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        基于發(fā)動機(jī)油運動黏度計算高溫高剪切黏度的研究與應(yīng)用

        2021-11-23 13:57:38任成龍聞環(huán)陳璧珺溫金花鐘丙文
        潤滑油 2021年5期
        關(guān)鍵詞:發(fā)動機(jī)標(biāo)準(zhǔn)方法

        任成龍,聞環(huán),陳璧珺,溫金花,鐘丙文

        (國家石油石化產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心(廣東),廣東 惠州 516003)

        0 引言

        運動黏度和高溫高剪切黏度都是發(fā)動機(jī)油重要的質(zhì)量指標(biāo),關(guān)于這兩個方法的研究也有很多[1-10]。運動黏度過大或過小都會導(dǎo)致發(fā)動機(jī)在運轉(zhuǎn)時無法形成有效的油膜,造成磨損加劇[11]。高溫高剪切黏度反映的是發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時活塞在高溫高剪切速率下潤滑油的性能指標(biāo),高溫高剪切黏度過小也會導(dǎo)致在發(fā)動機(jī)運轉(zhuǎn)時無法形成足夠強(qiáng)度的油膜,從而導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的磨損[12]。

        高溫高剪切黏度的測試標(biāo)準(zhǔn)有很多,GB 11121《汽油機(jī)油》和GB 11122《柴油機(jī)油》標(biāo)準(zhǔn)中對運動黏度和高溫高剪切黏度都有嚴(yán)格的指標(biāo)要求,也規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)測試方法[13-15]。運動黏度采用GB/T 265的方法,即在某一恒定的溫度下,測定一定體積的液體在重力下流過一個標(biāo)定好的玻璃毛細(xì)管黏度計的時間,黏度計的毛細(xì)管常數(shù)與流動時間的乘積,即為該溫度下測定液體的運動黏度。高溫高剪切黏度(HTHS)的測試方法包括SH/T 0618(雷范費爾特法)、SH/T 0703(多重毛細(xì)管法)和SH/T 0751(錐形塞黏度計法)。SH/T 0618是仲裁法,通過調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)子和定子之間的間隙,來調(diào)節(jié)剪切速率。轉(zhuǎn)子在已知速率下旋轉(zhuǎn),測出反作用的扭矩值,根據(jù)測定的扭矩值,再從已經(jīng)校準(zhǔn)過的標(biāo)準(zhǔn)曲線上查出試樣的黏度。SH/T 0703是在壓力作用下,使試樣從毛細(xì)管黏度計中流出,由試樣的流出時間及壓力,得到毛細(xì)管黏度計管壁表觀剪切速率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求時試樣的表觀黏度,再通過各黏度計池校正曲線即可得到相對應(yīng)的油品黏度。SH/T 0751錐形塞黏度計法目前國內(nèi)使用的較少,本文不做討論。

        從運動黏度和高溫高剪切黏度(多重毛細(xì)管法)的測試原理看,運動黏度是試樣在自然重力下流經(jīng)一定系數(shù)毛細(xì)管的時間與黏度管系數(shù)的乘積,而高溫高剪切黏度(多重毛細(xì)管法)是在一定壓力下樣品流經(jīng)毛細(xì)管的時間與毛細(xì)管系數(shù)的乘積,因此推測運動黏度和高溫高剪切黏度間存在一定的關(guān)系。因此,隨機(jī)選擇市場流通領(lǐng)域的各型號發(fā)動機(jī)油進(jìn)行測試,得到運動黏度與高溫高剪切黏度的關(guān)系。

        1 試驗部分

        1.1 試驗儀器

        運動黏度的測試采用HVW 472全自動運動黏度測定儀(Herzog);高溫高剪切黏度(SH/T 0618雷范費爾特法)采用BS/C高溫高剪切黏度測定器(RAVENFIELD);高溫高剪切黏度(SH/T 0703多重毛細(xì)管法)采用KD-H1705潤滑油高溫高剪切動力黏度測定器(長沙卡頓)。

        1.2 試驗方法

        按照標(biāo)準(zhǔn)方法GB/T 265對發(fā)動機(jī)油進(jìn)行100 ℃運動黏度測試,按照標(biāo)準(zhǔn)方法SH/T 0618和SH/T 0703對發(fā)動機(jī)油進(jìn)行高溫高剪切黏度的測試。

