第五章 油液监测诊断技术ppt课件

油液监测技术 在机械设备中 摩擦副的相对运动会产生摩擦磨损 为了减少这些摩擦能量消耗和磨损材料消耗 通常的做法是向运动表面之间加入润滑剂 这些润滑剂相当于机械设备的 血液 在机械设备中起着密封 润滑 冷却 清洗和防腐等作用 但其本身却也 藏污纳垢 携带着机械加工产物和外来污染物 包括零部件的磨损颗粒 腐蚀产物 润滑油和添加剂经一系列物理化学变化而形成的胶质 沥青 油泥及热工机械燃料燃烧产物等 这些物质均与设备及润滑油的工作状态密切相关 因此 对使用中的润滑油所包含的摩擦副表面材料的摩擦磨损特性及润滑油本身性能变化等摩擦学系统信息进行监测分析具有重要意义 有的习惯用手模 眼看 鼻闻 不肯配备基本检测仪器设备付代价 有相当部分工矿企业无检测仪器 连最基本的油品理化分析仪器都不具备 油液在使用中无什么控制手段 评价油全靠眼看手模 导致机械设备磨损严重 修理频繁 有的以直观的润滑油变黑简单断定润滑油 脏了 该换了 实际反而是该润滑油的清洗性能很好 个别电厂为透平油配备了为数不多的粘度 水分 闪点 酸值 抗乳化等仪器 但所使用的标准是落后的 试验方法也各行其是 没有统一按国家标准进行 一些用油单位 对假冒油品缺乏把关手段 化肥厂 购买油后 用手触摸有颗粒 供油单位声称是添加剂 该厂相信当做正品付款 可见对油品知识多么缺乏 有相当数量的企业不肯花钱配备一套常规油品化验仪器 至于油液综合检测就更无从谈起 油液监测技术是利用光学 电学 磁学等技术手段 对采集到的设备润滑油样品的理化指标 所携带磨粒和外界污染物颗粒等进行分析 从而获得设备的润滑状态和磨粒信息 同时可以定性和定量的描述设备的磨损状态 评价设备工况 预测故障先兆 并可以据此确定故障部位 原因和类型 而这一切均可以在设备正常运行的情况下实现 对保证设备长周期连续安全工作有着十分重要的意义 延长设备使用寿命 创造更大的生产价值设备是企业生存与发展的根本 通过专业化设备监测工作 能提升企业设备管理水平 有效延长设备的使用寿命 效果 美国陆军每年处理130万个油样 每年从所有的项目中节省大约1亿5千万美元的费用 按国外经验推算 我国仅从改进机械设备润滑 采用节能润滑技术和节能型润滑剂 近期可节约重油200万吨 电力100亿KWH 总价值折合60亿 100亿元人民币 同时由于搞好机械设备的润滑与监测维修 减少因摩擦 磨损而更换零部件所造成的停机误产所产生的效益约为300亿 500亿元人民币 油液监测技术 以机械润滑油样作为分析对象 借助现代分析仪器 通过分析被监测设备的油液的性质变化和携带的磨损微粒的情况 获得设备润滑和磨损状态的信息 评价设备的技术状态和预测故障部位 并确定故障原因 类型的技术 可以把设备诊断中的油液分析比如人体化验血来诊断疾病 油液监测是一门新型的综合性工程技术 是大型机械设备状态监测和故障诊断的有效手段 在各行业中发挥重要作用 润滑油为什么需要检测 磨损是相互接触的物体在外力作用下进行相对运动时 表层材料不断损伤的过程 它是伴随摩擦而产生的必然结果 是生产生活中普遍存在的现象 因此机械设备在运行过程中的磨损是不可避免的 但同时其所造成的危害和损失也是巨大的 设备失效中约80 是因为设备润滑故障导致部件异常磨损而引起 柴油机中约70 的故障是因为油品污染引起的 其中50 是磨损造成的 滚动轴承中约40 的失效与损坏是由于润滑不当而导致 齿轮箱中约50 的故障与齿轮的润滑不良和异常磨损有关 液压系统中约70 的故障来自于液压介质的污染 导致液压元件的失效 油液监测技术 油液监测作用 通过对油品的理化指标 污染度检测 光谱及铁谱数据的综合监测分析 1 润滑油的质量评定 有效可靠的分析评定新油及设备在用油的质量 2 设备润滑状态评价 发现在用油的劣化程度及污染原因 为设备提供合理润滑方式和换油周期 3 设备磨损故障诊断 通过对设备在用油中磨损金属颗粒的定量 定性分析 监测诊断设备主要摩擦副的磨损失效状态 预测设备的磨损情况 诊断故障部位 原因和程度 指导企业及时采取视情维修措施 保证设备安全运行 油液监测技术 如上海铁路局工务段在开展油液监测之前 在用的20台机械均采用每年度一律换油的液压油管理方式 浪费很大 通过多年对各种机械设备液压油的监测 总结出液压油经过一年的使用后理化指标大多合格 只是污染度超标的规律 通过油液监测 再利用精细滤油机过滤后 在受监控的25台机械中 一年仅有4台更换液压油 还不到总量的1 5 以平均每台机械的液压油量为300L计算 可减少油料供应逾2000L 节约支出上百万元以上 由此产生的经济效益十分可观 油液监测技术 如美国Pall公司做的试验结果表明 如果清除油液中与元件配合间隙相当尺寸的固体颗粒 可对系统产生良好的效果 滚动轴承的疲劳寿命延长了50倍 阀类元件的寿命提高5 300倍 瑞典SKF轴承商也做过有益的试验 清除润滑油中2 5微米固体颗粒 