Jiao-C-4第四节 油液监测与诊断技术

1、PAGE PAGE 84Evaluation Warning: The document was created with Spire.Doc for .NET.第四节 油液监测与诊断技术油液监测与诊断技术是近十几年迅速发展起来的用于机械设备状态监测的新技术，尤其在发动机、齿轮传动、轴承系统、液压系统等诸方面，该技术取得了显著的效益，获得了广泛的应用，如表2-11 所示。表2-111 油油液监测测与诊断技技术的应应用应用监测设备航空发动机、液液压系统统、传动动系统、雷雷达系统统船舶柴油机、传传动系统统、起重重设备、液液压系统统机车柴油机、传传动系统统、液压压操作系系统汽车发动机、传传动系统统、

2、液压压系统石化柴油机、发发电机、压压缩机、鼓鼓风机、挤挤压机冶金传动系统、轧轧钢机、起起重设备备、传送送机构机床传动装置、液液压系统统、加工工中心电力气轮机、柴柴油机、蒸蒸汽轮机机、传动动装置、变变压器、液液压系统统油液监测与与诊断技术术通常包包括油液液理化性性能分析析技术、铁铁谱分析析技术、光光谱分析析技术、颗颗粒计数数技术等等，实现现对油样样中所含含磨粒的的数量、大大小、形形态、成成分等及其变变化，油油品的劣劣化变质质程度等等的分析析。油液液分析技技术涉及及的机理理、分析析内容及及使用的的仪器见见表2-12 。表2-122 油液分分析技术术及仪器器油液分析技技术机理分析内容仪器油液理化指指

3、标及污污染度检检测油液物理、化化学性能能指标及及其它综综合指标标的变化化，反映映油品的的劣化变变质程度度。超过过一定数数值，润润滑油成成为废油油，必须须更换。粘度、酸碱碱值、闪闪点、水水分、机机械杂质质、积炭炭、颗粒粒数及油油液污染染综合指指标等振荡式粘度度计、滴滴定仪、闪闪点计、红红外光谱谱仪、颗颗粒计数数器、污污染监测测仪等油液铁谱技技术借助于高梯梯度、强强磁场的的铁谱仪仪将油液液中的金金属磨粒粒有序分分离出来来进行分分析，从从而监测测设备运运转状态态、磨损损趋势、判判断磨损损机理磨粒尺寸、磨磨粒数量量、磨粒粒形貌、磨磨粒成分分分析式铁谱谱仪直读式铁谱谱仪旋转式铁谱谱仪在线式铁谱谱仪油液光

4、谱分分通过测量物物质燃烧烧发出的的特定波波长、一一定强度度的光，从从而检测测磨粒的的元素成成分及含含量浓度度，监测测设备运运转状态态、磨损损趋势，判判断磨损损部位金属磨粒元元素成分分及含量量浓度值值添加剂元素素成分浓浓度杂质污染元元素成分分及浓度度直读式发射射光谱仪仪吸收式光谱谱仪一、润滑剂剂及其质质量指标标 在在机器的的摩擦副副间加入入某种介介质，使使其减少少摩擦和和磨损，这这种介质质称为润润滑材料料，即润润滑剂。由由于摩擦擦副的类类型和工工况条件件不同，相相应地对对润滑材材料的要要求和选选用也不不同，只只有按摩摩擦副对对润滑材材料性能能的要求求，合理理地选用用润滑材材料，才才能达到到延长设

5、设备使用用寿命，保保证设备备正常运运转及提提高企业业经济效效益的目目的。（一）润滑滑剂的分分类 润润滑剂可可分为液液体润滑滑剂、半半固体润润滑剂、固固体润滑滑剂和气气体润滑滑剂四大大类。 ll液体体润滑剂剂 例如如润滑油油、水、液液态金属属等。润润滑油中中矿物油油来源充充足、品品种多，不不易变质质，加之之一般矿矿物润滑滑油，含含有极性性物质，易易形成吸吸附膜或或油中加加入添加加剂后形形成边界界膜达到到润滑目目的，故故应用最最为广泛泛。2半固体体润滑剂剂 例如如润滑脂脂，它是是用稠化化剂和润润滑油制制成，是是一种介介乎液体体和固体体之间的的润滑材材料，在在一定意意义上兼兼有二者者的优点点。主要要

