油液监测与故障诊断 PPT课件

油液监测与故障诊断 教师 李建兰 1 一 基本概念 油液监测技术 通过分析被监测设备在用润滑剂 或工作介质 的性能变化和携带的磨损微粒情况 获得机器的润滑和磨损状态信息 评价机器的工况和预测故障 并确定故障原因 类型和零件的技术 2 二 油液监测技术原理 油液变质和油品质量劣化原因 1 高温 高剪切 氧化 硝化 硫化等作用和反应 测量粘度变化 含水量 酸值 闪点变化等 油品劣化程度超过一定限度 及时换油 2 油液中添加剂的消耗和变质 测定添加剂含量 添加剂含量减少 及时补充 3 4 润滑系统中的颗粒来源 机械设备中摩擦副做相对运动产生磨损微粒机械负荷 压力与温度的作用而生成微粒空气和其他污染中夹带的污染物微粒不同的磨损过程 跑合期 正常磨损期 严重磨损期 产生的磨粒有不同的特征 形状 尺寸 表面形貌 数量和粒子的分布 反映不同的磨损失效类型 粘着磨损 磨料磨损 表面疲劳磨损 腐蚀磨损等 根据颗粒的材料和形态不同就可以诊断出磨损部位和原因 5 油液监测的内容 油品分析 评价油液的化学 物理性质和添加剂性质 磨损颗粒分析 分析机器零件磨损产生的磨屑颗粒测试手段包括 油样理化性能分析污染度分析铁谱分析技术光谱分析技术颗粒技术磁塞及探测技术气相色谱分析技术等 三 油液监测技术的内容 6 1 油品分析 1 油品理化性能指标监测 从油液本身的品质的角度出发 分析各项物理和化学指标是否符合标准 油品是否裂化变质 从而推测出部分设备状态信息 主要目的 监控油品质量 确定换油周期 保证正常润滑 7 典型的油液状态指标 粘度水分含量TAN 总酸度 固体颗粒总含量TBN 总碱度 闪点机械杂质铜腐蚀抗泡沫性抗乳化性 8 理化性能监控润滑油过程 1 定期抽取油样 2 选定测试参数 以时间为横坐标 以测试值为纵坐标 得到一条曲线 3 通过曲线的突变点可以判断是否需要更换润滑油或进行设备检修 9 理化性能特征分析 颜色 反映其精制程度和稳定性 可以大致估量其氧化 变质和受污染情况闪点 反映油品蒸发性 着火危险性的指标总酸值 新油表示精制深度 或添加剂加入量 旧油表示氧化变质的程度水分 反映油膜形成 有机酸形成 添加剂的分解 10 理化性能特征分析 氧化度 反映油品氧化特性抗腐蚀性 温度过高导致酸性物和氧化产物过多 抗氧化性添加剂分解或流失抗泡性 水分过多抗乳化性 水过多 杂质混入 亲水基和亲油基的添加剂过多 11 2 污染度监测分析 污染 润滑油中不溶于汽油 己醇和苯等溶剂的沉淀物或胶状悬浮物污染主要来源 1 在摩擦热的作用下油品本身氧化产生树脂类不溶物 胶质 高聚物 积炭等污染杂质 2 运动摩擦副产生的固体金属颗粒或由于设备泄漏带入空气中混杂的粉尘 砂石 金属碎屑等危害 加速设备磨损污染度的测量 颗粒计数法 红外光谱技术 铁谱技术 12 2 磨损颗粒的监测 常用的磨损颗粒分析技术 1 光谱分析法 100 m磨粒分析 直接对磨粒的大小 数量和形态的观测 13 油样分析技术 光谱分析法铁谱分析法磁塞检测法色谱分析法 14 根据润滑油中各种元素吸收或发射光谱的不同 来判断油中磨粒的成分和含量 并判断相应零件的磨损状态发射光谱仪原理 不同元素原子核外电子轨道所具有的能级不同 受激发后放出的光辐射都具有与该元素相对应的特征波长 根据不同波长上的谱线就能知道是什么元素 根据谱线的强弱判断出元素的含量 1 油样光谱分析技术 15 原子发射光谱示意图 16 原子吸收光谱仪工作原理 17 2 油品铁谱分析 在高梯度强磁场的作用下 