運轉正常的機械

譯 / 常儷

海外視角

運轉正常的機械

譯 / 常儷

作為機械設備運作必需的物質，潤滑劑以及指導和測量其工作效率的標準，支持著全球的機械化需求。

發動機、渦輪機和很多其他類型的機械設備，離開潤滑油將無法運轉——最嚴重的情況是，轉動部件之間的摩擦和產生的熱量會使部件停止工作，甚至導致其互相分離。

保護機械設備免受摩擦和其產生熱量損害的需求，使全球潤滑劑產品市場在2015年達到大約1160億美元的規模。由相關研究者和實踐者組成的全球性工作團隊，致力于通過改進潤滑劑提升機械設備的可靠性和工作效率、降低其運行成本。ASTM一直處在為潤滑劑制造商、測試者和使用者制定標準領域的最前沿。從1904年至今，石油制品、液體燃料和潤滑油委員會（D02）制定了220項潤滑油方面的專業標準和測試方法。

盡管該委員會將潤滑油定義為“加在或涂抹在兩個表面上、用于減少摩擦的物質”，傳統油品和油脂獲得的關注仍是最多。但是與D02在燃料方面的標準一樣，與潤滑油有關的標準也發揮著重要作用。為確保潤滑油產品完美地發揮其效用，產品在投入使用之前，要經過無數次的研究和測試。

汽車工業：關鍵驅動力

也許，沒有哪個行業比全球汽車工業，與提升潤滑油技術的聯系更加緊密了。發動機油是汽車制造商提升燃料效率而考慮改進的首要目標。例如，新發動機的設計，將需要黏稠度更低的油品。但是，汽車制造商們必須首先確保這些油品，在運行中發揮與被替代油品等同的功效。

他們必須降低摩擦和減少對轉動物體的緩沖部件、冷卻軸承和其他發動機部件的磨損，防止生銹與腐蝕，還要通過分解和消散損耗物質保持相關部件表面清潔。ASTM國際測試監控中心監控測試潤滑油嚴格程度、精確度和標準化方面的特性。該中心負責人Frank Farber認為，“這里沒有小任務”。

Farber強調，當前ASTM負責汽車潤滑油方面工作的分委會（D02.B），正在進行一項重要周期性測試，旨在解決制造商的客車發動機油類潤滑油需求。

針對2018年的汽車型號，該新分類將被用于評估一系列的低濃稠度油品，如0W-16——一種很輕的，已經被一些亞洲汽車制造商使用但未被美國汽車使用的產品。因此，位于賓夕法尼亞州匹茲堡市的測試監控中心，正在積極支持分布于各地的約30個測試。Farber指出：“測試結果將用來確定每個研發出來的產品的效用。”

更好的燃油經濟性可以通過使用輕型油品實現，因為它們流動起來更容易，還能夠減少轉動部件的阻力。例如，與普通的楓糖漿狀的10W-30型油相比，0W-16型油的黏稠度更似食用油，Farber講道。他還補充說，黏稠度更低的油品，如0W-12和0W-8可用于無線電探測器。

同時，根據Farber的觀點，輕型油品也面臨一些挑戰，比如降低了轉動物表面之間油膜厚度，甚至是發動機的爆震表現。為了評估這些問題，分委會正在研究幾種新的測試方法，包括由福特公司贊助的低速預點火測試，該方法是為了解決輕型油品，因其在四沖程循環中存在，潛在地引發過早點火而導致發動機爆震的問題。

該測試非常重要。Farber講道：“制造商們正傾向于直噴發動機，因為渦輪增壓發動機不能像自然吸氣式發動機和低壓縮發動機一樣，可以在同一溫度和壓力下運作。現在即便是福特F150皮卡車也是采用渦輪增壓發動機，所有這些是導致不同潤滑油產品需求產生的原因。”

重負荷需求的影響

道路車輛潤滑油的發展可能會帶動相關方面的發展，講到潤滑油最終功效特性，其他行業需求可能也將產生如此多的影響。

例如，根據來自伊利諾伊州皮奧里亞負責D02相關工作的委員會的官員、Caterpillar公司的流體工程學技術專家Hind Abi-Akar的說法，ASTM的重負荷柴油發動機油標準是為所有發動機制定的。這些標準對重負荷非道路產品也非常重要，Caterpillar公司制造如推土機、挖掘機等重型機械。

