油液监测与诊断技术

1油液监测与诊断技术油液监测与诊断技术是近十几年迅速发展起来的用于机械设备状态监测的新技术，尤其在发动机、齿轮传动、轴承系统、液压系统等诸方面，该技术取得了显著的效益，获得了广泛的应用，如表所示。油液监测与诊断技术的应用应用监测设备航空发动机、液压系统、传动系统、雷达系统船舶柴油机、传动系统、起重设备、液压系统机车柴油机、传动系统、液压操作系统汽车发动机、传动系统、液压系统石化柴油机、发电机、压缩机、鼓风机、挤压机冶金传动系统、轧钢机、起重设备、传送机构机床传动装置、液压系统、加工中心电力气轮机、柴油机、蒸汽轮机、传动装置、变压器、液压系统油液监测与诊断技术通常包括油液理化性能分析技术、铁谱分析技术、光谱分析技术、颗粒计数技术等，实现对油样中所含磨粒的数量、大小、形态、成分等及其变化，油品的劣化变质程度等的分析。油液分析技术涉及的机理、分析内容及使用的仪器见表。油液分析技术及仪器油液分析技术机理分析内容仪器油液理化指标及污染度检测油液物理、化学性能指标及其它综合指标的变化，反映油品的劣化变质程度。超过一定数值，润滑油成为废油，必须更换。粘度、酸碱值、闪点、水分、机械杂质、积炭、颗粒数及油液污染综合指标等振荡式粘度计、滴定仪、闪点计、红外光谱仪、颗粒计数器、污染监测仪等油液铁谱技术借助于高梯度、强磁场的铁谱仪将油液中的金属磨粒有序分离出来进行分析，从而监测设备运转状态、磨损趋势、判断磨损机理磨粒尺寸、磨粒数量、磨粒形貌、磨粒成分分析式铁谱仪直读式铁谱仪旋转式铁谱仪在线式铁谱仪油液光谱分通过测量物质燃烧发出的特定波长、一定强度的光，从而检测磨粒的元素成分及含量浓度，监测设备运转状态、磨损趋势，判断磨损部位金属磨粒元素成分及含量浓度值添加剂元素成分浓度杂质污染元素成分及浓度直读式发射光谱仪吸收式光谱仪一、润滑剂及其质量指标（一）润滑剂的分类润滑剂可分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂四大类。l．液体润滑剂例如润滑油、水、液态金属等。2．半固体润滑剂例如润滑脂，它是用稠化剂和润滑油制成，是一种介乎液体和固体之间的润滑材料，在一定意义上兼有二者的优点。3．固休润滑剂例如石墨、二硫化铝等，依靠这些物质在摩擦表面形成低剪切强度，并与摩擦表面有较强附着力的固体润滑膜达到润滑目的。4．气体润滑剂例如空气、氮气等，多用于高温、高速、轻载场合，例如高速磨头的空气轴承。（二）润滑油性能指标1．粘度粘度是润滑油最重要的性能指标之一，是反映润滑油流动的粘性大小，决定润滑油油膜厚度的主要因素之一。润滑油的作用就在于使润滑油在机器作功运动的摩擦表面形成油膜，该油膜起到润滑、减震、冲洗、冷却等作用。2．油性和极压性油性和极压性是表示润滑油抵抗磨损能力的指标，油性表示油膜的吸附能力，极压性则表示在冲击载荷或高温重载荷作用时油膜不破裂的能力。3．酸值酸值是指中和每1克润滑油中的有机酸所消耗的氢氧化钾的毫克数，单位是2KOHmg／g。当所用油品的酸值超过标准时应换用新油。4．水分润滑油的水分是指润滑油中含水量的重量百分比数。润滑油中水分的存在，破坏润滑油形成油膜、使润滑效果变差，并加速有机酸对金属的腐蚀作用，锈蚀设备，而且使添加剂分解沉淀。5．水溶性酸和碱水溶性酸和碱是指溶于油品中的无机酸和碱，以及低分子有机酸和碱性氧化物，它们将强烈腐蚀设备，加速油品变质，降低油品的绝缘性能。6．机械杂质机械杂质是指润滑油中各种沉淀物、胶状悬浮物、砂土、金属粒等杂质的重量百分比，它是反映油品纯洁度的指标。油品中机械杂质的存在会加剧机器零件的磨损，加速油品老化，严重时还会堵塞油路及滤清器。7．闪点闪点是表示润滑油蒸发性的指标。在规定的条件下加热油品，当油蒸气与周围空气形成的一定浓度的混合气体时，同火焰接触时产生短暂闪火时的最低油温即为闪点。闪点是油品的安全性指标，油品的工作温度一般低于闪点20～30℃为宜。8．凝点在规定条件下使油品冷却到不流动时的最高温度即为凝点。凝点是反映油品低温流动性的重要指标。