最近很多企業(yè)前來咨詢泡沫特性的相關(guān)解決方案，今天花一些時間和大家分享一下有關(guān)油品泡沫測試的相關(guān)內(nèi)容，希望對大家日后的油品管理有所幫助。油品中泡沫超標(biāo)是一件非常嚴(yán)重的事情，必須引起重視。
目前，國內(nèi)大部分實驗室都在使用 ASTM D892 或 ISO 6247 （國內(nèi)為GB/T 12579）規(guī)定的“靜態(tài)”方法來確定油品形成表面泡沫的趨勢。該方法在24℃和93.5℃下將空氣通過多孔氣體擴散頭吹入油樣中產(chǎn)生泡沫，然后觀察表面泡沫的形成和衰減后的體積高度，以此判斷油品的泡沫特性。
然而，這種方法與現(xiàn)場實際情況存在顯著差異。此外，由于一些外部因素（例如該方法下使用的氣體擴散頭因不同材質(zhì)、孔徑、滲透率、有效期等均會對測試結(jié)果造成影響）也會導(dǎo)致結(jié)果的巨大差異。給用戶判斷設(shè)備或油品狀態(tài)帶來巨大困擾。
因此，因部分專業(yè)用戶要求，有部分實驗室開始采用“動態(tài)”的弗蘭德（Flender）泡沫測試方法。弗蘭德泡沫測試具有與實際條件緊密對應(yīng)的優(yōu)勢，特別是當(dāng)多種油類型或雜質(zhì)的組合導(dǎo)致齒輪中油起泡過多時，弗蘭德泡沫測試會產(chǎn)生特別有價值的信息。開發(fā)弗蘭德泡沫測試的原因就是通過目前普遍采用的“泡沫厚度”確定起泡趨勢的方法在實踐中的適用性有限。全球領(lǐng)先的變速箱或齒輪箱制造商在為他們的用戶推薦齒輪油之前，必須證明新油通過弗蘭德泡沫測試，這是國際公認(rèn)的測試方法。
該測試方法最初由 A. Friedr. Flender AG 用作內(nèi)部測試，用于評估工業(yè)齒輪油的起泡趨勢。該公司于 2010 年與西門子股份公司合并，并以西門子機械驅(qū)動的名義開始運營。如今，弗蘭德是集團的齒輪和聯(lián)軸器專家，“Flender”品牌名稱保留了下來。弗蘭德廣泛的產(chǎn)品組合涵蓋從單個組件到幾乎所有工業(yè)應(yīng)用的完整驅(qū)動系統(tǒng)。
現(xiàn)在，弗蘭德泡沫測試已根據(jù) ISO 12152進行了標(biāo)準(zhǔn)化。此外，西門子機械驅(qū)動也列出了經(jīng)西門子委托的審核批準(zhǔn)進行弗蘭德泡沫測試的實驗室。為了進行審核，獨立實驗室必須擁有必要的測試臺和訓(xùn)練有素的工作人員，必須經(jīng)過認(rèn)證或認(rèn)可，并且必須在標(biāo)準(zhǔn)化報告中發(fā)布測試結(jié)果。西門子機械驅(qū)動官方指定可以進行弗蘭德泡沫測試的實驗室在全球范圍內(nèi)非常少。
Flender泡沫測試的工作原理
弗蘭德泡沫測試旨在作為判斷油品（尤其是工業(yè)齒輪油）起泡趨勢的重要標(biāo)準(zhǔn)。弗蘭德和其他著名的變速箱制造商堅持將任何齒輪油的低泡趨勢包含在他們的推薦潤滑油清單中。該測試在國際上已經(jīng)非常成熟，但是國內(nèi)了解的用戶和使用該方案的用戶極少。
如果當(dāng)設(shè)備停止轉(zhuǎn)動后，泡沫仍能保持幾厘米厚且持續(xù) 30 分鐘以上，或者泡沫過于強烈以至于從通氣濾網(wǎng)和其他開口處溢出，就表明泡沫過多。過多的泡沫形成會因潤滑油膜中夾雜著小氣泡而嚴(yán)重降低齒輪齒面或軸承之間潤滑油膜的承載能力。
下面給大家簡單介紹一下弗蘭德泡沫測試的步驟。
準(zhǔn)備工作
弗蘭德測試裝置由一個帶有透明面板的封閉齒輪箱組成，面板上標(biāo)有以百分比為單位的刻度。一組外徑為54mm、模數(shù)為2mm的等尺寸齒輪安裝在兩個垂直軸的中間（水平齒輪）。
測試裝置首先清潔無殘留并干燥，測試用油樣在開始測試前靜置至少兩小時，以便任何夾帶的空氣可以逸出。
