滑动轴承无法承受之润滑油漆膜危害及检测方法

摘要:润滑油漆膜(漆状物)是一种薄而坚硬,有光泽,有不溶性的沉积物,由有机残留物组成。其颜色从浅棕色、棕色至棕褐色,由于其外表酷似防腐漆的漆膜而得名。漆膜在使用一段时间的工业机械设备油液中普遍存在。见图1

以下文章来源于机泵与轴承 ,作者Bearing Enabler机泵与轴承.

让合适轴承无忧运行在需要的设备中

润滑油漆膜(漆状物)是一种薄而坚硬,有光泽,有不溶性的沉积物,由有机残留物组成。其颜色从浅棕色、棕色至棕褐色,由于其外表酷似防腐漆的漆膜而得名。漆膜在使用一段时间的工业机械设备油液中普遍存在。见图1

图1:附着在设滑动轴承上的漆膜

区分油泥与漆膜:

油泥(Oil sludge):润滑油中各种具有不溶解性或半溶解性的污染物(包括固体污染物、胶体、水、基础油老化产物、添加剂降解产物等)形成的污泥状不定形的,颜色差异很大的混合物。漆膜(Oil Varnish):润滑油组分老化后形成的高分子聚合物,在润滑油中的溶解度较低,达到饱和状态时,能够沉积在金属的表面,形成油漆状外观的一类混合组分。

近些年在润滑油管理中,漆膜越来越引起重视,因为它对设备运行安全会造成一些危害。在使用一段时间后的机械设备油当中,普遍都会存在漆膜的现象。

1、漆膜特性

外形尺寸特别的小,基本上就在1μm甚至更小。常规过滤技术难以去除。见图2具有极性,容易吸附在金属的表面上。这个就更容易对这个摩擦面造成危害。漆膜在润滑油中有饱和度,当润滑油中的漆膜浓度达到饱和时,才沉积到润滑剂途经的各表面。漆膜具有一定可逆性,温度低时,会析出,沉积沉积在途经的各表面。温度高时,会溶解在润滑剂中。

图2:大部分润滑油的污染物(漆膜)属于纳米级

2、漆膜的形成机理

2.1、油品高温氧化

在润滑油使用过程中,尤其是在高温、高压条件下,油品与氧气反应,生成过氧化物如羧酸、酯、醇等。这些过氧化物进一步缩聚反应,生成高分子量的聚合物,如:漆膜和油泥。

2.2、油液“微燃烧”

液压油中通常溶解一定量的空气(小于8%),当超过这一极限时,进入油液的空气以悬浮形式存在。当液压油从低压区被泵入高压区,这些悬浮的小气泡被急剧压缩,导致油液微区温度迅速升高,有时甚至达到1100°C,造成油液微区绝热“微燃烧”,生成极小尺寸的不溶物。

2.3、静电放电

如果油液经过很小的间隙如阀芯、精密滤芯时,分子间内摩擦产生静电,累积后突然放电,产生10000°C以上的微区高温,导致油液氧化。这些因素共同作用,导致润滑油中形成漆膜,这些漆膜具有极性,容易吸附在金属表面上,对设备的运行安全造成潜在危害。

漆膜一旦产生,就会快速发展!

润滑油油温越高,产生漆膜速度越快!

润滑油杂质越多,产生漆膜速度越快!

3、漆膜的监测/检测方法

漆膜倾向指数的检测主要通过膜片比色法进行。测试方法为ASTMD7843—《膜片比色法测定在用透平油中不溶性有色物质的标准方法》,具体步骤包括:

‌取样‌:按照标准方法取至少60mL的代表性样品,建议取120mL以确保数据的可靠性。取样时应尽量在设备运行过程中进行,或在停机后油温尚未下降时进行。

‌前处理‌:将样品加热至60℃~65℃并保持24小时±1小时,然后在室温、无紫外线的环境下储存72小时±4小时。

‌过滤‌:使用直径为47mm、孔径为0.45μm的硝基纤维素材料的微孔滤膜过滤样品,并用色差仪测量滤膜的颜色,结果用CIELAB色度中的ΔE值表示。

漆膜倾向指数等级标准:

图3:漆膜倾向指数的评定标准

漆膜倾向指数评价的是润滑油生成漆膜的风险,并非评价设备漆膜的生成情况。当润滑油漆膜倾向指数较高时,说明该油生成漆膜的风险较高,如不采取措施,继续使用在设备上形成漆膜的可能性很大。

目前降低油品漆膜倾向指数的最有效的方法是采用漆膜去除装置,将油中的漆膜极性分子通过物理或电化学的方法滤除,经过处理后油品的漆膜倾向指数会降低。

图4:斯凯孚物理与化学结合的漆膜去除装置

4、漆膜对设备及轴承的危害性:

4.1:对润滑系统的影响

漆膜会改变润滑间隙。在滑动轴承中,过厚的漆膜会减小轴承间隙,使轴颈与轴承之间的配合受到影响,可能导致局部摩擦增大,造成磨损加剧。

降低润滑性能。它会干扰正常的油膜形成,使得润滑油不能很好地在运动部件之间发挥润滑作用。例如:

齿轮传动中,漆膜的存在可能会让齿轮表面不能充分被润滑油覆盖,从而增加摩擦系数,产生更多的热量,甚至引起齿面胶合等严重的失效形式。润滑系统中,漆膜严重时会导致阀芯粘接到一起,造成操作不灵。

表1:机械零部件间隙(From Wear Control Handbook)

4.2:对散热的影响

漆膜是热的不良导体。在设备运行过程中,热量主要通过零部件和润滑油带走,而漆膜的存在会阻碍热量的有效传递,使得设备局部温度升高。例如:

在冷却系统中,如果在散热部件表面形成漆膜,会导致散热不畅,从而影响设备的性能和寿命,以及加速油品的氧化。

4.4:引起振动

不均匀的漆膜会导致设备运动部件受力不均匀,产生不平衡力,从而引起振动。如:

在高速旋转的电机转子的支撑轴承上,漆膜可能会使转子出现异常振动,进而影响电机的正常工作。

4.5:降低工作效率

由于漆膜增加了摩擦和能量损耗,设备需要更多的能量来克服这些额外的阻力,从而导致工作效率降低。例如:

液压系统中,漆膜会使液压元件动作迟缓,系统压力损失增加,整体工作效率大打折扣。

图4:附着漆膜的液压换向阀芯

5、漆膜监测的主要应用场景

目前漆膜倾向指数适用于对汽轮机油进行监测,即适用于水轮机、汽轮组和透平式压缩机等采用滑动轴承的高速运行的设备的在用油的监测,除此之外,也适用于部分螺杆式空压机油和液压油。

而齿轮油、在用发动机油、燃气轮机油、往复式空压机油等由于污染严重,油品颜色较深,漆膜倾向指数测试结果比较大,甚至会超出检测范围,因此不建议对这些油检测漆膜倾向指数。

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来源:电力机械工友圈一点号

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