滚动轴承疲劳寿命延长10 50倍 清除润滑油中1微米固体颗粒 滚动轴承寿命在疲劳极限范围内可无限长 因此细薄的润滑油膜在设备的运转过程中起到了支撑作用 世界运行在10微米的润滑油膜上 油液监测技术 例 如天津港务局在八十年代以前 不注重设备的润滑管理工作 设备用油不分质量 等级标准 采购人员买什么油就用什么油 在使用过程中也没什么控制手段 导致机械设备磨损严重 修理频繁 按原来制定的规定吊车的小修周期是1800运行小时进行修理 而同样的机器在国外保证6000运行小时无修理 相差如此悬殊 经抽润滑油样化验分析 结果发现80 油样不合格 后来他们重新选择CD CF柴油机油 CKD重负荷工业齿轮油 HM抗磨液压油等进行了更新换代 并购置了粘度测定仪 颗粒计数器等仪器进行检测 结果吊车不修理寿命达30000小时 10年 与原修理间隔之比差10倍 为港口创造近千万效益 油液监测技术 如丰田威驰保养手册上对换油周期的规定 不论是用长城SJ级还是SL级润滑油 不论是多尘崎岖道路 城市道路还是长途行驶 换油周期一律都是规定为5000公里 实际上5000公里是润滑油粘度刚刚进入状态最好的平稳期 此时换掉感觉很可惜 因为此型号润滑油经过6种车型行使2万公里以上不换油实际测试可知 润滑油主要指标的劣化程度很低 2万公里还远不是极限 如果延长一倍的换油周期 消费者就会少买一半的单 同时也会少产生一倍的废油 所以规定5000公里的换油周期不符合目前国际发展的趋势 不符合节能 环保的原则 也不符合消费者的利益 按时换油不符合合理用油的原则 只有通过对油液的检测 实行按质换油 才能既保证设备的充分润滑 又能够合理延长油液使用寿命 油液监测技术 润滑油的作用润滑油是机械设备的 血液 它在机械设备中起着重要作用 1 润滑2 密封3 冷却4 清洗5 防腐据介绍 机械设备的失效70 以上是由磨损引起的 相互接触而又有相对运动的机件均存在磨损 为了减少磨损 经常采用润滑的措施 所以 机器或设备的润滑介质或工作介质中包含有丰富的摩擦副工作信息特别是磨损信息 那么 如何获取这些丰富的信息呢 油液监测技术 目前 较为广泛和有效的油液监测技术手段主要有润滑剂分析和磨损微粒分析两种 前者通过监测由于添加剂损耗和基础油衰变导致的油品理化性能指标变化程度来监测设备润滑状态及由于润滑不良导致的设备故障 而后者则是通过对润滑油中携带的磨粒形貌 尺寸 数量 颜色等参数的监测达到对设备摩擦状态监测和故障诊断的目的 润滑油性能的劣化一方面可能是润滑油本身性能下降 另一方面也很可能是设备磨损造成的 同样 磨粒的产生一方面可能是设备自身故障导致磨损 另一方面也可能润滑油劣化导致的 两者互为因果 润滑油的劣化必然导致磨损加剧 磨粒增多 反之 摩擦副失效也会污染润滑油 导致润滑油性能下降 因此在监测中两种手段并不是简单的叠加 而是利用润滑油作为设备磨损信息的载体 对设备摩擦学系统产生的故障实施诊断 只是前者更侧重于分析润滑油的理化指标和受污染程度 后者则侧重研究摩擦学系统中摩擦副的磨损状态 孤立的分析润滑油劣化和摩擦副磨损的问题只会导致错误的结论 油液监测技术 组成 油液监测技术至今已陆续组成以理化分析技术铁谱技术光谱技术颗粒计数技术红外光谱技术为基本硬件构架 和以数据库 诊断库 知识库为基本软件平台的油液监测系统 油液监测技术 4 油液的监测技术方法油液的监测技术方法很多 主要的有以下六种 1 理化分析技术4 污染度测试 颗粒计数 2 磁塞检测法5 光谱技术3 红外光谱技术6 铁谱技术主要油液监测技术的比较 油液监测技术 不同的油液监测方法的检测效率受磨粒粒度的影响 油液监测技术 油液的取样技术 规定 柴油机及螺旋桨轴系是舰艇的重要动力装置 也是最容易发生磨损失效故障的主要部位 对这些设备实施油液监测 是舰艇实现现代化科学管理和采用以预防为主的状态维修体制的最有力和最可靠的保证 通过油液监测可对设备的磨损状况以及对设备故障进行早期预报 预防 确保设备技术状态完好 有效地控制修理费的支出 防止设备机损事故的发生 油液的取样技术 为保证油液监测和设备诊断的周期性和可靠性 正确获取有代表性的油样是至关重要的环节 为此 根据有关规定和要求 特制定润滑油取样与送检规定如下 1 取样应由专人负责 取样人员应有强烈的事业心和对取样工作高度认真 负责的工作态度和工作作风 舰艇设备取样指定为班长负责 2 取样最好应为无色透明的清洁玻璃瓶 但考虑玻璃瓶易破碎 泄漏 现采用干燥的塑料瓶 取样后 应立即贴好标签 并认真填好标签上的有关内容 写明舰艇舷号 油液牌号 取样日期等 其中 设备名称 填写前 后 机舱左 中 右 主机 副机或停泊电机 设备使用时数 填写最近一次进厂修理后至今设备工作时数 滑油使用时数 填写现用滑油换油至今工作时数 油液取样技术 油液取样技术 油样瓶标签 取样周期 按 舰艇装备监测技术大纲 规定 设备每工作100 200小时取样一次 