运转正常的机械

译 / 常俪

海外视角

运转正常的机械

译 / 常俪

作为机械设备运作必需的物质，润滑剂以及指导和测量其工作效率的标准，支持着全球的机械化需求。

发动机、涡轮机和很多其他类型的机械设备，离开润滑油将无法运转——最严重的情况是，转动部件之间的摩擦和产生的热量会使部件停止工作，甚至导致其互相分离。

保护机械设备免受摩擦和其产生热量损害的需求，使全球润滑剂产品市场在2015年达到大约1160亿美元的规模。由相关研究者和实践者组成的全球性工作团队，致力于通过改进润滑剂提升机械设备的可靠性和工作效率、降低其运行成本。ASTM一直处在为润滑剂制造商、测试者和使用者制定标准领域的最前沿。从1904年至今，石油制品、液体燃料和润滑油委员会（D02）制定了220项润滑油方面的专业标准和测试方法。

尽管该委员会将润滑油定义为“加在或涂抹在两个表面上、用于减少摩擦的物质”，传统油品和油脂获得的关注仍是最多。但是与D02在燃料方面的标准一样，与润滑油有关的标准也发挥着重要作用。为确保润滑油产品完美地发挥其效用，产品在投入使用之前，要经过无数次的研究和测试。

汽车工业：关键驱动力

也许，没有哪个行业比全球汽车工业，与提升润滑油技术的联系更加紧密了。发动机油是汽车制造商提升燃料效率而考虑改进的首要目标。例如，新发动机的设计，将需要黏稠度更低的油品。但是，汽车制造商们必须首先确保这些油品，在运行中发挥与被替代油品等同的功效。

他们必须降低摩擦和减少对转动物体的缓冲部件、冷却轴承和其他发动机部件的磨损，防止生锈与腐蚀，还要通过分解和消散损耗物质保持相关部件表面清洁。ASTM国际测试监控中心监控测试润滑油严格程度、精确度和标准化方面的特性。该中心负责人Frank Farber认为，“这里没有小任务”。

Farber强调，当前ASTM负责汽车润滑油方面工作的分委会（D02.B），正在进行一项重要周期性测试，旨在解决制造商的客车发动机油类润滑油需求。

针对2018年的汽车型号，该新分类将被用于评估一系列的低浓稠度油品，如0W-16——一种很轻的，已经被一些亚洲汽车制造商使用但未被美国汽车使用的产品。因此，位于宾夕法尼亚州匹兹堡市的测试监控中心，正在积极支持分布于各地的约30个测试。Farber指出：“测试结果将用来确定每个研发出来的产品的效用。”

更好的燃油经济性可以通过使用轻型油品实现，因为它们流动起来更容易，还能够减少转动部件的阻力。例如，与普通的枫糖浆状的10W-30型油相比，0W-16型油的黏稠度更似食用油，Farber讲道。他还补充说，黏稠度更低的油品，如0W-12和0W-8可用于无线电探测器。

同时，根据Farber的观点，轻型油品也面临一些挑战，比如降低了转动物表面之间油膜厚度，甚至是发动机的爆震表现。为了评估这些问题，分委会正在研究几种新的测试方法，包括由福特公司赞助的低速预点火测试，该方法是为了解决轻型油品，因其在四冲程循环中存在，潜在地引发过早点火而导致发动机爆震的问题。

该测试非常重要。Farber讲道：“制造商们正倾向于直喷发动机，因为涡轮增压发动机不能像自然吸气式发动机和低压缩发动机一样，可以在同一温度和压力下运作。现在即便是福特F150皮卡车也是采用涡轮增压发动机，所有这些是导致不同润滑油产品需求产生的原因。”

重负荷需求的影响

道路车辆润滑油的发展可能会带动相关方面的发展，讲到润滑油最终功效特性，其他行业需求可能也将产生如此多的影响。

例如，根据来自伊利诺伊州皮奥里亚负责D02相关工作的委员会的官员、Caterpillar公司的流体工程学技术专家Hind Abi-Akar的说法，ASTM的重负荷柴油发动机油标准是为所有发动机制定的。这些标准对重负荷非道路产品也非常重要，Caterpillar公司制造如推土机、挖掘机等重型机械。

