近期很多企業(yè)咨詢泡沫特性的相關(guān)問(wèn)題及解決方案，今天花一些時(shí)間和大家分享一下有關(guān)油品泡沫測(cè)試的相關(guān)內(nèi)容，希望對(duì)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。第一步：確認(rèn)泡沫的真實(shí)狀態(tài)。
目前，國(guó)內(nèi)大部分實(shí)驗(yàn)室都在使用 ASTM D892 或 ISO 6247 （國(guó)內(nèi)為GB/T 12579）規(guī)定的“靜態(tài)”方法來(lái)確定油品形成表面泡沫的趨勢(shì)。該方法在24℃和93.5℃下將空氣通過(guò)多孔氣體擴(kuò)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（包括泡沫傾向性和泡沫穩(wěn)定性）。
然而，這種方法與現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況存在顯著差異（特別是用于齒輪箱油品泡沫狀態(tài)的判斷上）。此外，由于一些外部因素（例如該方法下使用的氣體擴(kuò)散頭因不同材質(zhì)、孔徑、滲透率、有效期等均會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成影響）也會(huì)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(lái)巨大困擾。（具體可搜索公眾號(hào)中《氣體擴(kuò)散頭對(duì)潤(rùn)滑油泡沫特性測(cè)定結(jié)果的影響》一文。）
因此，因部分專業(yè)用戶要求，越來(lái)越多的實(shí)驗(yàn)室開(kāi)始采用“動(dòng)態(tài)”的弗蘭德（Flender）泡沫測(cè)試方法。弗蘭德泡沫測(cè)試具有與實(shí)際條件緊密對(duì)應(yīng)的優(yōu)勢(shì)，特別是當(dāng)齒輪油出現(xiàn)復(fù)雜泡沫問(wèn)題，例如多種油類型或雜質(zhì)的組合導(dǎo)致齒輪中油起泡過(guò)多時(shí)，弗蘭德泡沫測(cè)試會(huì)提供極具價(jià)值的參考數(shù)據(jù)。開(kāi)發(fā)弗蘭德泡沫測(cè)試的原因就是通過(guò)目前普遍采用的“泡沫厚度”確定起泡趨勢(shì)的方法在實(shí)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(guò)弗蘭德泡沫測(cè)試，這是國(guó)際公認(rèn)的測(cè)試方法。
該測(cè)試方法最初由 A. Friedr. Flender AG 用作內(nèi)部測(cè)試，用于評(píng)估工業(yè)齒輪油的起泡趨勢(shì)。該公司于 2010 年與西門子股份公司合并，并以西門子機(jī)械驅(qū)動(dòng)的名義開(kāi)始運(yùn)營(yíng)。如今，弗蘭德是集團(tuán)的齒輪和聯(lián)軸器專家，“Flender”品牌名稱保留了下來(lái)。弗蘭德廣泛的產(chǎn)品組合涵蓋從單個(gè)組件到幾乎所有工業(yè)應(yīng)用的完整驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。
現(xiàn)在，弗蘭德泡沫測(cè)試已根據(jù) ISO 12152進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化。此外，西門子機(jī)械驅(qū)動(dòng)也列出了經(jīng)西門子委托的審核批準(zhǔn)進(jìn)行弗蘭德泡沫測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室。為了進(jìn)行審核，獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室必須擁有必要的測(cè)試臺(tái)和訓(xùn)練有素的工作人員，必須經(jīng)過(guò)認(rèn)證或認(rèn)可，并且必須在標(biāo)準(zhǔn)化報(bào)告中發(fā)布測(cè)試結(jié)果。西門子機(jī)械驅(qū)動(dòng)官方指定可以進(jìn)行弗蘭德泡沫測(cè)試的實(shí)驗(yàn)室在全球范圍內(nèi)非常少。
為什么弗蘭德測(cè)試更靠譜？因?yàn)樗M真實(shí)齒輪箱運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)：
弗蘭德泡沫測(cè)試旨在作為判斷油品（尤其是工業(yè)齒輪油）起泡趨勢(shì)的重要標(biāo)準(zhǔn)。弗蘭德和其他著名的變速箱制造商堅(jiān)持將任何齒輪油的低泡趨勢(shì)包含在他們的推薦潤(rùn)滑油清單中。該測(cè)試在國(guó)際上已經(jīng)非常成熟，但是國(guó)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(dòng)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(guò)于強(qiáng)烈以至于從通氣濾網(wǎng)和其他開(kāi)口處溢出，就表明泡沫過(guò)多。過(guò)多的泡沫形成會(huì)因潤(rùn)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(rùn)滑油膜的承載能力。
下面給大家簡(jiǎn)單介紹一下弗蘭德泡沫測(cè)試的步驟。
準(zhǔn)備工作
弗蘭德測(cè)試裝置由一個(gè)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(gè)垂直軸的中間（水平齒輪）。
測(cè)試裝置首先清潔無(wú)殘留并干燥，測(cè)試用油樣在開(kāi)始測(cè)試前靜置至少兩小時(shí)，以便任何夾帶的空氣可以逸出。
弗蘭德泡沫測(cè)試裝置
①. 將大約1,000ml的待測(cè)油樣倒入測(cè)試裝置中，直到達(dá)到水平齒輪的中間（玻璃刻度的0點(diǎn)），并加熱至室溫（25°C）。記錄樣品的顏色和溫度。
②. 將測(cè)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(kāi)始以每分鐘 1,405 轉(zhuǎn)的速度旋轉(zhuǎn)5 分鐘。這會(huì)強(qiáng)烈攪動(dòng)油液，高轉(zhuǎn)速和半浸沒(méi)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(cè)試臺(tái)停止后 1 分鐘測(cè)試油顯示的體積百分比增加來(lái)評(píng)估油的起泡趨勢(shì)。停止測(cè)試臺(tái) 5 分鐘后，可計(jì)算油/空氣擴(kuò)散體積 (%)。將攝像頭對(duì)準(zhǔn)玻璃板記錄測(cè)試運(yùn)行并相應(yīng)地存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。
