采用混兌油料作為液壓油代用品的研究

張文田　王建華　李春生　陳波水　宋開財

摘要：油料代用研究對于提高船舶靈活性、提升油品保障能力具有重要的意義。文章從L-HM32（普通）液壓油的代用指標研究入手，將柴油和柴油機油按不同比例混兌，對混兌油料的理化性能進行了實驗室研究，并選取典型油樣進行葉片泵試驗及陸上液壓臺架試驗。結果表明：緊急情況下，混兌油料作為L-HM32（普通）液壓油代用油料是可行的。

關鍵詞：混兌；液壓油；代用

中圖分類號：TE626.38 文獻標識碼：A

0 引言

L-HM32（普通）液壓油在船舶舵機、錨機、導航系統，以及閥門的開關遙控系統等部位廣泛應用，起著傳遞能量、潤滑、冷卻、密封、防銹等作用，它對整個液壓系統工作的可靠性及壽命至關重要。當船舶液壓系統進水或出現泄漏等故障時，可能會造成液壓油供應量不足，緊急情況下，為保持船舶液壓系統機動性能，需要使用液壓油代用品。該代用品允許液壓設備性能下降、維修量增加，甚至使用壽命縮短，但能夠保持設備繼續運轉。因此，L-HM32（普通）液壓油的代用研究對于船舶安全是一項十分有意義的技術儲備。

1 液壓油代用指標研究

通過對液壓系統工作環境的了解和對L-HM32液壓油主要性能指標的研究，作者認為影響液壓系統正常運行的關鍵指標有油品的黏度、閃點、密封材料適應性、抗泡性和空氣釋放性。

1.1 黏度

黏度是液壓油的重要使用性能。選擇液壓油，首先要考慮液壓系統需要的合適黏度。在相同的工作壓力下，黏度過高，液壓部件運動阻力增加，溫升加快，液壓泵的自吸能力下降，管道壓力降和功率損失增大。若黏度過低，會增加液壓泵的容積損失，元件內泄漏增大，并使滑動部件油膜變薄，承載能力下降，磨損增加，嚴重時甚至會發生燒結。

在SH/T 0599“L-HM液壓油換油指標”中規定，液壓油正常換油指標為40℃運動黏度變化率超過-10%～+15%。L-HM32液壓油運動黏度為（28.8～35.2）mm²/s，按照下限變化率不超過-10%，上限變化率不超過+15%計算，即40℃運動黏度不超過（25.92～40.48）mm²/s。因此，L-HM32液壓油黏度代用指標規定40℃運動黏度為（25.92～40.48）mm²/s。

1.2 閃點

閃點是一個安全指標，它是在規定試驗條件下，試驗火焰引起試樣蒸氣著火，并使火焰蔓延至液體表面的最低溫度。潤滑油閃點指標規定的原則是按安全規定留1/2安全系數，即比實際使用溫度高1/2。如內燃機油底殼油溫最高不超過120℃，因而規定內燃機油閃點最低180 ℃。一般認為，潤滑油閃點比使用溫度高20～30℃，即可安全使用。船舶液壓系統一般工作溫度為20～60℃，最高允許80℃，按照1/2安全系數計算，液壓油閃點最低為120℃。又有資料介紹液壓油的閃點至少要高于135℃。

L-HM32液壓油標準（GB 11118.1）規定閃點不低于175℃，從安全角度出發，為保證艙內著火安全要求，同時盡量擴大代用油品的范圍，本代用指標將其閃點項目定為不低于135℃。

1.3 與密封材料的適應性

液壓系統各連接處多用各類橡膠作為密封材料。液壓油與密封材料的相容性好壞，直接決定液壓系統能否正常、安全的運轉，以及船舶技術性能的充分發揮。如果液壓油同密封材料相容性不好，會造成系統液壓油外流，污染艙室，增加著火危險，同時造成系統壓力損失。因此對于用橡膠做密封材料的液壓系統來說，要求液壓油不侵蝕橡膠，不使其過分溶脹，也不容許收縮或硬化，以免降低其機械性能。

液壓油與橡膠的適應性，通常用密封適應性指數表示，參照GB 11118.1《液壓油》標準中L-HM32的密封適應性能指標，該代用指標設置值應在0～12之間，但在緊急情況下，也可允許其少許的超出該范圍，具體情況根據陸上液壓臺架試驗確定。

1.4 抗泡性和空氣釋放性

抗泡性是指油品抵抗泡沫的生成及降低泡沫穩定性的能力；空氣釋放性則是指油品釋放分散在其中的空氣泡的能力。當空氣進入液壓系統后，大大地惡化了液壓泵和整個液壓系統的工作條件，液壓油的抗泡性和空氣釋放性對液壓系統的使用至關重要。目前，提高油品抗泡性能的主要手段還是在油品中加入抗泡劑，有些油品在單獨使用硅油抗泡劑或單獨使用非硅型抗泡劑時，油品的抗泡性和空氣釋放性不能同時達到預期的效果。