重负荷型机械的润滑油需求特殊。“在应用中，典型的是用低速发动机配高负重发动机”，Abi-Akar说：“试想，一辆矿用卡车将350吨或400吨货物运出煤矿，润滑油必须支撑如此大的负重。无论润滑油用在吊环、活塞还是其他主要承重部位，润滑油都被挤压成非常薄的膜，保持金属与触面的直接接触，同时使设备完成负重任务。这对润滑油黏稠度和稳定性的要求都远高于汽车用润滑油。”

Abi-Akar强调，ASTM在美国石油学会（American Petroleum Institute）、美国发动机制造商协会（Engine Manufacturers Association）以及其他组织共同制定的技术规范的支持下，制定了润滑油标准。她说：“说到重负荷非道路柴油机械，Caterpillar公司在确保其产品满足相关要求方面有很强的发言权。该技术规范必须覆盖所有非道路和道路机械的需求，因为顾客不能有多种油品去满足他们可能用到的机械的不同需求。”

随着对效率效益的考虑，道路车辆和重负荷机械领域对低黏稠度油品的需求也不断增长。Abi-Akar认为，“近期开发出的两种重负荷柴油发动机油第一次对道路车辆和非道路机械设备进行了区分”。她还补充，Caterpillar公司“还没有推荐新的、低浓稠度的、高温、高剪切力的油品，比如API FA-4，用于他们自己的产品。”

应对计算非道路机械效率方面的挑战，还有很多事情要做。道路车辆的工作负荷和运作周期是相对一致的，但是计算非道路机械设备的效率更加困难，这需要以一定的工作数据，被运送物质的数量或类似因素为基础。”她讲道：“仅测量发动机效率会产生错误的机械总体最佳效率。”

在用油测试对很多行业至关重要

实践性高、用户驱动的机械测试方法，涉及在用润滑油测试实践，该领域有ASTM标准的支持。D02覆盖了很多润滑油在用测试方法，所有这些方法都是被用来帮助用户了解适合使用什么特性的油品。比如，负责重负荷发动机油品相关工作的分委会（D02.B0.02），专注于测试为评估用于高负荷油品提供方法的标准。

“润滑剂是矿井里的金丝雀”，Abi-Akar讲道：“例如，如果润滑油中的金属磨屑或废物增多，就意味着发动机或部件有问题，需要解决。”定期的在用油测试有助于工作人员发现油品特性的变化，如果需要，要采取措施将油品质量维持在预期水平。

有时需要换润滑油。有时可采取“排放—灌入”措施，即将在用油排干净，换上新的油品。

另外，为避免与润滑油相关的错误发生，在用油测试有助于延长机械的运行时间，避免或延迟某些维护任务；对于某些重负荷机械设备，还可以改善设备的耐久性能，和最大化地提升设备的再出售价值。

在用油测试正在被广泛地应用于其他行业。

在某些重要领域，如对于发电设备，在用油测试发挥着尤其重要的作用。在亚利桑那州的Palo Verde核电站，可靠性测试工程师Bryan Johnson监测所有设备，特别是涡轮发动机的润滑油工作状况。他称ASTM为“该领域标准的行业领导者——将该领域的其他组织远远地甩在后面。”以他们的设备设施为基础的现场实验室，借助于ASTM标准和参与该领域相关新标准的制定，来帮助他们的工作。

“我们在很多年前建立的实验室非常有用，”ASTM负责制定在用润滑油测试和工作状况监测服务分委会（D02.96）的负责人Johnson讲道：“事实上，我在ASTM就是这样工作的”。在他职业生涯的早期，他负责一个建立监测润滑油状态的实验室项目，但是当时他找不到指导测试的标准。