由舰员负责取样 编大队 舰员进行简易分析 每工作300 400小时 由基地级进行祥细分析 执行重大任务 等级修理前后 有异常时随时取样 根据监测需要随时监测 尾轴每3 6个月取油样一次 最长不应超过6个月 若发现运行状态异常时 应随时取样 及时送检 根据油样监测情况 必要时应增加取样密度 以防止发生设备意外机损事故 油液取样技术 油液取样技术 4 取样量 每次取样150 300ml 对需做滑油粘度 水分检测或异常样品须取样500ml 一般要求取油量是配发油样瓶的3 4 5 取样时机 取样应在机械设备运行状态下进行 特殊情况必须停机取样时 应在停机后30分钟内取样 6 取样部位 对中 高速柴油机 每次取一个系统油样即可 对单缸独立润滑系统的柴油机应分缸取样 取样部位一般定在回油管放油阀 滤器前 曲轴箱等部位 当送检油样仅测理化指标时 也可在进机前位置取样 关键是确保所取油样应具有代表性 能正确反映所监测设备的磨损情况 取样部位一经确定 每次取样应在同一个部位进行 油液取样技术 7 取样时 必须保证取样口周围清洁 无污染杂质 应先从取样口放掉一部分油后 再接取拟送检的油样 保证送检油样的均匀性与代表性 8 取样后应立即盖紧取样瓶盖 防止泄漏 在盖取样瓶盖之前 禁止用任何物品擦拭取样瓶 然后将样品瓶外表擦干净 贴牢标签 取样卡 防止脱落 并保持标签清洁 字迹清楚 尽量避免油渍污染 油液取样技术 9 凡首次对某一设备进行油液监测取样送检时 还应提供一个与该设备所取油品牌号完全相同的新油作比较用 当该设备更换不同牌号的油品时 应重新送该牌号新油 以确保监测结果的连续性与准确性 10 舰艇取油样后 及时送监测中心检测 油液取样技术 常规理化分析主要是对油样通过理化试验的方法测定其理化指标 再根据国标规定判断性能是否处于正常范围内 能否保证润滑状态符合设备使用要求 防止设备因为润滑油选型错误 新油质量问题 油品污染变质和性能劣化导致润滑不良 从而造成设备异常磨损故障 主要的监测项目有 粘度 水分 闪点 机械杂质 凝点 不溶物 抗氧化性 抗乳化性 抗泡沫性 抗磨性和极压性等 对企业而言 对润滑油的理化性能监测的目的主要有两点 一是新用油是否满足设备正常工作的需要 防止使用错误牌号的油品或劣质润滑油造成设备异常磨损 二是对设备在用油进行定期监测 判断润滑油是否可以继续使用 并通过理化指标的变换判断设备的运行状态 及时发现故障先兆 指导故障维修 油液理化检测技术 油液理化检测技术 油液的理化性能检测物理性能指标 主要的有粘度 水分 闪点 机械杂质 斑点测试 抗氧化性 抗乳化性 抗磨性等 化学性能指标 主要的有总酸值 总碱值 防腐性 防锈性 氧化安定性 添加剂元素分析 油液理化检测技术 1 粘度的检测粘度是润滑油的最主要性能指标 它表示滑油的承载能力和流动性 粘度是各种机械设备选油 换油 的主要依据 设备润滑主要靠润滑油膜起减磨作用 粘度太小 难以形成足够厚度的润滑油膜 不能起到有效的抗磨作用 粘度太大 将增大机械的运动阻力 冷却和冲洗作用变差 综合考虑 在保证良好润滑的前提下 尽可能选择低粘度的润滑油 粘度检测作用 作为机械设备选油 换油 的主要依据 也是检测机械设备故障的一种手段 油液理化检测技术 粘度的检测检测仪器 KV 4粘度测试仪 检测方法 按照GB T265 石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法 的规定 更换标准 柴油机油和汽油机油是100 运动粘度变化率超过 25 时 必须更换 液压油是100 运动粘度变化率超过 20 时 必须更换 油液理化检测技术 如 广东湛江港务局某船舶柴油机原来使用的是CC40级柴油机油 由国内某著名润滑油公司生产 但发现在使用过程中油的粘度增加较快 还未到换油周期就增加到粘度的上限报警值 对此有关技术人员认为是该油级别较低所造成的 改用CD40级柴油机油 但在使用一段时间后仍发现粘度还是增长较快 故怀疑该机油质量有问题 并且希望找出机油粘度增长过快的原因 粘度上升的原因很多 首先确定有关检测项目 从检测数据的变化来分析在用油品粘度升高的原因 下表是对该机所用新油和旧油的有关检测结果 CD40柴油机油新 旧油理化性能检测 油液理化检测技术 原因分析从上述检测结果来看 新油的检测结果符合CD40柴油机油的质量标准 旧油的总碱值和添加剂元素含量下降不大 基本上在正常范围 说明机油的有关添加剂性能还稳定 另外旧油的水含量也在正常允许范围 但旧油的粘度和不溶物都较高 超出了换油标准 排除新油的质量问题 从柴油机的运行状况来分析 导致机油粘度上升的原因主要有柴油机持续高温运行 柴油机漏气严重 油品使用时间过长 以及油中进水等多方原因 现场了解柴油机冷却系统很好 且很少持续高温运行 油中也未进过量水分 使用时间也未达到检修期 从检测数据来看 旧机油不溶物含量较高 