新Vickers104C試驗臺架及試驗方法的建立

梁德君，楊傳富，吳長彧

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116032)

新Vickers104C試驗臺架及試驗方法的建立

梁德君，楊傳富，吳長彧

(中國石油大連潤滑油研究開發中心，遼寧 大連 116032)

國內原有的Vickers104C試驗臺架，無論是在適用范圍，還是在試驗條件以及在臺架技術參數等方面，已經無法滿足ASTM D7043標準要求。嚴格按照ASTM D7043標準，建立了新Vickers104C試驗臺架。通過各種在國外臺架已有試驗數據油液的重復性和區分性試驗，驗證新建立的Vickers104C試驗臺架各參數滿足ASTM D7043標準要求，與國外臺架的對應性和區分性一致，具有良好的重復性和區分性。可用于評價石油基和非石油基液壓油、含水乙二醇、乳狀液及其它含水液體。

液壓液 葉片泵 水基液 試驗臺架

液壓液是工業潤滑油中非常重要的品種之一，并且隨著科學技術的發展，市場對液壓液的品質和品種也提出了更高更全面的要求，特別是對各種抗燃的水基液有了更大的需求。而液壓液質量的提升又促進了液壓技術的進一步完善。因此，研制、開發和生產高品質多品種的液壓液就必須有相應的液壓液的評定手段。

在評定高壓抗磨液壓油方面，國際上通用的有Denison公司的HF-0規格和Vickers公司的M-2950規格等，在評定中壓區域的抗磨液壓油以及含水乙二醇、乳狀液及其它含水液方面，國際上規定采用滿足Vickers Ⅰ-286-S規格的Vickers104C葉片泵臺架進行評定。由于國內目前尚無試驗方法對含水液體進行測試，本課題依據ASTM D7043[1]標準，建立新的Vickers104C評定臺架以及制定用Vickers104C葉片泵測定石油基和非石油基液壓液的抗磨特性的方法，通過試驗泵的定子和葉片的質量損失及試驗件的描述來判定試驗液多方面性能的好壞，將為抗燃液壓油、抗磨液壓油以及各種水基液的研制、開發、生產和應用提供可靠的評定數據，健全我國液壓液的評價手段[2-4]。

1 國內原Vickers104C試驗臺架與新Vickers104C試驗臺架的主要區別

國內的SH/T 0307—1992試驗方法是依據ASTM D2882—1974制定的。多年來，ASTM D2882經過了多次修訂，但國內都沒有及時跟蹤修訂。2003年5月ASTM D2882被取消。之后在ASTM D6158石油基液壓油規格中，提出用ASTM D7043取代ASTM D2882。ASTM D7043滿足Vickers I-286-S規格要求，并且擴大了適用范圍，可以對非石油基液壓液、含水乙二醇、乳狀液及其它含水液體進行抗磨性測試。規定采用Vickers104C、Vickers105C葉片泵或者采用Conestoga B1葉片泵進行評定試驗，并在試驗條件及系統流程等方面提出了新的要求。ASTM D7043與SH/T 0307在試驗條件與適用范圍方面的對比見表1[1]。滿足ASTM D7043標準要求的新Vickers104C臺架與滿足依據ASTM D2882制定的SH/T 0307標準要求的原Vickers104C臺架的主要區別見表2。

表1 ASTM D7043與SH/T 0307試驗條件與適用范圍對比

表2 新Vickers104C臺架與原Vickers104C臺架的主要區別

2 新Vickers104C試驗臺架的建立

在ASTM D7043標準中，提出使用的試驗泵是Vickers104C或Vickers105C，試驗方法由美國Conestoga公司起草。Conestoga公司為了更適合專門試驗而設計了B1泵，這種泵在泵殼、泵軸、轉子等方面與Vickers104C有形狀、尺寸及強度等方面的細微差別，但泵的性能一樣，在Conestoga公司產品展示中，說明Vickers104C或Vickers105C與ConestogaB1兩種泵目前都滿足ASTM D7043標準要求。由于國內以往所有的Vickers104C試驗臺架使用的都是Vickers104C泵，所以選定Vickers104C泵建立新試驗臺架。

