第9讲油液分析.ppt

第7章油液分析技术 油样理化性能的检测方法 磨屑光谱分析方法 磨屑铁谱分析技术 机械故障诊断学 AnhuiUniversityofTechnology 概述 油样理化性能的检测方法 机械零件的磨损失效 最常见最主要的失效形式 约占设备失效的80 决定其能源消耗和磨损情况的两大因素 磨损付的性质和所用润滑剂润滑剂作用 润滑 冷却 防护 密封 清洗等 油液分析技术原理 运动副的表面磨损会产生磨屑微粒 以悬浮状态和灰尘等杂物一起进入并存在于机械的润滑系统中 这些大大小小的磨损颗粒带来了设备故障和失效的重要信息 磨粒不同的特性 形态 尺寸 表面形貌 数量及粒子的分布 反映了不同的磨损失效形式 粘着磨损 磨料磨损 表面疲劳磨损 腐蚀磨损等 根据磨粒的材料成分可分辩出其来源 油液分析技术特点 对研究机械磨损的部位和过程 磨损失效的类型 磨损的机理 油品评价有着重要作用 也是在不停机 不解体情况下对设备进行诊断的重要手段 AnhuiUniversityofTechnology 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 油液分析技术分类 1 油液本身物理化学性能分析 润滑剂的性能和状态直接影响机械磨擦时的磨损状态 对润滑剂理化性能的监测就是对润滑系统工作状态的监测 可防止因润滑不良所产生的故障 2 油液中不溶物质 磨损微粒 分析 即磨屑检测技术 检测摩擦副本身的工作状态 其分析方法主要有光谱分析法 铁谱分析法和磁塞法 油液分析技术的实施过程包括取样 样品制备 检测 诊断与决策等步骤 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 一 润滑油的定性分析方法1 滤纸斑点试验用滴在滤纸上散成的斑点图像来测清净分散剂的含量和分散能力 GB803087 分散剂用于抑制油中微粒的积累和维持零件表面清净 其含量下降 氧化污染 则油将沉淀 2 润滑油污染指数测定污染 氧化物 油泥 水分 沉淀物 磨粒 燃油等 引起 润滑油导电率变化 理化性能变化 方法 测在用油的介电常数 物质与真空相比传递电能之能力 与新油比较 可反映出污染程度和质量 手段 快速油质分析仪 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 二 润滑油定量分析 1 粘度 粘度表示润滑油的粘稠程度 它是指油品分子间发生相对位移时所产生的内摩擦阻力的大小 粘度为牛顿型流体流动时剪应力与剪切变形率之比例常数 绝对粘度动力粘度运动粘度 常用 mm2 s在测试温度50 或100 下测得的粘度大小作为润滑油的牌号 如20 机械油 即在50 时测得的该油运动粘度大小GB3141 82 相对粘度就是跟标样 或空白 的粘度比值 2 油性 极压性 另一种减磨性能 表示油膜的吸附强度 取决于其化学成分 粘度相同 油性不同 润滑效果不同 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 3 闪点和燃点润滑油加热到一定温度即蒸发产生油蒸气 它与空气的混合气体与火焰接触时 发生的闪光现象 这时润滑油的温度为闪点 如闪光时间达5分钟 则此温度为燃点 它们的高低表示油在高温下的安定性 一般润滑油的闪点在130至325 之间 选择润滑油时其闪点要比最高工作温度高20至30 4 其他还有机械杂质 水分 灰分 腐蚀 残灰 抗磨性 抗氧化安定性等指标 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 三 润滑脂质量指标针入度表示润滑脂的致密的程度 是划分润滑脂牌号的主要依据 用150克的标准圆锥针 在5秒内插入到温度为25 润滑脂内的深度 单位1 10mm 称为针入度 针入度越大 润滑脂的稠度越小 应根据具体工作条件选择针入度 2 滴点将润滑脂开始熔化的温度称为滴点 