用铁谱分析方法观察到油中有较多的油泥 这表明旧油的不溶物主要是由高温氧化形成的油泥所组成 油泥增加 势必使油品的粘度上升 由上述分析基本推断润滑油粘度上升的原因可能是因燃气泄漏 使柴油机曲轴箱中润滑油局部高温氧化 造成了油泥的增加 港务局船舶公司在接到检测分析报告后 对柴油机进行解体检查 发现该机的缸套 活塞环尺寸普遍都超出了规定范围 原因是该机在上次大修时 因进口备件较贵 采用了国产活塞环 在装配及活塞环尺寸上有些问题 从而导致了缸套和活塞环的配合间隙过大 大量燃气进入曲轴箱 使油品严重氧化 后更换为原柴油机厂进口的活塞环 并全部使用新油 柴油机运行一段时间后 在用润滑油的粘度仍保持正常 油液理化检测技术 2 水分的检测润滑油中的水份指润滑油中含水量的重量百分比 润滑油中含有水分时可加速滑油的变质并使机器的磨损加剧 当滑油中水分含量小于0 03 则认为是痕迹 合格 润滑油中的水份越少越好 水份的影响 1 水分会促使油品乳化 降低油液粘度和油膜强度 使润滑效果变差 2 加速油液的氧化 特别是在有铁 铜 锰等金属微粒存在的情况下 水与空气中的氧使油液迅速氧化 氧化速度几十倍 生成粘稠状的复合物 俗称油泥 3 水能分解油液中的某些添加剂 形成能腐蚀金属表面的酸 使酸值增加 加速对金属的腐蚀 4 低温时 水分使润滑油流动性变差 高温时 水分发生汽化 不仅破坏油膜 而且产生气阻 在1800F的温度下 当一加仑的油里含有一滴水时 就会破坏锌抗磨添加剂必须将乳化水的含量控制在100ppm下 油液理化检测技术 油中含水量对轴承寿命的影响 油液理化检测技术 水分的检测检测仪器 YPW 1 YPW 32水分测量仪 检测方法 按照GB T260 石油产品水分测定法 的规定 使用水分测定器 将100mL试样和100mL无水溶剂 汽油 装进烧瓶 混合均匀后加热蒸馏 按规定的蒸馏速度加热对混合物进行蒸馏 水及汽油蒸汽冷凝后流入接受器 从接受器底部水分的体积算出其在油内的百分含量 更换标准 柴油机油和汽油机油含水量大于0 2 液压油含水量大于0 1 必须更换 油液理化检测技术 3 不溶物的检测不溶物主要指油中磨损金属颗粒 粉尘杂质 积炭等固体杂质 以及油品裂解 降解产生的树脂状物质 这些杂质都会加速机械设备的异常磨损 同时还会堵塞油路及过滤器 导致设备产生润滑故障 不溶物是判断设备是否需要换油的指标之一 检测仪器 YPB 1润滑油不溶物分析仪检测方法 按照GB T8926 用过的润滑油不溶物测定法 的规定 把1份用过的润滑油试样与正戊烷 凝聚剂溶液混合 并离心 用正戊烷洗涤沉淀物2次 干燥 再称重 得到加凝聚剂的正戊烷不溶物 更换标准 对柴油机油正戊烷不溶物大于3 0 对汽油机油 L EQB L EQC L EQD 的正戊烷不溶物大于1 5 对汽油机油L EQE大于2 0 必须更换 油液理化检测技术 4 闪点的检测检测仪器 YPF 3闪点测量仪 检测方法 按照GB T3536 石油产品闪点和燃点测定法 克利夫兰开口杯法 的规定 把试样装入试样杯至规定的刻度 先迅速升高试样的温度 然后缓慢升温 当接近闪点时 恒速升温 在规定的温度间隔 以一个小的试验火焰横着越过试验杯 测量试样表面上的蒸汽闪火的最低温度 更换标准 对单级柴油机油开口闪点小于180 多级柴油机油开口闪点小于160 对单级汽油机油开口闪点小于165 多级汽油机油开口闪点小于150 必须更换 油液监测技术 磁塞检测法磁塞检测法是最早出现的一种检查机器磨损状态的简便方法 它是在机器的润滑油路系统中插入磁性探头 磁塞 用已搜集悬浮在润滑油中的铁磁性磨粒 并定期观察所搜集到的磨粒大小 数量和形态以判断机器的磨损状态的一种检测方法 缺点 只能用于铁磁性磨粒的检测 当出现大于50以上的大磨粒时 才能显示其较高的检测效率 观察方法 肉眼 放大镜 10 40 铁谱显微镜 磁塞的构造原理图1 封油阀2 磁塞3 凹轮槽 油液监测技术 红外光谱利用红外傅立叶变换进行分子光谱分析以判断油液的性能 通过油液中的硝化物 硫化物 水分 燃油等的含量以判断油液的劣化程度 红外光谱技术利用红外傅立叶变换进行分子光谱分析以判断油液的性能 通过油液中的硝化物 硫化物 抗氧剂损失 水分 燃油等的含量以判断油液的劣化程度 原理 当用一束具有连续波长的红外光照射一物质时 该物质的分子就要吸收一部分光能 并将其转变为分子的振动和转动内能 若将透过物质的光进行色散 就可以得到一条谱带 光谱图 不同的分子具有不同的振动和转动内能 不同光谱图 根据待监测油样的红外光谱中吸收峰的强度 位置和形状 就可以判断相应物质的存在和含量 抗氧化剂水平变化的红外光谱 应用 判断润滑油中的燃料水平无论应用何种方法检测润滑油中燃料含量都是非常困难的 燃料和润滑油的主要差别在于它们的分子量 或沸程 和芳香性组分含量的不同 燃料具有较低的沸程和较高的芳香性组分含量 红外光谱技术正是通过芳香性组分的红外吸收来判断润滑油中的燃料水平 