重負荷型機械的潤滑油需求特殊。“在應用中，典型的是用低速發動機配高負重發動機”，Abi-Akar說：“試想，一輛礦用卡車將350噸或400噸貨物運出煤礦，潤滑油必須支撐如此大的負重。無論潤滑油用在吊環、活塞還是其他主要承重部位，潤滑油都被擠壓成非常薄的膜，保持金屬與觸面的直接接觸，同時使設備完成負重任務。這對潤滑油黏稠度和穩定性的要求都遠高于汽車用潤滑油。”

Abi-Akar強調，ASTM在美國石油學會（American Petroleum Institute）、美國發動機制造商協會（Engine Manufacturers Association）以及其他組織共同制定的技術規范的支持下，制定了潤滑油標準。她說：“說到重負荷非道路柴油機械，Caterpillar公司在確保其產品滿足相關要求方面有很強的發言權。該技術規范必須覆蓋所有非道路和道路機械的需求，因為顧客不能有多種油品去滿足他們可能用到的機械的不同需求。”

隨著對效率效益的考慮，道路車輛和重負荷機械領域對低黏稠度油品的需求也不斷增長。Abi-Akar認為，“近期開發出的兩種重負荷柴油發動機油第一次對道路車輛和非道路機械設備進行了區分”。她還補充，Caterpillar公司“還沒有推薦新的、低濃稠度的、高溫、高剪切力的油品，比如API FA-4，用于他們自己的產品。”

應對計算非道路機械效率方面的挑戰，還有很多事情要做。道路車輛的工作負荷和運作周期是相對一致的，但是計算非道路機械設備的效率更加困難，這需要以一定的工作數據，被運送物質的數量或類似因素為基礎。”她講道：“僅測量發動機效率會產生錯誤的機械總體最佳效率。”

在用油測試對很多行業至關重要

實踐性高、用戶驅動的機械測試方法，涉及在用潤滑油測試實踐，該領域有ASTM標準的支持。D02覆蓋了很多潤滑油在用測試方法，所有這些方法都是被用來幫助用戶了解適合使用什么特性的油品。比如，負責重負荷發動機油品相關工作的分委會（D02.B0.02），專注于測試為評估用于高負荷油品提供方法的標準。

“潤滑劑是礦井里的金絲雀”，Abi-Akar講道：“例如，如果潤滑油中的金屬磨屑或廢物增多，就意味著發動機或部件有問題，需要解決。”定期的在用油測試有助于工作人員發現油品特性的變化，如果需要，要采取措施將油品質量維持在預期水平。

有時需要換潤滑油。有時可采取“排放—灌入”措施，即將在用油排干凈，換上新的油品。

另外，為避免與潤滑油相關的錯誤發生，在用油測試有助于延長機械的運行時間，避免或延遲某些維護任務；對于某些重負荷機械設備，還可以改善設備的耐久性能，和最大化地提升設備的再出售價值。

在用油測試正在被廣泛地應用于其他行業。

在某些重要領域，如對于發電設備，在用油測試發揮著尤其重要的作用。在亞利桑那州的Palo Verde核電站，可靠性測試工程師Bryan Johnson監測所有設備，特別是渦輪發動機的潤滑油工作狀況。他稱ASTM為“該領域標準的行業領導者——將該領域的其他組織遠遠地甩在后面。”以他們的設備設施為基礎的現場實驗室，借助于ASTM標準和參與該領域相關新標準的制定，來幫助他們的工作。

“我們在很多年前建立的實驗室非常有用，”ASTM負責制定在用潤滑油測試和工作狀況監測服務分委會（D02.96）的負責人Johnson講道：“事實上，我在ASTM就是這樣工作的”。在他職業生涯的早期，他負責一個建立監測潤滑油狀態的實驗室項目，但是當時他找不到指導測試的標準。