通常滴点应比工作温度高20 30 3 腐蚀将铜片 或铁片 放在润滑脂中保持一定的温度 经过规定的时间取出 如果铜片表面无绿色暗迹或其他腐蚀斑点 则认为合格 4 游离酸碱润滑脂在稠化时 如果皂化不完全或矿物油分解 就会产生游离酸 如碱过多 腐蚀金属表面 会产生游离碱 对有色金属特别有害 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 5 水分指润滑脂中水的含量 水分过多时 会降低润滑脂的工作性能 加剧金属表面的腐蚀 但润滑脂中的结合水可以作为较好的结构改善剂 如钙基脂 钙钠基脂 6 氧化安定性指润滑脂抗氧化的能力 氧化安定性差的润滑脂 易于氧化生成各种有机酸 腐蚀金属表面 使润滑脂变质 7 机械安定性指润滑脂受到机械搅动或剪切作用后稠度的变化 质量好的润滑脂稠度一般也会降低 但变化不大 用剪断器剪切10万次 剪后针入度增大值在30以内 则认为该润滑脂的机械安定性是比较好的 8 其他还有胶体安定性 水淋性 抗磨性 蒸发损失等质量指标 油样理化性能的检测方法 AnhuiUniversityofTechnology 四 液压油液压机械传递能力和作功之介质 其状态直接影响液压机械的运转可靠性 故可检测液压油的污染和性能变化情况 来监测机械的工作状况及用于故障诊断 总之 定期检测在用油的质量指标 与标准值比较 可以 确定和预测机械工作状态 防止油品衰败导致机械早期磨损和故障 确定和预测故障源 类型和程度 进而进行维修 确定是否换油 按质按需换油 减少浪费 一些厂矿制定了部分换油标准 白光聚光镜单色光有色溶液光电元件单色器分光受光光电子 光电源流 检流计读出透光率 或吸光度 放出 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑光谱分析方法 定义 油液光谱分析法是根据各种元素吸收和发射光谱的不同 用光谱分析仪分析润滑油中金属的成分和含量来判断磨损的零件和磨损程度的方法 特点 自动化程度高 分析速度快 定量准确 多元素分析 其灵敏度范围一般小于10 m 灵敏度 准确性和稳定性均较好 但不能反映磨屑的形貌细节 且分析结果滞后 根据光吸收基本定律 在入射波长一定及液层厚度不变的条件下 电流与光电元件上的光强度成正比 溶液的吸光度与有色物质的浓度成正比 由吸光度可测定待测物质的浓度 分光光度计法 产品优势 采用的先进的微机处理技术 自动调0 调100 无误差T A转换 浓度直读功能 采用1200条 mm高性能光栅 波长精度高 单色性好 杂散光低 采用进口的钨灯 发光效率更高 使用寿命更长 功耗也更低 特有的4nm带宽 与同类可见光仪器相比 测试性能更佳 超大的样品室 可选购放置100mm比色皿 特别适合电厂 糖厂进行微量分析 提供RS232接口 可连接计算机或者直接连接打印机 722S型分光光度计是722的出口型 在722基础上做了改进 上海天普分光度计 可测参数氨氮 COD 总硬度 硫化物 氰化物 重金属 铬 镉 NH4 N 钙 铁 镁 铝 氯 氟 铜 硝酸盐 亚硝酸盐 总氮 磷酸盐 锌 碘 臭氧 铅 镍 钾 硅 硒 吸光度 透光度 连续光谱扫描 动态分析曲线 多波长测量等功能 在VIS可见光 320 1100nm 内连续光谱扫描分析水质参数 灯源 钨灯 测量模式 浓度 吸光度 透光率 吸光度与透光度百分比 动力学扫描 光谱曲线 多波长 光谱 扫描 在自选波长范围内可以1nm为单位进行扫描 条形码 自动识别WTW圆形和方形带条码的比色皿 photoLab6100可见分光光度计 磨屑光谱分析方法 二 原子吸收光谱分析法 又称原子吸收分光光度法 特制光源 原子蒸汽 高温雾化器喷射 单色镜 光电探测器 放大器 仪表 元素化合物溶液 油液中所含元素的原子受电能 激发光源采用电弧 或热能激发后发出辐射能 经棱镜或光栅分光后以光谱形式呈现 不同物质的原子受激后所放出的光辐射都具有与该元素相对应的特征波长 