甲醇的燃料潤滑性研究 精靈論文

1、甲醇的燃料潤滑性研究汪映，何利，周龍保（西安交通大學能源與動力工程學院，西安 710049）摘要：甲醇的物理化學特性與傳統(tǒng)的柴油燃料不同， 當前的燃料潤滑性評定方法不是非常適用于甲醇燃料。本文采用冷態(tài)油泵試驗法進行甲醇燃料潤滑性的研究，結果表明冷態(tài)油泵 試驗法是一種較適合甲醇燃料潤滑性評定的方法。試驗也同時表明甲醇燃料的潤滑性較差， 加入一定量蓖麻油可改善甲醇燃料潤滑性。關鍵詞： 動力機械及工程；甲醇；潤滑性；蓖麻油中圖分類號：tk42study on methanol lubricitywang ying, he li, zhou longbao(school of energy and p

2、ower engineering, xian jiaotong university, xian,710049) abstract: due to the different physical and chemical properties of methanol from the conventional diesel fuel, the current lubricity assessment method may be not suitable for methanol. in this paper a cold pump method is used to assess the fue

3、l lubricity. results show that it may be a good lubricity assessment method for methanol. experimental results also prove methanol have poor lubricity, while its lubricity would be better when castor oil is added into methanol.key words: power machinery engineering;methanol; lubricity; castor oil0引言

4、甲醇（methanol）作為一種清潔燃料,早在上世紀開始就引起國內外研究者的關注,開展 了相關研究并獲得了一定的研究成果。甲醇可以從煤或天然氣中提煉，也可以利用現有的氮 肥廠設備聯產，生產成本低；其辛烷值高，抗爆震能力強；含氧高，氣化潛熱大，可降低 co、nox、hc排放1。甲醇是良好車用清潔替代燃料, 但是它在使用中存在燃料潤滑方面 的問題, 需要對其進行燃料潤滑性的具體評定。潤滑是人們用來減少摩擦和磨損的重要手段，它是利用潤滑劑在摩擦表面形成一層具有 低摩擦阻力的潤滑膜層，從而減小摩擦件的摩擦和磨損。早在 20 世紀 80 年代，我國石油化 工科學研究院的韋淡平等就針對燃料潤滑性問題開展了

5、許多研究工作2-4。到目前為止，對 燃料潤滑性能的測量已有了多種標準的試驗方法和實驗設備。目前廣泛采用的試驗設備有四 球機和高頻往復試驗機構（hfrr），但是這些方法一般用來測量常溫常壓下為液態(tài)的燃料 的潤滑性能。甲醇的揮發(fā)性較強并且甲醇蒸氣對人的呼吸道粘膜和視力有損害，甲醇的這 些特殊的性質決定了不能使用傳統(tǒng)的試驗機構來測量它們的潤滑性能，而應選用其它方 法來測量。因此有必要開展甲醇燃料的潤滑性研究?；痦椖浚航逃坎┦奎c新教師基金(20070698030);西安交通大學研究生創(chuàng)新基金專項資助項目.作者簡介：汪映（1975-），女，副教授，主要研究方向：燃料潤滑性. e-mail: wydm

6、1試驗臺布置及主要儀器設備1.1油泵試驗臺布置本文采用噴油泵冷態(tài)磨損試驗來評價甲醇燃料的潤滑性能，建立了專用的供油系統(tǒng)磨 損試驗臺架，磨損試驗臺架示意圖如圖1所示。由交流電機5驅動噴油泵4工作，燃料通過濾 清器7過濾后進入噴油泵，噴油泵將燃料經高壓油管12供給噴油器3，噴油器將燃料噴回燃料 罐8中，進入噴油泵的多余的燃料經回油管13返回燃料罐，從而實現試驗燃料的循環(huán)利用。1 氮氣瓶2 減壓調節(jié)閥3 噴油器4 噴油泵5 電動機6 固定支座7 燃油濾清器8 煤基燃料9 聯軸器10 壓力表11 進油管12 出油管13 回油管 圖1 試驗臺架示意圖1.2 試驗主要設備本試驗采用的是湖

7、北內燃機試驗設備廠生產的12psdw型油泵試驗臺，標定功率為10kw，轉速范圍為03600 r/min。該設備有變頻調速和9檔轉速預設，轉速、噴油次數和溫 度均為數字顯示。在冷態(tài)磨損試驗中通過異步電機直接拖動噴油泵進行磨損試驗，試驗中采用的是無錫 威孚高科技股份有限公司生產的2322-85 左1400 型噴油泵，相當于發(fā)動機額定轉速為2800r/min，表1給出了噴油泵相關的技術規(guī)格。表 1 噴油泵技術規(guī)格形式額定轉速/rmin-1柱塞直徑/mm柱塞表面加工方式柱塞表面光潔度柱塞材料兩缸號泵14008.5配對研磨12合金鋼本試驗采用的由上海力博電機廠生產的y90s-6 型三相異步電動機，其額定

8、功率為0.75kw，標定轉速為910r/min。 試驗還要通過柱塞偶件在磨損前后質量的變化來分析研究燃料的潤滑性能，因此，需要采用高精度的質量測量設備。本試驗采用的是梅特勒-托利多 xs 分析天平，可精確測量 至 0.00001g。2試驗結果和討論2.1 冷態(tài)磨損試驗結果圖2給出了以純甲醇作為燃料運行120小時前后噴油泵的供油速度特性曲線，圖3為在甲 醇中加入2%的蓖麻油分別運行220小時前后噴油泵的供油速度特性曲線，圖4給出了上述兩 種燃料在磨損試驗前后柱塞偶件的質量變化率。由圖可以看出，以純甲醇為燃料時，噴油泵供油速度曲線在磨損前后有了較為明顯的變化，柱塞質量變化率也較大；在甲醇中加入一定

