高性能、绿色化、智能化将是未来船用发动机发展的最重要方向，而高可靠、低摩擦、长寿命、低排放、可降解以及对清洁燃料的适应性，将是润滑油领域面临的新挑战和新机遇。近日，在中国内燃机学会于青岛举办的2024年润滑技术大会上，来自装备制造及润滑产业链的专家针对船舶海洋工程及深海装备的应用场景呼吁：润滑油生产商研发更高品质、更长寿命的滑油产品；行业共同探索新的评估标准和技术手段，以更精准地评判高强化柴油机润滑油的性能，确保船舶机械的安全、高效运行。
记者 吴秀霞
面对高湿、高盐、微生物附着及深海高压等极端环境挑战，润滑系统的创新设计与研发成为关键。这些挑战不仅孕育着新需求、新课题，更是推动新产品与新产业蓬勃发展的增长点。
高性能、绿色化、智能化将是未来船用发动机发展的最重要方向，而高可靠、低摩擦、长寿命、低排放、可降解以及对清洁燃料的适应性，将是润滑油领域面临的新挑战和新机遇。
解锁深海装备润滑难题
摩擦与润滑，作为驱动人类文明进步的强大引擎，始终与机械设备技术的革新“并驾齐驱”，润滑油更是被誉为制造业的“血液”。随着现代机电装备技术的飞速发展，润滑技术的重要性在交通运输、高端装备及制造业中愈发凸显，而海洋工程装备的稳定运行同样离不开润滑技术的关键支撑。中国工程院院士、中国海洋大学教授李华军指出，海洋环境以其独特的多物理场特性——高湿高盐、生物附着、泥沙夹带及极端水深温度变化，对润滑技术提出了更为苛刻的要求。相较于陆地与太空环境，海洋环境的复杂性对润滑系统构成了前所未有的挑战。
“在海洋环境下，润滑系统需兼具减少磨损摩擦、维持卓越润滑性能的基础功能，同时必须有效应对高湿高盐诱发的腐蚀问题，抵御生物附着及泥沙夹带的侵扰。在海洋中的波、风、流、生物及泥沙等多重因素交织作用下，形成极为恶劣的工作环境，这不仅加速了海工装备的摩擦与磨损，还对其润滑系统的防腐性、抗附着能力及抗泥沙性能提出了更高要求。”李华军强调，创新发展适应海洋极端条件的润滑技术，对保障海洋工程装备的长期稳定运行至关重要。
海洋的深度和极端温度条件也给润滑技术的应用带来了新的难题。李华军指出，深海环境下，上万米水深形成的巨大压力，对润滑系统的动态密封等性能提出了极高要求。而在南北两极的极端低温环境中，润滑材料的耐寒性更是决定装备能否正常作业的关键因素。此外，海洋装备的运行维护极具挑战性，对于深入海洋万米之下的实验器或采矿机器人等装备，其维护难度与成本均极高。如何有效应对这些挑战，减少磨损与摩擦，同时确保润滑系统具备良好的防腐、抗生物附着及抗泥沙夹带等特性，是必须攻克的技术难关。李华军呼吁，研发设计具有更高承压能力的润滑系统以及具有防微生物附着功能的润滑材料，包括开发新型合成油、润滑脂及添加剂，并优化润滑油的流动性和密封性能，以确保在深海高压条件下仍能保持有效的润滑效果。
李华军强调，海洋工程技术装备领域的润滑系统及产品亟待“深耕”，面对高湿、高盐、微生物附着及深海高压等极端环境挑战，润滑系统的创新设计与研发成为关键。这些挑战不仅孕育着新需求、新课题，更是推动新产品与新产业蓬勃发展的增长点。他建议，海洋工程、材料科学、机械工程、信息技术等多学科交叉融合与产学研用紧密结合，共同攻克技术难关，推动海洋工程装备润滑技术的创新发展。
发动机设计与润滑技术协同发展
面对全球气候变化和资源环境约束日益严峻的挑战，润滑技术的创新发展成为推动工业绿色转型的重要一环。多位专家认为，甲醇、氨、氢等清洁燃料在船舶内燃机中的应用，亟需润滑技术与润滑油适应性，以及高强化条件下摩擦副设计与润滑模型构建等方面的深入研发与探索。这不仅是技术进步的必然需求，也是实现船舶运输绿色、低碳、可持续发展的关键所在。
中国内燃机学会副理事长、哈尔滨工程大学原校长刘志刚指出，随着环保海事法规的不断出台与实施，船舶动力系统技术升级已成为不可逆转的趋势，未来船舶发动机将逐渐向使用天然气、氢、氨、生物柴油等新型清洁燃料转变。这一转变不仅意味着燃料种类的变化，更对发动机的润滑系统提出了全新挑战。
