Effect of the Temperature Based on Capacitance Method on the Oil-Water Separation Performance of Ship Turbine Oil
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摘要: 依据汽轮机油与水的介电常数差值大，其混合相作为电介质，会发生电容值变化显著的原理，采用同轴圆柱形电容作为测试传感器，选取符合世界主流海军舰船汽轮机油产品规范的8个油样，利用电容法对比研究室温(18~24 ℃)和54 ℃对油样的分水性影响规律，选取了分水性变化明显的油样进行分水后油层微观形貌分析. 试验结果表明：在54 ℃条件下，从油水混合到分离结束，电容值-时间曲线重合度更高，油水均匀混合重复性好，表现出了优于室温的重复性和稳定性；分水速率曲线具有良好的重复性，验证了电容法评定汽轮机油分水性的可靠性，在相同温度下分水速率和破乳化时间受水相分布与运动态势影响小；确定用电容法评定汽轮机油分水性时，环境温度选择54 ℃为最佳；作用机理分析说明，温度是影响舰船汽轮机油分水性的关键指标.Abstract: According to the principle that the difference between the dielectric constant of steam turbine oil and water is large, and the mixed phase acts as a dielectric, the capacitance value will change significantly. Using coaxial cylindrical capacitors as test sensors, eight oil samples that meeted the specifications of the world's mainstream naval ship steam turbine oil products were selected. The capacitance method was used to study the influence of room temperature (18 ~ 24 ℃) and 54 ℃ on the water separation of oil samples. The oil samples with obvious changes in water separation were selected to analyze the microscopic morphology of the oil layer after water separation. The results showed that: 1) At 54 ℃, from the mixing of oil and water to the end of separation, the capacitance value-time curve had a higher degree of coincidence, and the uniform mixing of oil and water had good repeatability, showing better repeatability and stability than room temperature; 2) The water separation rate curve had good repeatability, which verified the reliability of the capacitance method to evaluate the water separation of steam turbine oil, and at the same temperature, the water separation rate and demulsification time were less affected by the water phase distribution and movement; 3) When determining the water content of steam turbine oil by capacitance method, the ambient temperature was 54 ℃; 4) The analysis of the action mechanism showed that temperature was a key indicator that affected the water separation of the steam turbine oil.
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汽轮机油是应用广泛的工业润滑油，舰船汽轮机油担负给汽轮主机、汽轮辅机提供润滑、冷却和防护等任务[1-2]. 与电厂汽轮机组相比，舰船动力汽轮机组结构设计更加紧凑，所占用布置空间更小，以致汽轮机组在工作过程中，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 7305-2003《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]. 这两种方法又习惯称为“搅拌法”和“蒸汽法”[6]，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[16]. 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.
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.
表 1 试验用油列表Table 1. Experimental oil listOil sample No Oil sample product/status Product Standards Viscosity(40 ℃)/(mm2/s) Explanation A Factory 1/ new GJB1601B-2015 65~75 China Using B Factory 2/ new GJB1601B-2015 65~75 China Using C new MIL-PRF-17331L 77~97 United States Using D new ГОСТ 9972-1974 61.2~74.8 Russia Using E Factory 3 Batch 1/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use F Factory 3 Batch 2/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use G Factory 3 Batch 3/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use H Factory 1/ used GJB1601B-2015 65~75 China Using 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. 当达到停止条件时，人工停止测试过程，并自动记录、存储数据. 每个油样进行6次试验，取平均值作为油样的最终油水分离时间. 采用德国卡尔蔡司产Axio Scope A1型研究级正置数字显微镜观察分水后油层微观形貌.
2. 数据曲线处理原理
根据电容器原理，当电容器尺寸固定后，电容器内油水混合相的电容值C与混合相的介电常数γ具有函数关系，如下式(1)所示：
$$C = f(\gamma )$$ (1) 汽轮机油在混水后会进行分水，混合相含水量会发生变化，所以汽轮机油与水的混合相的介电常数γ不是1个定值，它是1个随时间t变化的函数，如式(2)所示.
$$\gamma = g(t)$$ (2) 由(1)、式(2)得出，对于固定电容器，定量汽轮机油与定量水的混合相的电容值C是1个与混合时间t有关的函数，如式(3)所示.
$$C = f(g(t))$$ (3) 根据式(3)，将电容值C对时间t进行一阶微分计算，即得出电容在时间上的变化率记为R.
$${C^{'}} = {f^{'}}(g(t)) = R = \frac{{dC}}{{dt}}$$ (4) 电容变化率R为正值时，表示电容值增加，混合相含水量增加；为负值时，表示电容值下降，混合相含水量降低. 以电容值变化率作为评判油水分离结束的条件.