弗蘭德泡沫測試裝置
①. 將大約1,000ml的待測油樣倒入測試裝置中，直到達(dá)到水平齒輪的中間（玻璃刻度的0點），并加熱至室溫（25°C）。記錄樣品的顏色和溫度。
②. 將測試油樣注入設(shè)備中，直到正齒輪覆蓋在側(cè)面的一半。
③. 齒輪開始以每分鐘 1,405 轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)5 分鐘。這會強烈攪動油液，高轉(zhuǎn)速和半浸沒的齒輪使油能夠高速攪拌，從而吸入空氣。這導(dǎo)致所有類型的油中都形成泡沫，油量因此增加。
④. 根據(jù)測試臺停止后一分鐘測試油顯示的體積百分比增加來評估油的起泡趨勢。停止測試臺五分鐘后，可計算油/空氣擴散體積 (%)。將攝像頭對準(zhǔn)玻璃板記錄測試運行并相應(yīng)地存儲數(shù)據(jù)。
⑤. 測試前、測試中和測試后，可通過測試臺齒輪箱壁上的玻璃板上的刻度尺讀取油位，并可直接以百分比表示油體積的變化。
⑥. 泡沫水平的消退在固定的時間間隔內(nèi)記錄，持續(xù)90分鐘。在測試結(jié)束后，還可以從刻度上讀取其他因素，來區(qū)分實際的表面泡沫和底層的油/空氣乳液或“純”油。
⑦. 90 分鐘后，記錄油相、油分散和泡沫量的所有細(xì)微變化。
停止儀器后 1 分鐘油量增加的百分比以及停止儀器后 5 分鐘油氣分散體積增加的百分比是評估和評價測試的兩個重要值。通過這種方式，記錄了泡沫形成和消退的時間依賴性行為。油的泡沫特性是根據(jù)測試裝置停止運動一分鐘后，被測油體積增加的量來評估的。
停止一分鐘后油量上升（%）
< 5%： 良好的發(fā)泡特性
< 10%：令人滿意的發(fā)泡特性
< 15%：勉強可接受的發(fā)泡特性
>15%： 不可接受的發(fā)泡特性
齒輪箱和軸承制造商認(rèn)為，如果體積增加超過15%，齒輪或軸承的承載能力會受到不利影響。具有如此高泡沫水平的油或油混合物可能會顯著降低設(shè)備的性能和可靠性，因此需要特別注意其泡沫特性。
然而，這些值僅適用于標(biāo)準(zhǔn)齒輪箱和標(biāo)準(zhǔn)方法。它們基于西門子機械驅(qū)動器在滿足弗蘭德齒輪箱油的要求時獲得的經(jīng)驗。上述停止儀器后 1 分鐘油量增加超過 15% 的上限并不等于現(xiàn)有變速箱的實際起泡極限。此限制僅對測試儀器和標(biāo)準(zhǔn)化測試程序有效。它基于西門子 （Flender） 在滿足弗蘭德齒輪箱要求方面的經(jīng)驗。
停止五分鐘后油/氣分散體積增加量 (%)
一般情況下，最多可容許 10% 的增幅。10% 自由空氣的這一極限值是由領(lǐng)先的泵制造商設(shè)定的，以避免氣蝕。五分鐘的時間窗口是西門子機械驅(qū)動器發(fā)布的設(shè)計指南的結(jié)果，與油量和泵容量的最小比率有關(guān)。
泡沫異常強烈的原因：
長期儲存可能導(dǎo)致抗泡添加劑分離，因為泡沫抑制劑不是溶解在油中，而是以乳液形式存在。
通過過濾去除抗泡添加劑。這些添加劑在油品生產(chǎn)的后期加入，是微滴形式，與其他添加劑不同，它們可能會被5μm過濾器捕獲。
油量不足、泵送速率過高或速度過快。
現(xiàn)代齒輪油含有許多添加劑，使它們能夠達(dá)到提供足夠磨損保護所需的性能水平。由于使用新型基礎(chǔ)油，尤其是極壓添加劑（EP），這些油在使用中更容易形成泡沫。為了抑制表面泡沫的形成，在生產(chǎn)過程中向齒輪油中添加泡沫抑制劑。它們通常基于高粘度有機硅化合物。表面泡沫的形成并不總是令人擔(dān)憂的原因。除非表面泡沫在油上形成一層穩(wěn)定的油層，否則潛在的危險性很低。
換油后，系統(tǒng)中殘留了過多含有其他添加劑的舊油（混合比例應(yīng)始終低于10%）。