将机器磨擦副产生的磨粒从油样中分离出来 按其粒度大小依次排列沉淀到一块透明玻璃基片上或玻璃管中 然后用各种手段观察或测量 以获得磨损过程的各种信息 18 铁谱仪类型 分析式 油样中的磨粒在重力 浮力 油的粘滞力和磁场力的作用下 按尺寸大小沉积在玻璃基片上 并沿磁力线方向排列成键状 经过除油和固定处理 制成铁谱图片直接式 在线式旋转式 19 分析铁谱仪的工作原理 20 铁谱仪类型 分析式 直接式 在分析式铁谱仪的基础上研制 是一种从润滑油中分离并检测磨粒的定量分析仪器在线式旋转式 21 直读铁谱仪原理图 22 铁谱仪类型 分析式 直接式 在线式 安装在机器上 定期直接显示润滑油中的磨粒浓度 由探测器和分析器两部分组成 通过表面感应式电容传感器测量出磨粒浓度 并给出磨粒的尺寸分布状况旋转式 23 铁谱仪类型 分析式 直接式 在线式 旋转式 油样滴到旋转磁台中心处上 在离心力作用下油液向四周流散 油样中的磨粒在环形高梯度强磁场的作用下以同心圆环的形式沉积在玻璃基片上 制成一铁谱片 24 3 磁塞与探测技术 利用设置在油路系统中的磁性元件 磁塞 拦截和吸附油液中的铁磁性磨粒 磁塞技术分类 1 定期将磁塞从油路中取出 测量所捕获磨粒的量 用显微镜检查磨粒的粒度和形状 2 在磁塞中装传感器将捕获的磨粒量转换成电信号 此电信号与捕获的铁磁性磨粒总量成正比 25 4 色谱分析 又叫层析法 是一种物理分离技术分离原理 使混合物中各组分在固定相和流动相间进行分配 当流动相中的混合物经过固定相时 就会与固定相发生相互作用 在同一推动力作用下不同组分在固定相中的滞留时间有长有短 从而按先后次序从固定相中流出 26 液相色谱 液体为流动相气相色谱 气体为流动相电力系统中常用气相色谱法 通过溶解在油中的烃类和一氧化碳 二氧化碳等气体 潜伏性过热和放电性故障产生的气体 来分析判断设备故障 27 技术应用 磨损状况分析 光谱技术铁谱技术磁塞检测技术油品性能分析 红外光谱分析色谱分析 28 油液监测分析实例 29 红外温度监测与诊断 30 红外监测技术 通过接收物体发出的红外辐射 测出物体表面温度及温度场分布 并将其热像 设备表面红外辐射强度分布的可见图像 显示在荧光屏上重现物体表面的温度分布情况 从而判断物体表面的发热情况红外成像诊断 通过对运行设备温度场的空间分布特征分析和热像图谱的研究 提出设备故障或事故隐患的性质 故障点和严重程度 一 概述 31 红外监测与诊断技术在火电厂的应用 电气开关输电线路变压器套管控制线路 弱电系统 励磁机碳刷设备保温等 32 优点 操作安全 不接触 灵敏度高 0 1 诊断效率高 响应速度可以高达纳秒 测温范围广 摄氏负几十度直至千度以上 空间分辨率高 测器的瞬时视场很小 缺点 标定困难 辐射系数 环境影响 设备内部热状态难以确定使用不便 有些热像仪的探测器需要致冷 价格昂贵 33 二 红外温度检测基本原理 红外辐射 红外线 热辐射 介于可见光区和微波之间的电磁辐射 波长0 75 1000 m近红外波段波长为0 75 1 5 m中红外波段波长为1 5 6 0 m远红外波段波长为6 0 40 m极远红外波段波长大于40 m 34 图3 1电磁波谱 35 1 基本物理量和辐射定律 1 黑体入射辐射能投射到一物体表面时 发生吸收 反射 透射 三者之和为1黑体 一个理想的物体 能全部吸收投射到其表面上的入射辐射 即 1 且所吸收的红外线能量与发射的红外线能量相等 并且红外线的吸收率 辐射率与表面温度及波长无关 36 2 辐射强度I 