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在线监测机油实时黏度和其100℃参考温度时黏度转化

时间:2019-01-04 14:37:36          来源:

(1.  海军装备研究院,北京 100161;2. 河南机电学校  河南郑州,451191. 3. 深圳市先波科技有限公司 深圳 518057) 摘要:柴油机机油黏度实时在线监测是设备状态监测与故障诊断的重要发展方向,实际应用中,在线监测到的实时黏度需要通过机油的黏温曲线换算成标准100°C参考温度时的黏度。而且机油的黏温曲线随着油液的污染在动态变化。本文通过对不同污染度的机油黏温关系的实验,分析了机油污染对其黏温曲线的影响规律,并提出一种将实时黏度转换为标准100°C参考温度时的黏度的一种计算方法。 关键词: 在线监测;机油黏度;黏温曲线;黏温方程 On-line  Monitoring Oil real-time viscosity and its viscosity transformation at100 C° Liu Qiang1   Zhao xiao 2    Zhang Feng3 ( 1, Naval academy of armament, Beijing 100161, China; 2. Henan Mechanical Electrical Secondary School, Henan Zhengzhou,451191 China; 3 , Frontwave Technology Inc., Shenzhen, 518057 China;) Abstract: Diesel engine oil viscosity real-time online monitoring is a very important direction to the equipment condition monitoring and fault diagnosis, in the practice application, the real-time viscosity of the oil need to convert the standard viscosity which the temperature is 100 C by the oil viscosity-temperature curve.  Also the oil viscosity-temperature curve is dynamic change with the contamination. Based on the different contamination oil viscosity-temperature experiment and analysis, this paper poses a calculate method which convert the real-time viscosity to the standard the standard viscosity which the temperature is 100 C.Keyword: on-line monitoring; oil viscosity; viscosity-temperature curve; viscosity-temperature equation 黏度是衡量机油润滑能力的一个重要指标。当机油经过被润滑的运动副表面时,局部的高温高压会使机油氧化,同时各种杂质的掺入也会降低机油的流动性,导致黏度升高。因此,实时监测机油的黏度变化能反映机油的质量状态及剩余寿命【1】【2】。实际应用中,在线监测的机油黏度是某一工况温度下的实时黏度,而目前国标规定的柴油机机油的换油标准是依据100°C参考温度时的机油运动黏度做出的,因而需要把在线监测的机油实时黏度换算成100°C参考温度时的运动黏度。通常的方法是根据给定的或者实验所得的机油黏温曲线方程来换算。柴油机机油的污染形式通常是金属磨粒、氧化物、油泥、结碳、水分、沉淀物、燃油以及氢、氯、热、电、空气等造成的污染。油液污染后其物理或化学性能都会发生变化,特别是黏温曲线随着油液污染度的增加而变化,如果仅依据一个确定的黏温方程将实时监测的机油黏度换算成100°C参考温度时的运动黏度值,误差将会很大,不能满足实际应用的要求。本文就润滑过程常见的氧化污染,柴油混入机油中等现象对黏温方程的影响进行了实验室实验,并对整个齿轮疲劳磨损实验过程不同时期的油样的黏温方程进行了测定。分析了机油的黏温方程随着油液的氧化和外来污染的变化规律,提出一种将任意温度下的实时黏度转换为标准100°C参考温度时的黏度的一种简易计算方法。 1 黏温方程确定1.1黏温方程选择考虑到黏温关系模型较多,为了便于计算和通用,本文采用美国材料与试验协会ASTM(American Society for Testing and Materials Petroleum Products) 的标准ASTM D341等的液体石油产品黏度-温度关系曲线图采用的Walther公式:

上式中,n:机油运动黏度(mm2/s);T:机油温度(°C);a、b为常数。1.2  黏温方程中a、b确定方法(离线测试确定,可作为参考)1) 取任何1种机油样,测定恒温T1 的运动黏度:n1(mm2/s),根据式(1),有:

2) 升温机油样,测定恒温T2 的运动黏度:n2(mm2/s),根据式(1),有:

