CNS 14670-2002 Method of test for measurement of lubricity of aviation turbine fuels by the ball-on-cylinder lubricity evaluator《航空燃油润滑度试验法》.pdf

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1、1 航空燃油潤滑度試驗法 印行年月 94 年 10 月 本標準非經本局同意不得翻印 中華民國國家標準 CNS總號 類號 ICS 75.160.20 14670 K61088 經濟部標準檢驗局印行 公布日期 修訂公布日期 91 年 8 月 7 日 年月日(共 10 頁) Method of test for measurement of lubricity of aviation turbine fuels by the ball-on-cylinder lubricity evaluator (BOCLE) 1. 適用範圍：本標準規定以磨刻儀（ BOCLE）量測航空航燃油潤滑度之試驗法。 備考

2、 1. 評估航空渦輪燃油在互相接觸的鋼製物質表面的介面潤滑摩損程度。 2. 所有量測值皆以 SI 單位表示。 3. 本標準可能涉及有危險性的材料，操作和設備，本標準要旨不在強調有關使用它時的所有安全問題，使用者應建立適用之安全衛生之操作準則，並且在使用之前能決定規則範圍之應用性。對特定之危害聲明參閱各節相關的備考。 2. 用語釋義 2.1 筒體 (cylinder)：由測試圓環及心軸組合而成。 2.2 潤滑度：描述流體的界面潤滑性質；本標準中，流體潤滑度定義為磨損刻痕，其單位為毫米，這是處在嚴密的定義及控制的條件下，所產生在一靜止的鋼球與流體潤濕的旋轉柱體間之接觸面上的磨損刻痕（ mm）。 2

3、.3 磨刻儀（ BOCLE）：球在筒體潤滑度試驗器 3. 方法概要 測試流體於常壓、週圍環境相對濕度 10%的油槽中，固定於一個不會轉動的鋼球且垂直卡盤，負載一重量後垂直向下施力於固定鋼環，部分體積浸入油槽的筒體以固定速度旋轉，筒體維持在濕潤條件下連續地輸送流體至鋼球和筒體接觸面上，鋼球上產生的磨損刻痕為測量流體的潤滑性質。 4. 意義及應用 4.1 摩擦力過大導致引擎元件如燃油泵及燃油裝置產生磨損造成使用期限減短，有時歸咎於航空燃油缺乏潤滑度所造成。 4.2 測試結果對於航空燃油油料系統組件的磨損程度，可證明元件運轉時，燃料 /金屬元件間的界面潤滑度乃是一重要因素。 4.3 磨刻儀（ BOC

4、LE）測試產生的的磨損刻痕與流體和測試材質中所含的污染物、大氣中存在的氧氣、水份及測試的溫度相關。潤滑度的量測在取樣和儲存時所攜帶進來的微量物質也有相關性。故適用本標準所使用的容器應符合下列規定。 4.3.1 使用的瓶、罐或其他型式容器之瓶蓋，表面塗佈有蠟或塑膠，則不適用。 4.3.2 可使用塗佈環氧樹脂的容器，裝填或儲存樣品，但於測試或儲存樣品前，2 CNS 14670 , K 61088 應以待測樣品沖洗三次。對於以本型式的容器做為樣品儲存之用時，建議應以氮氣置換容器內樣品上方之空氣。另外如本型式容器欲重複使用時，容器內需裝填 10 20滿的等體積的丙酮，甲苯及異丙醇混合溶劑，或以正庚烷沖

5、洗三次，每次沖洗應將容器瓶蓋蓋上再搖晃一分鐘，最後容器以空氣吹乾。 4.3.3 硼矽酸鹽玻璃瓶子亦符合本標準使用，但於使用前應以質量 1mass的實驗室用洗劑浸泡瓶子及瓶蓋至少 10 分鐘，再以洗劑充分擦洗瓶子及瓶蓋，直至以 60 75熱水沖洗時不會有泡沫產生。最後將此瓶子及瓶蓋置於 115 125的烘箱烘乾。 備考 1. 丙酮、甲苯、異丙醇、正庚烷需符合 CNS 試藥等級。 2. 洗劑為實驗室洗劑，能溶於水。 備考：警告 -丙酮、甲苯、異丙醇、正庚烷等為可燃物質，其蒸汽可能會造成閃火現象。 4.3.4 邊緣接縫有焊接的鍍錫鐵皮 (Tin-plate)之容器，聚四氟乙烯 (PTFE)容器及各式

