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什么因素会影响润滑油的低温流动性?

国际金属加工网 2022年05月13日

低温流动性是指润滑油在低温下维持正常流动的能力,是润滑油一项重要的使用性能。在低温环境下,流动性差的润滑油对发动机启动,机械磨损,润滑系统散热及清洁等方面均会带来负面影响。

1润滑油低温流动性的重要意义

润滑油的低温流动性是指润滑油在低温下使用能否维持正常流动的能力。低温流动性是润滑油一项重要的性能,尤其对于严寒地区润滑油的选用极为重要。

润滑油低温流动性对其使用的影响主要体现在以下几个方面:

(1)对发动机启动的影响

润滑油的低温流动性差会造成机械设备在低温下启动困难。一般来说,润滑油黏度越小越有利于机械设备启动。但在低温条件下,润滑油的黏度大幅增加,工作阻力增大,容易造成机械设备启动困难。资料显示,一般活塞式发动机启动时润滑油的黏度不超过7600 mm2/s,齿轮传动装置启动时润滑油的黏度不超过162 000 mm2/s,因此严寒地区应当注意选用低温流动性较好的润滑油来保证发动机的启动。

(2)对机械磨损的影响

低温下润滑油的黏度增大,流动性变差,润滑油输送到摩擦表面的时间延长,摩擦表面之间直接接触的可能性增加,机械磨损也相应增加。低温流动性不足的润滑油在使用过程中流动缓慢甚至凝固,使得机械摩擦部件处于缺油状态,磨损更加剧烈。

发动机三分之二的磨损来自于启动阶段,若润滑油的低温流动性差,发动机在低温下启动困难,再次启动时磨损也会增大。

(3)对润滑系统的影响

低温下润滑油黏度增加,流动阻力变大,会造成低温润滑系统供油困难。为了提高润滑油的供应量,润滑系统的压力也会增大,当压力增大到一定程度时可能损坏润滑系统中的管路接头等部件。

(4)其他影响

除了润滑,润滑油还担负清洁、散热﹑密封及减振等作用。低温流动性差的润滑油在低温润滑系统中的循环速度变慢,这一方面会减慢润滑部位的冷却散热速度,使摩擦部件出现局部高温;另一方面不利于及时清洁产生的金属磨屑、积炭及油泥等,对润滑油的使用带来一定的负面影响。

2 润滑油低温流动性差的原因

润滑油在低温下失去流动性的主要原因可分为两个方面,一是黏度增加导致的黏温凝固;另一个是蜡结晶造成的结构凝固。

(1)黏温凝固

温度对润滑油黏度的影响非常明显,如20号航空润滑油在10 ℃时的黏度是50℃黏度的20倍。在低温下,润滑油分子的动能降低,分子间的距离减小,吸引力增大,从而使黏度增加,这种在低温下因润滑油黏度过高导致润滑油失去流动性的现象被称为黏温凝固。此时润滑油并非是真正凝结成固体,而是黏稠的膏状,表观上表现为不能流动。

润滑油的黏温凝固与润滑油本身的黏度以及黏温性能有关。对于高黏度油,由于其本身具有较高的黏度,在低温下更容易因黏度过大而失去流动性。

润滑油的黏温性能也对其黏温凝固有重要影响,黏温性能好的润滑油,黏度随温度的变化较缓,可在一定程度上缓解润滑油“凝固”。

(2)结构凝固

润滑油中的蜡在低温下会结晶析出,首先产生少量极细微的结晶,随着温度进一步下降,结晶数量增多并连成三维网状骨架结构,将润滑油吸附在网状骨架内,使润滑油失去流动性,这种现象称之为结构凝固。结构凝固时润滑油也并非全为固体,而是处于固液相共存的混合状态。

润滑油结构凝固主要与组分中的蜡有关。润滑油中的蜡为长碳链的正构烷烃、异构烷烃以及长侧链的环烃等,凝点高且与其他烃的相容性低,低温下容易结晶析出,形成网络骨架结构。

