油液分析技术PPT演示课件

油液分析技术,石油大学2000年10月,1,一、油液分析技术及其发展,油液分析技术通过对运行设备在用润滑油的代表性样品检测与分析，获得有关油品性能指标变化以及油中污染和变质产物的宏观或微观物态特征变化信息，进而确定设备润滑与磨损状态和相关的故障发生机制。,2,油液分析技术的发展1941年，美西方铁路公司首次采用世界上第一台油分析光谱仪，美国Baird公司铁路机车润滑磨损状态监测在美国及欧洲的应用美国三军联合油液分析计划（JOAP）丹麦海军：核潜艇海湾战争：空军飞机发动机监测铁谱分析技术及其发展1972，第一台商用铁谱仪，1982，国际磨损工况监控会议应用：从柴油机、汽轮机到人工关节研究的广泛领域在国内的应用：1980年-1990年，铁路、船舶、煤炭、电力等多个行业铁谱、光谱、油液理化指标综合分析方向：在线监测、离线监测和近在线监测技术图象分析、人工智能、远程诊断、虚拟现实技术应用,3,油液分析技术应用领域机械设备状态监测与故障诊断润滑材料的改进与开发典型摩擦副磨损机理研究机械零件的摩擦学设计润滑油品技术服务车辆污染控制,4,油液分析技术的主要作用确定设备合理的换油时机检验设备用油品质，防止假油或油错用对设备造成损害确定设备主要磨损机理及程度，实现设备资源合理调度诊断正在发生或潜在故障，为设备维修决策提供依据将设备维护过程与环境污染控制有机结合，达到设备维护目标与环保目标和谐统一对设备的合理润滑提供咨询，实现设备的科学养护；为润滑油、摩擦元件等相关产品的改进和创新提供依据,5,油液分析的技术服务模式在线监测实时、自动化、设备集成、单一功能目标离线分析-设备诊断中心全面、专业、网络化服务，信息可能失真近在线分析实时、快速、功能可集成,6,二、油液分析的基本依据,油品品质在使用时的变化及影响因素油品在使用过程中的氧化变质或劣化的必然性环境的影响：大气、冷却和燃油等相关子系统工作条件：压力、温度、剪切等促进氧化变质添加剂消耗：抗氧化剂、抗磨添加剂的消耗油中磨损产物特征变化及影响因素金属表面磨损产物磨粒进入润滑系统循环，可反映的摩擦副磨损：磨损程度：磨粒数量磨损类型：磨粒的类型磨损发生的部位：磨粒成分及磨粒的形态,7,某柴油机在用润滑油一年内的粘度和水分变化,8,燃油系,进排气系统,冷却系统,温度,负荷,速度,环境气氛,尘埃,砂粒纤维,水分烟尘,冷却剂油泥,氧化物变质物硫化物硝化物金属微粒,油循环系统,内燃机在用润滑油品质变化及污染影响因素,9,三、油液分析的内容与方法,磨损微粒分析分析内容：磨粒数量、尺寸分布、成分及形态/类型分析方法：铁谱、发射光谱、颗粒计数等目标：确定主要磨损部位、磨损程度和机理/原因,油品变质及污染物分析分析内容：油变质和污染物类型及数量变质产物：氧化物、氮氧化物、硫化物等污染产物：水分、烟尘、燃油残物、尘埃、乙二醇等分析方法：红外光谱、发射光谱、铁谱及其它方法目标：确定油的可用度及相关的系统故障及原因,10,常规理化指标分析分析内容：粘度、闪点、水分、总碱值/酸值不溶物/机械杂质、氧化度、腐蚀度、污染度分析方法：粘度/闪点/水分仪、滴定法、斑点试验等目标：确定油的可用度及相关子系统故障及原因,11,不同检测手段的监测应用范围,12,油品摩擦学评价,颗粒计数器,红外光谱分析,机械工程师,油品化学工程师,设备磨损状态油变质状况油污染状况设备状态评价,油样、设备背景,发射光谱分析,常规理化分析,设备润滑与磨损监测系统,现场设备工程师,设备润滑与磨损状态监测系统,铁谱分析,13,四、油液分析的一般程序,收集设备原始资料、考察设备现场制定监测计划和取样规范按规范取样样品分析数据处理提交监测诊断报告收集反馈意见提出设备维护建议,14,五、铁谱分析技术,分析和直读铁谱仪利用高梯度磁场，将油液中的磨损颗粒分离出来，按规则排列沉积在铁谱基片上；借助于显微镜，分析磨粒的数量、尺寸分布、成分、类型等，进而确定设备磨损的状况。