍过，重油以及某些低硫调和燃油中会有沥青质以及其他某些成分和杂质的存在，如果滑油与燃油有很好的兼容性，则燃油中的杂质会溶解在滑油中，不易析出并在机器表面以及油底壳产生沉积和油泥，如下图2所示。

 

 图2：燃油中杂质的析出、沉淀

 

我们开发了专利性的燃油滑油兼容性测试方法，利用该测试比较了三种不同牌号的滑油，该测试方法已被大型柴油机制造商认可，可作为滑油在柴油机使用时性能体现的参考。我们在每个滑油样品中加入6％的重质燃油（燃油中含有12%的沥青质），然后在高温下保持24小时。如下图3显示，将试管上下颠倒时，可以很容易地测量出混合的滑油和燃油中沉积的油泥量。

 图3：滑油/燃油兼容性测试结果比较

 

可以清楚地看到，好的中速机滑油不容易形成沉积物，有效防止燃油成分在滑油中聚结沉积形成油泥。在试管中机油Y和Z的沉积物可能会在柴油机中形成，导致曲轴箱变脏、活塞冠底部沉积物增多、燃油泵损坏以及柱塞粘滞的可能。

 

在Wartsila柴油机（Vasa设计，缸径320毫米）中的实际使用测试结果如下所述。在测试中，Y、Z和Mobilgard M440三种滑油在完全相同的条件下使用相同的燃油运行，并受到相同程度的燃油污染。如下图4显示了滑油Y和Z的沉积物要多很多，尤其是Z，而Mobilgard M440的沉积物比较少。

 图4：清洁度的比较

 

4. 沉积物的控制–热稳定性

 

中速柴油机滑油的主要性能特征之一是能够承受高温而不会发生热裂解并形成沉积物，从而减少活塞冠底部沉积物的产生。图5显示了我们专有的热管测试结果，该测试将三种滑油在高温下加热24小时。在测试结束时，将管中的沉积物等级定为1到10，其中10是完全堵塞的管。如图显示油Y和Z都有很高的沉积物积聚，分别为7和10，而Mobilgard M系列滑油具有很高的3级评级。

 图5：热管测试结果对比

 

在研究形成活塞冠底部沉积物时，一个关键的发现是滑油中的燃油会直接影响活塞冠底部沉积物的堆积，而具有良好燃油兼容性的滑油将产生较少的沉积物。兼容性不好的滑油就非常容易在活塞冠底部产生厚厚的积碳，从而会影响活塞头的冷却，严重可导致活塞头卡滞以及底部烧蚀，如下图6所示。

 图6：活塞冠底部沉积物形成

  

我们对四种油品（混入5%的重燃油）在活塞冠底部形成沉积物厚度做了测试和评估，测试结果如下图7所示，我们可以轻易判断油品在这方面的性能表现。

 图7：活塞冠底部沉积物厚度对比

最直观的如下图8的对比所示，积炭厚度的区别显而易见。

图8：活塞冠底部沉积物对比图

 

5. 降低燃油柱塞泵的卡滞

 

不像活塞冠底部沉积物只是局限于一些操作工况比较严苛的中速柴油机，燃油柱塞泵的粘着甚至卡滞问题有更广泛的倾向性。在对这一问题的研究中，我们发现滑油的兼容性与燃油泵柱塞的粘着性之间存在密切的关系，下图9可以帮助我们更好地了解发生了什么，图中是Wartsila 4L20机型上的柱塞，当滑油中存在5%的燃油污染，在高温下150小时，我们可以分别两种滑油在柱塞上产生沉积物的对比情况。

图9：柱塞沉积物对比

 

如下图10的分析对比数据可以看出，不同滑油对降低燃油柱塞泵卡滞风险的程度。

图10：柱塞上沉积物覆盖面积以及厚度对比

 

6. 发动机的清洁性表现

 

我们在Wartsila 4L20机型上做了相应的测试，活塞环槽和活塞环间的清洁性对比，如下图11所示，Mobilgard M系列产品的清洁性表现更加优秀。

图11：活塞头清洁性对比

 

另一方面从滑油碱值的保持力来看，在同样工况下，不同滑油的碱值消耗速率还是有区别，碱值消耗速率决定了滑油的更换周期以及滑油的消耗量，最终反应出来的就是总体润滑成本。另外在一般情况下对于中速柴油机来说，碱值越高清洁性能越好，但也需要注意碱值和燃油含硫量的匹配问题。如下图12所示，我们在Wartsila 4L20上对比了四种不同滑油的碱值消耗率。好的滑油会在控制碱值的同时保持油品的清洁分散能力。

图12：滑油碱值消耗率对比

 

另外我们在Sulzer 9ZAL40S柴油机上使用Mobilgard M产品8,400小时后的清洁性表现做了评估，测试结果如下图13所示。 

 

 图13：缸头摇臂以及阀门弹簧的清洁性

 

以及在Wartsila 6R32D上烧重油时使用Mobilgard M产品3,700小时后的柴油机曲轴箱、凸轮轴、摇臂以及阀座的清洁程度，如下图14、图15所示。

图14：曲轴箱的清洁性

图15：凸轮轴、燃油泵体、摇臂、阀座的清洁程度

 

我们深知，柴油机部件的清洁性意味着什么，特别是现在使用成分复杂的低硫调和油时更加需要注意滑油的清洁性能表现。

 

7. 结束语

 

综上所述，中速柴油机除了一些基本性能以外的四个主要方面表现非常重要。卓越的燃油兼容性有助于减少油泥形成，保持活塞冠底部关键区域没有沉积物，从而延长滑油使用寿命和实现出色的柴油机清洁度。并可阻止燃油泵柱塞因沉积物形成而造成的卡死现象，从而降低潜在故障的风险。选择一款品质优良的滑油可以有效地帮助船东控制中速柴油机的运行和维护成本。