“我发现只有非常少的商业测试实践是标准化的，”他解释道：“那时候，多数润滑油标准都是关注质量控制、市场和帮助将信息传递给消费者的技术规范。这种测试方法，与解决正被用在设备上的润滑油的测试问题的在用油测试非常不一样”，他补充道：“在设备按预期性能运作且以可接受的方式工作，在用润滑油测试需要数据来确定这些油是如何消耗的。”

1999年，Johnson与同事发起成立了D02.96，并在状态监控领域发挥了非常重要的作用，为数据质量提供了基础。该分委会帮助Johnson和其他人从在用润滑油测试中获得了更多更重要的数据。

例如：在用润滑油测试，不仅可以为设备的潜在问题提供提示（像磨屑），它还能显示润滑油开始使用后的寿命状态——添加剂的消耗情况和黏稠度的变化情况。这些信息可以提供工作趋势线索，也可与设定使用情境下的维护要求进行比较。

费城Chemtura集团是润滑剂添加剂和该领域相关液体的供应商。其工业和发电原始设备制造商联络员Salvatore Rea认同Johnson的说法。

“润滑油一旦被用在机器上，就开始发生变化，就不再是同一种液体了，”他讲道：“‘新鲜’液体这个概念就成为过去时了。” 液体从新鲜到在用的转变，使“整个行业进入了状态监控和维护。”

制定ASTM涡轮机油标准的分委会（D02.C）负责人Rea认为在用油测试对发电厂的涡轮机很重要，“这是由于涡轮机的运作温度远高于汽车发动机的等原因，”他讲道。

“对于涡轮机，润滑油可保护其轴类部件在高速运转和高温情况下的耐受力。因为我们生活在一个有氧和水的星球上，”他补充道：“这些侵入性的成分有它们进入的方式。所以涡轮机油必须有良好的抗氧化和抗水解性。”它们必须是特殊配方，以使其他污染物的降解作用最小。

他补充说：“问题是，如何添加正确的添加剂来提升稳定性，提升原始油对抗降解的影响。”

D02.96专注于解决这方面的问题，带动ASTM其他重要标准的制定。包括测量在用涡轮机润滑油生成不可消退色油体的方法标准（D7843），和测量蒸汽涡轮机油氧化稳定性标准（D2272）。该分委会的工作是制定和更新风力涡轮机、柴油和压缩机油方面的标准和技术规范。

明显地，D02.96也致力于在用油脂测量方法方面的工作。“触提试验是最重要的油脂测量方法之一，可以测量油脂的稳定性，”Johnson讲道：“该测试方法的问题是它需要体积为网球大小的量的油脂，我们的设备很少能满足在运作中有这么大量的油脂。”他补充道：“当前标准在应用在用油脂状态监控领域的适用范围是有限的，所以我们正在做这方面的努力。”

保持在最前沿

终端用户对成熟状态监控技术的兴趣不断增长，毫无疑问，ASTM成员期望在这一领域获得更大进展。“我们经常发现在润滑油领域改进测试方法和标准的挑战与机会，” Rea认为：“我们期待新的测试方法和标准产生。”

他谈到标准D1401涉及的有关工作，是测试石油油料或脱水合成流体的性能，也就是油水抗乳化作用，对多数工业油品来讲，这是一项重要的性能。“我们有一个工作组致力于探讨，如何将流体测试的最终表现特征化并以报告的形式呈现，”他讲道：“这项工作是复杂的，因为在油品脱水阶段，有时无法做到彻底分离，最终的结果会截然不同。所以我们通过对不同类型乳化剂的分级和说明提供指南，来改进当前的测试方法。”

其他在检查中的测试包括D665，测量锈（在用油品的另一种不受欢迎的成分）的量，它生成于暴露在油水混合物中的钢拉杆。改善此状况的一项提议是采用光学方法确定锈的累积，而不是仅依靠眼睛。

世界需要各种不同形态的润滑剂，ASTM标准及测试方法将指导润滑剂的应用。

（原文标题：Well-Oiled Machines,作者：RICK CARTER，译自ASTM官网）