3)联解方程(2)、(3)即可求得黏温方程系数a、b,从而得到被测试机油黏度与温度关系。2 试验方法本实验采用选定的实验油样,按照GB/T265-88规定的方法,通过测试实验油样在不同温度下的运动黏度数据来反映机油黏温曲线的的变化规律。试验油样如表1所示:

3 试验结果与讨论实际应用中,柴油机冷却水和燃油时常泄露而造成机油黏度下降,因此实验过程中在柴油中混入机油,检验由此引起的机油黏度下降对其黏温曲线的影响。图1显示的是机油黏度下降对其黏温曲线的影响,图2显示的是柴油机机油污染后对机油黏温曲线的影响,图3显示的是齿轮油在齿轮疲劳磨损实验过程不同时期对其黏温曲线的影响,




根据以上图中机油黏度随温度变化关系,各时刻按照Walther公式拟合,拟合相关系数平方R2优于0.999。从图1中可以看出,当污染使得机油黏度下降时,其黏温曲线向下逐步偏离标准的黏温曲线(新油),且在小于40ºC偏差较大,100ºC偏差较小。既:当温度升高时,污染后的机油黏温曲线与标准黏温曲线的偏差逐渐减小。从图2、3中可以看出,当污染使得机油黏度增加时,其黏温曲线向上逐步偏离标准的黏温曲线(新油),且在小于40ºC偏离较大,100ºC偏离较小。既:当温度升高时,污染后的机油黏温曲线与标准黏温曲线的偏差逐渐减小。4 在线测试黏度值转换为100°C参考温度时的黏度算法(用于在线黏度变化计算机编程)由于在线监测过程中,考虑机油黏度变化远远大于机油密度变化,在线测试黏度值转换过程中,把被测试机油的密度作为定值,通常机油密度r=0.7~1.2g/cm3,矿物油密度的典型值为0.85 g/cm3。(1) 在线黏度监测装置在温度传感器测得温度T1时的运动黏度值Vt1(mm2/s),根据式(1),得到第一组黏温方程,如下式(4):

(2)当在线黏度监测装置第2次记录温度为T2时的运动黏度值Vt2(mm2/s),根据式(1),得到第二组黏温方程,如下式(5):

(4) 根据方程(6),代人T=100°C,即可计算得到机油在改油质状况下的100°C参考温度时的运动黏度值V1(5) 当在线黏度监测装置第3次记录温度为T3时的运动黏度值Vt3(mm2/s),再根据式(1),得到第三组黏温方程,如下式(7):


(6) 联解方程(5)和(7),得到第二组a、b常数值a2、b2,方程如下


(7) 根据方程(8),代人T=100°C,即可计算得到机油在改油质状况下的100°C参考温度时的运动黏度值V2(8) 同样的方法,以此类推。表2 记录的是在温度80±0.1℃时,机油中混入不同比例的柴油,使用深圳市先波科技有限公司FWS-2在线粘度传感器测的实时粘度和根据ASTM黏温方程计算为100°C参考温度黏度以及按照GB/T265-88规定方法的实测油样100°C温度下的运动黏度数据。结果误差不大于±1 mm2/s,验证了提出的计算方法具有很好的准确性,可以满足在线监测机油黏度的使用要求。
表2 实时黏度转换成100°C参考温度时的黏度数值和实测数据比较

5 结论通过上述实验表明,机油黏温曲线随着机油液污染的增加而逐步偏离标准黏温曲线,当污染使得机油黏度下降时,其黏温曲线逐步向下偏离标准的黏温曲线;当污染使得机油黏度增加时,其黏温曲线逐步向上偏离标准的黏温曲线;而且污染的机油随着温度的升高,其黏温曲线偏离标准黏温曲线的偏差量逐步减少。实验结果表明,本文提出的将任意温度下的实时黏度转换为标准100°C参考温度时的运动黏度的计算方法简单、准确、可靠,可以满足在线实时监测机油黏度装置的应用。  1. 李树生,万德玉.中高速大功率柴油机故障诊断与排除[M]。远方出版社, 20032. 李生华, 金元生. 以机器状态为目的的油液分析原理[J], 设备维修与管理, 1999, (5):21-25 作者简历:刘强(1978-)。山东临沂人 博士, 工程师 主要研究方向为内燃机故障监测与诊断. 
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