6、的塑膠製容器皆不適合本標準使用。 4.4 磨刻儀（ BOCLE）測試方法可能無法直接反應出引擎機件的操作狀況，例如含硫量較高的燃料可能產生不規則的測試結果。 5. 儀器 5.1 磨刻儀（ BOCLE）裝置：測試的條件列如表 1。 圖 1：測試圓環及心軸組成 驅軸總承 供心軸之錐形環固定螺絲固鎖平面心軸總承 螺絲 固定螺絲測試圓環固定圓盤 錐形環 3 CNS 14670 , K 61088 表 1：標準操作條件 流體體積 501.0mL 流體溫度 251 乾 /濕空氣相對濕度 100.2%， 251， RH 前處理時以 0.50L/min 通入流體、另以 3.3L/min 通過流體表面15 分鐘

7、；測試時以 3.8L/min 吹過流體表面 外掛負重 總負重 1000g (外加 500g 重量 ) 筒體旋轉速度 2401 r/min 測試時間 300.1min 5.2 恒溫循環槽：當循環冷卻液通過樣品油槽底部時，能使流體樣品維持在 251。 5.3 顯微鏡：能將 0.1mm 的刻度放大 100 倍，最小刻度 0.01mm。 5.3.1 玻璃滑標測微計：最小量測刻度 0.01mm。 5.4 清洗槽超音波不銹鋼無縫清洗槽，容量 1.9L，功率 40 瓦。 6. 試劑與材料 6.1 測試環： SAE 8720 不銹鋼，洛氏硬度 (rockwell hardness)“C“等級， HRC 號數5

8、862，表面拋光度 0.560.71 m（ 2228 in），其大小如圖 2。 圖 2 磨刻儀（ BOLCE）的測試環 直 49.10徑 49.25直 38.94徑 最小 13.00最大 13.11材質： SAE 8720 特製鋼 硬度： 58 62HRC. 拋光度： 22 28RMS. 單位：公釐 單 位 換 算 公釐 英吋 13.0 0.512 13.11 0.516 38.94 1.533 49.10 1.933 19.25 1.939 4 CNS 14670 , K 61088 6.2 心 軸：呈 10錐度的短圓柱逐漸變細的短圓柱狀部分，用於固定測試環，如圖 2。 6.3 鋼球：鉻合金

9、不銹鋼製，由 AISI 標準鋼 No.E-52100 製造，直徑為 12.7mm，等級為 510 EP 光潔度，如 ANSI 規範的 B3.12，額外磨光拋光度未在此規範中描述， HRC 為 6466，比之 ANSI 要求還要更嚴格的限制範圍。 6.4 壓縮空氣：碳氫化合物含量少於 0.1 ppm，含水量少於 50ppm。 備考：警告 -高壓的壓縮氣體使用時候要特別小心，因為提高壓力時，空氣中大部分的有機物之自燃點會明顯下降。 6.5 乾燥器：含有非指示型的乾燥劑，存放測試環、鋼球及金屬器件。 6.6 手套：乾淨、無棉絮，可丟棄的。 6.7 紙巾：擦拭紙巾，輕質，無棉絮，不含碳氫化合物，可丟棄

10、型式。 6.8 異辛烷：純度 95以上， 2,2,4 三甲基戊烷。 備考：警告 -極易燃燒，具吸入危害性，蒸氣可引起閃火。參閱第 A1.2 節。 6.9 異丙醇：純度 99以上，符合 CNS 4862化學試藥（異辛烷）規格要求。 備考：警告 -有燃燒性。參閱第 A1.3 節 6.10 丙酮：純度 99.5，符合 CNS 1524化學試藥（丙酮）規格要求。 備考：警告 -極易燃燒，蒸氣可引起閃火。 6.11 參比液體 6.11.1 標準流體 A混合物，係於標準液體 B 中含有 30mg/kg 之油性添加劑之混合物，混合規範參照參考資料，儲存於鑲有鋁箔襯蓋的硼矽酸玻璃瓶中，置放於黑暗處。 備考：警