按照ASTM D7043標準要求選擇指定的試驗件及配件，將引進部件、國產部件及委托加工部件嚴格按ASTM D7043標準要求進行組裝，調試臺架，使所有控制指標滿足ASTM D7043標準要求，這樣新建立的Vickers104C試驗臺架完全能夠符合ASTM D7043標準要求。

2.1 臺架流程的設計

依據ASTM D7043標準，修改設計出一套完整的臺架流程，與ASTM D7043不同的是，在儲油罐上增加了放油閥、溫度傳感器及低液位自保系統。儲油罐的結構和尺寸嚴格按照ASTM D2882—2000[5]中儲油罐的設計要求加工制造。新Vickers104C試驗臺架流程示意見圖1。

圖1 新Vickers104C試驗臺架流程示意1—儲油罐；2—泵進口溫度傳感器；3—泵；4—彈性聯軸器；5—變頻電機；6—泵出口壓力表(機械表及變送電子顯示)；7—機械表滯流閥；8—壓力調節閥；9—過濾器；10—熱交換器；11—溫度電動調節閥；12—渦輪流量計；13—壓力表；14—取樣口；15—進口管路閥*；16—回油管路閥*；17—泵進口壓力表(機械表及變送電子顯示)*；18—泵出口溫度傳感器*；19—放油閥；20—油箱溫度傳感器*；21—液位控制繼電器*。帶*標記表示此配件沒有要求。要求尺寸：A—61～66 cm；B—不小于15.2 cm；C—不大于10.2 cm

試驗臺架的工作原理是：油罐中的試驗油在自然重力下注滿試驗泵，試驗泵在電機驅動下運轉，壓力控制閥將泵出口油壓調整到試驗條件要求的壓力，通過調壓閥的油依次通過細濾器過濾雜質及顆粒、通過冷卻器換熱、通過流量計顯示流量，最后返回儲油罐。

2.2 臺架的安裝及儀表控制系統的建立

參照ASTM D7043標準要求，采購、加工和配置實驗設備，各組件嚴格按Vickers104C試驗臺架流程組裝。安裝配電柜、電機變頻啟動裝置。在臺架相應部位安裝熱電偶、測壓儀表、壓力變送器。建立儀表控制臺，包括顯示、控制、自保系統，見表3所示。

表3 新Vickers104C臺架的儀表顯示、控制、自保系統

按規程要求對評定臺架進行調試，使所有控制參數滿足ASTM D7043標準要求，所建的新Vickers104C試驗臺架主要部件的主要技術參數見表4[1，5]。

表4 新Vickers104C試驗臺架主要部件的主要技術參數

2.3 液壓系統的設計

除儲油罐外，配備兩套液壓系統，分別用于石油基液壓油與合成油、水乙二醇與其它水基液的試驗。這樣可以避免不同類型試驗液的交叉污染，比如從乙二醇到磷酸酯，油到乙二醇等。已經被用在礦物油、磷酸酯、多羥基酯或者聚α-烯烴液體的軟管不能再用在水乙二醇試驗中[1]。

3 實 驗

對新Vickers104C試驗臺架及儀表控制系統開機試運轉。首先進行低速低負荷運轉，對臺架進行長時間的磨合；再進行高速低負荷運轉；最后進行高速中負荷、高速高負荷運轉。調整各項控制指標滿足ASTM D7043規格要求的試驗條件。

3.1 參考油的選擇

為了考察驗證新建立的試驗臺架是否能夠滿足正常的非石油基和石油基液壓液葉片泵磨損特性測試，必須進行大量的試驗，通過試驗數據來進行校驗。并且，最好選定在國外的Vickers104C臺架有試驗數據的商品油或者復合劑，以考察新建立的Vickers104C臺架與國外的Vickers104C臺架的對應性。表5為篩選出來進行試驗的8種參比油。