对于汽油稀释 红外吸收位于750cm 1附近 对于柴油稀释 红外吸收位于800cm 1附近 一般地燃料稀释的读数大约为50A cm 1 严重的燃料污染的读数超过70A cm 1 新油和被燃料稀释的在用油的红外光谱 与其他油液监测技术相比 红外光谱分析技术操作相对简单 仪器自动化程度较高 可以很快掌握使用 并且可以迅速而容易的分析出油品劣化和污染状态 与同属于润滑剂分析范畴的常规理化分析相比 理化分析主要从油液的物理化学参数予以表征其状态 其定值数据只是反映了油液性能变化的宏观表示 没有涉及油液内不同分子结构物质的变化内因 例如 通常积碳 灰分 尘土 磨损物质等使润滑油粘度上升 而水和燃油等使粘度下降 理化性能测试只能相对静态地进行粘度测试 如果两方面因素同时出现而恰好变化又相同 那么油样粘度是否真正发生改变 或者是否发生了单一因素的改变 依靠常规理化分析无法判别的 而红外光谱分析可以实现这一目标 动态的检测粘度 找出油样粘度变化的真正原因 但红外光谱分析技术并不是万能的 它的原理限定了它只能反映分子级别结构的信息 对原子 溶解态离子和金属磨粒都不敏感 因此 它也不并能取代其他监测技术 油液监测技术 污染度测试进行污染度测试的仪器是颗粒计数器 颗粒计数是评定油液内固体颗粒 包括机械磨损颗粒 污染程度的一项重要技术 可与铁谱技术联合应用于液压油的监测 YJS 170型颗粒计数器 YPC 1型润滑油污染测试仪 油液监测技术 油液的污染种类 主要包括 颗粒 水分 空气 热和微生物污染等 其中对油液使用性能影响最大的就是颗粒和水分污染 其次为空气 热污染 通常意义上所说的污染就是指颗粒与水分污染 国际标准化组织统计 液压系统故障的75 80 是油液颗粒污染所致 英国液压机械研究联合会 BHRA 及国家工程试验 NEL 对117台液压设备进行了为期三年的研究结果表明 55 的故障直接归因于系统油液中颗粒污染物的存在 油液监测技术 水和金属颗粒共同存在大大加速油液氧化变质的速度 油液监测技术 颗粒计数器什么是颗粒计数器 颗粒计数器是检测液体 透明的油 水 中颗粒污染物含量的仪器 1 600um范围 常用来评定液体的污染度等级 应用 液压油污染度测试 过滤器过滤性能的评定等 工作原理 当液体中的微粒通过一窄小的检测区时 与流体流向垂直的入射光 由于被具有不同遮光系数的颗粒所阻挡而减弱 从而使传感器输出的信号降低 这种信号变化与微粒的截面积成正比 颗粒计数演示图 油液监测技术 滑油污染测试仪器通过检测可以达到以下几个目的 掌握机器主要摩擦副的磨损状态 掌握机器主要摩擦副的磨损趋势 预测和诊断机器因磨损而引发的故障 掌握润滑油品质衰败状况 确定合理地换油周期 结合检测数据 综合掌握机器技术状态 指导使用 管理和阶段性的集中检修 为确定各型号的润滑油检测标准积累数据资料 润滑油污染测试仪 油液监测技术 润滑油污染测试仪能够测量油斑的两个重要参数指标是 在滤纸上形成的三个环的面积和色度 从里边往外边依次是 沉积环扩散环油环 油液监测技术 光谱分析技术可在30秒钟内精确分析出油液中近20种 最多可达32种 元素的 PPM级 含量 可分析润滑油和液压油中的各种磨损金属元素Fe Cu Al Pb 添加剂元素S P Ca Ba和外界污染元素Si的浓度 1 通过测量磨损元素的成分和含量 根据设备运动摩擦副零件的材料构成 可以判断磨粒产生的可能部位 2 通过测量添加剂元素及污染物的成分及含量 根据润滑油的性能要求 可以判断润滑油的劣化变质程度 3 通过测量磨损元素的变化率 可以判断摩擦副的磨损趋势及其严重程度 对机械设备的运行状态进行监测 4 通过观察元素含量的变化趋势 可分析燃油中的金属元素 确证燃油是否满足燃气轮机制造商制定的燃油规范 监控燃油处理的效果 油料分析光谱仪 其原理是不同元素原子由于内部能量能级差各异导致其辐射光具有不同频率 即特征频率 只要检测到与该特征频率一致的光子及其数量 就可以计算出该元素的是否存在以及该元素的含量 根据激发原子的方式不同 原子光谱分析技术可分为原子吸收光谱技术和原子发射光谱技术两种 由于原子吸收光谱分析技术在使用前必须对油样进行预处理 且不能分析大于5微米的磨粒 因此在油液监测是常用的是原子发射光谱技术 但是 原子光谱分析技术对较大磨粒 特别是大于10微米的磨粒是无法检测的 这是其原理所决定的 而较大磨粒恰恰是反映设备异常磨损的重要信息来源 因此在油液分析技术中原子光谱分析技术常用于不会产生较大磨粒的设备长期监测 或与其他技术配合使用 确定其他方法难以判断的磨粒种类和含量 油液监测技术 如光谱分析发现某种金属元素的指标发生突变 铁谱分析发现有异常磨损磨粒 我们就能预知机器对应该金属部位发生异常磨损 需要注意检查 修理 如海军某基地质控室2005年2月在对136舰3号柴油机滑油监测中 发现油液中铝磨粒含量异常 且存在异常磨损颗粒 