通常，油品工作温度一般应比凝点高15℃～30℃为宜。此外，还有灰分、残炭、腐蚀、抗氧化安定性、抗乳化度、抗泡沫性等性能指标。（三）润滑脂性能指标润滑脂是由基础油加稠化剂制成的半液体润滑剂，它适用于下面几种情况：①某些开放式润滑部位，起到润滑作用而又不会流失和滴落；②在有尘埃、水分或有害气体侵蚀的情况下，要求有良好的密封性、防护性和防腐蚀性的场合；③由于工作条件限制，而要求长期不换润滑剂的摩擦部位的润滑部位；④摩擦部位的温度和速度变化范围较大的机械的润滑以及满足某些机械设备的封存、防腐、防锈上的需要。润滑脂的性能指标有1．外观良好的润滑脂，其颜色和稠度都应是均匀的，没有硬块颗粒，没有析油现象，表面没有干硬的皮层和稀软糊层。2．针入度针入度是表示油脂稠度的指标。3．滴点它是决定润滑脂使用温度的指标。4．抗腐蚀性主要反映润滑脂对金属的腐蚀程度。除此之外，润滑脂还有胶体安定性、机械杂质、氧化安定性等性能指标。（四）液压油液压油的主要作用是传递液压能，其次是润滑、冷却、防锈、减震等作用，它的状态直接关系到液压机械运转的可靠性。反映液压油性能的主要指标及其测试方法与润滑油类似，不再重复。（五）添加剂在很多情况下，基础油很难满足摩擦副对润滑剂提出的苛刻要求。因此，为了提高油品质量和满足使用性能还必须在润滑油品中加人少量一种或几种物质，以改善油品的某些性能，所添加的物质称为添加剂。一般极少量添加剂，就能显著改变油品的质量，这样就可避免润滑油复杂加工过程，又可解决一些加工精制仍不能满足的特殊要求，从而扩大优质润滑油产品的来源。二、油液性能分析对机械设备的润滑系统进行定期的油样理化性能测试分析，可以动态监测使用过程中润滑油质量变化情况，从而保证机械设备处于良好的润滑状态。同时也可以随机监测润滑油的质量指标变化情况，从而确定最合理的最经济有效的换油周期。三、油液监测与诊断技术运用油液监测与诊断技术，在设备不停机、不解体的情况下监测工况，诊断设备的异常、异常部位、异常程度及原因，从而预报设备可能发生的故障，是提高设备管理水平、改善维护保养的一个重要手段，也是保证设备正常运转、创造经济效益的有效途径。该技术还可用于研究设备中摩擦副磨损机理和润滑机理，磨损失效过程和失效类型，用于进行润滑油品性能分析，新油品性能分析，确定油液污染程度以及油品合适的使用期限，用来确定合理的磨合工艺规范等。在对机械设备进行状态监测和故障诊断时，特别是利用振动和噪声监测诊断低速回转机械及往复机械的故障较为困难时，运用油液监测与诊断技术则较有效。3油液监测与诊断采用的具体技术包括光谱技术、铁谱技术、颗粒计数技术、磁塞技术等，它们在技术原理、仪器工作原理及结构、检测油样的制备、数据处理、结果分析和应用范围等方面各具特点，选用时应予以注意。（一）油液监测与诊断技术的实施步骤1．选择对生产、产品质量、经济效益影响较大的设备为监测对象，在深入了解该设备有关情况（功能、结构、运转现状、润滑材料及润滑系统现状等）的基础上，选择并制订合理的油液监测方案及技术。油液分析技术的性能比较项目铁谱分析光谱分析颗粒计数磁塞磨粒浓度好（铁磨粒）很好好好（铁磨粒）磨粒形貌很好好尺寸分布好很好元素成分好很好好磨粒尺寸范围（μm）10.1～101～8025～400局限性局限于铁磨粒及顺磁性磨粒，元素成分的识别有局限性不能识别磨粒的形貌、尺寸等不能识别磨粒的元素成分和形貌等局限于铁磨粒，不能做磨粒识别检测用时间长极短短长评价磨损机理分析及早期失效的预报效果很好磨损趋势监测效果好用作辅助分析、污染度分析可用于检测不正常磨损分析方式实验室分析、现场及在线分析实验室分析、现场分析实验室分析、现场分析在线分析2．选取油样，这是实施技术的重要环节。3．制备检测油样，按照所选用的油液监测技术及仪器所规定的制备方法和步骤，认真制备。4．将检测油样送入监测仪器，定性、定量测定有关参数。5．进行检测数据处理与分析，视所选用的监测技术的不同，可以采用趋势法、类比法等处理数据和结果分析，进一步可应用数理统计、模糊数学等知识建立相应的计算机数据处理系统。6．