李新偉，王坤程，周長(zhǎng)旺，王 偉，齊 鳳，韓云龍

（中國(guó)石油集團(tuán)濟(jì)柴動(dòng)力有限公司，山東濟(jì)南 250306）

0 引言

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)出廠后，因加工和裝配工藝的精度問(wèn)題，必然會(huì)存在一定的幾何缺陷。如不經(jīng)磨合而直接投入使用，往往會(huì)影響發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。發(fā)動(dòng)機(jī)磨合期的潤(rùn)滑油狀態(tài)對(duì)形成穩(wěn)定的耐磨表層，形成穩(wěn)定的潤(rùn)滑油膜，降低零部件間的磨損速度、降低摩擦系數(shù)等具有重要影響。本文就天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)磨合期潤(rùn)滑油狀態(tài)進(jìn)行了研究，以初步掌握其規(guī)律。

1 發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架設(shè)計(jì)

天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)臺(tái)架主要由天然氣發(fā)電機(jī)組、阻感負(fù)載箱和測(cè)試系統(tǒng)組成。發(fā)電機(jī)組是該試驗(yàn)的試驗(yàn)載體，阻感負(fù)載箱提供試驗(yàn)所需的阻性和感性負(fù)載，測(cè)試系統(tǒng)檢測(cè)發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)和潤(rùn)滑油的參數(shù)。為便于試驗(yàn)，發(fā)動(dòng)機(jī)配備發(fā)電機(jī)后組成發(fā)電機(jī)組。該試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于操作（圖1）；測(cè)試系統(tǒng)控主要由發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測(cè)模塊和負(fù)載控制模塊組成，監(jiān)測(cè)模塊監(jiān)控發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行參數(shù)，負(fù)載控制模塊主要用于加減載的控制；負(fù)載控制模塊控制阻性負(fù)載箱和感性負(fù)載箱給發(fā)電機(jī)組提供負(fù)載；發(fā)電機(jī)組的性能參數(shù)和潤(rùn)滑油參數(shù)由測(cè)試系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)模塊進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在整個(gè)試驗(yàn)過(guò)程中盡可能模擬真實(shí)工況。

圖1 試驗(yàn)臺(tái)架結(jié)構(gòu)示意

2 天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的基本參數(shù)

在試驗(yàn)中采用某型6 缸直列、標(biāo)定功率350 kW、標(biāo)定轉(zhuǎn)速1500 r/min 的天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)，配置300 kW 的發(fā)電機(jī)，組成發(fā)電機(jī)組。

（1）發(fā)動(dòng)機(jī)型號(hào)為6L，沖程為4、缸數(shù)為6，L 形排列，標(biāo)定功率P標(biāo)為350 kW，標(biāo)定轉(zhuǎn)速n標(biāo)為1500 r/min。

（2）發(fā)電機(jī)型號(hào)為1FC354，額定功率P額為300 kW，額定電流I額為413 A，額定電壓U額為600 V；為發(fā)電機(jī)的額定頻率F額為50 Hz；功率因數(shù)cosφ 為0.8。

3 磨合期潤(rùn)滑油狀態(tài)試驗(yàn)研究

測(cè)試系統(tǒng)的進(jìn)油位置選取在機(jī)油泵和潤(rùn)滑油濾清器之間，此位置可有效反映潤(rùn)滑油在各個(gè)功率運(yùn)行段的性能狀態(tài)。

在本次試驗(yàn)中，潤(rùn)滑油選用昆侖天威CF-4 15W-40 型號(hào)的潤(rùn)滑油，為發(fā)動(dòng)機(jī)說(shuō)明書中的推薦選用型號(hào)。

3.1 潤(rùn)滑油狀態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

在天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)的磨合過(guò)程中，潤(rùn)滑油的性質(zhì)會(huì)發(fā)生改變，如顆粒濃度、尺寸、數(shù)量等。通過(guò)傳感器采集發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油的狀態(tài)，潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可進(jìn)行實(shí)時(shí)采樣和分析。