3. 结果与分析
3.1 室温条件
在6次试验中，A~H油选取3次有代表性的电容值，绘得电容值-时间曲线，如图2所示. 图3为依据图2所绘制的电容值变化率曲线. 从曲线变化趋势与数值跳跃范围看，室温条件下，不同油样表现出不同的分水特点；因油样而异，同一油样在多次试验中表现出不同的分水时间.
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图 2 室温下各油样的电容值-时间曲线Figure 2. Capacitance value-time curve of each oil sample at room temperature![]()
图 3 室温下各油样的电容值变化率曲线Figure 3. Variation rate of capacitance value of each oil sample at room temperature3.1.1 电容值-时间曲线分析
图2看出，油水分离过程中，各油样的电容值-时间曲线均存在不同程度分离. 主要体现在3个方面：一是分离开始点对应的电容值不同，如A、D、E、F和H油；二是分离阶段曲线变化不同，如B、C、D和F油；三是部分油样分水结束时电容值差别较大，如B、C、D、F和G油. 开始点电容值不同，说明搅拌停止时，乳状液含水量不同，存在油水混合程度重复性差的情况. 分离阶段曲线变化不同，表明在多次试验中，同一油样的油水分离行为有变，乳状液中微液滴的运动能量不同. 结束时电容值差别大，表明油水分离结束时油层含水量不同，油样分水性能不稳定. 同时，“开始点电容值不同”、“分离阶段曲线变化不同”与“结束时电容值差别大”三种现象之间没有直接关联，也没有迹象表明三者之间存在两两因果关系.
不同油样表现出不同的分水规律. A、C、E、G和H油表现出电容值一直下降的规律，而B、D和F油，则表现出先下降、再上升、再下降的规律. 电容值与乳状液含水量成正比例关系，电容值下降、上升即表示乳状液含水量下降、上升. 在油水分离过程中，电容值一直下降，说明水相连续地从乳状液中沉降分离，乳状液的含水量一直下降. 电容值先降、又升，说明乳状液中大液滴水相先是沉降脱出，随着时间增加，传感器上端以外的乳状液中小液滴水相逐渐下沉至传感器内，在某个高度范围内大量聚结，且聚结速度大于沉降速度，使得此时传感器测量的油层含水量增加，电容值表现上升；当传感器内乳状液的水相聚结速度变慢，聚结过程即将完成，小液滴聚结成大液滴，水相沉降开始表现明显，此时电容值表现为下降，则含水量下降. 整个过程是1个水相在乳状液中聚结与沉降的动态平衡过程，当水相聚结速率大于沉降时，电容值表现出上升，反之表现为下降.
3.1.2 分水速率曲线分析
电容值变化体现了乳状液含水量变化，在W/O型乳状液中，电容值与水相含量成正比，当其他因素不变时，电容值的下降速率即为乳状液的分水速率. 通过图2中的曲线进行一阶微分计算，绘制了各油样在室温条件下的电容值变化率曲线，表达了分水速率与时间的关系，如图3所示.
尽管图2中多个油样的分水行为和分水开始、结束点的电容值不同，但在分水速率方面，大部分油样的变化规律具有显著重复性. 尤其是在分水后期，每种油样在多次试验中所表现出的分水速率在相同的时间区域内具有非常接近的速率值. 以上情况表明，在油水比例固定情况下，对于同一种汽轮机油，尽管搅拌结束时乳状液中的水相分布与运动态势可能存在一定差异，但这并不影响同一乳状液的分水速率.
图3中，曲线平滑的油样分水速率变化稳定均匀，表明该油品分水时，水相从乳状液中持续稳定分出，如A、C、E、F和G油；而曲线跳跃明显的油样，则表明油品分水速率不稳定，时快时慢，如B、D和H油.
