E5谱仪在内燃机油液监测领域的应用[1].doc

MetalCheck元素光谱仪在内燃机油液监测领域的应用油液分析状态监测作为先进的主动维修体制的重要组成部分已经成为设备管理领域的共识,而内燃机的油液监测又是这一领域的先驱。内燃机是工业的重要基础之一, 其应用在各类设备中最为广泛:遍及运输、工程领域、发电、矿业、国防等众多行业，同时内燃机也是技术最复杂和工作条件最恶劣的机械类型，除机械运动形式(旋转、往复、摆动)多样外还有高温燃烧过程，因此内燃机理所当然的成为油液监测的主要对象，同时对油液监测的技术和手段提出了很高的要求。 由油液监测技术方面的领先企业美国OSA公司所开发的MetalCheckTM内燃机油磨损监测光谱仪，以具有开创性的设计理念，集成了多种先进专利技术，并融合了OSA公司数十年油液监测实践工作所积累的监测经验和丰富数据，使MetalCheck系统成为目前市场上最先进和最成功的磨损元素监测仪器。与其它磨损监测光谱仪相比较，系统从硬件到软件都针对内燃机油的特点进行了优化，在以下几方面具有突出的优势：1. 可以检测较大金属磨粒： 石墨电极发射光谱仪和等离子体发射光谱仪在在用润滑油测试的实际应用中都存在严重缺陷,那就是受携带能力和激发能量限制无法有效检测到油液中直径7微米以上的较大金属磨粒，因此无法通过其检测数据来判断切削磨损和严重滑动磨损的增长情况（这两种磨损形式所产生的磨粒尺寸一般在15微米以上），另外内燃机设备主要摩擦付的间隙为10-50微米,油流中小于10微米的磨损颗粒会直接通过间隙,大于50微米的颗粒则根本无法进入间隙,因此都不会对设备造成严重伤害,而10到50微米之间的磨损颗粒由于尺寸与摩擦副间隙相当,很容易被卡在摩擦副之间,在摩擦副的往复作用下磨粒会不断切割和划削摩擦表面,从而造成部件的故障乃至设备失效.因此大颗粒分析能力的缺失,严重削弱了这两种元素分析光谱仪判断设备磨损程度的能力。MetalCheck系统则通过采用独特的泵送式进样系统和加大了电极激发能量，解决了大颗粒的携带问题并保证了50微米以下的大颗粒可以得到充分的激发. 有效的大颗粒分析能力,使MetalCheck系统突破了限制元素光谱仪性能的主要瓶颈,能够最大程度的反映设备真实的磨损状况。2. 拥有庞大的设备数据库：OSA公司的前身是著名的油液分析实验室,因此仪器中还集成有积累30年油液分析经验完成的专家诊断数据库,其中存储了上万种不同类型的机械设备，如发动机，传动箱，齿轮箱的材料构成信息和磨损界限值, 尤其以内燃机类设备的数据最为翔实齐备.每次测试完成后,仪器不仅可以给出各种磨损金属的浓度值,还可以据此提供详细的设备诊断报告,告知用户设备的运转状态,磨损和污染的严重程度及故障部位,并提供针对性的维修建议.强大的专家系统提高了系统的分析能力和诊断水平,为用户开展有效的状态监测工作,实现全优润滑管理提供了有力的支持.数据库主要包括 汽车卡车发动机： 卡特匹勒 大众 奔驰 宝马 福特 丰田 康明斯 MAN . 船舶发动机 瓦锡兰 MAN 苏尔寿 底特律 康明斯 MAK VOLVO 皮尔斯蒂克 帕金斯 MTU3. 拥有出色的坚固性和机动性： 美国海陆空三军作为OSA公司的主要用户之一，在仪器的抗振性和可部署性方面对MetalCheck系统提出了很高的要求，为满足军方的苛刻要求，MetalCheck采用了坚固的全金属外壳，主要的光学和电子部件都进行了特殊的防振处理，整体全面达到了美军标的抗振标准；同时通过采用紧凑化设计，大幅度降低了仪器的尺寸和重量；因此MetalCheck系统除了常规实验室应用外，非常适用于车载或舰载部署，可以在各种恶劣环境下对装备或设备进行实时和现场监测，从而大大提高设备油液监测的时效性。MetalCheck系统在内燃机油液监测方面的实际案例：1. MetalCheck系统在美国克莱斯勒公司的应用：现代汽车工业一直致力于减少新产品上市所需的时间和成本，使得新工艺和新技术不断涌现。通过油液分析密切检测发动机性能便是其中之一。美国克莱斯勒公司在汽车行业中率先采用了先进的油液监测手段，这是一种现场的自动化的光谱油液分析技术MetalCheck。这种技术能够减少用以判定发动机失效发生发展的原因所需的时间，还能防止突发性的损坏。克莱斯勒对其进行了长达18个月的严格评估。