6、用于长长期工作作而不易易经常更更换润滑滑剂的摩摩擦部位位以及因因结构关关系不能能使用润润滑油的的机器设设备。 33固休休润滑剂剂 例如石石墨、二二硫化铝铝等，依依靠这些些物质在在摩擦表表面形成成低剪切切强度，并并与摩擦擦表面有有较强附附着力的的固体润润滑膜达达到润滑滑目的。 44气体体润滑剂剂 例如如空气、氮氮气等，多多用于高高温、高高速、轻轻载场合合，例如如高速磨磨头的空空气轴承承。（二）润滑滑油性能能指标 掌掌握润滑滑油的性性能指标标，能进进一步熟熟知其适适用场合合，为不不同工况况条件选选择合适适的润滑滑油提供供必要的的依据。 11粘度 粘度是是润滑油油最重要要的性能能指标之之一，是是反映

7、润润滑油流流动的粘粘性大小小，决定定润滑油油油膜厚厚度的主主要因素素之一。润润滑油的的作用就就在于使使润滑油油在机器器作功运运动的摩摩擦表面面形成油油膜，该该油膜起起到润滑滑、减震震、冲洗洗、冷却却等作用用。润滑油的粘粘度随温温度的变变化而变变化。一一般地讲讲，同一一润滑油油，温度度越高粘粘度越小小，温度度越低粘粘度越大大。称润润滑油的的这种性性能为“粘温性性能”，常用用粘度指指数表示示，粘度度指数高高说明油油品粘度度随温度度的变化化较小，粘粘温性较较好。表示粘度的的单位和和测定粘粘度的方方法很多多，例如如英美等等国多采采用赛氏氏和雷氏氏粘度，德德国和西西欧多采采用恩氏氏粘度和和运动粘粘度，我

8、我国主要要采用运运动粘度度。国际际标准化化组织规规定统一一采用运运动粘度度。我国国新的粘粘度牌号号以N为为标记，即即N2、NN3、NN5、NN7、N4460、NN6800、N110000、N115000，共118级。在在使用中中一定要要注意牌牌号的种种类，以以避免差差错。 运动粘粘度可用用运动粘粘度测定定仪测定定。 22油性和和极压性性 油性性和极压压性是表表示润滑滑油抵抗抗磨损能能力的指指标，油油性表示示油膜的的吸附能能力，极极压性则则表示在在冲击载载荷或高高温重载载荷作用用时油膜膜不破裂裂的能力力。 我我国评定定润滑油油的极压压性，主主要在四四球式摩摩擦试验验机上进进行。 33酸值 酸值是

9、是指中和和每1克润润滑油中中的有机机酸所消消耗的氢氢氧化钾钾的毫克克数，单单位是KKOHmmggg。当所所用油品品的酸值值超过标标准时应应换用新新油。 44水分 润滑油油的水分分是指润润滑油中中含水量量的重量量百分比比数。润润滑油中中水分的的存在，破破坏润滑滑油形成成油膜、使使润滑效效果变差差，并加加速有机机酸对金金属的腐腐蚀作用用，锈蚀蚀设备，而而且使添添加剂分分解沉淀淀。 测测定水分分可在水水分测定定器上进进行。 55水溶性性酸和碱碱 水溶溶性酸和和碱是指指溶于油油品中的的无机酸酸和碱，以以及低分分子有机机酸和碱碱性氧化化物，它它们将强强烈腐蚀蚀设备，加加速油品品变质，降降低油品品的绝缘缘