3.1.3 分水时间的确定
根据电容传感器的分辨率及电容值的变化量，将
$\left| {{R_{0.1 {\rm pF}}}} \right|$ 设为60 s内电容值变化为0.1 pF的变化率，得$\left| {{R_{0.1{\rm pF}}}} \right| \!=\! \displaystyle\frac{{0.1 \; {\rm pF}}}{{60 \; {\rm s}}} \!=\! 0.001 \; 7{{\rm pF} / {\rm s}}$ ；$\left| {{R_{0.01{\rm pF}}}} \right|$ 设为60 s内电容值变化为0.01pF的变化率，得$\left| {{R_{0.01{\rm pF}}}} \right| \!=\! \displaystyle\frac{{0.01 \; {\rm pF}}}{{60 \; {\rm s}}} \!=\! 0.000 \; 17{{\rm pF} / {\rm s}}$ ，以R值的正负表示含水量增减. 分别利用R0.1pF和R0.01pF值作为门槛值来判断油水分离结束的时间.图3中红色虚线表示电容变化率
$\left| {{R_{0.1 {\rm pF}}}} \right|$ =0.0017 pF/s的门槛值位置，紫色虚线表示电容变化率$\left| {{R_{0.01{\rm pF}}}} \right|$ =0.00017 pF/s的门槛值位置. 根据电容变化率R与两条门槛值线的相对位置来确定油水分离时间. 分别得到8个油样在6次试验中电容变化率不大于$\left| {{R_{0.1{\rm pF}}}} \right|$ 和$\left| {{R_{0.01{\rm pF}}}} \right|$ 时的油水分离时间，并计算分水时间平均值作为破乳化时间，如表2和表3所示.表 2 各油样在不大于R0.1pF时的油水分离结束时间表Table 2. End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R0.1pFTimes Sample A B C D E F G H 1 2′00″ 8′00″ 1′00″ 5′30″ 2′30″ 3′30″ 5′30″ 4′00″ 2 2′00″ 8′00″ 1′00″ 6′00″ 2′00″ 3′30″ 4′30″ 2′00″ 3 2′00″ 7′00″ 1′00″ 5′00″ 2′00″ 3′00″ 3′00″ 2′30″ 4 2′00″ 7′00″ 1′00″ 5′30″ 2′00″ 3′00″ 4′00″ 2′30″ 5 2′00″ 7′30″ 1′00″ 5′30″ 2′00″ 3′00″ 4′30″ 3′00″ 6 2′00″ 8′00″ 1′00″ 6′00″ 2′30″ 3′30″ 4′30″ 2′30″ Average value 2′00″ 7′35″ 1′00″ 5′35″ 2′10″ 3′15″ 4′20″ 2′45″ 表 3 各油样在不大于R0.01pF时的油水分离结束时间表Table 3. End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R0.01pFTimes Sample A B C D E F G H 1 3′00″ 31′30″ 3′30″ 11′30″ 4′00″ 18′30″ 16′30″ 8′30″ 2 4′00″ 24′00″ 2′30″ 11′00″ 3′30″ 17′30″ 20′30″ 9′30″ 3 4′00″ 40′00″ 2′00″ 8′30″ 3′30″ 26′30″ 21′00″ 6′00″ 4 4′00″ 32′00″ 2′30″ 11′00″ 3′30″ 19′30″ 20′00″ 8′30″ 5 4′00″ 32′30″ 3′00″ 11′30″ 4′00″ 25′30″ 20′30″ 8′30″ 6 3′30″ 26′30″ 3′30″ 10′30″ 4′00″ 26′00″ 19′30″ 9′00″ Average value 3′45″ 31′05″ 2′50″ 10′40″ 3′45″ 22′15″ 19′40″ 8′20″ 以R0.1pF=0.0017pF/s作为门槛值时，得到各油样分水停止时间由短到长依次为C→A→E→H→F→G→D→B.
以R0.01pF=0.000 17pF/s作为门槛值时，得到各油样分水停止时间由短到长依次为C→A→E→H→D→G→F→B.
3.2 54 ℃条件
6次试验中，A~H油选取3次有代表性的电容值，绘得电容值-时间曲线，如图4所示. 图5为依据图4所绘制的电容值变化率曲线. 与室温相比，差别在于，油样在多次试验中，开始点、结束点的电容值均比较接近，分水过程曲线重合度较高，各结束时间点接近. 在54 ℃条件下，从搅拌到油水分离结束的全过程中，汽轮机油的分水行为都表现出了优于室温条件下的重复性和稳定性.