代用油品抗泡性和空氣釋放值應該盡量滿足液壓系統原用油品性能指標的規定，對于超出規定的代用油品，通過液壓臺架試驗確定其可行性。液壓油代用指標，見表1。

2 混兌油料作為代用液壓油的可行性分析

2.1 混兌油料實驗室研究

實驗室研究重點考察了不同混兌比例油樣的黏度、傾點、閃點、潤滑性、與密封材料的適應性、抗泡性和空氣釋放性等性能指標。

2.1.1 黏度、傾點、閃點

把柴油機油與柴油按照不同比例混兌，并考察混兌油料在40℃和100℃時的黏度，黏溫特性、傾點、以及閃點等指標，結果見表2。

可以看出，在柴油機油中按質量百分比加入25%～30%的柴油時，其黏度滿足代用指標要求?；靸队土系膬A點均低于-27℃，其低溫性能可以滿足目前我國大多數船舶活動范圍的要求。以開口閃點考察混兌油料的安全性，當柴油加入量大于30%時，混兌油樣的閃點低于135℃，增加了著火的危險性，考慮到船舶的安全，柴油加入量不宜大于30%。因此，初步確定柴油加入量為25%～30%。

2.1.2 其他性能

考察柴油含量25%～30%范圍內（機-70和機-75）的抗磨減摩性、抗泡性、空氣釋放性等使用性能，試驗結果見表3。

采用四球摩擦磨損試驗機對混兌油料的潤滑性能進行考察。磨斑直徑試驗條件：轉速1200 r/min.負荷40 kg，時間60 min?？梢钥闯觯瑱C-75 P。值為804 N，與HM32液壓油相同，磨斑直徑0.52 mm，優于HM32液壓油，機-70潤滑性能與L-HM32液壓油相當。

按照GB/T 12579“潤滑油泡沫特性測定法”和SH/T 0308“潤滑油空氣釋放值測定法”分別測定摻合油品的抗泡性和空氣釋放值?？梢钥闯?，柴油機油中加入柴油以后，混兌油品的抗泡性能均符合L-HM32液壓油的要求；空氣釋放值隨柴油含量的增大呈減小的趨勢，機-75和機-70此項指標滿足使用要求。

混兌油品的防腐防銹性、抗乳化性等主要使用性能指標符合L-HM32液壓油規范。

綜合以上性能試驗結果，柴油機油與柴油混兌時，柴油含量控制在25%～30%（質量百分比）之間比較合適。

2.1.3 與密封材料的適應性

綜合考慮以上試驗結果，按照SH/T 0305“石油產品密封適應性指數測定法”，對機-75進行密封材料適應性能指數測定，結果為-1，表示試驗用橡膠圈體積縮小。在液壓系統中，密封圈收縮會造成液壓油的泄漏，影響工作的穩定性。因此摻兌油品在使用過程中，能否滿足液壓系統要求，能否適應液壓系統的密封材料，還需要陸上液壓臺架試驗的進一步證明。

2.2 葉片泵臺架試驗

綜合以上實驗室理化性能試驗結果，選擇40℃運動黏度為33.349 mm²/s的機-75，按照SH/T0307“石油基液壓油磨損特性測定法”進行100 h葉片泵試驗，結果見表4。

可以看出，混兌油品的磨損量遠遠超過了L—HM32液壓油規范（葉片泵總失重不大于100 mg）的要求，但是在泵運轉過程中，其出口壓力和瞬時流量一直保持不變，漏失量也在一定范圍內波動，說明葉片和定子的磨損并沒有給泵的運轉帶來太大的影響，僅僅會使泵的使用壽命縮短，代用情況下是允許的。

圖1是機-75混兌油料葉片泵試驗中葉片和定子的表面形貌。由圖（a）可以看出，轉子槽內的葉片有明顯的不規則的犁溝，其原因可能是因為油料本身的清潔度較差，有較多的污染物存在，使得葉片與轉子的磨損增加，出現犁溝。由圖（b）可以看出，葉片和定子直接接觸的部位有較大的磨損?？梢姡瑱C一75有較好的抗磨性能，但由于油品清潔度低，使得各接觸表面都出現有不同程度的磨損。因此，在代用時要考慮到機械對油品清潔度的要求，盡量不用于精密液壓設備。

2.3 陸上液壓臺架試驗

為了進一步考察機一75混兌油料的使用性能，在某廠陸上液壓臺架試驗系統進行了累計時間為240 h的臺架試驗。試驗采用CY型軸向柱塞泵，工作壓力20 MPa，排量63 ml/r，額定轉速1500 r/min。試驗過程中，柱塞和柱塞孔產生的磨損量極小，說明該油有較好的潤滑性。同時，柱塞泵的流量變化很小，沒有發現流量下降的趨勢，泵的容積效率基本不變。試驗前后，對高壓溢流閥前后的典型丁腈橡膠密封圈進行測量，發現0型圈體積由試驗前的1 mL增加至1.5 mL，但并沒有出現泄漏情況，說明機一75與陸上液壓臺架系統的密封材料有較好的適應性。

3 結論

（1）通過對混兌油料進行實驗室理化指標測試、葉片泵臺架試驗和陸上液壓臺架試驗，結果表明，緊急情況下，混兌油料作為L-HM32（普通）液壓油的代用油料是可行的，柴油的加入量應控制為25%。

（2）在代用時要考慮機械對油品清潔度的要求，盡量不用于精密液壓設備。