11、告 -具燃燒性，蒸氣有危害性。參閱第 A1.5 節 6.11.2 流體B於一窄範圍餾出的異構烷烴溶劑（參閱第6.11.1節備考）。 7.裝置準備 7.1 設備及測試零件的清潔。 7.1.1 測試環（初次使用） (1) 以人工方式用布或紙巾沾取異辛烷，將測試環上的保護蠟層清除。 (2) 將測試環置於乾淨的 500ml 燒杯。倒入 1： 1 充分混合之異丙醇及異辛烷（使其能完全覆蓋住測試環）。 (3) 將燒杯置於超音波清洗機中，清洗 15 分。 (4) 將測試環移出並放到另一乾淨的燒杯，加入新的溶劑重複第 7.1.2.2 節的步驟。 (5) 用乾淨的鉗子或丟棄式手套將所有乾淨的測試環從燒杯中取出，

12、以異辛烷沖洗，乾燥後再用丙酮沖洗。 備考：可用壓力為 140 到 210kPa（ 20 到 30psi）的壓縮空氣來完成乾燥步驟。 (6) 乾燥後儲放於乾燥器中。 7.1.2 鋼球（初次使用） 7.1.2.1 將球置於 300ml 燒杯中，倒入 1： 1 充分混合之異辛烷及異丙醇到燒杯5 CNS 14670 , K 61088 中至溶液完全覆蓋測試球。 備考：一次可處理約五天份備用。 7.1.2.2 將燒杯置於超音波清洗機中，清洗 15 分。 7.1.2.3 用一乾淨的燒杯及新的溶劑重覆步驟第 7.1.2.2 節的清洗動作。 7.1.2.4 取出以異辛烷沖洗後，以丙酮沖洗、乾燥。 7.1.2.

13、5 乾燥後存放於乾燥器中。 7.1.3 油槽、油槽蓋、球夾盤，鋼球固定環及固定環心軸組合元件。 7.1.3.1 以異辛烷沖洗。 7.1.3.2 於超音波清洗機中，以 1:1 混合之異辛烷及異丙醇清洗 5 分鐘。 7.1.3.3 取出並以異辛烷沖洗、乾燥，並以丙酮沖洗。 7.1.3.4 乾燥後儲放於乾燥器中。 7.1.4 其他器具 7.1.4.1 其他器具如心軸，扳手，鉗子及鑷子等會與測試流體接觸者，應以異辛烷徹底的沖洗乾淨並用紙巾擦乾。 7.1.4.2 不使用時，將其存放於乾燥器中。 7.1.5 測試後 7.1.5.1 移開油槽及筒體 7.1.5.2 拆解零件並以 1:1 混合之異辛烷及異丙醇

14、在超音波清洗機中清洗 5 分鐘，用異辛烷清洗、乾燥，並以丙酮沖洗後，重新組裝零件。 7.1.5.3 放於乾燥器中乾燥並儲存。 備考：測試相同流體時，允許就地以異辛烷來清洗油槽，用可丟棄式的紙巾擦除殘餘油料等相關的沉積物和測試的碎片，再用異辛烷來清洗油槽，乾燥後用丙酮做最後清洗、乾燥。 7.1.5.4 在清洗過程中，確認燃料輸送管已清洗乾淨並乾燥，不使用時儲放在乾燥器中。 8. 校正 8.1 每一測試之前要檢視測試鋼球，若出現凹洞、銹蝕或表面有異常則拋棄此球。 8.2 參比液體 8.2.1 依第 9 節對於每一組新批次的參比液體，使用事先已被參比液體測試過之標準化的筒體作三個測試。 8.2.2