單獨向現(xiàn)有油中不當(dāng)添加抗泡添加劑。
雜質(zhì)如灰塵、密封材料、裝配膏、油脂、脫脂劑、加工液殘留物和油漆成分會降低泡沫性能。
檢查或油泵維修后吸入的外部空氣。
與其他類型油的不兼容性（明顯存在混合）。
例如，新齒輪箱首次加注齒輪油時，可能會與含有清潔劑添加劑的沖洗油殘留混合。
在系統(tǒng)更換為不同類型油時，未排空油冷卻器。齒輪箱中仍存在過量的舊油。
還有其他可能的原因。過度泡沫形成的問題通常發(fā)生在從礦物油轉(zhuǎn)換為合成油時，例如在移動液壓系統(tǒng)中從礦物油轉(zhuǎn)換為生物油，或在風(fēng)力渦輪機的齒輪箱中。如果設(shè)備或系統(tǒng)在冷態(tài)（未預(yù)熱）時更換為不同產(chǎn)品，舊油也可能殘留在油腔或雙作用油缸中。
即使制造商確認(rèn)兩種油可以混合使用，油混合物在表面張力和添加劑方面的兼容性是另一回事，通常被油品廠家忽略。即使兩種原始油都具有優(yōu)異的泡沫特性，混合后也可能產(chǎn)生高泡沫水平。當(dāng)直徑從5μm到幾毫米的氣泡或氣體因湍流形成，在油罐等安靜區(qū)域上升到表面并保持完整時，就會產(chǎn)生泡沫。特定齒輪油的泡沫傾向強度以及泡沫消散所需的時間可以提前在實驗室中進行測試。
如何避免泡沫
空氣、雜質(zhì)、混合物和抗泡添加劑——這四個因素對加劇油的起泡傾向有重大影響。遵守一些基本規(guī)則可以避免泡沫的形成。
①.空氣
油泵可能會隨油吸入過多的新鮮空氣，以致無法再分離。原因可能包括：
密封件磨損
液壓泵或管道泄漏
油箱液位過低或過高
油箱或泵進氣歧管內(nèi)的流動條件發(fā)生變化。
②.污染物
雜質(zhì)的類型和數(shù)量決定了產(chǎn)生的影響。如果油中含有水和/或污垢顆粒，氣泡會以分散的方式保留在油中。如果油已老化，油氧化過程中的反應(yīng)產(chǎn)物可能會改變表面張力，使上升到表面的氣泡不再破裂。換句話說，油的保養(yǎng)和油的老化對油的起泡傾向有很大影響。在某些情況下，可以通過更有效的過濾來減少泡沫。盡管如此，油品仍應(yīng)定期進行潤滑分析，以便及時發(fā)現(xiàn)氧化和雜質(zhì)
③.混合物
在非合金或低合金油系統(tǒng)中很少形成泡沫。然而，油中添加劑越多，其起泡的趨勢就越大。為了抵消這種影響，在生產(chǎn)過程中，油中會加入通常以硅為基礎(chǔ)的抗泡添加劑。
使用含有不同添加劑的油混合物時要小心。即使油被批準(zhǔn)用于相同的用途或滿足相同的規(guī)格，也并不意味著它們彼此兼容。如果將添加劑濃度較低的油與添加劑濃度較高的產(chǎn)品混合，仍然會形成泡沫。將合成油與礦物油混合會改變表面張力。可以進行油分析以快速找到原因。此后通常需要徹底換油。為避免必須執(zhí)行這些高成本措施，請注意不要混合油類型。適當(dāng)?shù)臐櫥芾硎欠乐惯@種情況的最佳保險形式。
④.消泡添加劑
泡沫抑制劑是極性活性劑與可溶于油的成分的組合。硅基材料很常見。然而，并不是每種泡沫抑制劑都含有硅。在生產(chǎn)過程中，系統(tǒng)地將消泡添加劑添加到潤滑油中。它們抑制油分子的內(nèi)聚力并降低表面張力。這使得覆蓋氣泡的油膜變薄，這意味著氣泡更容易破裂，從而降低了泡沫形成的機會。如果在操作過程中產(chǎn)生過量的泡沫，則消泡添加劑可能已被過濾掉。
最終用戶不應(yīng)在后期添加抗泡劑，因為過量添加可能會適得其反。泡沫抑制劑中的極性活性物質(zhì)為空氣和氧氣結(jié)合提供了基礎(chǔ)，結(jié)果導(dǎo)致油老化得更快。較低的表面張力會減小油中氣穴（即油表面以下）的大小。然后油的空氣釋放性會受到損害。一般而言，事后添加消泡劑時務(wù)必小心謹(jǐn)慎。
下一期，我們將與大家分享空氣釋放性的相關(guān)內(nèi)容。
中文版
English