仪器读数：大颗粒读数：Dl(Al)小颗粒读数：Ds(As),15,蠕动泵,磁铁,输油导管,铁谱基片,油流,油样,废液杯,铁谱片,导向槽,磨粒沉积带,60,24,磁铁的磁路结构,分析式铁谱仪工作原理,16,油样,置于一定高度的油样试管,毛细管,回油管,磁铁,废液杯,虹吸钮,光纤,光敏元件,光敏元件,Dl,Ds,沉积管,沉积管,油样,废液,磁铁,直读式铁谱仪工作原理,17,旋转式铁谱仪利用离心力和磁场的联合作用，将将油液中的磨损颗粒分离出来，按规则排列沉积在铁谱基片上；借助于显微镜，分析磨粒的数量、尺寸分布、成分、类型等，进而确定设备磨损的状况。仪器读数内圈大磨粒读数外圈小磨粒读数,18,密封圈,19,定量铁谱参数磨损量：WPC=(Dl+Ds)/L磨损烈度指数：Is=Dl2-Ds2磨损严重性:Dl/Ds,(Dl-Ds)/(Dl+Ds),20,磨粒识别磨粒类型正常磨损颗粒切削磨损颗粒粘着擦伤颗粒疲劳磨损颗粒腐蚀磨损颗粒球形颗粒金属氧化物磨粒识别方法磨粒图谱磨粒自动识别：计算机辅助识别或自动识别,21,六、元素光谱分析,原子发射光谱分析元素原子内层轨道上的低能态电子受外界能量激发跃迁到高能态的外层轨道，由于高能态电子的不稳定性，当电子返回内层轨道时，多余能量以光的形式释放，通过检测光的波长及强度信息，区分元素的种类和浓度。,22,各种激发源,分光器,探测器,信号处理与分析系统,光谱仪工作原理,23,光谱分析磨损金属元素Fe,Cu,Al,Pb,Mn,Mo,Cr污染物元素B,Na,V,Si添加剂元素Ca,Mg,Zn,P,24,七、红外光谱分析,红外光谱仪红外光辐射可导致分子官能团的振动，不同分子的振动发生在特定的红外辐射频率（波长）段，产生在红外谱图中可见的峰，这些峰对应不同的物质分子。,25,26,五、油液分析诊断软件,在用润滑油监测信息管理系统油液分析数据库系统管理监测指标趋势分析监测诊断报告生成/传输油液分析诊断专家系统油液分析数据库系统和诊断知识库管理磨损微粒计算机辅助/自动识别监测指标综合分析润滑油和关键摩擦副状态评估故障诊断及监测诊断结论生成监测诊断报告生成/传输,27,28,设备,/,部件表,测试基础,（标准）,数据表,监测制度表,设备概况表,监测数据及状态表,诊断结论表,理化,指标,发射,光谱,数据,铁谱,数据,取样,状态,品质,评价,污染,评价,磨损,评价,客,户,表,摩擦元件表,综合,结论,红外,光谱,数据,其它,指标,数据,润滑油数据,磨粒图谱,发射光谱,红外光谱,定量,数据,定性,数据,磨粒,图库,反馈信息表,29,六、油液分析技术应用,大功率柴油机故障诊断拉缸活塞破裂活塞销断裂预防润滑与磨损故障统计齿轮减速器状态监测润滑油错用失效分析液压系统污染控制,30,大功率柴油机拉缸前从润滑油中分离出的球形颗粒（扫描电子显微镜图像）：产生机理：金属表面粘着磨损，局部接触点瞬间高的闪温使材料处于熔融状态，在迅速冷却中重结晶形成。作为柴油机拉缸的重要判据。,31,活塞裙部破裂产生的铝合金颗粒（扫描电镜像）产生机理：接触疲劳，疲劳裂纹扩展形成,32,柴油机轴瓦产生的疲劳磨损颗粒：由表面接触疲劳形成，X射线能谱分析可见主要成分为铜合金,柴油机中的滑动磨损颗粒：由表面擦伤形成，可见明显的擦痕,33,柴油机中的切削磨损颗粒：上：两体磨料磨损结果（硬表面切削软表面）下：三体磨料磨损产物（外来磨料粒子在摩擦副表面间参与微切削）,34,活塞销断裂前，油中主要元素变化反映出铜套磨损加剧,35,36,37,资料来源：P&G公司齿轮箱换油计划，拟用油为Shell公司推荐，使用