15、三次重複的測試中，若磨損刻痕直徑的差異，對參比液體 A 超過 0.04mm 或參比液體 B 超過 0.08mm 時，須重覆做此三個測試。 8.2.3 若再一次的重覆測試磨損刻痕直徑之差異高於第 9 節所獲得的值，則丟棄此批次的參比液體。 8.2.4 對第 8.2.2 節的 3 個測試，若符合差異範圍，計算其磨損刻痕的平均值。 8.2.5 將平均值與下列的參比液體數值比較 參比液體 A WSD 平均的數值 0.56mm 參比液體 B WSD 平均的數值 0.85mm 6 CNS 14670 , K 61088 8.2.6 在第 8.2.6 節所獲得的平均結果與第 8.2 節所提供的參比液體數值的

16、差異，對於參比液體 A 超過 0.04mm 或對於參比液體 B 超過 0.08mm，則丟棄此批次新的參比液體。 8.3 測試環的校正 8.3.1 依照第 9 節，用參比液體 A 測試每一新的測試環。 8.3.2 若磨損刻痕直徑在第 8.2.5 節所示的參比液體 A 的 WSD 數值 0.04mm 範圍內，則此測試環為可接受。 8.3.3 若磨損刻痕直徑的結果不在第 8.2.5 節所示的參比液體 A 的 WSD 數值0.04mm 範圍內，則重複此測試。 8.3.4 若在第 8.3.1 節和第 8.3.3 節所得到的兩個 WSD 值彼此差異超過 0.04mm，或兩個 WSD 值與第 8.2.5 節

17、所示的參比液體 A 的 WSD 值之差異都超過0.04mm，則丟棄此測試環。 8.3.5 依照第 9 節，用參比液體 B 測試每個新的測試環。 8.3.6 若磨損刻痕直徑的結果在第 8.2.5 節所示的參比液體 B 的 WSD 數值 0.08mm範圍內，則此測試環是可接受的。 8.3.7 若磨損刻痕直徑的結果沒有符合在第 8.2.5 節所示的參比液體 B 的 WSD 數值 0.08mm 範圍內，則重複此測試。 8.3.8 若在 8.3.5 和 8.3.7 所得到的兩個 WSD 值彼此差異超過 0.08mm，或 兩 個 WSD值與第 8.2.5 節所示的參比液體 B 的 WSD 數值之差異都超過

18、 0.08mm，則 丟棄此測試環。 8.4 負載臂的水平 8.4.1 在每一測試前，應先檢查負載臂的水平，藉由氣泡液位及可調整的不銹鋼腳架，使馬達平台維持水平，。 8.4.2 安裝一測試鋼球在一固定螺帽中，如第 9.4 節所述。 8.4.3 解開藍色拉梢使負載臂降低，裝上 500g 重量至負載臂橫桿的末端，以手動或使用臂動器開關使測試鋼球降到測試環上。 8.4.4 確認在負載臂頂端是否水平，指示氣泡應集中在兩條線的中間，若需要，調整旋鈕使負載臂成水平。 8.5 筒體的組成 8.5.1 放置一乾淨的測試環在心軸上，並栓緊其後的金屬圓盤至心軸上，如圖 2所示。 9. 步驟 9.1 本標準所有操作條

19、件如表 1 所列。 9.2 安裝已清潔過的測試筒體。 備考：磨刻儀（ BOCLE）對污染物具有相當敏感性。 9.2.1 在清洗時要非常地小心，且必須要確實地遵守規定、清洗 需求及清洗步驟。在處理和安裝的程序時，藉由帶上乾淨的棉質手套來防止已被清洗過的測試零件（筒體、測試球、油槽和油槽的蓋子），免於遭受污染。 9.2.2 以異辛烷沖洗軸承，並且用可丟棄式的紙巾擦乾。 9.2.3 從軸承的左方和支撐架來推軸。 7 CNS 14670 , K 61088 9.2.4 握住筒體軸承，以心軸螺絲鎖孔朝左的方向將心軸穿過柱體右側的軸承支撐架，並將其一直推入聯軸節（ coupling）底部。 9.2.5 調

