汽轮机油氧化劣化的膜贴色评价

摘要

润滑油降解为两种主要产品:氧化产物和固体颗粒。近年来，发电用涡轮油的氧化产物，即清漆，已成为一个特别严重的问题。确定生产清漆的潜力的第一步是确定抗氧化剂在油中的剩余寿命，但即使涡轮油可能有足够寿命的抗氧化剂，清漆问题仍然经常发生。因此，为了预防清漆，有必要对油氧化产物进行诊断。因此，作者开发了一种利用膜斑颜色进行诊断的方法，但膜斑颜色与汽轮机油剩余寿命之间的关系尚不清楚。本文研究了一种估算汽轮机油氧化降解的新方法，即利用膜斑颜色和基于氧化产物和汽轮机油剩余寿命的干式汽轮氧化稳定性试验(dry TOST)。样品油在实验室中用干燥的TOST装置制备和氧化降解，膜的贴片颜色用比色贴片分析仪(CPA)测定。研究了膜斑颜色与旋转压力容器氧化试验(RPVOT)残留率的关系。结果表明，采用CPA和干TOST估算的新方法能够监测氧化变质早期RPVOT残留率的下降情况。

1.介绍

润滑油在使用过程中降解为两种主要产品，即油氧化产物和固体颗粒。近年来，清漆引起的机械故障已成为长寿命火电汽轮机油的一个严重问题[1那2]。清漆是润滑油氧化产物在金属表面形成的一层薄薄的沉积物;它可能导致控制阀粘滞和操作故障、轴承温度升高、轴承故障、滤油器堵塞和传热不畅等问题。已有许多关于清漆的研究报道。佐佐木等人[3.[报道，油氧化产品可以分类为不溶性或可溶性的产品。不溶性氧化产物可溶于温热油状物，但是当油冷却时变得不溶。他们还报道了可溶性油氧化产物的分子量为550-1900。即使温暖，平均分子量超过1900倍的不溶性油氧化产品也是不溶于油的。约翰逊和利文斯通[4.[提出了确定产生清漆的电位的第一步是确定油中抗氧化剂的剩余寿命。这可以直接或间接地为涡轮机进行。直接抗氧化测量方法是剩余的有用的寿命评估程序（尺子），而间接方法是常用于评估涡轮机油的残留寿命的旋转压力容器氧化试验（RPVOT）。两种方法对于基于其抗氧化剂的剩余寿命来评估涡轮机油的剩余寿命非常有用。尽管如此，即使涡轮机油可能具有足够长寿的抗氧化剂，仍然常常发生清漆问题[5.]。因此，为了防止清漆，不仅可以评估涡轮机油抗氧化剂的剩余寿命，而且还可以溶于和不溶性的油氧化产品来评估。

因此，为了诊断油氧化产品，作者通过专注于已被污染的膜斑块的着色和最先进的比色贴片仪（CPA）来诊断润滑油降解的新方法。CPA可以使用反射和透射光来测量膜贴片颜色，而传统的比色分析仪仅使用反射光。在膜过滤器的表面和内部收集油氧化产物，并且CPA使用传输光来测量常规比色分析仪不能的膜滤波器内收集的油氧化产物的颜色信息。

在以前的研究中[6.那7.，我们报道了膜斑颜色与汽轮机油氧化产物之间的良好关系。膜贴片法是一种非常实用、可靠的氧化产物检测方法。然而，膜斑颜色与透平油剩余寿命之间的关系尚不清楚。因此，为了建立一种基于氧化产物存在的膜斑颜色诊断方法，有必要研究膜斑颜色与汽轮机油剩余寿命之间的关系。Yano等人[8.]提出了一种基于污泥阻力与旋转弹氧化试验残留率(RBOT)之间的关系可以通过干式涡轮油稳定性试验(dry TOST)进行估算的估算方法。在本研究中，我们使用干燥的TOST来研究膜贴片颜色与RPVOT残留率之间的关系。

