Jiao-C-4第四节 油液监测与诊断技术

54第四节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2-11所示。表2-11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2-12。表2-12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在机器的摩擦副间加入某种介质，使其减少摩擦和磨损，这种介质称为润滑材料，即润滑剂。由于摩擦副的类型和工况条件不同，相应地对润滑材料的要求和选用也不同，只有按摩擦副对润滑材料性能的要求，合理地选用润滑材料，才能达到延长设备使用寿命，保证设备正常运转及提高企业经济效益的目的。55（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。润滑油中矿物油来源充足、品种多，不易变质，加之一般矿物润滑油，含有极性物质，易形成吸附膜或油中加入添加剂后形成边界膜达到润滑目的，故应用最为广泛。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。主要用于长期工作而不易经常更换润滑剂的摩擦部位以及因结构关系不能使用润滑油的机器设备。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）润滑油性能指标掌握润滑油的性能指标，能进一步熟知其适用场合，为不同工况条件选择合适的润滑油提供必要的依据。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。润滑油的粘度随温度的变化而变化。一般地讲，同一润滑油，温度越高粘度越小，温度越低粘度越大。称润滑油的这种性能为“粘温性能”，常用粘度指数表示，粘度指数高说明油品粘度随温度的变化较小，粘温性较好。表示粘度的单位和测定粘度的方法很多，例如英美等国多采用赛氏和雷氏粘度，德国和西欧多采用恩氏粘度和运动粘度，我国主要采用运动粘度。国际标准化组织规定统一采用运动粘度。我国新的粘度牌号以N为标记，即N2、N3、N5、N7、……N460、N680、N1000、N1500，共18级。在使用中一定要注意牌号的种类，以避免差错。运动粘度可用运动粘度测定仪测定。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。我国评定润滑油的极压性，主要在四球式摩擦试验机上进行。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56KOHmg／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。测定水分可在水分测定器上进行。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。闪点的测试分为开口闪点与闭口闪点两种，蒸发性较大的轻质油品一般用闭口法测定，而重质油品则常用闭口法。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。某润滑脂的针人度是指在25℃温度下，重量为150g的标准圆锥体，在5秒钟内沉入该润滑脂试样的深度（以1／10mm为单位，表示时不标注）。脂的针入度越小，稠度就愈高，它不易进入摩擦副表面，而且内摩擦大、能耗57高，但它的承载能力高，不易从摩擦面内被挤出来。3．滴点它是决定润滑脂使用温度的指标。滴点测定仪的润滑脂被加热后，开始滴落时的温度称为润滑脂的滴点。润滑脂的使用温度一般应高于滴点20~30℃，以保证可靠的润滑效果。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。添加剂一般不单独作润滑材料。同一种添加剂，加到不同种类的基础油或不同类型的原油炼制的油，其效果也可能不完全相同，因此使用时必须通过试验，选择最佳品种和用量。常用的润滑油添加剂包括清净分散剂、抗氧抗腐剂、油性添加剂、极压（抗磨）添加剂、增粘剂、降凝剂、抗泡沫剂、防锈剂等等。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。润滑油在使用过程中的变质和油品质量劣化，主要包括两方面。一是由于氧化、凝聚、水解、分解作用使油品产生永久性变质。可采用测量润滑油油样粘度变化、含水量、机械杂质、酸值及闪点变化等理化指标来分析判断。如果油品劣化程度超过一定限度（按质换油标准），则及时换油。表2-13、2-14给出了部分油品的质量界限值。二是润滑油中添加剂的消耗和变质。使用过程中，添加剂及其反应物也会发生变化。因此，必须定期对使用中的润滑油取油样进行添加剂含量的测定。发现添加剂含量减少，及时补充，以保持润滑油的特殊润58滑性能。表2-13液压油质量界限项目理化性能极限指标高粘度指数液压油低温液压油抗磨液压油普通液压油运动粘度(40℃)10m2/s±10%±10%±10%~15%±10%~15%酸值增加mgKOH/g0.30.30.30.3水分%0.10.10.10.1闪点(开口)℃-60（不变）固体颗粒污染等级20/1620/1620/1620/16表2-14汽轮机油换油界限指标界限酸值≥1.5（mgKOH/g）或0.2（mgKOH/g）而且有清洗不掉的低分子有机酸粘度新油粘度的25%抗乳化性能显著恶化，8分钟内分油少于95ml杂质含有磨损杂质除采用对使用中的润滑油主要理化指标变化现场作出快速鉴定外，近来国内外还出现用油液的综合质量对油液现场作出快速鉴定的技术及相应仪器。例如通过测定油液的透明度、介电常数的变化、污染度等参数来评定油液质量。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。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。表2-15为常用的几种油液分析方法的性能比较。（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59的油液监测方案及技术。表2-15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。原始油样是测定磨损微粒、进而数据处理和分析、最后判断故障的基础，所取的油样中必须含有表征设备主要磨损部位信息的有代表性的磨粒，能正确反映磨损真实情况；要合理地确定取样间隔时间，表2-16给出一组取样间隔时间参考值。应严格按规定的技术规范选取原始油样。表2-1