新Vickers104C试验台架及试验方法的建立

梁德君，杨传富，吴长彧

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032)

新Vickers104C试验台架及试验方法的建立

梁德君，杨传富，吴长彧

(中国石油大连润滑油研究开发中心，辽宁 大连 116032)

国内原有的Vickers104C试验台架，无论是在适用范围，还是在试验条件以及在台架技术参数等方面，已经无法满足ASTM D7043标准要求。严格按照ASTM D7043标准，建立了新Vickers104C试验台架。通过各种在国外台架已有试验数据油液的重复性和区分性试验，验证新建立的Vickers104C试验台架各参数满足ASTM D7043标准要求，与国外台架的对应性和区分性一致，具有良好的重复性和区分性。可用于评价石油基和非石油基液压油、含水乙二醇、乳状液及其它含水液体。

液压液 叶片泵 水基液 试验台架

液压液是工业润滑油中非常重要的品种之一，并且随着科学技术的发展，市场对液压液的品质和品种也提出了更高更全面的要求，特别是对各种抗燃的水基液有了更大的需求。而液压液质量的提升又促进了液压技术的进一步完善。因此，研制、开发和生产高品质多品种的液压液就必须有相应的液压液的评定手段。

在评定高压抗磨液压油方面，国际上通用的有Denison公司的HF-0规格和Vickers公司的M-2950规格等，在评定中压区域的抗磨液压油以及含水乙二醇、乳状液及其它含水液方面，国际上规定采用满足Vickers Ⅰ-286-S规格的Vickers104C叶片泵台架进行评定。由于国内目前尚无试验方法对含水液体进行测试，本课题依据ASTM D7043[1]标准，建立新的Vickers104C评定台架以及制定用Vickers104C叶片泵测定石油基和非石油基液压液的抗磨特性的方法，通过试验泵的定子和叶片的质量损失及试验件的描述来判定试验液多方面性能的好坏，将为抗燃液压油、抗磨液压油以及各种水基液的研制、开发、生产和应用提供可靠的评定数据，健全我国液压液的评价手段[2-4]。

1 国内原Vickers104C试验台架与新Vickers104C试验台架的主要区别

国内的SH/T 0307—1992试验方法是依据ASTM D2882—1974制定的。多年来，ASTM D2882经过了多次修订，但国内都没有及时跟踪修订。2003年5月ASTM D2882被取消。之后在ASTM D6158石油基液压油规格中，提出用ASTM D7043取代ASTM D2882。ASTM D7043满足Vickers I-286-S规格要求，并且扩大了适用范围，可以对非石油基液压液、含水乙二醇、乳状液及其它含水液体进行抗磨性测试。规定采用Vickers104C、Vickers105C叶片泵或者采用Conestoga B1叶片泵进行评定试验，并在试验条件及系统流程等方面提出了新的要求。ASTM D7043与SH/T 0307在试验条件与适用范围方面的对比见表1[1]。满足ASTM D7043标准要求的新Vickers104C台架与满足依据ASTM D2882制定的SH/T 0307标准要求的原Vickers104C台架的主要区别见表2。

表1 ASTM D7043与SH/T 0307试验条件与适用范围对比

表2 新Vickers104C台架与原Vickers104C台架的主要区别

2 新Vickers104C试验台架的建立

在ASTM D7043标准中，提出使用的试验泵是Vickers104C或Vickers105C，试验方法由美国Conestoga公司起草。Conestoga公司为了更适合专门试验而设计了B1泵，这种泵在泵壳、泵轴、转子等方面与Vickers104C有形状、尺寸及强度等方面的细微差别，但泵的性能一样，在Conestoga公司产品展示中，说明Vickers104C或Vickers105C与ConestogaB1两种泵目前都满足ASTM D7043标准要求。由于国内以往所有的Vickers104C试验台架使用的都是Vickers104C泵，所以选定Vickers104C泵建立新试验台架。

按照ASTM D7043标准要求选择指定的试验件及配件，将引进部件、国产部件及委托加工部件严格按ASTM D7043标准要求进行组装，调试台架，使所有控制指标满足ASTM D7043标准要求，这样新建立的Vickers104C试验台架完全能够符合ASTM D7043标准要求。

2.1 台架流程的设计

依据ASTM D7043标准，修改设计出一套完整的台架流程，与ASTM D7043不同的是，在储油罐上增加了放油阀、温度传感器及低液位自保系统。储油罐的结构和尺寸严格按照ASTM D2882—2000[5]中储油罐的设计要求加工制造。新Vickers104C试验台架流程示意见图1。

图1 新Vickers104C试验台架流程示意1—储油罐；2—泵进口温度传感器；3—泵；4—弹性联轴器；5—变频电机；6—泵出口压力表(机械表及变送电子显示)；7—机械表滞流阀；8—压力调节阀；9—过滤器；10—热交换器；11—温度电动调节阀；12—涡轮流量计；13—压力表；14—取样口；15—进口管路阀*；16—回油管路阀*；17—泵进口压力表(机械表及变送电子显示)*；18—泵出口温度传感器*；19—放油阀；20—油箱温度传感器*；21—液位控制继电器*。带*标记表示此配件没有要求。要求尺寸：A—61～66 cm；B—不小于15.2 cm；C—不大于10.2 cm