⑤. 測(cè)試前、測(cè)試中和測(cè)試后，可通過(guò)測(cè)試臺(tái)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(shí)間間隔內(nèi)記錄，持續(xù)90分鐘。在測(cè)試結(jié)束后，還可以從刻度上讀取其他因素，來(lái)區(qū)分實(shí)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(píng)估和評(píng)價(jià)測(cè)試的兩個(gè)重要值。通過(guò)這種方式，記錄了泡沫形成和消退的時(shí)間依賴性行為。油的泡沫特性是根據(jù)測(cè)試裝置停止運(yùn)動(dòng) 1 分鐘后，被測(cè)油體積增加的量來(lái)評(píng)估的。
5 分鐘后狀態(tài)停止 1 分鐘后油量上升（%）
< 5%： 優(yōu)秀
< 10%：良好
< 15%：勉強(qiáng)合格
> 15%：不合格
齒輪箱和軸承制造商認(rèn)為，如果體積增加超過(guò)15%，齒輪或軸承的承載能力會(huì)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(huì)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(jī)械驅(qū)動(dòng)器在滿足弗蘭德齒輪箱油的要求時(shí)獲得的經(jīng)驗(yàn)。上述停止儀器后 1 分鐘油量增加超過(guò) 15% 的上限并不等于現(xiàn)有變速箱的實(shí)際起泡極限。此限制僅對(duì)測(cè)試儀器和標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)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(yàn)。
停止 5 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。5 分鐘的時(shí)間窗口是西門子機(jī)械驅(qū)動(dòng)器發(fā)布的設(shè)計(jì)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(qiáng)烈的原因：
長(zhǎng)期儲(chǔ)存可能導(dǎo)致抗泡添加劑分離，因?yàn)榕菽种苿┎皇侨芙庠谟椭校且匀橐盒问酱嬖凇?/span>
通過(guò)過(guò)濾去除硅基抗泡添加劑。這些添加劑在油品生產(chǎn)的后期加入，是固體形式，粒徑較大。與其他液態(tài)納米級(jí)添加劑不同，它們可能會(huì)被5μm過(guò)濾器捕獲。
油量不足、泵送速率過(guò)高或速度過(guò)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(hù)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(guò)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(jī)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(xiǎn)性很低。
換油后，系統(tǒng)中殘留了過(guò)多含有其他添加劑的舊油（混合比例應(yīng)始終低于10%）。
單獨(dú)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(huì)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(shí)，可能會(huì)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(shí)，未排空油冷卻器。齒輪箱中仍存在過(guò)量的舊油。
還有其他可能的原因。過(guò)度泡沫形成的問(wèn)題通常發(fā)生在從礦物油轉(zhuǎn)換為合成油時(shí)，例如在移動(dòng)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(jī)的齒輪箱中。如果設(shè)備或系統(tǒng)在冷態(tài)（未預(yù)熱）時(shí)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(shí)，就會(huì)產(chǎn)生泡沫。特定齒輪油的泡沫傾向強(qiáng)度以及泡沫消散所需的時(shí)間可以提前在實(shí)驗(yàn)室中進(jìn)行測(cè)試。
如何避免泡沫
空氣、雜質(zhì)、混合物和抗泡添加劑——這四個(gè)因素對(duì)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(huì)隨油吸入過(guò)多的新鮮空氣，以致無(wú)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(guò)低或過(guò)高
油箱或泵進(jìn)氣歧管內(nèi)的流動(dòng)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(huì)以分散的方式保留在油中。如果油已老化，油氧化過(guò)程中的反應(yīng)產(chǎn)物可能會(huì)改變表面張力，使上升到表面的氣泡不再破裂。換句話說(shuō)，油的保養(yǎng)和油的老化對(duì)油的起泡傾向有很大影響。在某些情況下，可以通過(guò)更有效的過(guò)濾來(lái)減少泡沫。盡管如此，油品仍應(yīng)定期進(jìn)行潤(rùn)滑分析，以便及時(shí)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(shì)就越大。為了抵消這種影響，在生產(chǎn)過(guò)程中，油中會(huì)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(shí)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(huì)形成泡沫。將合成油與礦物油混合會(huì)改變表面張力。可以進(jìn)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(qǐng)注意不要混合油類型。適當(dāng)?shù)臐?rùn)滑管理是防止這種情況的最佳保險(xiǎn)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(jiàn)。然而，并不是每種泡沫抑制劑都含有硅。在生產(chǎn)過(guò)程中，系統(tǒng)地將消泡添加劑添加到潤(rùn)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(jī)會(huì)。如果在操作過(guò)程中產(chǎn)生過(guò)量的泡沫，則消泡添加劑可能已被過(guò)濾掉。
最終用戶不應(yīng)在后期添加抗泡劑，因?yàn)檫^(guò)量添加可能會(huì)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(huì)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(huì)受到損害。一般而言，事后添加消泡劑時(shí)務(wù)必小心謹(jǐn)慎。
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