10、性能。 66机械杂杂质 机械杂杂质是指指润滑油油中各种种沉淀物物、胶状状悬浮物物、砂土土、金属属粒等杂杂质的重重量百分分比，它它是反映映油品纯纯洁度的的指标。油油品中机机械杂质质的存在在会加剧剧机器零零件的磨磨损，加加速油品品老化，严严重时还还会堵塞塞油路及及滤清器器。 77闪点 闪点是是表示润润滑油蒸蒸发性的的指标。在在规定的的条件下下加热油油品，当当油蒸气气与周围围空气形形成的一一定浓度度的混合合气体时时，同火火焰接触触时产生生短暂闪闪火时的的最低油油温即为为闪点。闪闪点是油油品的安安全性指指标，油油品的工工作温度度一般低低于闪点点2030为宜。 闪闪点的测测试分为为开口闪闪点与闭闭口闪点

11、点两种，蒸蒸发性较较大的轻轻质油品品一般用用闭口法法测定，而而重质油油品则常常用闭口口法。 88凝点 在规定定条件下下使油品品冷却到到不流动动时的最最高温度度即为凝凝点。凝凝点是反反映油品品低温流流动性的的重要指指标。通通常，油油品工作作温度一一般应比比凝点高高15300为宜。 此此外，还还有灰分分、残炭炭、腐蚀蚀、抗氧氧化安定定性、抗抗乳化度度、抗泡泡沫性等等性能指指标。（三）润滑滑脂性能能指标 润润滑脂是是由基础础油加稠稠化剂制制成的半半液体润润滑剂，它它适用于于下面几几种情况况：某些开开放式润润滑部位位，起到到润滑作作用而又又不会流流失和滴滴落；在有尘尘埃、水水分或有有害气体体侵蚀的的情

12、况下下，要求求有良好好的密封封性、防防护性和和防腐蚀蚀性的场场合；由于工工作条件件限制，而而要求长长期不换换润滑剂剂的摩擦擦部位的的润滑部部位；摩擦部部位的温温度和速速度变化化范围较较大的机机械的润润滑以及及满足某某些机械械设备的的封存、防防腐、防防锈上的的需要。 润润滑脂的的性能指指标有 11外观 良好的的润滑脂脂，其颜颜色和稠稠度都应应是均匀匀的，没没有硬块块颗粒，没没有析油油现象，表表面没有有干硬的的皮层和和稀软糊糊层。 22针入度度 针入入度是表表示油脂脂稠度的的指标。某某润滑脂脂的针人人度是指指在255 温度度下，重重量为1150gg的标准准圆锥体体，在 5秒秒钟内沉沉入该润润滑脂试

13、试样的深深度（以以 110mmm为单单位，表表示时不不标注）。脂脂的针入入度越小小，稠度度就愈高高，它不不易进入入摩擦副副表面，而而且内摩摩擦大、能能耗高，但但它的承承载能力力高，不不易从摩摩擦面内内被挤出出来。 33滴点 它是决决定润滑滑脂使用用温度的的指标。滴滴点测定定仪的润润滑脂被被加热后后，开始始滴落时时的温度度称为润润滑脂的的滴点。润润滑脂的的使用温温度一般般应高于于滴点220330，以保保证可靠靠的润滑滑效果。 44抗腐蚀蚀性 主要反反映润滑滑脂对金金属的腐腐蚀程度度。除此之外，润润滑脂还还有胶体体安定性性、机械械杂质、氧氧化安定定性等性性能指标标。（四）液压压油液压油的主主要作用

14、用是传递递液压能能，其次次是润滑滑、冷却却、防锈锈、减震震等作用用，它的的状态直直接关系系到液压压机械运运转的可可靠性。反反映液压压油性能能的主要要指标及及其测试试方法与与润滑油油类似，不不再重复复。（五）添加加剂 在在很多情情况下，基基础油很很难满足足摩擦副副对润滑滑剂提出出的苛刻刻要求。因因此，为为了提高高油品质质量和满满足使用用性能还还必须在在润滑油油品中加加人少量量一种或或几种物物质，以以改善油油品的某某些性能能，所添添加的物物质称为为添加剂剂。一般般极少量量添加剂剂，就能能显著改改变油品品的质量量，这样样就可避避免润滑滑油复杂杂加工过过程，又又可解决决一些加加工精制制仍不能能满足的的