点辐射源在给定方向小立体角内的辐射功率 又称辐射通量 与该小立体角之比的极限值描述点源发射功率对于空间分布特性的物理量测量辐射强度时 要把探测器对准所需的方向 大多数辐射源在各方向上的辐射功率不同 37 3 辐射率 物体的实际辐射强度和同温度下黑体辐射强度之比值描述物体辐射或吸收红外的能力表示实际物体辐射的本领与黑体辐射接近程度实际物体辐射率的测定比较困难 38 4 基尔霍夫 Kirchhoff 定律 物体辐射红外线的能力正比于其本身吸收红外线的能力 任何一个物体的红外辐射能密度可表示增加物体辐射红外线能力的常用方法就是使它的表面具有最小反射红外线的能力 39 5 斯蒂芬 玻耳兹曼定律 物体红外辐射总功率与其自身的热力学温度的四次方成正比物体表面温度愈高 辐射的红外能量愈大 40 6 普朗克定律 波长表示的黑体光谱辐射出射度随波长和物体温度的变化而变化温度越低 辐射出射度总量越集中在长波范围温度越高 则集中在短波范围 41 7 维恩位移定律 黑体红外辐射的波长与辐射能量之关系 对应于辐射能量最大的波长称为辐射的峰值波长 max 温度升高 峰值波长变短电力设备一般缺陷温度低于500K 应选择波长为8 14 m的工作波长 42 8 郎伯余弦定律 黑体在任意方向上的辐射强度与观测方向相对于辐射表面法线夹角的余弦成正比实际做红外检测时应尽可能选择在被测表面法线方向进行 44 2 选择红外检测仪器的基本原则 1 接收辐射信号最大原则高温目标用3 5 m 低温目标用8 14 m沿法线方向 2 辐射对比度最大原则选择合适的红外热像仪中心响应波长 45 3 红外检测仪器的影响因素 1 发射率的影响发射率修正 2 背景辐射目标充满检测仪器的视场 避开阳光 合适的检测距离和仪器视场角 3 环境介质 气体 尘埃 烟雾 选择工作波段 窥管 调整发射率 46 三 红外热成像及典型故障识别 红外热成像 对物体表面发出的电磁辐射进行非接触式测量 被测的辐射量与物体温度成比例 从观察者角度重现设备红外辐射的物理过程为红外热成像红外热像仪 将红外辐射分布转换成可观察的物理量 温度 或可见光图像 热像 的器件或仪器 47 黑白热像 在热像上用不同的灰度表示不同的红外辐射能量密度亮的地区代表红外辐射能量密度大 温度高暗的地区代表红外辐射能量密度小 温度低彩色热像 在热像上用不同彩色表示不同的红外相射能量密度 48 红外热像强度标准 49 1 红外热像仪诊断设备故障类型 1 导体接触不良故障 主要过热缺陷形式 原因 接触电阻增大将部分电能转化成热能以热量的形式释放出来 导致设备及连接件温度升高故障点 焊接接头 引线连接 动静触头 闸刀口与触片等处 50 2 漏磁和涡流故障原因 具有磁回路的高压电气设备 由于漏磁 绝缘破损 引起短路环流和铁损增大 导致铁制箱体涡流发热或铁芯局部过热特点 以环流或涡流中心为最高温度的过热区故障 发电机和电动机定子铁芯过热 变压器 电抗器 电压互感器和电流互感器铁芯片间短路 变压器和电抗器箱体涡流发热等 51 3 设备内部绝缘故障原因 高压电气设备的内部绝缘由于密封不良 进水受潮 绝缘介质老化 介质损耗增大 导致电气绝缘性能下降 甚至局部放电或击穿特征 设备整体性发热 上高下低的热场分布 改变负荷的情况下外部红外热像无明显变化故障 发电机定子主绝缘劣化 脱壳与击穿 变压器套管或避雷器受潮 高压油断路器受潮或油质劣化等 52 4 电压分布异常和泄漏电流增大故障一些高压电气设备内部故障本身并不会产生过热 但可改变其正常运行时的电压分布或泄漏电流 