表5 選擇的參比油

0701號油是中國石油大連潤滑油研發中心研制的一種合成油。此油在原Vickers104C臺架的試驗結果是總失重量5.3 mg，因為新建立的臺架主要是為了更好地適應水基液的試驗，在石油基油及合成油試驗方面，原先的Vickers104C臺架的試驗數據可以起到重要參考作用，或者說，兩個臺架在評定石油基油及合成油試驗方面存在一定的等效性。

3.2 參比油試驗

新建立的Vickers104C臺架經過反復調試和試運轉，在各項技術指標均滿足ASTM D7043標準要求后，進行參比油試驗。試驗件失重情況與國外臺架試驗數據對比(0701號油是在原Vickers104C臺架的試驗數據)見表6，試驗后試驗件外觀描述見表7。

由表6可見，新建立臺架的試驗結果與標準臺架的試驗結果區分性一致。新建立臺架的試驗結果中除了0705號油失重量稍小外，其余都比在國外臺架試驗結果略大，其中0706號油偏差較大。這可能是由以下3方面原因造成的：①試驗油液的批號不同；②所用的試驗泵存在生產批號、材質以及加工精度的差別；③不同的實驗室、不同的實驗設備、不同的實驗操作人員進行試驗的結果必然會存在差異。

表6 參比油的試驗數據比較

通過調研以及多方考察和溝通，得知在此之前，國內在原先的Vickers104C臺架上的水基液試驗一直沒有得到穩定的、理想的數據，國內的幾家權威科研機構也做過幾次國外水-乙二醇抗燃液壓液產品的比較試驗，結果都與油液生產商給出的在Vickers104C臺架上的試驗數據相差較大。例如美國好富頓水-乙二醇抗燃液壓液[6]，生產商報出的Vickers104C臺架試驗結果是定子磨損量29.4 mg，葉片磨損量2.4 mg，而同一產品在國內某鋼廠油脂化驗室Vickers104C臺架上，在壓力10.5 MPa下運轉100 h，在壓力14 MPa下運轉100 h，總失重量達到5 186.9 mg。有關專家曾經就這方面問題質疑過生產商，生產商也默認其數據是優選的，存在難以再現的偶然性。不過，0706號油液的試驗結果是在此之前國內在原Vickers104C臺架上進行水-乙二醇試驗的最好結果。在隨后進行的0707油液試驗，磨損量與廠商報出的試驗結果非常接近。

表7 參比油在新建臺架試驗后泵芯各部件外觀描述

參比油試驗結果表明：嚴格按照ASTM D7043標準要求建立的新Vickers104C試驗臺架，參比油試驗結果與國外標準試驗臺架試驗結果的對應性和區分性一致。

3.3 區分性試驗

為了考察新建臺架的區分性是否理想，選擇2個不同檔次的液壓油(0702和0704)和2個不同檔次的水基液(0707和0708)在新Vickers104C試驗臺架上進行試驗，區分性試驗嚴格按照ASTM D7043標準要求進行。液壓油的試驗結果對比見表8，試驗后的試驗件外觀描述見表9。水基液的試驗結果對比見表10，試驗后的試驗件外觀描述見表11。

由表8～表11可以看出，石油基的0702與0704在新建Vickers104C臺架上的試驗結果總失重量相差近10倍，水基的0707與0708在新建Vickers104C臺架上的試驗結果總失重量相差近300倍，不同品質的油液試驗結果區別很大。

0707水基液試驗前定子和試驗后定子與葉片的照片分別見圖2～圖4。

表8 2種不同檔次液壓油在新建臺架上的試驗結果對比

表9 2種不同檔次液壓油在新建臺架試驗后泵芯各部件外觀描述對比

表10 2種不同檔次水基液在新建臺架上的試驗結果對比

0708水基液試驗前定子和試驗后定子與葉片的照片分別見圖5～圖7。

由圖2～圖7可以看出，0707號油液臺架試驗后，試驗件前后差別不大，試驗件失重量較小，說明油液質量較好，0708號油液臺架試驗后，葉片有明顯磨損和高溫氧化著色，定子內表面嚴重磨損缺失，說明油液質量很差。臺架試驗結果表明，新建立的Vickers104C臺架可以將不同性質、不同品質的油液明顯區分開，具有良好的區分性。