刘志刚指出，船舶发动机，尤其是远洋船舶所使用的大缸径、大功率发动机，在转向甲醇、氨、氢等清洁燃料时，将面临一系列前所未有的摩擦润滑问题。首先是润滑油与燃料的适应性问题。随着船舶发动机燃料由传统重油向清洁、零碳燃料转变，润滑技术必须同步升级。清洁燃料如甲醇、氨、氢等不含硫成分，这与传统含硫重油在燃烧特性上存在显著差异，对润滑油的属性提出了新的要求。因此，研发适应新型燃料的润滑油，明确其关键属性与性能要求，是当前的重要课题。目前，中石油润滑油公司及多所院校已在此领域展开合作，致力探索零碳燃料润滑油的独特性能。
其次，船舶内燃机的高强化趋势进一步加剧了摩擦润滑的复杂性，高强化条件下的摩擦副设计与润滑模型构建成为关键。内燃机高功率密度不仅改变了燃烧过程，提高了燃烧温度和压力，还对摩擦副的工况产生了深远影响，如何在新燃料条件下保持或提升润滑效果，成为亟待解决的技术难题。例如，某大型发动机在由柴油改为液化天然气（LNG）双燃料后出现的拉缸问题，正是新燃料对润滑系统提出挑战的一个具体案例。这要求发动机设计者在考虑燃料转换的同时，必须重视润滑系统的优化与升级，以确保发动机的稳定运行和良好性能。刘志刚表示，为了应对这一挑战，需要从动力学角度出发，结合燃烧过程进行耦合分析，构建精确的摩擦润滑模型，准确反映新型燃料燃烧特性对摩擦副的影响，为摩擦副的优化设计提供科学依据。
刘志刚强调，面对环保新要求，发动机设计与润滑技术的协同发展至关重要。未来，随着燃料种类的不断丰富和发动机技术的持续进步，润滑油的研发与应用也将迎来新的机遇与挑战。他呼吁业界共同努力，推动船舶大功率替代燃料内燃机技术与润滑技术协同发展。
润滑油迎来绿色革命
绿色燃料不仅影响润滑油的稳定性，还可能通过交互作用改变其性能，对发动机摩擦副及润滑油提出更高要求。
中国船舶集团有限公司第七一一研究所副总工程师黄立指出，LNG、甲醇、氨等清洁燃料已成为船舶发动机发展主流趋势，但清洁燃料燃烧后产生的高含水量可引发润滑油乳化、磨损及腐蚀问题。为确保船舶机械与船舶同寿命，需解决传统滑油换油周期短、成本高昂的难题。其中的关键在于提升滑油在高温高爆压条件下的稳定性，提升对低碳零碳燃料的适应性，以延长使用寿命。
黄立强调，在船舶机械长寿命设计中，船用机需与船舶同寿命，其大修周期设定在2.4万至3.2万小时，对机械部件尤其是摩擦副的耐久性提出了严苛要求。发动机强化导致传统滑油换油周期缩短，增加了运营成本及操作难度。滑油寿命缩短的原因在于高温下活塞环对滑油性能需求激增，加速添加剂消耗，降低抗氧化性，易致拉缸等故障。针对该问题，七一一所已与中国石化润滑油公司上海研究院展开深度合作，成功开发出针对甲醇燃料的专用润滑油，并在甲醇发动机上进行了深入研究和验证。同时，黄立强调，对于低压气道喷射的甲醇发动机，使用专用润滑油至关重要；而对于高压直喷技术，目前虽仍在使用传统柴油机润滑油进行测试，但已初步显示出良好的性能稳定性，后续将通过更严格的裂化试验进一步验证其适用性。
针对高强化与绿色燃料发动机，润滑油需同时综合考虑高爆压、高转速以及燃料特性变化等多重复杂因素。大连海事大学教授徐久军认为，绿色燃料如甲醇虽然在一定工况下有降低摩擦的现象，但在高爆压、高转速和高工作温度的极端工况下，润滑技术的难题依然存在。值得注意的是，绿色燃料及其燃烧产物对运动副的磨损影响显著，试验观察到铸铁气缸套磨损明显增大，且有腐蚀现象，尤其是加入氨气和甲酸时更为明显。开发与绿色燃料特性相匹配的发动机润滑油和摩擦副新材料，是解决这一难题的努力方向。
“当前换油标准过于单一，仅依赖黏度、减值、酸度等宏观参数已无法全面反映高强化柴油机润滑油在微观层面的性能变化，特别是清洁性和添加剂状态的变化。”黄立呼吁建立更加精细、微观的评估体系，以准确表征润滑油性能，预防故障发生。她还指出，核电等特殊应用场景下的柴油机虽不常使用，但长期处于热备状态对滑油寿命构成威胁等也值得关注。
黄立表示，中国船舶发动机行业已从依赖对外引进迈向自主研发的新阶段，为实现船舶动力自主发展和“双碳”目标奠定了坚实基础。她强调，高性能、绿色化、智能化将是未来船舶发动机发展的重要方向，而高可靠、低摩擦、长寿命、低排放、可降解以及对清洁燃料的适应性，将是润滑油领域面临的新挑战和机遇。对此，她建议：润滑油生产商应研发更高品质、更长寿命的滑油产品；行业需共同探索新的评估标准和技术手段，以更精准地评判高强化柴油机润滑油的性能，确保船舶机械的安全、高效运行。