经停机检查 发现该机组已有6缸的活塞环存在严重磨损 部分已断裂 其中一个缸的活塞已经烧穿 由于及时报警 避免了故障进一步恶化 油液监测技术 如对护卫舰12VE390主机 采集回来的滑油样进行光 铁谱分析 发现磨损金属元素铅 锡浓度很高 说明机器的连杆小头衬套而非连杆大头轴承 主轴承发生严重磨损 因为12VE390机器的连杆小头衬套镀有巴氏合金 铅锡合金 而连杆大头轴承 主轴承镀的是锡铝合金 油液监测技术 而对扫雷舰8 300主机采集回来的滑油样进行光 铁谱分析 发现磨损金属元素铅 锡浓度很高 说明机器的连杆大头轴承 主轴承而非连杆小头衬套发生严重磨损 因为8 300机器的连杆大头轴承 主轴承镀的是巴氏合金 铅锡合金 连杆小头衬套是镀铅铜合金 油液监测技术 铁道部提出的内燃机车上各元素含量浓度控制值 试用 油液监测技术 铁谱分析铁谱分析技术是利用高梯度的磁场 将油内磨屑颗粒与油液及杂质分离 并使其按一定规律 沉积在置于磁场上方的玻璃片上 形成谱片 再利用铁谱显微镜对谱片上的磨屑进行大小 形状 色泽 表面纹理等的观察 磨损类型的识别的技术 可与光谱联合应用于柴油机的工况监测和故障诊断分析 1 铁谱分析原理在高梯度的强磁场作用下 将在用润滑剂或工作介质中的铁磁性颗粒按尺寸大小依次沉积在透明载体上以进行测量 观察和分析的技术 2 铁谱分析技术的仪器组成和分析步骤 铁谱分析系统组成 1 直读式铁谱仪2 分析铁谱仪3 铁谱显微镜4 辅助设备 铁谱分析系统 油液监测技术 铁谱系统 铁谱系统组成 油液监测技术 1 直读式铁谱仪原理 由永久磁铁 虹吸泵 光电传感器 玻璃沉淀管和信号放大 显示装置组成 这种仪器可获取2个反映样品磨粒浓度的数值 操作简单 分析速度快 适用于对设备作初步诊断 玻璃沉淀管装在倾斜的永久磁铁上方 利用虹吸泵使试样经过毛细管 然后流至废液杯 当试样在沉淀管内流动时 在永久磁铁的磁场力的作用下 试样中的磨粒沉淀在管的内壁 两束相距5mm的光线穿过磁铁照射到沉淀管上 第1道光束的位置接近沉淀管的入口端 大磨粒 大于5 m 和部分小磨粒沉积在这个位置 第2道光束的位置是小磨粒 1 2 m 沉淀处 在沉淀管的光线照射的上方 设置了2个光电传感器 其接受的光强率减量反映出这2个位置处的磨粒数量 光电传感器的信号经过放大和转换 然后用数字显示出来 大磨粒读数值用 Dl 表示 小磨粒读数值用 Ds 表示 直读铁谱仪的读数显示范围为0 190 当读数值在100以下时 磨粒数量与读数值呈线性关系 当读数值大于100时 沉淀管中的磨粒已经出现重叠 二者之间呈非线性关系 油液监测技术 YTZ 5型直读式铁谱仪该仪器配有32K的EEROM存储器 可存储数百个油样读数 并且掉电不丢失 该仪器还配有RS232和USB接口 数据可导人U盘 方便携带和转移 也可以上传至电脑 本仪器有配套光盘 可以对采集过来的数据进行进一步数据分析和处理 绘制成曲线和打印成报表等 YTZ 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 油液监测技术 直读铁谱仪特点1 新型磁场 薄膜开关面板 大屏幕LCD造型美观 简洁流畅 特点2 RS232 USB和Internet输出方式 可建立远程的LIMS系统 油液监测技术 铁谱仪软件1 可以存储和打印数据 2 可以重新查询功能 程序会根据你选的联接方式进行相应的查询 如果是RS232 程序会跟下位机进行串口通讯 如果是U盘 程序会读取目录下的所有csv文件 如果是INTERNET 程序会跟下位机进行TCP通讯 3 可以打印当前参数和选择打印曲线DL DS DL DS DL DS DL DS DL DS 4 可以选择开始打印的数据和打印数据的个数 油液监测技术 2 分析式铁谱仪原理 由磁铁 电磁铁或永久磁铁 蠕动泵 亦称微量泵 或气压泵 输油导管 回油管及玻璃基片等组成 这一仪器用于制备铁谱片 实现磨粒从试样中分离 其工作原理为 在磁铁上倾斜地安放一张玻璃基片 倾斜角度为1 2 左右 蠕动泵的滚轮外缘装有输油导管 输油导管的一端置于玻璃基片的上方 另一端插入盛有试样的试管中 启动蠕动泵 或气压泵 使试样以15 30mL h的流速吸入输油导管并流至玻璃基片 然后从与玻璃的下方搭接的回油管流入废油瓶 玻璃基片上划有U形憎油糟 使试样在玻璃基片上沿垂直于磁铁磁力线的方向由上向下流动 在磁场力 重力和粘滞阻力等力的共同作用下 试样中的磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上 再用四氯乙烯溶剂冲洗 去除基片上的残液 磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上 制成了铁谱片 对于铁磁性磨粒 按尺寸大小依次有序沉积 紧靠入口处下方沉积尺寸大于5 m的磨粒 在距铁谱片出口端50mm处沉积的磨粒 