在这项研究中，我们使用干燥的TOCT设备制备了通过氧化在实验室中氧化而降解的样品油。使用RPVOT评估每个样品油的剩余寿命，我们研究了膜贴剂颜色和RPVOT残余速率之间的关系。我们还分析了使用傅里叶变换红外光谱（FT-IR）的氧化产物变化对应于RPVOT残留速率的方式。在这些研究的结果的基础上，探讨了一种估计使用基于氧化产品的涡轮蛋白油的氧化劣化的新方法以及涡轮机油的剩余寿命。

2.实验装置和样品油

2.1。过滤设备

过滤设备包括防尘盖，过滤器支撑件和真空烧瓶，过滤漏斗和真空泵。数字1显示过滤设备的示意图。数字2示出了膜过滤器表面的放大视图及其横截面结构。膜过滤器夹在真空烧瓶的过滤器支撑件和过滤漏斗之间。过滤漏斗中25ml样品油，减压过滤。我们使用孔径尺寸为0.8的膜过滤器 μM，直径25mm，厚度0.125 mm。过滤后，用石油醚去除膜贴片上的油，将过滤样品油的膜过滤器烘干;干燥的滤膜称为“滤膜贴片”。

2.2。样品油和过滤程序

使用了三种含有抗氧化剂的商用涡轮油样品。使用120°C干燥TOST将油分阶段氧化，并使用RPVOT评估这些样品油的剩余寿命。表格1列出样品油的细节。将样品油A氧化在空气气氛中，并将样品油B和C在氧气中氧化。通过干燥的TOCT测试时间改变氧化水平。此外，在过滤之前，将样品油加热至60℃-65℃的温度一天（连续搅拌），然后按照培养并在室温下孵育并储存3天ASTM D7843第8.1节。

2.3。比色片分析仪(CPA)和颜色参数

我们测量了颜色参数（最大色差和δE._RGB.）使用比色贴片分析仪（CPA）的膜贴片。数字3.显示CPA的测量原理。CPA将白光交替突出到顶部和底部的膜贴片中。使用从膜滤波器的上表面反射的光，CPA测量膜过滤器表面上捕获的污染物的颜色信息。使用从底部透过膜过滤器传输的光，CPA测量在表面和膜过滤器的内部捕获的污染物的颜色信息。如部分所述1时，油氧化产物既集中在膜过滤器内部，又集中在膜过滤器表面。对于这种方法，我们使用透射光来获得关于膜过滤器捕获的氧化产物的所有所需信息。

颜色参数(即最大色差和ΔE._RGB.)是由256级的RGB值计算得到的。例如，白色的R、G和B都在256级，而黑色的R、G和B都在0级。最大色差定义为R、G、B两个值之间的最大色差;它与润滑油的降解因子有密切的关系[6.]。数量δE._RGB.定义为白色与膜贴片颜色之间的颜色距离，通过(1）;δ.E._RGB.用于测量润滑油的降解水平。RPVOT残余率是二手油的RPVOT值除以新油的RPVOT值，表达百分比;它是使用的（2）。值rpvot（T.）之后的RPVOT值是T.降解数小时，并通过与新油的比较表明涡轮油的剩余寿命。本研究以RPVOT剩余率作为评价汽轮机油剩余寿命的指标。

3.结果与讨论

３.１.干TOST测试时间与RGB值和膜贴片颜色的关系

表格2显示膜斑块的图像，以及图4.显示使用透射光测量的干燥TOCT测试时间与RGB值之间的关系。当使用透射光测量膜贴剂颜色时，无法直接显示测量的颜色。相反，表格2显示在反射光中的膜贴片的外观。对于样品油A和B，膜贴片变为暗褐色，因为干燥的TOCT测试时间增加。类似地，随着干燥的TOCT测试时间增加，样品油的膜贴剂变暗。样品油的RGB值随着干燥的TOCT测试时间而降低。数字5.显示了干TOST测试时间、最大色差与Δ的关系E._RGB.．δ.E._RGB.随着每个样品油的干燥TOCT测试时间增加;然而，其最大的增加发生在样品油B中，即558至600小时。

３．２．RPVOT残留率与膜贴片颜色的关系

数字6.显示了干TOST测试时间、RPVOT残留率与Δ之间的关系E._RGB.．RPVOT剩余率下降和δE._RGB.随干TOST测试时间的增加而增加。另外，RPVOT剩余率呈下降趋势，Δ呈上升趋势E._RGB.在样品油中不同。