在润滑油生产中尽量地除去蜡成分是减少结构凝固的重要方法,在润滑油中添加降凝剂也可在一定程度上破坏结构凝固,从而改善润滑油的低温流动性。

3润滑油低温流动性的评定指标

润滑油低温流动性的评定指标主要涉及凝点、倾点、低温黏度以及边界泵送温度。

(1)凝点

润滑油的凝点表示润滑油失去流动性的卓越温度。润滑油的凝点按照《石油产品凝点测定法》:GB/T 510—1983(1991)方法进行测定。

润滑油一般为混合物,并没有明显的凝固温度,到达凝点时,仍同时包含了固态和液态的组分,并非完全凝固,因而凝点只是定性地反映润滑油低温流动性的好坏。

润滑油的※低使用温度应比凝点高5℃~7 ℃。

(2)倾点

润滑油的倾点是指在规定条件下,被冷却的润滑油能够流动的※低温度,按照《石油产品倾点测定法》:GB/T3535—1983(1991)方法进行测定。

凝点和倾点都是润滑油低温性能的评价指标,通常倾点比凝点高2 ℃~3 ℃,润滑油的低温性能常选其中一项进行测定。

(3)低温黏度

凝点和倾点只能定性地反映润滑油低温流动性的好坏,而润滑油在低温下的流动性究竟如何,则通常采用低温黏度来表示。

低温黏度与机械设备的润滑状态息息相关。对于航空涡轮发动机而言,在低温条件下,如果润滑油黏度达到5000 mm2/s时就难于喷射,供油缓慢,黏度达到11 000 mm2/s时,发动机启动困难,而当黏度达到20 000 mm2/s时,润滑油就会停止流动。因此,为了保证航空发动机能够安全可靠地运行,通常对航空润滑油的低温黏度都有要求,例如美军《航空涡轮发动机合成润滑油性能规范》:MIL一L-23699C标准就规定航空发动机油-40℃运动黏度不大于13 000 mm2/s。

测定润滑油黏度的方法较多,常用的有《石油产品运动黏度测定法和动力黏度计算法》:GB/T265—1988(2004)方法。该方法采用毛细管黏度计,用于测定常温黏度及低温黏度,但测定的润滑油必须是牛顿流体。

对于多级油以及在低温下会出现固相的润滑油,其流变特性为非牛顿流体,毛细管黏度计法不再适用,此时应测定其表观黏度来表征润滑油的流动性。

润滑油的表观黏度通常采用旋转黏度计来测定,国内是用《发动机油表观黏度测定法(冷启动模拟机法)》:GB/T6538——2000方法进行测定,国外是用《发动机润滑油低温表观黏度测定法(冷启动模拟机法)》:ASTM D2602方法进行测定。

(4)边界泵送温度

润滑油刚开始流动时所需的剪切应力称为屈服应力,将能使润滑油流到滤网入口的※大屈服应力称为临界屈服应力。一般认为润滑油的屈服应力应小于35 Pa,超过临界屈服应力时空气可能进入油泵造成油压不稳。在一定剪切速率下,润滑油能顺利流到油泵的※大黏度称为临界黏度,一般发动机油的临界黏度应小于30 Pa·s才能保证油泵正常供油。发动机油规范中将润滑油达到临界屈服应力(35 Pa)或临界黏度(30 Pa·s)的温度称为边界泵送温度,在该温度以上油泵才能将润滑油连续顺利地输送到润滑系统中。

我国边界泵送温度按照《发动机油边界泵送温度测定法》:GB/T9171——1988方法进行测定,该方法等效于《发动机润滑油边界泵送温度测定法》: ASTM D3829方法。

润滑油边界泵送温度测定主要针对内燃机润滑油,其他润滑油通常不要求测定边界泵送温度。

(昆联工业润滑油 )

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