其尺寸多为1 2 m 在靠近铁谱片出口端 磨粒尺寸更小 甚至不以连续的链线状沉积 有色金属磨粒和非金属微粒不按这种规律沉积 具有随机性 油液监测技术 YTF 5型分析式铁谱仪 单联 分析目的对磨损颗粒形状的分析 判断设备磨损的类型对磨损颗粒大小和数量的分析 判断设备磨损的程度对磨损颗粒成分的分析 判断设备磨损的部位 油液监测技术 YTF 6型分析式铁谱仪 双联 本系统利用数码技术将双光路显微镜中观察到的铁谱磨粒图象传送到计算机 利用专用软件完成图像存储 编辑 参照比对 定性判断 分析记录 报告单 存档及打印输出 从而实现铁谱图像计算机管理 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 造型美观大方 5 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 油液监测技术 制谱仪示意图玻璃基片 制谱仪示意图 油液监测技术 3 铁谱显微镜 进口 由反射光源 透射光源 载物台 照相机等构成 由于铁谱显微镜有反射光源和透射光源 故又称为双光显微镜 反射光源和透射光源可以同时使用 也可以单独使用 其光强可以分别调节 透射光从显微镜的下部发出经过折射镜折射后向上穿过放在载物台上的铁谱片进入物镜 再通过双路镜到达目镜 从而更清晰的观察铁谱颗粒 图4铁谱显微镜 3 铁谱显微镜 国产 用途 谱片的定性分析利用双光显微镜 或称铁谱显微镜 对谱片上的磨屑进行大小 形状 色泽 表面纹理等的观察 磨损类型的识别 称之定性铁谱 还可以测量磨粒尺寸 鉴别其成分和测定表征磨粒数量的光密度值以及对磨粒进行显微摄影 该法的本质是根据个别异常磨屑的特征判断设备的磨损部件曾发生过的摩擦磨损过程 油液监测技术 4 辅助设备取样设备加热恒温箱等谱片加热器 油液监测技术 3 铁谱分析程序第1步油液取样取样技术是油液分析技术成败的关键一步 取样注意事项 取样位置取样时间取样周期取样记录取样器具 包括油样瓶 取样管 取样器等 要清洁干净 防止污染 油液监测技术 一个典型的润滑系统简图 不同部位取样点及不同取样时间的油样铁谱分析结果 油液监测技术 取样周期 取样记录 包括静态数据和动态数据两部分 静态数据 取样机械名称 使用单位 型号 功率 转速 润滑油的容量和牌号等 动态数据 取样机械的各类特征数 如油样编号 机械使用时数 润滑油使用时数 油温 水温 水压 故障征兆 分析重点及建议等 取样记录表应与油样瓶一起送往铁谱实验室 油液监测技术 第2步 油液预处理1 样品加热 将盛有润滑油样品的瓶子放入干燥箱中 使样品在65 5 的温度下 保持30分钟 目的是使样品的粘度降低 便于对样品振荡 2 振荡 手动振荡和器械振荡 目的是使因沉淀而聚集的磨粒得以分散 并使各种尺寸的磨粒都能悬浮在样品中 3 稀释 包括浓度稀释和粘度稀释浓度稀释 当油样中磨粒浓度高时 为避免磨粒在铁谱片上 或沉积官内 发生堆积现象影响观察与分析所采取的措施 粘度稀释 是在油样中加入一定量的四氯乙烯 目的是降低样品的粘度 以改善油样的流动性 油液监测技术 第3步制谱 油液监测技术 第4步观察分析1 定量分析直读式铁谱仪可以直接读出大磨粒读数Dl和小磨粒读数Ds 2 谱片的定性分析利用双光显微镜 或称铁谱显微镜 对谱片上的磨屑进行大小 形状 色泽 表面纹理等的观察 磨损类型的识别 称之定性铁谱 还可以测量磨粒尺寸 鉴别其成分以及对磨粒进行显微摄影 该法的本质是根据个别异常磨屑的特征判断设备的磨损部件曾发生过的摩擦磨损过程 铁谱应用 研究磨损机理与不同磨损型式相对应的磨粒种类磨损型式磨粒种类正常磨损正常磨损磨粒 呈薄片状 表面光滑 粘着磨损正常滑动磨粒 轻微粘着磨损 严重滑动磨粒 拉缸 咬缸 磨料磨损切削磨粒表面疲劳磨损疲劳剥块磨粒 块状 表面光滑有麻点 片状磨粒 极薄 表面有孔洞 折皱 裂纹等缺陷 球状磨粒 球形 表面光滑 腐蚀磨损红色氧化物微粒 红色Fe2O3 亚微米级腐蚀微粒 产生不同类型磨粒的原因 磨粒类型原因摩擦磨损边界润滑机器启动机器停车磨料污染物切削磨损尖锐的边硬 软金属疲劳磨损过长时间工作层状颗粒过负荷严重滑动磨损过速过热缺油氧化颗粒腐蚀污染物腐蚀颗粒酸性介质气泡冲蚀球粒高温熔化 正常磨损磨粒 正常磨粒产生机理 1 正常磨损机理 正常滑动磨粒 亦称摩擦磨损微粒 运动中的两摩擦副表面在正常滑动磨损机理下所产生的磨损称为正常磨损 特点 正常滑动磨粒呈薄片状 表面光滑 其长轴尺寸从0 5 15 m 甚至更小 厚宽在0 15 1 m之间 磨粒形状因子 长轴尺寸与厚度之比 较大的磨粒约为10 1 而0 5 m的磨粒约为3 1 2 粘着磨损机理粘着磨损机理摩擦副因负荷或速度过高而使应力变得过大时 润滑油膜会发生破裂 由于固相焊合 接触点表面的材料由一个表面转移到另一个表面的现象 特点 磨粒表面粗糙 可看到滑动的条纹 严重拉毛 轮廓不规则 