“我發現只有非常少的商業測試實踐是標準化的，”他解釋道：“那時候，多數潤滑油標準都是關注質量控制、市場和幫助將信息傳遞給消費者的技術規范。這種測試方法，與解決正被用在設備上的潤滑油的測試問題的在用油測試非常不一樣”，他補充道：“在設備按預期性能運作且以可接受的方式工作，在用潤滑油測試需要數據來確定這些油是如何消耗的。”

1999年，Johnson與同事發起成立了D02.96，并在狀態監控領域發揮了非常重要的作用，為數據質量提供了基礎。該分委會幫助Johnson和其他人從在用潤滑油測試中獲得了更多更重要的數據。

例如：在用潤滑油測試，不僅可以為設備的潛在問題提供提示（像磨屑），它還能顯示潤滑油開始使用后的壽命狀態——添加劑的消耗情況和黏稠度的變化情況。這些信息可以提供工作趨勢線索，也可與設定使用情境下的維護要求進行比較。

費城Chemtura集團是潤滑劑添加劑和該領域相關液體的供應商。其工業和發電原始設備制造商聯絡員Salvatore Rea認同Johnson的說法。

“潤滑油一旦被用在機器上，就開始發生變化，就不再是同一種液體了，”他講道：“‘新鮮’液體這個概念就成為過去時了。” 液體從新鮮到在用的轉變，使“整個行業進入了狀態監控和維護。”

制定ASTM渦輪機油標準的分委會（D02.C）負責人Rea認為在用油測試對發電廠的渦輪機很重要，“這是由于渦輪機的運作溫度遠高于汽車發動機的等原因，”他講道。

“對于渦輪機，潤滑油可保護其軸類部件在高速運轉和高溫情況下的耐受力。因為我們生活在一個有氧和水的星球上，”他補充道：“這些侵入性的成分有它們進入的方式。所以渦輪機油必須有良好的抗氧化和抗水解性。”它們必須是特殊配方，以使其他污染物的降解作用最小。

他補充說：“問題是，如何添加正確的添加劑來提升穩定性，提升原始油對抗降解的影響。”

D02.96專注于解決這方面的問題，帶動ASTM其他重要標準的制定。包括測量在用渦輪機潤滑油生成不可消退色油體的方法標準（D7843），和測量蒸汽渦輪機油氧化穩定性標準（D2272）。該分委會的工作是制定和更新風力渦輪機、柴油和壓縮機油方面的標準和技術規范。

明顯地，D02.96也致力于在用油脂測量方法方面的工作。“觸提試驗是最重要的油脂測量方法之一，可以測量油脂的穩定性，”Johnson講道：“該測試方法的問題是它需要體積為網球大小的量的油脂，我們的設備很少能滿足在運作中有這么大量的油脂。”他補充道：“當前標準在應用在用油脂狀態監控領域的適用范圍是有限的，所以我們正在做這方面的努力。”

保持在最前沿

終端用戶對成熟狀態監控技術的興趣不斷增長，毫無疑問，ASTM成員期望在這一領域獲得更大進展。“我們經常發現在潤滑油領域改進測試方法和標準的挑戰與機會，” Rea認為：“我們期待新的測試方法和標準產生。”

他談到標準D1401涉及的有關工作，是測試石油油料或脫水合成流體的性能，也就是油水抗乳化作用，對多數工業油品來講，這是一項重要的性能。“我們有一個工作組致力于探討，如何將流體測試的最終表現特征化并以報告的形式呈現，”他講道：“這項工作是復雜的，因為在油品脫水階段，有時無法做到徹底分離，最終的結果會截然不同。所以我們通過對不同類型乳化劑的分級和說明提供指南，來改進當前的測試方法。”

其他在檢查中的測試包括D665，測量銹（在用油品的另一種不受歡迎的成分）的量，它生成于暴露在油水混合物中的鋼拉桿。改善此狀況的一項提議是采用光學方法確定銹的累積，而不是僅依靠眼睛。

世界需要各種不同形態的潤滑劑，ASTM標準及測試方法將指導潤滑劑的應用。

（原文標題：Well-Oiled Machines,作者：RICK CARTER，譯自ASTM官網）