光谱的图像决定了被激发原子的结构和特征 测出特征谱线的强度就可测量元素的含量和浓度及种类 用于早期机械磨损状态的诊断 组成 激发装置 光栅 或棱镜 光电系统等 分析方法测量方法 空气 乙炔火焰法 氢化物发生器原子吸收法 富氧 空气乙炔火焰法浓度计算方式 标准曲线法 1 3次曲线 自动拟合 标准加入法重复测量次数1 20次 计算平均值 给出标准偏差和相对标准偏差 光学系统波长范围190nm 900nm单色器消象差C T型单色器光谱带宽0 2 0 4 1 0 2 0nm波长精确度优于 0 25nm波长重复性0 15nm基线漂移0 005A 30min检测器光电倍增管 原子化系统特征浓征 Cu 0 03 g ml 1 检出限 Cu 0 006 g ml燃烧器100mm金属钛燃烧器 空冷预混合型精密度RSD 1 喷雾器高效玻璃 全塑 不锈钢雾化器雾化室耐腐蚀材料雾化室 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑光谱分析方法 光谱分析法还有原子发射光谱分析法 原理 利用不同元素的物质受到强光源激发后发出不同波长的光线 通过光学系统排序得到光谱 根据特征谱线判断物质是否存在 根据光谱线密度或亮度来判断元素含量 它们特别适用于有多种金属零件组成的机器的润滑系统监测 不同的金属磨屑来自于不同的零件 一 原理利用高梯度强磁场将油液中所含机械微粒 按其粒度大小有序地分离出来 通过显微镜对磨屑进行有关形状 大小 成分 数量及粒度分布等方面的定性定量观测 判断机械设备的磨损情况 预报零部件的失效 通过磨粒的颜色来了解磨粒成分 通过磨粒的含量来确定磨损情况 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑铁谱分析技术 二 特点1 较宽的微粒尺寸检测范围光谱 小于10 m 其它 如磁塞法 滤纸法等 大于10 m该分析法对0 1 100 m的颗粒均敏感 2 同时获得磨粒多种信息定性观察分析 利用光学显微镜或扫描电子显微镜 观察磨粒形貌 鉴别磨粒成分 揭示磨损类型 程度 部位 原因 定量测量 光密度计法 颗粒定量仪 微观粒子分析法 图象处理系统 定量金相法等 测量磨粒尺寸 确定磨粒数量 程度 反映了磨粒的趋势和发展 费用低廉 使用范围最广 3 对非铁系 及多种材料摩擦副 颗粒的检测能力较差 对大规模设备群也难用上 三 铁谱分析仪 分析式铁谱仪 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑铁谱分析技术 1润滑油试样2特种胶管3泵4磁铁5玻璃基片6排渣管7废油收集瓶8铁谱显微镜9铁谱读数仪 将磨粒从油液中分离出来 制成谱片 在铁谱显微镜下 对基片上的磨粒进行有关大小 形态 成分 数量等的定性定量分析 从而对设备进行诊断 颗粒向下的磁场引力正比于颗粒体积 下沉阻力正比于颗粒表面积 大颗粒首先沉淀 玻璃片倾斜安装 磁力不断增强 颗粒依大小顺序排列 不同的微粒在铁谱显微镜下呈现不同的颜色 性能特点1 采用气压方式输送油样 保持磨粒原始状态 2 输送油样的流量可在10 30ml h内任意选择并设有快速挡 3 并且配有700万像素的数码相机 可将照片上传至电脑 进行进一步处理 4 薄膜开关操作面板 大屏幕LCD显示 操作简便 单片机自动控制 可同时制作两个谱片 适合于各种油液分析 5 薄膜开关 大屏幕的外型设计 简洁大方 符合人体工程原理 6 配有网络接口 可实现远程控制 不必亲临现场也可控制仪器完成数据采集 该系统包括制谱仪 双光路显微镜 读数器三部份 其原理是利用高梯度强磁场将机器润滑油中鉄磁性磨粒分离出来 并按其粒度大小有序地沉积在玻璃片上 然后通过双光路显微镜观察磨粒的形态 大小 并进行成分分析 用读数器进行大磨粒区和小磨粒区覆盖面积百分比的测定 直读式铁谱仪 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑铁谱分析技术 