试验台架的工作原理是：油罐中的试验油在自然重力下注满试验泵，试验泵在电机驱动下运转，压力控制阀将泵出口油压调整到试验条件要求的压力，通过调压阀的油依次通过细滤器过滤杂质及颗粒、通过冷却器换热、通过流量计显示流量，最后返回储油罐。

2.2 台架的安装及仪表控制系统的建立

参照ASTM D7043标准要求，采购、加工和配置实验设备，各组件严格按Vickers104C试验台架流程组装。安装配电柜、电机变频启动装置。在台架相应部位安装热电偶、测压仪表、压力变送器。建立仪表控制台，包括显示、控制、自保系统，见表3所示。

表3 新Vickers104C台架的仪表显示、控制、自保系统

按规程要求对评定台架进行调试，使所有控制参数满足ASTM D7043标准要求，所建的新Vickers104C试验台架主要部件的主要技术参数见表4[1，5]。

表4 新Vickers104C试验台架主要部件的主要技术参数

2.3 液压系统的设计

除储油罐外，配备两套液压系统，分别用于石油基液压油与合成油、水乙二醇与其它水基液的试验。这样可以避免不同类型试验液的交叉污染，比如从乙二醇到磷酸酯，油到乙二醇等。已经被用在矿物油、磷酸酯、多羟基酯或者聚α-烯烃液体的软管不能再用在水乙二醇试验中[1]。

3 实 验

对新Vickers104C试验台架及仪表控制系统开机试运转。首先进行低速低负荷运转，对台架进行长时间的磨合；再进行高速低负荷运转；最后进行高速中负荷、高速高负荷运转。调整各项控制指标满足ASTM D7043规格要求的试验条件。

3.1 参考油的选择

为了考察验证新建立的试验台架是否能够满足正常的非石油基和石油基液压液叶片泵磨损特性测试，必须进行大量的试验，通过试验数据来进行校验。并且，最好选定在国外的Vickers104C台架有试验数据的商品油或者复合剂，以考察新建立的Vickers104C台架与国外的Vickers104C台架的对应性。表5为筛选出来进行试验的8种参比油。

表5 选择的参比油

0701号油是中国石油大连润滑油研发中心研制的一种合成油。此油在原Vickers104C台架的试验结果是总失重量5.3 mg，因为新建立的台架主要是为了更好地适应水基液的试验，在石油基油及合成油试验方面，原先的Vickers104C台架的试验数据可以起到重要参考作用，或者说，两个台架在评定石油基油及合成油试验方面存在一定的等效性。

3.2 参比油试验

新建立的Vickers104C台架经过反复调试和试运转，在各项技术指标均满足ASTM D7043标准要求后，进行参比油试验。试验件失重情况与国外台架试验数据对比(0701号油是在原Vickers104C台架的试验数据)见表6，试验后试验件外观描述见表7。

由表6可见，新建立台架的试验结果与标准台架的试验结果区分性一致。新建立台架的试验结果中除了0705号油失重量稍小外，其余都比在国外台架试验结果略大，其中0706号油偏差较大。这可能是由以下3方面原因造成的：①试验油液的批号不同；②所用的试验泵存在生产批号、材质以及加工精度的差别；③不同的实验室、不同的实验设备、不同的实验操作人员进行试验的结果必然会存在差异。

表6 参比油的试验数据比较

通过调研以及多方考察和沟通，得知在此之前，国内在原先的Vickers104C台架上的水基液试验一直没有得到稳定的、理想的数据，国内的几家权威科研机构也做过几次国外水-乙二醇抗燃液压液产品的比较试验，结果都与油液生产商给出的在Vickers104C台架上的试验数据相差较大。例如美国好富顿水-乙二醇抗燃液压液[6]，生产商报出的Vickers104C台架试验结果是定子磨损量29.4 mg，叶片磨损量2.4 mg，而同一产品在国内某钢厂油脂化验室Vickers104C台架上，在压力10.5 MPa下运转100 h，在压力14 MPa下运转100 h，总失重量达到5 186.9 mg。有关专家曾经就这方面问题质疑过生产商，生产商也默认其数据是优选的，存在难以再现的偶然性。不过，0706号油液的试验结果是在此之前国内在原Vickers104C台架上进行水-乙二醇试验的最好结果。在随后进行的0707油液试验，磨损量与厂商报出的试验结果非常接近。

表7 参比油在新建台架试验后泵芯各部件外观描述

参比油试验结果表明：严格按照ASTM D7043标准要求建立的新Vickers104C试验台架，参比油试验结果与国外标准试验台架试验结果的对应性和区分性一致。

3.3 区分性试验

为了考察新建台架的区分性是否理想，选择2个不同档次的液压油(0702和0704)和2个不同档次的水基液(0707和0708)在新Vickers104C试验台架上进行试验，区分性试验严格按照ASTM D7043标准要求进行。液压油的试验结果对比见表8，试验后的试验件外观描述见表9。水基液的试验结果对比见表10，试验后的试验件外观描述见表11。