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图 4 54 ℃下各油样的电容值-时间曲线Figure 4. Capacitance value-time curve of each oil sample at 54 ℃![]()
图 5 54 ℃下各油样的电容值变化率曲线Figure 5. Variation rate of capacitance value of each oil sample at 54 ℃3.2.1 电容值-时间曲线分析
图4看出，与室温条件下不同，54 ℃下所有油样的电容值-时间曲线均表现出非常好的重复性，表现为搅拌和分水结束时所得电容值接近，分水过程电容值曲线重合性好. 这一现象说明，从油水混合至分离结束，环境温度对油水相分布、分水速率、分水行为产生很大影响，使试验的重复性和可靠性均得到大幅提升. 分析原因在于，环境温度较高时，水分子与油分子的运动能力提高，在相同的混合动能作用下，水相形成直径更小的液滴均匀分散在油相内，利于形成均匀乳状液. 破乳化时，乳状液就会表现出相似的分水行为.
不同油样之间，仍存在不同的分水规律. A、C、D和H油的电容值一直下降，说明分水全过程中沉降强于聚结；B、E、F和G油，则表现出电容值“先上升、再下降”的规律，不再是“先下降、再上升、再下降”，上升阶段仅发生在前4 min内(室温时上升阶段要发生在4~16 min范围内). 电容值上升，说明油样搅拌停止时聚结速度高于沉降，但持续时间不长，即刻乳状液内水相沉降强于聚结. 与室温相比，另一个区别在于部分油样的分水规律发生变化，如E、G油在室温条件时，电容值为持续下降，而在54 ℃时却变为波动变化；D油在室温时电容值为波动变化，而在54 ℃时为持续下降.
3.2.2 分水速率曲线分析
通过图4中的曲线进行一阶微分计算，绘制了各油样在54 ℃条件下的电容值变化率曲线，表达了分水速率与时间的关系，如图5所示.
图5中，尽管各油样都表现出明显的波动，但仅在10−4 pF这个量级上的跳跃，各油样的电容值变化率最大的不超过0.0012 pF(A油). 所以，在54 ℃时，各油样的分水速率变化较小，与室温相比，已不存在分水忽快忽慢的情况，水相从乳状液中均是持续稳定分出.
3.2.3 分水时间的确定
与室温相比，54 ℃时，乳状液的电容值下降速率很快便降到10−4 pF量级以下，已不能使用R0.1pF(10−3 pF量级)值作为门槛值来判断油水分离结束的时间，仅用R0.01pF值作为油水分离结束的门槛值. 图5中虚线表示电容值变化率
$ \left| {{R_{0.01pF}}} \right|$ =0.00017 pF/s的位置. 根据R值与门槛值线的相对位置，得到油样的油水分离时间，如表4所示.表 4 各油样在不大于R=0.01pF时的油水分离结束时间表Table 4. End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R = 0.01pFTimes Sample A B C D E F G H 1 14′00″ 16′00″ 24′30″ 19′00″ 20′30″ 56′30″ 19′30″ 21′30″ 2 16′00″ 16′30″ 21′30″ 21′00″ 19′30″ 60′00″ 22′30″ 21′00″ 3 15′00″ 17′00″ 21′30″ 20′00″ 19′30″ 60′30″ 22′30″ 18′00″ 4 15′00″ 16′30″ 21′30″ 20′00″ 19′30″ 59′30″ 22′30″ 19′30″ 5 15′00″ 17′00″ 22′00″ 19′00″ 20′00″ 60′00″ 22′00″ 21′00″ 6 16′00″ 16′30″ 23′30″ 21′00″ 20′30″ 58′00″ 21′30″ 21′30″ Average value 15′10″ 16′35″ 22′25″ 20′00″ 19′55″ 59′05″ 21′45″ 20′25″ 各油样分水停止时间由短到长依次为A→B→E→D→H→G→C→F.
3.3 微观形貌
从8个样品中，依据分水时间长短(即分水性优劣)，兼顾温度变化分水时间变化明显的要求，选取油样进行分水后油层微观形貌分析. 在室温和54 ℃条件下，8个油样分水时间由短到长的排序如下：①室温R0.1pF时，C→A→E→H→F→G→D→B；②室温R0.01pF时，C→A→E→H→D→G→F→B；③54 ℃R0.01pF时，A→B→E→D→H→G→C→F. 可以看出，室温条件下，无论分水停止门槛值是R0.1pF，还是R0.01pF，C油的分水时间最短，B油的分水时间最长，并且在54 ℃时，C油的分水时间排序由第1位降至第7位，而B油则由第8位升至第2位. 其他油样的分水时间受温度影响程度不同，但没有B和C油表现明显. 所以，选取B和C油作为微观形貌分析对象.