1玻璃管2磁场3毛细管4光源5光导纤维通道6 7大小磨屑光点接受管8光电探测器9数显10废油11 12光密度探头 分别测量两个位置上的光密度的大小来确定各种特征量 光密度表示磨粒在玻璃基片上覆盖面积的百分比 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑铁谱分析技术 直读式铁谱仪特点 配有光密度计 不需先将油样制成谱片而能直接显示有关磨屑数量和大小的信息 但不能象分析式铁谱仪那样通过谱片的观察可以确定磨屑的形态和成分 只读出1 2处的磨粒数量和大小 用来直接测定油样中的磨粒浓度和尺寸分布 定量分析更准更快更简单 油样污染严重时 分析不准 沉积有大量非金属粒子时 读数有时引起误差 磨粒浓度过高时 定量铁谱数据与实际颗粒浓度无线性关系 故要选择合适的稀释比例 另外还有旋转式铁谱仪 在线式铁谱仪等 其功能和特点各不相同 直读式铁谱仪是将磨粒有序沉积在沉积管内 利用光电转换原理 测出表征油液样品中大磨粒 大于5 m 浓度和小磨粒 1 2 m 浓度的Dl和Ds值 绘出铁谱参数曲线 以判断机器磨损变化的进程和趋势 使用直读式铁谱仪分析的步骤如下 1 制备分析油样 2 油样在虹吸作用下经毛细管流过铁谱沉淀管 3 油样中的磨粒在高梯度磁场的作用下进行沉积 4 用光电转换系统测定磨粒的光密度读数 并以DL DS数码直接显示 直读铁谱仪用一根玻璃沉淀管来代替玻璃基片 油样在重力和虹吸作用下 经过毛细管而进人沉淀管 铁磁性磨粒在沉积管下面的高梯度强磁场作用下 会有序地沉积在玻璃管底部 大于5 m的大磨粒首先沉积入口区 1 2 m的小磨粒沉积在较远处 在大 小磨粒沉积位置分别设置有光束发射装置 光束穿过沉积管 被设置在沉积管另一侧的光电传感器所接收 可以直接测定磨粒浓度的读数 磨屑铁谱分析技术 四 铁谱技术的分析方法 磨粒种类与识别设备磨损种类有五大类 粘着磨损 磨料磨损 疲劳磨损 腐蚀磨损和微粒磨损 铁谱分析的目的是通过分析磨粒的特征 判断摩擦副的磨粒成分和磨损程度 确定部位 状态 区分正常与异常 提出早期预报 所以识别很重要 油样分析步骤 采样 当前运行的有代表性的油样 采样技术中采样点及深度确定 是否停机 浓度是否达到平衡 即损耗速率等于产生速率 确定采样频率 是否稀释 振荡 加热等 检测 测定油液中磨屑数量 成分 粒度分布等 作出定量铁谱 磨损趋势曲线 即定性 定量分析 诊断 判断磨损状态是否正常 哪些零件磨损及磨损类型 预测 估计磨损零件剩余寿命和发展趋势 铁谱分析时间长 一般仅对有意义的点取样制成谱片 再分析 处理 确定维修方式 时间及部位 出现不正常颗粒时 增加取样 加强监控 确认损坏则要拆修 对有损坏趋势的要采取相应的措施 AnhuiUniversityofTechnology 磨屑铁谱分析技术 铁谱定量分析用铁谱方法确定被检机器磨粒浓度有四种指标 分析式 铁谱片上磨粒覆盖面积百分数Al As 入口处及5mm处 直读式 油样中磨粒光密度读数Dl Ds 在线式 磨粒浓度W 大磨粒百分比P等 磨粒定量仪 由磨粒转矩 PQ指数 以上参数主要用于状态监测和故障早期预报 以台时为横坐标 铁谱参数为纵坐标 制成曲线可直观地反映机器不同运行阶段磨粒趋势的变化和发展情况 或先建立正常运转限度内的参数基准作为比较标准 如参数升高 则表明非正常磨损出现 磨屑铁谱分析技术 定性分析即对谱片上磨粒做形貌 尺寸测量 大小 成分鉴别 以确定磨损类型和成分 程度 明确故障原因和部位 1 光学分析利用铁谱显微镜观察形态 测量其大小 鉴别其色泽 观察形貌 磨粒的轮廓形状 表面形貌 有条状 块状 锯齿状 球状等 由不同磨损机理形成 有的磨粒表面有皱折和划痕 这是磨粒形成时发生严重滑动所致 测量尺寸 用目镜中的分化尺测量尺寸 鉴别色泽 原始表观颜色 以判别磨粒材质 如铝合金磨粒为白色 铜为黄或红黄 钢及铸铁为银白色