20、整聯軸節螺絲孔使其與筒體軸之平面成一條直線，固定螺絲。 9.2.6 設定測微計的讀值為 0.5 ，並滑動筒體往左側，直到其穩定的停靠在測微計的探針上，確定調整螺絲朝向軸之平坦面，並鎖緊可調整螺絲。 9.2.7 驅動馬達啟動前，先將測微計的探針從筒體中退回。 9.3 將測試環的號碼及測微計指出測試筒體的位置紀錄在如圖 4 的表格中。測試環上的磨損軌道其最初及最終不論從任何一方量測應該大約是 1 。 9.3.1 對其後之測試需重設測微計的測試筒體位置。新位置為距離測試環上最後磨損軌道位置的 0.75 ，將之記錄在資料表中。在新的位置上鎖緊筒體的固定螺絲後，退回測微計的探針，再將其往前推進至筒體上。

21、檢查測微計讀值確認正確的軌道間距，需要的話，則重新調整。當測試環的正確位置確定後，將測微計探針從筒體上退回。 9.4 首先放置一清潔的測試鋼球至固定螺帽中，之後放置藍色的固定環，將固定螺帽鎖到負載臂上的螺紋叉柱，用手將其鎖緊。 9.5 插入藍色插梢固定負載臂在 UP 位置。 9.6 安裝乾淨的油槽，藉由升高油槽安裝藍色的間隔平台，在油槽下方滑入藍色間隔平台，將熱電偶插入油槽左後方供熱電偶插入的孔洞。 9.7 檢查負載臂是否為水平，若有需要，則予以調整。 9.8 注入 501ml 的受測流體至油槽中，蓋上蓋子，將 1/4“與 1/8“的氣體管線接到蓋子上。 9.9 打開電源開關。 9.10 打開

22、壓縮空氣來源，調整其空氣壓力在 210350 kPa（ 3050 psi），調整機臺的空氣壓力至約 100 kPa（ 14.5 psi）。 9.11 將搖臂舉升做動器轉到 ”UP”的位置。 9.12 拉出藍色插梢以降低負載橫桿，將 500g 重量掛在負載橫桿的末端，總負載為1000g。 9.13 開啟馬達，調整轉速為 2401 rpm/min。 9.14 用流量計來控制乾 /濕空氣的流量，調整流量計之讀值為 3.8L/min，並維持相對溼度為 10.00.2。 9.15 調整油槽的溫度直到穩定在 251，調整熱傳導循環水浴的自動調溫器達到規定的溫度。 9.16 設定燃油通氣計時器為 15min

23、，調整燃油通氣流量計為 0.5L/min。 9.17 在通氣的動作完成時會產生汽笛聲音並停止通氣，繼續以 3.8L/min 的流量流至油槽中。將搖臂舉升做動器切換到 DOWN 的位置，負載臂在約 8 秒鐘的時間慢慢降下，並將測試鋼球與測試環接觸，開啟計時器到 ON 的位置 30 分鐘。 備考：負載臂下降的速度由位在盤面左側的搖臂舉升做動器閥目控制，此閥門控制 ”氣動臂舉升器鋼瓶 ”（ pneumatic arm lift actuator cylinder）的 氣 體排放。 9.18 檢查所有測試條件數值，有需要時則需調整，記錄所有必要的資料在紀錄表上。 8 CNS 14670 , K 610

24、88 9.19 經 30 分鐘後，訊號聲音響起，測試橫桿臂自動彈起，將計時器轉至 ”OFF”，將舉臂促動器切到 ”UP”的位置。 9.20 手動移除外掛負重，向上抬高測試負載臂，並用藍色的拉式插梢來固定。 9.21 將油槽的蓋子移除，用拋棄式紙巾擦拭旋轉的測試環移除其上的殘餘物，把驅動馬達的電源切換到 ”OFF”的位置。 9.22 將測試鋼球從鎖緊螺帽上取下，不可將之從藍色的固定環取下，以顯微鏡測量之前將球用拋棄式紙巾擦拭乾淨。 10. 磨損刻痕的量測 10.1 開啟顯微鏡光源並將測試鋼球置於 100 倍率的顯微鏡下。 10.2 調整顯微鏡焦距至磨損刻痕到視景中央。 10.3 調整顯微鏡至磨損