15、特殊要要求，从从而扩大大优质润润滑油产产品的来来源。 添添加剂一一般不单单独作润润滑材料料。同一一种添加加剂，加加到不同同种类的的基础油油或不同同类型的的原油炼炼制的油油，其效效果也可可能不完完全相同同，因此此使用时时必须通通过试验验，选择择最佳品品种和用用量。 常常用的润润滑油添添加剂包包括清净净分散剂剂、抗氧氧抗腐剂剂、油性性添加剂剂、极压压（抗磨磨）添加加剂、增增粘剂、降降凝剂、抗抗泡沫剂剂、防锈锈剂等等等。二、油液性性能分析析 对对机械设设备的润润滑系统统进行定定期的油油样理化化性能测测试分析析，可以以动态监监测使用用过程中中润滑油油质量变变化情况况，从而而保证机机械设备备处于良良好的

16、润润滑状态态。同时时也可以以随机监监测润滑滑油的质质量指标标变化情情况，从从而确定定最合理理的最经经济有效效的换油油周期。 润润滑油在在使用过过程中的的变质和和油品质质量劣化化，主要要包括两两方面。一一是由于于氧化、凝凝聚、水水解、分分解作用用使油品品产生永永久性变变质。可可采用测测量润滑滑油油样样粘度变变化、含含水量、机机械杂质质、酸值值及闪点点变化等等理化指指标来分分析判断断。如果果油品劣劣化程度度超过一一定限度度（按质质换油标标准），则则及时换换油。表表2-113 、22-144 给出出了部分分油品的的质量界界限值。二二是润滑滑油中添添加剂的的消耗和和变质。使使用过程程中，添添加剂及及其

17、反应应物也会会发生变变化。因因此，必必须定期期对使用用中的润润滑油取取油样进进行添加加剂含量量的测定定。发现现添加剂剂含量减减少，及及时补充充，以保保持润滑滑油的特特殊润滑滑性能。表2-133 液液压油质质量界限限项目理化性能极极限指标标高粘度指数数液压油油低温液压油油抗磨液压油油普通液压油油运动粘度(40)10m/ss10%10%10%15%10%15%酸值增加mmgKOOH/gg0.3水分%0.1闪点(开口口) -60（不不变）固体颗粒污污染等级级20/16620/16620/16620/166表2-144 汽汽轮机油油换油界界限指标界限酸值1.5（mgKKOH/g）或或0.22（mgKK

18、OH/g）而而且有清清洗不掉掉的低分分子有机机酸粘度新油粘度度的255%抗乳化性能能显著恶化，88分钟内内分油少少于955ml杂质含有磨损杂杂质除采用对使使用中的的润滑油油主要理理化指标标变化现现场作出出快速鉴鉴定外，近近来国内内外还出出现用油油液的综综合质量量对油液液现场作作出快速速鉴定的的技术及及相应仪仪器。例例如通过过测定油油液的透透明度、介介电常数数的变化化、污染染度等参参数来评评定油液液质量。三、油液监监测与诊诊断技术术 运运用油液液监测与与诊断技技术，在在设备不不停机、不不解体的的情况下下监测工工况，诊诊断设备备的异常、异常部部位、异异常程度度及原因因，从而而预报设设备可能能发生的

19、的故障，是是提高设设备管理理水平、改改善维护护保养的的一个重重要手段段，也是是保证设设备正常常运转、创创造经济济效益的的有效途途径。该该技术还还可用于于研究设设备中摩摩擦副磨磨损机理理和润滑滑机理，磨磨损失效效过程和和失效类类型，用用于进行行润滑油油品性能能分析，新新油品性性能分析析，确定定油液污污染程度度以及油油品合适适的使用用期限，用用来确定定合理的的磨合工工艺规范范等。在在对机械械设备进进行状态态监测和和故障诊诊断时，特特别是利利用振动动和噪声声监测诊诊断低速速回转机机械及往往复机械械的故障障较为困困难时，运运用油液液监测与与诊断技技术则较较有效。油液监测与与诊断采采用的具具体技术术包括