有时呈现出不同的回火色 尺寸范围大于15 m 长轴尺寸与厚度之比大约为6 1 10 1 严重滑动磨损磨粒 粘着磨损磨粒 其长轴尺寸在15 m以上 形状因子约为10 1 有时 这类磨粒表面有粗糙 甚至可见清晰的平行划痕 且有直的棱边 严重滑动磨粒包括产生于气缸套 活塞环 齿轮的节线与齿根之间和节线与齿顶之间的异常磨粒 严重滑动铸铁磨粒 磨损轴颈 铁严重滑动磨粒 严重滑动磨粒 铜严重滑动磨粒 铜屑片状 铜粒氧化回火色 铜磨粒照片 铜磨粒反射 白色 铝磨粒 铝磨粒和铜磨粒 1油泥2铁磨粒 3 疲劳磨损机理 1 疲劳磨损机理 2 与疲劳磨损有关的磨粒 1 疲劳剥块磨粒 块状 表面光滑有麻点 磨粒的尺寸大于10 m 形状因子约为10 1 片状磨粒 极薄 表面有孔洞 折皱 裂纹等缺陷 这类磨粒的最大尺寸可达100 m 受应力不大的摩擦副易产生层状疲劳磨损磨粒 受拉伸应力较大的摩擦副表面 如齿轮的轮齿 容易产生块状疲劳磨损磨粒 2 球状磨粒球状磨粒 是在疲劳裂纹内表面相对运动的搓揉作用下形成的 表面光滑 球形 球状磨粒的直径多数为3 m左右 在白反射光照射下 球状磨粒具有明亮的中心和黑色环带的成像特点 滚动轴承和齿轮节线处产生疲劳破坏时 易产生球状磨粒 3 层状磨粒层状磨粒是因磨粒粘附于滚动元件的表面之后 又通过滚动接触而形成的 层状磨粒是极薄的游离金属磨粒 主尺度在20 50 m之间 形状因子约为30 1 在这类磨粒上经常可以看到空洞 层状磨粒数量的不断增加与大量球状磨粒的同时存在 是滚动轴承在着将导致剥离的显微疲劳裂纹的标志 铁疲劳剥块和铜粒 球形磨粒照片 4 磨料磨损机理 二体磨料磨损铁谱照片 典型切削磨粒红反 绿透 二体磨料磨损 三体磨料磨损 与磨料磨损有关的磨粒一种切削磨损微粒是由于较硬的零件可能安装不良或出现裂纹 造成硬的锐边嵌入较软零件大表面而形成的 这类切削磨损微粒通常粗大 其平均宽度为2 5 m 长度约为25 100 m 另一种切削磨损微粒是润滑系统中的坚硬磨粒嵌入软表面后伸出 再切削与之相对的零件表面而形成的 这类切削磨损微粒的尺寸较小 其厚度小到只有0 35 m 切削磨损微粒多呈月牙壮 也有螺旋状 丝圈状等 切削磨损微粒损微粒的存在是设备摩擦副不正常磨损的标志 切削钢磨粒 典型切削磨粒红反 绿透 5 腐蚀磨损摩擦副运动过程中 其材料与周围介质发生化学或电化学相互作用的磨损叫做腐蚀磨损 1 氧化磨损 因大气中含有氧 2 特殊介质腐蚀磨损 3 气蚀与腐蚀磨损有关的磨粒钢铁氧化生成Fe2O3 红色 橙黄色 片状 不表现磁性 在可见光和偏振光下均呈橙黄或桔红色 高温下铁与氧反应的混合物 黑色氧化物微粒Fe3O4 有明显的铁磁性 低温下产生的酸性腐蚀产物 亚微米级腐蚀微粒 1铁磨粒2Fe2O33Fe3O4 1Fe2O32Fe3O43白色砂粒 1Fe2O32Fe3O43砂粒4油泥 Fe2O3 6 非金属微粒铁谱分析常见的非金属微粒有 摩擦聚合物微粒 纤维物微粒 积炭微粒及油渣物微粒等 摩擦聚合物微粒 摩擦聚合物微粒是润滑油在临界接触区受到超高压力作用使油分子发生聚合反应而产生的 两种形式的摩擦聚合物微粒 一种透明的片状物 有时在它的非晶母体内嵌有金属微粒 两种摩擦聚合物微粒均有极好的抗热解性 摩擦聚合物 摩擦聚合物 摩擦聚合物 炭片 炭片 放大 盐粒 纤维铁谱照片 纤维铁谱照片 磨粒的材质特征 谱片磨粒加热法 钢 长轴方向按磁力线排列 常温下表面呈亮白色 加热330度呈蓝色 铸铁 长轴方向按磁力线排列 常温下表面呈亮白色 加热330度呈稻草黄色 铜 无需加热 橙红 黄自然色 随机沉积 铝合金 呈亮白色 加热不变色 随机排列 巴氏合金 铅锡 未被氧化呈亮白色 薄片状 已被氧化呈蓝色或橘红色的斑点 加热330度边缘即会熔化 甚至熔融成小球状 表面呈蓝色或橘红色的氧化斑点 铁谱片加热后 合金钢 蓝色 和铸铁 深草黄色 磨粒 磨粒的材质特征 偏振光观察法 在偏振光照射下 金属磨粒呈黑色 Fe2O3 团状 粒度近似金属磨粒 边缘清晰 呈橙黄或橘红色 沙粒 呈钻石般极亮白色光泽 人造纤维 挺直 偏振光下具有如同细管形态和色泽 盐粒 普通光照明下 方晶状透明 偏振光下 有彩色干涉花纹 铁系金属磨粒识别特征 有色金属磨粒识别特征 氧化物识别特征 润滑剂产物识别特征 污染物识别特征 油液监测技术 4 分析式铁谱分析技术的特点和应用1 铁谱分析技术的特点A 基本属于离线分析方法 B 不仅可以观察到磨粒的大小 还可以观察到磨粒的形貌和颜色 C 可以监测摩擦副工况和研究磨损机理 D 每一个样品分析时间较长 E 要完整监测磨损工况 还需要与其它监测方法配合 2 铁谱分析技术的最新进展 制谱仪已经实现自动化 磨粒识别的智能化 铁谱分析和其它分析技术结合 油液监测技术 6 光谱分析与铁谱分析的综合应用 监测实例 该企业乙烯厂的K201 该设备并未使用油液分析技术对其进行长期监测 2011