Page 141 - 《摩擦学学报》2021年第1期

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机组在工作过程中，更易因多种原因引发汽轮机油与
高温高压蒸汽接触，导致汽轮机油进水发生乳化. 所
以，分水性是评定舰船汽轮机油众多性能中的1项非
常重要的性能.
准确、高效地评定分水性是舰船汽轮机油性能评
定技术发展的方向之一. 目前，我国评定舰船汽轮机
油分水性的方法有，国家标准GB/T 7 305-2003《石油
和合成液水分离性测定法》和行业标准SH/T 0191-
1992《润滑油破乳化值测定法》 [3-5] . 这两种方法又习惯
[6]
称为“搅拌法”和“蒸汽法” ，是通过目视观察油水分
离度，人工判断油水分离结束时间，存在自动化程度
低、受人为影响因素大、无法即时表征油水分离速率
与程度等问题.
基于油、水介电常数差值大，引发油水乳状液电
容值变化的特点，利用电容传感器表征油品污染物的
研究得到深入发展. 有研究表明 [7-10] ，利用电容传感器
测量含杂质的油，能够判断出油品的污染度，这种方
法也叫“电容法” [11-12] . 电容法具有精度高、自动化、减
少人为影响因素等诸多优点，并且实现了油品污染度
的在线监测，弥补了传统离线检测法时效性和预测能
力差的不足. 近年来，电容法在润滑油含水率测量、传
感器设计等方面的深入研究，使得检测油品含水率精
度达到0.05%~0.20%，能够更准确地反映真实水含量，
为其应用在分水性评定中提供了技术基础 [13-15] .
电容法在监测油品污染度方面已取得一定成果，
但在油品性能评定技术应用方面的研究还少之又少 .
与传统的“搅拌法”和“蒸汽法”相比，如果能将“电容
法”应用到的分水性评定中，将有可能摆脱舰船汽轮
机油分水性离线检测的约束，实现舰艇装备油品性能
在线检测与监测，预测分水性失效时间，提升评价方
法的自动化程度，避免人工操作影响，最终达到提高
舰艇战斗力的目的.
本文中采用电容法，以世界主流舰船汽轮机油作
为试验油，研究温度对其分水性影响，为电容法在评
定舰船汽轮机油分水性应用方面提供了一定的技术
支撑.
1 试验部分
1.1 电容传感器结构
图1为自制电容传感器结构图. 该传感器为同轴
圆柱形电容，内电极为实心柱，外电极为圆柱形铜片，
内、外电极齐平. 外电极圆柱壁上设有孔洞，以使油水
混合相可流通充满整个传感器. 传感器通过信号采
报 第 41 卷
Fluid Fluid
Fluid
Internal electrode Outer electrode
Fig. 1 Structure principle of capacitive sensor used in the test
图 1 试验所用电容传感器结构图
集、处理电路与上位机连接，由上位机控制并存储采
集到的实时电容值. 电容测量分辨率为±0.01 pF.
1.2 试验原理
油水两相经过充分机械搅拌后，形成乳状液，充
满整个传感器. 随着油水分离开始，水相沉降脱离乳
状液，油相浮于水相之上，使得传感器中的水相减少.
当油水分离结束后，油相便会充满整个传感器(油、水
用量的原则：水位刚到且不超过传感器底端，再按比
例加入试验油至容器设计液位. 油水比例见后文). 分
离过程中，由于乳状液中的含水量一直变化，电容值
呈现随水相减少而下降的趋势，直至稳定，油水分离
结束. 此时，结合电容值变化率，判断结束时间，以时
间长短评价油品分水性.
[16]
1.3 试验材料
试验油选用世界主流舰船汽轮机油，分别为中国
海军原用舰用防锈汽轮机油和现用舰用长寿命抗磨
汽轮机油，美国海军现用蒸汽轮机与齿轮润滑油和俄
罗斯海军现用汽轮机油，共4类8个产品，如表1所示.
这些油样基本涵盖世界发达国家海军舰船汽轮机油，
具有显著的代表性.
1.4 试验方法
试验所用容器名为盛油器. 用量筒量取135 mL试
验油和20 mL蒸馏水倒入盛油器，再将带有搅拌功能
的电容传感器探头插入盛油器，并固定好. 分别以室
温(18~24 ℃)和54 ℃水浴为试验温度. 当温度达到预
设值，保持10 min后，开始试验. 设定搅拌转速1 000 r/min，
时间1 min. 搅拌停止后，立刻开始测量、采集乳状液
电容值，并在上位机即时显示电容值曲线. 电容值采
集间隔1 s，在连续3 min内，分别以电容值前后差值不
大于0.1和0.01 pF为停止条件，且其后20 min内所测电
容值差值也不大于上述试验停止条件. 当达到停止条