9、 量的蓖麻油后，供油速度曲線變化較小，柱塞的質量變化率也較小。由此可見，在甲醇中加 入一定比例的蓖麻油后能明顯改善甲醇的潤滑性能。14121086試驗前噴油量/ml4 試驗后214121086試驗前4 試驗后噴油量/ml200200 400 600 800 1000 1200 1400n/r.min-1200 400 600 800 1000 1200 1400n/r.min-1圖 2 使用甲醇作燃料時的油泵試驗結果圖 3 使用甲醇=蓖麻油作燃料時的油泵試驗結果0.08柱塞質量減少百分比（%）0.060.040.020.00甲醇 甲醇+2%蓖麻油圖4 甲醇及甲醇加入蓖麻油柱塞質量減少百分比2.

10、2 純甲醇潤滑性的評價與分析柱塞偶件間的潤滑屬于邊界潤滑，在這種情況下其主要作用的是燃料在接觸表面形成 的物理或化學吸附膜。吸附膜的形成與甲醇的分子極性、分子鏈的結構等因素有關。1）甲醇分子的極性甲醇分子結構如圖5所示，由圖可知，甲醇分子是甲烷的一個-h被-oh取代，其結構也 由甲烷的正四面體變?yōu)椴皇菍ΨQ的正四面體，因而，甲醇分子具有極性，能在柱塞表面形成 穩(wěn)定的吸附膜。2）甲醇的分子結構根據相關資料，甲醇的分子長度約為 0.43nm 左右,依然遠低于柱塞偶件表面粗糙度的尺 寸，因此甲醇分子形成的吸附膜也不能有效的隔開柱塞偶件的兩個滑動表面。由上面的分析可見，由于甲醇分子長度較小，甲醇分子在柱

11、塞表面形成的吸附膜不能 有效的隔開柱塞偶件的兩個滑動表面，因此以甲醇作為燃料時，柱塞偶件將有一定程度的磨 損。圖 5 甲醇分子結構圖圖 6 蓖麻油酸碳鏈結構2.3 蓖麻油對甲醇潤滑性影響的研究從圖3可以看出以質量分數98%甲醇和2%蓖麻油混合物作為燃料運行220小時后，噴油 泵運行200個循環(huán)的噴油量減小率分別小于5.5%。從圖4可以看出以該混合物為燃料運行220 小時后柱塞偶件質量減少率小于0.021%?？梢?，在甲醇中添加蓖麻油作為潤滑添加劑確實 能夠改善甲醇的潤滑性能，從而減小供油系統(tǒng)精密偶件的磨損。蓖麻油作為潤滑添加劑能顯著改善甲醇的潤滑性能是由其組分的分子結構決定的，理 想的潤滑劑應該

12、是含有極性分子頭且長直鏈分子的液體。含有長鏈的有機酸就是很好的潤滑 添加劑8182，它們的化學方程式分別是rcooh，r=cnh2n+1表明了鏈的長度，cooh表 明了極性的類型。在本試驗中，使用了蓖麻油作為甲醇的潤滑添加劑。表2給出了蓖麻油的 一些性質。由表2可知，蓖麻油的主要組分是蓖麻油酸，其質量分數為80%92%，蓖麻油 酸的碳鏈結構如圖6所示。表 2 蓖麻油的性質主要的長鏈極性分子頭組成質量百分數/%分子式分子頭蓖麻油酸8092c18h34o3(cooh)蓖麻油酸的分子式為c18h34o3，其分子含有碳鏈為c18的長直鏈脂肪酸，碳鏈中有16個c c 和一個 c = c 。根據相關資料,

13、其分子長度不小于2.6nm，這一分子長度比甲醇分子長 度（約為0.43nm）高了一個數量級。同時蓖麻油酸的分子頭是有強極性的羧基分子頭，羧基 分子頭容易吸附在金屬表面形成邊界潤滑油膜5-6。以上兩方面的原因使得蓖麻油酸形成的 單層油膜厚度可達3nm，而且油膜的穩(wěn)定性好，從而改善了甲醇燃料的潤滑性能。3結論本文獲得的主要研究結果如下：1） 冷態(tài)磨損法可以進行甲醇燃料及甲醇+蓖麻油的潤滑性的研究。2） 純甲醇的燃料潤滑性很差，加入蓖麻油后油泵油量變化率減小，柱塞表面磨損減小，質 量變化減小，可有效改善甲醇燃料的潤滑性。參考文獻 (references)1. 周龍保主編.內燃機學m.北京:機械工業(yè)出版社,2010.2. 韋淡平.燃料潤滑性研究三十年j.石油學報(石油加工),2000,16(1):31-39.3. 韋淡平.燃料潤滑性的研究:i.柴油組分的磨損性能j.石油學報(石油加工),1986,2(3):79-86. 4. 韋淡平.燃料潤滑性的研究: 皿.柴油的磨損性能j.石油學報(石油加工),1990,6(1):15-19.5. mcguiggan pm. the boundary lubrication prop