实践证明，由于能够降低昂贵样机的突发性失效以及促进对系统和元器件失效根本原因的判定，MetalCheck系统可以显著降低发动机及其部件试验的时间和成本。范例:A. 轴承失效:在对一台2.5升的引擎进行长时间耐久性测试过程中,使用OSA分析仪发现了油液中的铅含量显著增加,随后是铜.铅含量迅速增至约70ppm,随后在铜含量从40 ppm增至90 ppm时开始下降.于是克莱斯勒决定停止实验并拆机检查,随即发现有一条连杆轴承发生了严重磨损,而且磨损已不仅限于材料的外层,里层的铜也开始磨损.虽然看起来问题就出在轴承上,但经过更深入的分析,发现问题的根源在于曲轴在加工过程中的圆度不够.B. 活塞失效: 使用油液分析对一台8.0升引擎实验进行全程追踪,发现铝含量出现迅速增加.基于这种情况克莱斯勒明智的决定停止实验,虽然在之前的机械检查中没有发现任何问题.在随后的调查中克莱斯勒发现某一个活塞裙出现破裂导致了铝的增加.如果不进行油液分析,测试信息的严重不足很可能会导致这台引擎在实验中失效.C. 汽缸盖/密封失效: 数台引擎在测试中被MetalCheck系统发现有由汽缸盖划伤或密封失效引起的乙二醇的泄漏. D. 油气配比不当或燃油喷嘴失效:在试验中只有一次出现油样中的燃油含量异常升高,进一步的分析证明了技术人员的猜测-供油系统在引擎启动时出现了问题.E.2.0升旅行车赛车引擎的范例:在对两台赛车引擎进行对比试验中注意到油料中出现铝浓度的急剧增加,此外没有发现其它问题. 克莱斯勒停止了测试,经过拆机检查发现A引擎出现凸轮轴失效,C引擎则出现摇臂柱裂纹,这都是铝增加的来源.油料分析的结果避免了灾难性失效.B引擎则按计划停止试验.F.V8引擎综合(并发)失效形式:在克莱斯勒吉普和卡车工程部通过油料分析进行引擎性能评价的早期,曾经作为一个特殊的试验既可作为失效分析的例子也可作为程序的例子.从V8发动机上定期收集油样,引擎试验连续运转到周末.星期五下午取得的油样放在了一边直到下周才有技术人员来做分析,在此期间引擎失效了,第8小时和第10小时的油样都显示需要密切观察和进一步检验,因为铁和铝的浓度急速增长.在12小时的样品显示必须终止试验.这个情况使我们提出了一个试验程序,在这个程序中保持了及时的油液分析评估. 2.美国JOAP对MetalCheck系统的评估和列装： 美国JOAP机构（三军联合油液分析机构）早在70年代就建立了覆盖各个军种的健全完备的实验室油液监测体系，但是随着近年来海外战争的频繁，美军逐渐发现固定式的实验室油液监测无法适应越来越快的作战节奏和部队装备的频繁调动，部署在伊拉克的部队将油样运送到后方基地进行分析耗时过长，而海军的岸基实验室也无法有效支持在前方作战的舰队，因此迫切需要配备一种可以车载舰载跟随部队机动，坚固可靠并且拥有不逊于实验室仪器性能的油液监测系统。因此JOAP在1999年面向全社会进行了招标，对包括MetalCheck系统在内的10几种油液监测仪器进行了为期6个月的评估，每种仪器分别对取自二十多种主战装备中的800个油样进行了分析，经过严格的考评和测试，JOAP认为MetalCheck系统对磨损元素的测量灵敏度和测量重复性均超过了军方的要求，抗振性可靠性出色，功能扩展性强（可增配红外分析模块监测油品的品质变化），综合性能在参选仪器中最为优异，因此MetalCheck系统顺利中标成为美军标准配备的“机动式油液监测实验室”.目前MetalCheck已广泛装备在驻伊拉克和阿富汗的美军部队，以及各航母编队上，为提高美军装备的出勤率和可靠性，降低故障率和装备维护费用做出了重大的贡献。 3. MetalCheck系统在矿山企业的应用：First Energy是位于美国西部的一家大型矿山企业，企业拥有价值上亿美元的大型传输机和工业齿轮箱，以及由1200辆重型卡车组成的大型车队。长期以来，该企业的设备管理者一直为高昂的设备维护费用所困扰（每年需要耗费200万美元用于停机维修和部件更换）并且希望寻找到有效的解决方案.2002年First Energy引进了MetalCheck系统，并以其为核心建立了完善的油液监测体系，对上千台工业设备和重型车辆建立了设备档案并实施了定期采样监测，并根据油液监测的数据来制定每台设备的维护计划和换油周期；经过两年油液监测工作，设备经理发现设备的故