图6是B和C油分别在室温R0.01pF和54 ℃条件下分水结束时的油层微观形貌. 室温时，B和C油内含有大量水相液滴，如图6(a)和图6(c)所示，大粒径液滴数量较多，且液滴的边界膜具有一定厚度；大液滴间隙中紧密布满不同粒径的小液滴；B油油层内的水相液滴中含有多个油相聚结液滴[见图6(a)]；从排布情况看，重力快速分水基本完成. 54 ℃时，如图6(c)和图6(d)所示，油层内大粒径液滴边界膜厚度与之前相当，数量较室温时明显减少；油层内小液滴数量减少，多数与大液滴彼此间呈独立分布状态；可以看出此时分水已经完成.
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图 6 分水结束时B油与C油的油层微观形貌图Figure 6. Microscopic morphology of oil layer B and C at the end of water separation根据以上对比分析，得出温度升高后，分水结束时，油层内的含水量较室温时明显降低，液滴排布呈稳定状态，此时油水分离程度更好，更接近理论意义上的油水分离结束点.
3.4 机理分析
油包水型(W/O)乳状液的油水分离根本原理是油相中的水相经过聚结、沉降过程，从乳状液中分离沉降至油层下，实现油水分离. 聚结是水相的小液滴在水分子动能作用下合并成大液滴的过程. 液滴体积逐渐增大至足够脱离油相的尺寸，此时的液滴的最小尺寸即为临界分离尺寸. 在重力作用、破乳剂创造的油水界面低张力条件下，达到临界分离尺寸的液滴开始沉降，直至脱离油层. 重力分离结束时油层内还会留有少量难以分离的水相.
研究中选择室温和54 ℃两种温度条件，不同温度下水分离，乳状液表现出不同的电容值变化规律，利用电容法评定温度对汽轮机油分水性影响，分析其机理分为2个步骤，即：搅拌和分离.
室温条件下，在机械高能搅拌下，油水混合液形成W/O型乳状液，油层中含有大量水滴，水相以尺寸较大的液滴分散在油相中，小尺寸液滴较少；分离时，油层电容值大即含水量较高(与54 ℃比电容值较大)，液滴尺寸大，多数液滴达到或超过临界分离尺寸，直接沉降，小液滴则通过聚结很快达到分离临界尺寸，沉降而出，因此分水时间短.
温度升高使分子运动速度加快、液体表面张力下降，也使油品粘度降低. 54 ℃条件下，在机械高能搅拌下，因油水界面表面张力下降，水分子运动速度加快，水相以更小尺寸的液滴(与室温比)分散在油层中，大液滴较少，油水乳化程度加深(与室温相比)；分离时，小液滴以液滴群的形态分布在油层中，先是在破乳剂和温度的共同作用下打破油水界面表面张力，小液滴聚结，使液滴体积增加，重复上述聚结过程至液滴尺寸达到临界分离尺寸，形成大液滴，沉降脱离油层，以致水相从乳状液中分离需要更多的时间.
有研究表明[17-18]，油水乳状液在强外电场作用下，调节电压、频率、交流或直流等电场因素，均可以改变油水分离速度. 本研究中，2个温度条件下，电容传感器采用相同测量设置，虽然油水分离处于外电场作用，但该电场属于弱电场且2次试验都存在，试验过程中并未变化电场因素，因此，电场对汽轮机油分水性的影响不在本研究范围内.
油水分离机理如图7所示.
4. 结论
a. 不同油样的电容值-时间曲线变化特点说明，与室温相比，54 ℃条件下，从油水混合到分离结束，全过程曲线重合度更高，油水均匀混合重复性好，同一油样在多次试验中水相微观液滴动能接近，油品分水性能稳定，表现出了优于室温的重复性和稳定性.
b. 无论是室温，还是54 ℃，分水速率曲线均表现出良好的重复性，验证了电容法评定汽轮机油分水性的可靠性. 同一温度下，同一乳状液的分水速率和破乳化时间与水相分布和运动态势关联小.
c. 结合微观形貌分析结果，确定用电容法评定汽轮机油分水性时，环境温度选择54 ℃为最佳.
d. 温度是影响舰船汽轮机油分水性的关键指标. 温度升高改变油品黏度、界面张力，加深油水混合液乳化程度，使得分水速率下降，引发破乳化时间变长.