20、光光谱技术术、铁谱谱技术、颗颗粒计数数技术、磁磁塞技术术等，它它们在技技术原理理、仪器器工作原原理及结结构、检检测油样样的制备备、数据据处理、结结果分析析和应用用范围等等方面各各具特点点，选用用时应予予以注意意。表22-155 为常常用的几几种油液液分析方方法的性性能比较较。（一）油液液监测与与诊断技技术的实实施步骤骤 11选择择对生产产、产品品质量、经经济效益益影响较较大的设设备为监监测对象象，在深深入了解解该设备备有关情情况（功功能、结结构、运运转现状状、润滑滑材料及及润滑系系统现状状等）的的基础上上，选择择并制订订合理的的油液监监测方案案及技术术。表2-155 油油液分析析技术的的性能比

21、比较项目铁谱分析光谱分析颗粒计数磁塞磨粒浓度好（铁磨粒粒）很好好好（铁磨粒粒）磨粒形貌很好好尺寸分布好很好元素成分好很好 好磨粒尺寸范范围（m） 10.1110180254000局限性局限于铁磨磨粒及顺顺磁性磨磨粒，元元素成分分的识别别有局限限性不能识别磨磨粒的形貌貌、尺寸寸等不能识别磨磨粒的元元素成分分和形貌貌等局限于铁磨磨粒，不不能做磨磨粒识别别检测用时间间长极短短长评价磨损机理分分析及早早期失效效的预报报效果很很好磨损趋势监监测效果果好用作辅助分分析、污污染度分分析可用于检测测不正常常磨损分析方式实验室分析析、现场场及在线线分析实验室分析析、现场场分析实验室分析析、现场场分析在线分析 2

22、2选取取油样，这这是实施施技术的的重要环环节。原原始油样样是测定定磨损微微粒、进进而数据据处理和和分析、最最后判断断故障的的基础，所所取的油油样中必必须含有有表征设设备主要要磨损部部位信息息的有代代表性的的磨粒，能能正确反反映磨损损真实情情况；要要合理地地确定取取样间隔隔时间，表表2-116 给给出一组组取样间间隔时间间参考值值。应严严格按规规定的技技术规范范选取原原始油样样。表2-166 取样样间隔时时间参考考值（hh）监测机械类类型跑合阶段正常磨损阶阶段失效前夕阶阶段地面液压系系统8020080煤矿井下液液压系统统205020地面传动装装置3010030煤矿井下传传动装置置3010030重

23、型燃气轮轮机2505500柴油机200蒸汽轮机2505500飞机燃气轮轮机50 33制备备检测油油样，按按照所选选用的油油液监测测技术及及仪器所所规定的的制备方方法和步步骤，认认真制备备。 44将检检测油样样送入监监测仪器器，定性性、定量量测定有有关参数数。 55进行行检测数数据处理理与分析析，视所所选用的的监测技技术的不不同，可可以采用用趋势法法、类比比法等处处理数据据和结果果分析，进进一步可可应用数数理统计计、模糊糊数学等等知识建建立相应应的计算算机数据据处理系系统。 66根据据数据处处理分析析的结果果，判断断设备的的异常、异异常部位位、异常常程度及及原因，预预报可能能出现的的问题以以及发

24、生生异常的的时间、范范围和后后果。7提出改改进设备备异常状状况的措措施（包包括处理理异常的的时间、内内容、费费用，具具体修理理方案和和实施）。（二）铁谱谱技术及及仪器油品铁谱分分析技术术利用高高梯度的的强磁场场的作用用，将润润滑油样样中所含含的机械械磨损微微粒有序序地分离离出来，并并借助不不同的仪仪器对磨磨屑进行行有关形形状、大大小、成成分、数数量及粒粒度分布布等方面面的定性性和定量量观测，从从而判断断机械设设备的磨磨损状况况，预报报零部件件的失效效。铁谱谱技术的的主要内内容包括括油品取取样技术术、铁谱谱仪及制制谱技术术、磨粒粒分析技技术等。根据分离、检检测磨粒粒的不同同方法，铁谱仪主要分为分