        2 結(jié)果討論

        2.1 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度(SH/T 0618雷范費爾特法)關(guān)系

        隨機(jī)選擇100個不同型號的汽油機(jī)油、柴油機(jī)油按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行100 ℃運動黏度和高溫高剪切黏度測試,測試數(shù)據(jù)如表1所示。以100 ℃運動黏度為橫坐標(biāo),高溫高剪切黏度為縱坐標(biāo)作圖,如圖1所示。結(jié)果表明100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度存在良好的線性關(guān)系,得到經(jīng)驗換算公式y(tǒng)=0.2071x+0.9297,相關(guān)系數(shù)超過0.98。同時,利用換算公式計算得到的高溫高剪切黏度值與實際測試結(jié)果進(jìn)行比較分析,以SH/T 0618方法再現(xiàn)性為判定指標(biāo),95%的計算結(jié)果與實測結(jié)果在方法的再現(xiàn)性范圍內(nèi),表明由100 ℃運動黏度計算得到高溫高剪切黏度具有良好的準(zhǔn)確性。

        表1 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度數(shù)據(jù)分析

        表1(續(xù))

        圖1 HTHS黏度與100 ℃運動黏度關(guān)系

        2.2 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度(SH/T 0703多重毛細(xì)管法)關(guān)系

        隨機(jī)選擇100個不同型號的汽油機(jī)油、柴油機(jī)油按標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行100 ℃運動黏度和高溫高剪切黏度測試,測試數(shù)據(jù)如表2所示。以100 ℃運動黏度為橫坐標(biāo),高溫高剪切黏度為縱坐標(biāo)作圖,如圖2所示。結(jié)果表明100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度存在良好的線性關(guān)系,得到經(jīng)驗換算公式y(tǒng)=0.2127x+0.9124,相關(guān)系數(shù)超過0.98。同時,利用換算公式計算得到高溫高剪切黏度值與實際測試結(jié)果進(jìn)行比較分析,以SH/T 0703方法再現(xiàn)性為判定指標(biāo),93%的計算結(jié)果與實測結(jié)果在方法的再現(xiàn)性范圍內(nèi),表明由100 ℃運動黏度計算得到高溫高剪切黏度具有良好的準(zhǔn)確性。

        表2 100 ℃運動黏度與高溫高剪切黏度數(shù)據(jù)分析

        表2(續(xù))

        表2(續(xù))

        表2(續(xù))

        圖2 HTHS黏度與100 ℃運動黏度關(guān)系

        3 結(jié)論

        (1)100 ℃運動黏度與SH/T 0618(雷范費爾特法)和SH/T 0703(多重毛細(xì)管法)兩種方法高溫高剪切黏度均存在良好線性關(guān)系,相關(guān)系數(shù)均超過0.98,以方法再現(xiàn)性為指標(biāo)來判定的話,兩種方法的計算結(jié)果準(zhǔn)確性分別達(dá)到95%和93%。因此,對應(yīng)大多數(shù)發(fā)動機(jī)油樣品,通過計算公式得到的高溫高剪切結(jié)果也具有滿意的效果。

        (2)運動黏度的測試方法簡單,儀器的操作維護(hù)及測試效率都比較高,而測試高溫高剪切黏度的設(shè)備在操作及維護(hù)成本方面則相對較高。因此,對于一般精度要求不高的高溫高剪切黏度測試分析,可以考慮利用100 ℃運動黏度來計算得到。

        (3)SH/T 0703多重毛細(xì)管法是目前應(yīng)用比較廣泛的測試高溫高剪切黏度的方法,目前儀器也實現(xiàn)了國產(chǎn)化。但是,在實際測試過程中,需要預(yù)估油品的高溫高剪切黏度值來設(shè)定儀器的測試壓力,當(dāng)壓力設(shè)定的過高或過低時都會導(dǎo)致最終的測試結(jié)果達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)要求的剪切速率范圍,就必須重新取樣測試直到達(dá)到剪切速率要求為止。因此,利用100 ℃運動黏度計算得到預(yù)估的高溫高剪切黏度,將大大提高SH/T 0703方法的測試效率。

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