数字7.显示RPVOT残差和δ之间的关系E._RGB.．δ.E._RGB.随着RPVOT残留率降低而增加，这表明RPVOT残留率和δ之间存在相关性E._RGB.．ASTM D4378将RPVOT限制定义为25％。

样品油B， ΔE._RGB.当RPVOT剩余率低于25％时大大增加。但是，δE._RGB.当RPVOT残留率在40% ~ 34%之间时，样品油C含量显著增加。不同的汽轮机油似乎有不同的退化趋势，因此有必要规定每一种汽轮机油的RPVOT限值。在我们的测试中，如果ΔE._RGB.达到约350，样品油达到了其RPVOT极限。因此，我们得出结论，使用δ容易估计实际涡轮机油的RPVOT剩余速率E._RGB.如果使用干燥的曲线制备校准曲线，如图所示7.．因此，如果涡轮油使用这个校准曲线管理，良好的条件可以保持与氧化产品和剩余寿命有关。

3.3。FT-IR分析样品油

数字8.显示IR光谱从1800升至1650厘米^-1鉴定氧化产品峰。调整这些，使得1800厘米的吸光度^-1对应于零。约1710厘米的吸光度水平^-1，这是羰基的吸收带峰[9.[然而，随着样品油A和C的干燥TOCT试验时间增加。但是，没有发现这种用于样品油B的这种关系，这是我们知道被氧化的样品油，因为RPVOT残留率随着干燥的TOCT测试时间而降低。然而，氧化产物的峰值不会随着干燥的TOCT测试时间而增加。结果，不能被诊断出样品油B具有增加的氧化产品。因此，我们得出结论，可以使用基于比色分析的提出的方法容易地估计与使用FT-IR分析难以诊断的样品油B的与样品油B的油的降解。

4。结论

在本研究中，发现RPVOT剩余速率和δE._RGB.数据显示出类似的趋势，我们所提出的估计方法可用于估计涡轮机油的剩余寿命。

数据可用性

用于支持本研究结果的数据可根据要求可从相应的作者获得。

的利益冲突

作者声明本文的发表不存在利益冲突。

致谢

本研究得到了日本科学促进行为协会(JSPS) KAKENHI(授权号为25420086)的支持。

参考文献

1. L. Day，“解决燃气轮机润滑油中的清漆问题”摩擦学和润滑技术号，第64卷。1，第32-38页，2008。视图:谷歌学术
2. G. Livingstone和D. Oakton，“润滑油清漆的新出现问题”维护和资产管理日记账，卷。25，不。2，pp。38-42,2010。视图:谷歌学术
3. A. Sasaki, H. Aoyama, T. Honda, Y. Iwai, C. K. Yong，《二手油污染的颜色研究》，摩擦学交易，卷。57，没有。1，pp。1-10,2014。视图:出版商网站|谷歌学术
4. M. Johnson和G. Livingstone，“鉴定润滑油贮槽中的清漆和氧化前体，”摩擦学和润滑技术，卷。67，没有。4，pp。2-7,2011。视图:谷歌学术
5. A. Sasaki，S. Uchiyama和M. Kawasaki，“燃气轮机油系统中的清漆形成”，“ASTM International，卷。5，不。7，pp。103-114,2008。视图:出版商网站|谷歌学术
6. T. Yamaguchi, S. Kawamura, T. Honda, M. Ueda, Y. Iwai, A. Sasaki，《用比色法分析油污的调查》，润滑工程，第58卷，第2期1，页12-17,2002。视图:谷歌学术
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8. A. Yano，S. Watanabe，Y.Miyazaki，M. Tsuchiya和Y. Yamamoto，“涡轮机油氧化过程中的污泥形成研究”摩擦学交易，卷。47，没有。1，pp。111-122,2004。视图:出版商网站|谷歌学术
9. m.s.罗伯特和X. W.弗朗西斯，有机化合物的光谱鉴定， John Wiley & Sons，霍博肯，新泽西州，美国，第6版，1998。

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