在设备外表面产生异常的特征性热场分布避雷器 53 5 油浸电气设备缺油故障油浸高压电气设备 因漏油而造成缺油或假油位 由于油面上下介质热物性参数差异较大 在设备外表可产生与油位对应的明显温度梯度 油断路器 耦合电容器 电流互感器 电压互感器 变压器套管与油枕等 54 6 锅炉火焰监测 锅炉炉膛灭火或燃烧不正常 耐火材料及保温层破损 烟温监测 可及时发现锅炉堵灰 炉管堵塞 结垢 例如水冷壁管子堵塞 热气泄漏 安全阀泄漏等 55 7 热力系统破损及漏热故障阀门或接头泄漏 冷凝器回流管堵塞 变窄 地下管道泄漏 凝汽器泄漏等 56 四 典型红外装置 1 红外辐射测温仪红外探测器接收目标辐射并转变成电信号 57 光机扫描热像仪原理图1 被测物体2 光学聚焦系统3 行扫描镜4 帧扫描镜5 红外探测器6 信号处理器7 视频显示器 58 红外热像仪一般分为 光机扫描热像仪焦平面阵列热像仪红外热电视 59 1 光机扫描热像仪 组成 光学聚焦系统 行扫描镜 帧扫描镜 红外探测器 电子信号处理器和视频显示器红外辐射 聚焦系统 行扫描镜和帧扫描镜 红外探测器 液氮冷却 红外探测器 转变成电信号 可见图像 60 2 焦平面阵列热像仪 没有光机扫描系统非制冷 61 3 红外热电视 热释电摄像管成像装置 组成 成像镜头 热释电摄像管 摄象机电路 显示器和温度标定电路 红外辐射 热释电摄像管 PEV 热图像转变成视频信号 62 典型的设备红外热成像 63 64 65 66 67 68 泄漏监测与诊断 69 一 泄漏分类 1 按泄漏物质分 气态 液态 固态2 按介质泄漏量分 渗漏 滴漏 喷漏3 按泄漏部位分 本体泄漏 密封泄漏4 按泄漏介质流向分 向外泄漏 向内泄漏 内部泄漏5 按泄漏发生频率分 突发性 渐进的 70 1 材料失效腐蚀 晶间腐蚀 应力腐蚀 磨损 流动受阻及方向改变处 裂纹2 密封失效制造质量差 安装不正确 密封件老化 被腐蚀 磨损3 人为因素麻痹疏忽 管理不善 违章操作 二 泄漏原因 存在压差 71 1 液压法 容器内充一定压力的油或水2 皂泡法 容器内充气体 外壁或焊缝上涂抹肥皂液3 气泡法 容器内充入一定压强的气体后浸入水中4 氨显色法 容器内充二氧化碳 外部用氨气指示5 超声波检漏法6 氦质谱检漏 氦通过漏孔被吸入质谱室 根据氦离子流强度判断被检容器漏孔大小7 红外线检漏法 二 泄漏原因 72 三 超声波基本性质 声波 弹性波 机械振动在弹性体中的传播声波振动传播时 只有能量的传输而无质量的传递波动中前进的只是波 振动质点并不随波而移动 只是在自己的平衡位置附近振动超声波 f 20kHz 超声波检测中 常用的频率范围为0 4 5MHz 73 超声波的基本波形 74 1 声速 超声波在介质中传输的速度即介质的声速 表示一秒钟超声波等相位面所通过的距离 与介质的密度和弹性性质有关 超声波传播速度与介质本身的温度 弹性模量 密度 泊松比 硬度等特性相关 常温下 空气中的声速约为334m s水中的声速约为1440m s 75 超声波在传播过程中 其波束以某一扩散角从声源辐射出去 与声源的直径D 波长 有关 波束的半扩散角 越小 其指向特性越好声源直径一定时 频率越高 波长越短 指向特性越好 超声波束的指向性 2 指向特性 76 3 超声波用于检漏的原因 超声波具有指向性 可追寻出产生源位置 超声波很容易作阻隔或遮蔽 容易确认出产生源 噪音与超声波频率范围不同 可使用于噪音环境 超声波的变化可预知潜在的故障 超声波仪器操作简单 77 1 压