由表8～表11可以看出，石油基的0702与0704在新建Vickers104C台架上的试验结果总失重量相差近10倍，水基的0707与0708在新建Vickers104C台架上的试验结果总失重量相差近300倍，不同品质的油液试验结果区别很大。

0707水基液试验前定子和试验后定子与叶片的照片分别见图2～图4。

表8 2种不同档次液压油在新建台架上的试验结果对比

表9 2种不同档次液压油在新建台架试验后泵芯各部件外观描述对比

表10 2种不同档次水基液在新建台架上的试验结果对比

0708水基液试验前定子和试验后定子与叶片的照片分别见图5～图7。

由图2～图7可以看出，0707号油液台架试验后，试验件前后差别不大，试验件失重量较小，说明油液质量较好，0708号油液台架试验后，叶片有明显磨损和高温氧化着色，定子内表面严重磨损缺失，说明油液质量很差。台架试验结果表明，新建立的Vickers104C台架可以将不同性质、不同品质的油液明显区分开，具有良好的区分性。

表11 2种不同档次水基液在新建台架试验后泵芯各部件外观描述对比

图2 0707号油液试验前定子

图3 0707号油液试验后定子

图4 0707号油液试验后叶片

图5 0708号油液试验前定子

图6 0708号油液试验后定子

图7 0708号油液试验后叶片

3.4 重复性试验

重复性试验反映的是试验结果的一致性，可以用来评价试验结果的精确度。对评定台架而言，重复性是一个非常重要的指标。按照ASTM D7043标准要求，在新建Vickers104C试验台架上进行了多个参考油液的重复性试验，参考油液两次试验结果对比见表12，试验后的试验件外观描述见表13。

0706号油液第一次试验前定子和试验后定子与叶片的照片分别见图8～图10。

表12 参考油液在新建台架上的两次试验结果对比

表13 参考油液在新建台架上两次试验后泵芯各部件外观描述对比

图8 0706号油液第一次试验前定子

图9 0706号油液第一次试验后定子

图10 0706号油液第一次试验后叶片

0706号油液第二次试验前定子和试验后定子与叶片的照片分别见图11～图13。

由表12、表13和图8～图13可以看出，所有的参考油液在新建的Vickers104C评定台架上两次试验的结果都非常接近，说明新建的Vickers104C试验台架具有很好的重复性。

图11 0706号油液第二次试验前定子

图12 0706号油液第二次试验后定子

图13 0706号油液第二次试验后叶片

4 结 论

参考油液试验结果表明新建台架与标准Vickers104C试验台架的对应性和区分性一致；不同品质油液的试验结果表明新建台架具有较好的区分性；参考油液的重复性试验结果表明新建台架具有很好的重复性。新建立的台架可用于评价石油基和非石油基液压油、含水乙二醇、乳状液及其它含水液体。

[1] ASTM D7043—2012 Standard Test Method for Indicating Wear Characteristics of Non-Petroleum and Petroleum Hydraulic Fluids in A Constant Volume Vane Pump[S]

[2] 陈丽卿.我国液压油产品标准现状及发展设想[J].石油商技，2007(2)：61-64

[3] 王泽恩.液压油评定试验台架[J].润滑油，2000，15(4)：22-26

[4] 王成勇.国外抗磨液压油的规格与发展[J].润滑油，2000，15(1)：26-29

[5] ASTM D2882—2000 Standard Test Method for Indicating the Wear Characteristics of Petroleum and Non-Petroleum Hydraulic Fluids in a Constant Volume Vane Pump[S].2000

[6] 杨伟.水-乙二醇抗磨性能的评价[J].冶金设备管理与维修，2002，20(101)：44-47

ESTABLISHMENT OF NEW VICKERS104C TEST BENCH AND METHOD

Liang Dejun，Yang Chuanfu，Wu Changyu

(PetroChinaDalianLubricatingOilR&DInstitute，Dalian，Liaoning116032)

The conventional Vickers104C test bench in China cannot satisfy the demand of the ASTM D7043 standard in scope of application，test conditions or bench test parameters. A new Vickers104C test bench was established according to the ASTM D7043 standard strictly in this work. By comparison of the test data of this work and data abroad using the same oils and liquids，the repeatability and differentiability of the new test bench is proven to meet the demand of the ASTM D7043 and consistent with the data from abroad. It can be used for the evaluation of petroleum based and non-petroleum based hydraulic oil，water-glycol，emulsion and other water-base fluids.

hydraulic fluid；vane pump；water-base fluid；test bench

2015-12-04；修改稿收到日期：2016-03-12。

梁德君，大学本科，工程师，长期从事润滑油台架试验的开发、研究及评定工作，已公开发表论文多篇。

梁德君，E-mail：liangdejun@petrochina.com.cn。