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图 2 室温下各油样的电容值-时间曲线
Figure 2. Capacitance value-time curve of each oil sample at room temperature
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图 3 室温下各油样的电容值变化率曲线
Figure 3. Variation rate of capacitance value of each oil sample at room temperature
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图 4 54 ℃下各油样的电容值-时间曲线
Figure 4. Capacitance value-time curve of each oil sample at 54 ℃
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图 5 54 ℃下各油样的电容值变化率曲线
Figure 5. Variation rate of capacitance value of each oil sample at 54 ℃
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图 6 分水结束时B油与C油的油层微观形貌图
Figure 6. Microscopic morphology of oil layer B and C at the end of water separation
表 1 试验用油列表
Table 1 Experimental oil list
Oil sample No Oil sample product/status Product Standards Viscosity(40 ℃)/(mm2/s) Explanation A Factory 1/ new GJB1601B-2015 65~75 China Using B Factory 2/ new GJB1601B-2015 65~75 China Using C new MIL-PRF-17331L 77~97 United States Using D new ГОСТ 9972-1974 61.2~74.8 Russia Using E Factory 3 Batch 1/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use F Factory 3 Batch 2/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use G Factory 3 Batch 3/ new GJB1601A-1998 65~75 China Original use H Factory 1/ used GJB1601B-2015 65~75 China Using 
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表 2 各油样在不大于R0.1pF时的油水分离结束时间表
Table 2 End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R0.1pF
Times Sample A B C D E F G H 1 2′00″ 8′00″ 1′00″ 5′30″ 2′30″ 3′30″ 5′30″ 4′00″ 2 2′00″ 8′00″ 1′00″ 6′00″ 2′00″ 3′30″ 4′30″ 2′00″ 3 2′00″ 7′00″ 1′00″ 5′00″ 2′00″ 3′00″ 3′00″ 2′30″ 4 2′00″ 7′00″ 1′00″ 5′30″ 2′00″ 3′00″ 4′00″ 2′30″ 5 2′00″ 7′30″ 1′00″ 5′30″ 2′00″ 3′00″ 4′30″ 3′00″ 6 2′00″ 8′00″ 1′00″ 6′00″ 2′30″ 3′30″ 4′30″ 2′30″ Average value 2′00″ 7′35″ 1′00″ 5′35″ 2′10″ 3′15″ 4′20″ 2′45″
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表 3 各油样在不大于R0.01pF时的油水分离结束时间表
Table 3 End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R0.01pF
Times Sample A B C D E F G H 1 3′00″ 31′30″ 3′30″ 11′30″ 4′00″ 18′30″ 16′30″ 8′30″ 2 4′00″ 24′00″ 2′30″ 11′00″ 3′30″ 17′30″ 20′30″ 9′30″ 3 4′00″ 40′00″ 2′00″ 8′30″ 3′30″ 26′30″ 21′00″ 6′00″ 4 4′00″ 32′00″ 2′30″ 11′00″ 3′30″ 19′30″ 20′00″ 8′30″ 5 4′00″ 32′30″ 3′00″ 11′30″ 4′00″ 25′30″ 20′30″ 8′30″ 6 3′30″ 26′30″ 3′30″ 10′30″ 4′00″ 26′00″ 19′30″ 9′00″ Average value 3′45″ 31′05″ 2′50″ 10′40″ 3′45″ 22′15″ 19′40″ 8′20″
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表 4 各油样在不大于R=0.01pF时的油水分离结束时间表
Table 4 End time schedule of oil-water separation when each oil sample is not greater than R = 0.01pF
Times Sample A B C D E F G H 1 14′00″ 16′00″ 24′30″ 19′00″ 20′30″ 56′30″ 19′30″ 21′30″ 2 16′00″ 16′30″ 21′30″ 21′00″ 19′30″ 60′00″ 22′30″ 21′00″ 3 15′00″ 17′00″ 21′30″ 20′00″ 19′30″ 60′30″ 22′30″ 18′00″ 4 15′00″ 16′30″ 21′30″ 20′00″ 19′30″ 59′30″ 22′30″ 19′30″ 5 15′00″ 17′00″ 22′00″ 19′00″ 20′00″ 60′00″ 22′00″ 21′00″ 6 16′00″ 16′30″ 23′30″ 21′00″ 20′30″ 58′00″ 21′30″ 21′30″ Average value 15′10″ 16′35″ 22′25″ 20′00″ 19′55″ 59′05″ 21′45″ 20′25″
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百度学术
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