根据数据处理分析的结果，判断设备的异常、异常部位、异常程度及原因，预报可能出现的问题以及发生异常的时间、范围和后果。7．提出改进设备异常状况的措施（包括处理异常的时间、内容、费用，具体修理方案和实施）。（二）铁谱技术及仪器根据分离、检测磨粒的不同方法，铁谱仪主要分为分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、旋转式铁谱仪等。1．铁谱技术的特点铁谱技术与其它技术相比，具有独特的优势，主要是（1）．应用铁谱技术能分离出润滑油中所含较宽尺寸范围的磨屑，故应用范围广。（2）．铁谱技术利用铁谱仪将磨屑重叠地沉积在基片或沉淀管中，进而对磨屑进行定性观察分析和定量测量，综合判断机械的磨损程度，同时还可对磨屑的组成元素进行分析，以判断磨屑产生地，即磨损发生的部位。铁谱技术的缺点在于：对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低，例如在对含有多种材质摩擦副的机器（例如发动机）进行监测诊断时，往往感到不力；分析结果较多依赖操作人员的经验；不能理想地适应大规模设备群的故障诊断。2．分析式铁谱仪分析式铁谱是种常用的、重要的铁谱仪器，主要由铁谱制谱仪、铁谱显微镜和铁谱读数器组成。铁谱制谱仪主要用途是分离油样中磨损微粒并制成铁谱谱片，它由微量泵、磁铁装置、玻璃基片、特种胶管及支架等部件组成。3．直读式铁谱仪直读式铁谱仪主要用来直接测定油样中磨粒的浓度和尺寸分布，只能作定量分析，能够方便、迅速而较准确地测定油样内大小磨粒的相对数量，因而能对设备状态作出初步的诊断，是目前设备监测和故障诊断的较好手段之一。如果不仅要了解磨损微4粒的数量及分布情况，而且要观察分析磨粒的形态、表面形貌和成分等因素，作出较准确的诊断，就需使用分析式铁谱仪。4．旋转式铁谱仪分析式铁谱仪、直读武铁谱仪应用较广泛，分析技术较成熟，尤其是分析式铁谱仪同时具有定量和定性分析双重功能。但是这些铁谱仪对污染严重的油样（例如煤矿机械或工程机械内的润滑油等）的定量和定性分析效果不好，主要是制谱过程中，润滑油中的污染物会滞留在铁谱片上，如果滞留数量较多，将影响对磨粒的观测。5．磨粒分析运转中的设备的液压系统、润滑系统的油液必然受到污染，其污染物主要来源于三个方面：机械零部件在磨损过程中生成的磨损微粒；外界灰尘或水等物质侵人油液中；油液中添加剂反应后的余物。实践证明，磨损微粒是最常见、危害最严重的污染物。一方面，这些磨损微粒由各种金属、非金属材料组成，对油液起氧化、催化作用，加速油液劣化；另方面，材质较硬。又随油液流人各磨擦表面，划伤、研伤零件表面，造成间隙增大、精度下降、振动和噪声产生。在液压系统中，甚至堵塞油路、研伤高精度问芯配合面，造成更大事故。磨损颗粒的数量、尺寸大小、尺寸分布、成分和形貌特征都直接与机械零件的磨损状态密切相关，它们是机械设备状态监测、故障诊断以及初期预报的重要依据。铁谱技术的特点在于它不但能定量测量润滑油系统内大、小磨粒的相对浓度，而且能直接考察磨粒的形态、大小和成分，后者更是它的独到之处。（1）钢铁磨损微粒的识别1）正常磨损微粒正常磨损微粒是指设备在正常运行状态下，由于滑动磨损所产生的磨损微粒。2）严重滑动磨损微粒当滑动表面由于载荷或速度过大时，造成磨损表面接触应力迅速增大，这时开始发生严重滑动磨损。这时剪切混合层变得很不稳定，出现大颗粒脱落。如果表面应力继续增加，就会造成整个表面发生剥落，出现破坏性磨屑，磨损速度将迅速加快。大磨屑与小磨屑间数量比，决定于表面应力超过极限值的程度，应力值越高，大磨屑物比例就越高。3）切削磨损微粒切削磨损微粒类似车床切削加工产生的切屑，这种磨粒形态一般有环状、螺旋状、曲线状等。产生切削磨损微粒的原因大约有两种：一是摩擦副中较硬的一方由于安装不良或出现裂纹，造成硬的刃边，穿入较软的一方产生磨屑。4）滚动疲劳磨损微粒这种微粒通常产生于滚动轴承的疲劳过程中，它包括三种不同形态：疲劳剥离磨屑，球状磨屑和层状磨屑。a．疲劳剥离磨屑是在点蚀时从摩擦副表面以鳞片形式