表11 2種不同檔次水基液在新建臺架試驗后泵芯各部件外觀描述對比

圖2 0707號油液試驗前定子

圖3 0707號油液試驗后定子

圖4 0707號油液試驗后葉片

圖5 0708號油液試驗前定子

圖6 0708號油液試驗后定子

圖7 0708號油液試驗后葉片

3.4 重復性試驗

重復性試驗反映的是試驗結果的一致性，可以用來評價試驗結果的精確度。對評定臺架而言，重復性是一個非常重要的指標。按照ASTM D7043標準要求，在新建Vickers104C試驗臺架上進行了多個參考油液的重復性試驗，參考油液兩次試驗結果對比見表12，試驗后的試驗件外觀描述見表13。

0706號油液第一次試驗前定子和試驗后定子與葉片的照片分別見圖8～圖10。

表12 參考油液在新建臺架上的兩次試驗結果對比

表13 參考油液在新建臺架上兩次試驗后泵芯各部件外觀描述對比

圖8 0706號油液第一次試驗前定子

圖9 0706號油液第一次試驗后定子

圖10 0706號油液第一次試驗后葉片

0706號油液第二次試驗前定子和試驗后定子與葉片的照片分別見圖11～圖13。

由表12、表13和圖8～圖13可以看出，所有的參考油液在新建的Vickers104C評定臺架上兩次試驗的結果都非常接近，說明新建的Vickers104C試驗臺架具有很好的重復性。

圖11 0706號油液第二次試驗前定子

圖12 0706號油液第二次試驗后定子

圖13 0706號油液第二次試驗后葉片

4 結 論

參考油液試驗結果表明新建臺架與標準Vickers104C試驗臺架的對應性和區分性一致；不同品質油液的試驗結果表明新建臺架具有較好的區分性；參考油液的重復性試驗結果表明新建臺架具有很好的重復性。新建立的臺架可用于評價石油基和非石油基液壓油、含水乙二醇、乳狀液及其它含水液體。

[1] ASTM D7043—2012 Standard Test Method for Indicating Wear Characteristics of Non-Petroleum and Petroleum Hydraulic Fluids in A Constant Volume Vane Pump[S]

[2] 陳麗卿.我國液壓油產品標準現狀及發展設想[J].石油商技，2007(2)：61-64

[3] 王澤恩.液壓油評定試驗臺架[J].潤滑油，2000，15(4)：22-26

[4] 王成勇.國外抗磨液壓油的規格與發展[J].潤滑油，2000，15(1)：26-29

[5] ASTM D2882—2000 Standard Test Method for Indicating the Wear Characteristics of Petroleum and Non-Petroleum Hydraulic Fluids in a Constant Volume Vane Pump[S].2000

[6] 楊偉.水-乙二醇抗磨性能的評價[J].冶金設備管理與維修，2002，20(101)：44-47

ESTABLISHMENT OF NEW VICKERS104C TEST BENCH AND METHOD

Liang Dejun，Yang Chuanfu，Wu Changyu

(PetroChinaDalianLubricatingOilR&DInstitute，Dalian，Liaoning116032)

The conventional Vickers104C test bench in China cannot satisfy the demand of the ASTM D7043 standard in scope of application，test conditions or bench test parameters. A new Vickers104C test bench was established according to the ASTM D7043 standard strictly in this work. By comparison of the test data of this work and data abroad using the same oils and liquids，the repeatability and differentiability of the new test bench is proven to meet the demand of the ASTM D7043 and consistent with the data from abroad. It can be used for the evaluation of petroleum based and non-petroleum based hydraulic oil，water-glycol，emulsion and other water-base fluids.

hydraulic fluid；vane pump；water-base fluid；test bench

2015-12-04；修改稿收到日期：2016-03-12。

梁德君，大學本科，工程師，長期從事潤滑油臺架試驗的開發、研究及評定工作，已公開發表論文多篇。

梁德君，E-mail：liangdejun@petrochina.com.cn。