在本次試驗(yàn)中，使發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行在額定轉(zhuǎn)速1500 r/min 的穩(wěn)定狀態(tài)，然后分別對(duì)75 kW、150 kW、225 kW 和300 kW 的負(fù)載進(jìn)行測(cè)試，分別對(duì)應(yīng)額定功率的25%、50%、75%和100%的負(fù)載工況。在試驗(yàn)中，每種工況的磨合時(shí)間均為2 h。

該潤(rùn)滑油狀態(tài)的試驗(yàn)設(shè)計(jì)的具體參數(shù)如表1 所示：P試為試驗(yàn)負(fù)載功率，T試為試驗(yàn)時(shí)間，T累為累計(jì)試驗(yàn)時(shí)間。

表1 潤(rùn)滑油狀態(tài)試驗(yàn)設(shè)計(jì)

3.2 潤(rùn)滑油清潔度測(cè)試

按試驗(yàn)設(shè)計(jì)的4 個(gè)功率段，分別為75 kW、150 kW、225 kW和300 kW，每個(gè)功率段運(yùn)行2 h，累計(jì)運(yùn)行時(shí)間8 h。

通過(guò)潤(rùn)滑油監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)采集分析，然后繪出各個(gè)功率段的潤(rùn)滑油清潔度測(cè)試曲線（圖2）。

圖2 潤(rùn)滑油的污染程度與運(yùn)行時(shí)間的關(guān)系

由圖2 可以發(fā)現(xiàn)，運(yùn)行1 h 后潤(rùn)滑油的污染程度增加較快，在第2～3 h、4～5 h 和6～7 h 的時(shí)間段內(nèi)，潤(rùn)滑油的污染程度未發(fā)生顯著變化，在運(yùn)行到1～2 h、3～4 h 和7～8 h 的時(shí)間段內(nèi)，潤(rùn)滑油的污染程度顯著上升，同時(shí)還可以看出磨合期內(nèi)潤(rùn)滑油的污染程度有明顯上升趨勢(shì)。

3.3 潤(rùn)滑油中磨損顆粒數(shù)目和直徑尺寸

在8 h 的磨合期內(nèi)，因零部件間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，由于潤(rùn)滑油在零部件間的潤(rùn)滑作用，必然導(dǎo)致有大量的磨損顆?；烊霛?rùn)滑油中。

在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)的磨損顆粒直徑都在70～110 μm。而磨損顆粒的數(shù)量有明顯增加，在各個(gè)時(shí)間段內(nèi)，磨損的顆粒數(shù)量的增長(zhǎng)速度基本成比例增加，且基本與磨合時(shí)間呈線性關(guān)系（圖3）。

圖3 磨損顆粒數(shù)量與時(shí)間關(guān)系曲線

3.4 潤(rùn)滑油中磨損顆粒濃度與負(fù)載的關(guān)系測(cè)試

一般情況下，在磨合期內(nèi)潤(rùn)滑油的磨損顆粒濃度隨負(fù)載的變化而變化，負(fù)載升高則顆粒濃度升高（圖4）。

圖4 磨損顆粒濃度與負(fù)載的關(guān)系曲線

其中，在運(yùn)行在75 kW 功率段2 h 后，其顆粒濃度上升的速度較快，在其他的功率段，顆粒濃度的變化基本呈線性規(guī)律上升。

4 結(jié)論

正常運(yùn)行時(shí)，天然氣發(fā)動(dòng)機(jī)在磨合期內(nèi)的潤(rùn)滑油污染程度，隨磨合時(shí)間的增加而增加。磨損顆粒的直徑在70～110 μm，數(shù)量與磨合時(shí)間基本呈線性關(guān)系。磨損顆粒濃度隨負(fù)載的增加而增加，基本上為線性關(guān)系。

由此推論，如監(jiān)測(cè)到的潤(rùn)滑油性能數(shù)據(jù)發(fā)生突變，則說(shuō)明發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常磨損，需緊急停機(jī)后進(jìn)行處理。