25、刻痕與參考刻劃點成一直線，量測主軸至 0. 01 ，記錄讀值在記錄表上。 10.4 調整顯微鏡至磨損刻痕與參考刻劃點成一直線，量測次軸至 0. 01 ，記錄讀值在記錄表上。 11.計算 11.1 磨損刻痕計算： 式中 WSD（ M N） / 2 WSD：磨損刻痕的直徑 ,。 M：長軸 ,。 N：短軸 ,。 12. 報告 12.1 報告應含下列資料： 12.1.1 記錄磨損痕跡直徑至 0.01 。 12.1.2 磨損區域若與參考標準測試不同，如有碎粒顏色、不尋常的顆粒或磨損形狀、可看見的雜質等等，以及在測試油槽中存在的顆粒，則記錄磨損區域情形。 12.1.3 與標準狀態測試下之負載，相對溼度，和

26、油溫的偏差。 13. 精密度與偏差 13.1 精密度精密度是測試燃油產生的磨損刻痕介於 0.45 和 0.95 之間建立，詳述如下： 13.1.1 重覆性（ Repeatability）：由同一操作員使用同一種儀器且在穩定之操作狀況下，使用同一種測試材料時，始終在正常而正確的測試方法操作下， 20次試驗中僅能有一次超過下面的值： 重覆性 0.109（ WSD）1.80 13.1.2 再現性（ Reproducibility）由不同的操作者在不同的實驗室下操作樣品並在正常及正確的操作測試方法，每做 20 次只有一次超出下列數值： 9 CNS 14670 , K 61088 再現性 0.167（

27、WSD）1.8013.2 偏差本測試方法的程序並沒有偏差，因為只能用本測試方法來定義潤滑度的值。 14. 關鍵字 14.1 航空渦輪燃油（ aviation turbine fuel）；界面潤滑性（ boundary lubrication）；噴射燃油 （ jet fuel） ；潤滑度 （ lubricity） ；磨 損 （ wear） WSD（ wear scar diameter） 。 A 附錄：（必要的資訊） A1 預防措施聲明 A1.1 壓縮空氣（鋼瓶） 當不使用時保持鋼瓶閥關閉。 務必使用壓力調節器，打開鋼瓶之前要先解除調節器壓力。 不可將鋼瓶內空氣移轉到其他鋼瓶中。 不可在鋼瓶中混

28、合氣體。 不可將鋼瓶掉落。 確認鋼瓶時常被支撐固定。 打開鋼瓶的閥門時，不要對著出口處。 鋼瓶須遠離陽光和熱源。 鋼瓶須避開腐蝕性的環境。 不可使用有凹陷或破損鋼瓶。 不可使用沒有標籤的鋼瓶。 僅供試驗用途，不可用於吸入用途。 A1.2 異辛烷 遠離熱源、火花和火源。 保持容器密閉。 使用適當通風。 避免構成蒸氣並排除所有的火源，尤其非防爆的電器設備和加熱器。 避免長時間吸入蒸氣或霧氣。 避免長時間或經常的與皮膚接觸。 A1.3 異丙醇 遠離熱源、火花和火源。 容器保持密閉。 使用適當通風。 避免長時間吸入蒸氣或霧氣。 避免接觸到眼睛和皮膚。 不可吞食。 A1.4 丙酮 遠離熱源、火花和火源。 容器保持密閉。 10 CNS 14670 , K 61088 使用適當通風。 避免構成蒸氣並排除所有的火源，尤其非防爆的電器設備和加熱器。 避免長時間吸入這些蒸氣或霧氣。 避免接觸到眼睛或皮膚。 A1.5 異烷烴溶劑和燃油添加劑 (Isoparaffinic Solvent and Fuel Additive) 遠離熱源、火花和火源。 容器保持密閉。 使用適當通風。 避免長時間吸入這些蒸氣或霧氣。 避免長時間或經常的與皮膚接觸。 參考資料： MIL-I-25017,Inhibitor,corrosion/lubricity improver,fuel soluble 規範