25、析式铁谱仪、直读式铁谱仪、旋转式铁谱仪等。1铁谱技技术的特特点 铁谱技技术与其其它技术术相比，具具有独特特的优势势，主要要是 （1）应用铁铁谱技术术能分离离出润滑滑油中所所含较宽宽尺寸范范围的磨磨屑，故故应用范范围广。 （2）铁谱技技术利用用铁谱仪仪将磨屑屑重叠地地沉积在在基片或或沉淀管管中，进进而对磨磨屑进行行定性观观察分析析和定量量测量，综综合判断断机械的的磨损程程度，同同时还可可对磨屑屑的组成成元素进进行分析析，以判判断磨屑屑产生地地，即磨磨损发生生的部位位。 铁铁谱技术术的缺点点在于：对润滑滑油中非非铁系颗颗粒的检检测能力力较低，例例如在对对含有多多种材质质摩擦副副的机器器（例如如发动

26、机机）进行行监测诊诊断时，往往往感到到不力；分析结结果较多多依赖操操作人员员的经验验；不能能理想地地适应大大规模设设备群的的故障诊诊断。2分析式式铁谱仪仪 分析析式铁谱谱是种常常用的、重重要的铁铁谱仪器器，主要要由铁谱谱制谱仪仪、铁谱谱显微镜镜和铁谱谱读数器器组成。铁铁谱制谱谱仪主要要用途是是分离油油样中磨磨损微粒粒并制成成铁谱谱谱片，它它由微量量泵、磁磁铁装置置、玻璃璃基片、特特种胶管管及支架架等部件件组成。分析式铁谱谱仪的工工作原理理如图22-277 所示示。从设设备润滑滑系统或或液压系系统取的的原始油油样经制制备后，由由微量泵泵输送到到与磁场场装置呈呈一定倾倾斜角度度的玻璃璃基片上上（亦

27、称称铁谱基基片）。油油样由上上端以约约15mm/h的的流速流流过高梯梯度强磁磁场区，从从基片下下端流入入回油管管，然后后排入储储油杯中中。在随随油样流流下的过过程中，可可磁化的的磨屑在在高梯度度强磁场场作用下下，由大大到小依依序沉积积在玻璃璃基片的的不同位位置上，沿沿磁力线线方向（与与油流方方向垂直直）排列列成链状状，经清清洗残油油和固定定颗粒的的处理之之后，制制成铁谱谱片。在在铁谱显显微镜下下，对铁铁诺基片片上沉积积磨粒进进行有关关大小、形形态、成成分、数数量方面面的定性性和定量量分析后后，就可可以对被被监测的的设备的的摩擦磨磨损状态态作出判判断。目前国内使使用的分分析式铁铁谱仪系系统主要要

28、是：美美国标准准石油公公司（SStanndarrd OOil Commpanny）生生产的双双联式铁铁谱仪，我我国北京京科学仪仪器厂生生产的FFTP-l型分分析式铁铁谱仪和和重庆光光学仪器器厂生产产的TPPF-l型分分析式铁铁谱仪。a）制谱仪仪的工作原理理 b）铁谱片图2-277 分析析式铁谱谱仪的工工作原理理 通通过对磨磨粒色泽泽和化学学辨色，可可以识别别出铁磁磁材料、有有色金属属和一些些非金属属物质；通过铁铁谱读数数器可直直接得到到被测部部位的磨磨粒覆盖盖面积百百分数，这这样分析析式铁谱谱仪就具具有定性性和定量量分析两两种功能能。3直读式式铁谱仪仪 直读读式铁谱谱仪主要要用来直直接测定定油

29、样中中磨粒的的浓度和和尺寸分分布，只只能作定定量分析析，能够够方便、迅迅速而较较准确地地测定油油样内大大小磨粒粒的相对对数量，因因而能对对设备状状态作出出初步的的诊断，是是目前设设备监测测和故障障诊断的的较好手手段之一一。如果果不仅要要了解磨磨损微粒粒的数量量及分布布情况，而而且要观观察分析析磨粒的的形态、表表面形貌貌和成分分等因素素，作出出较准确确的诊断断，就需需使用分分析式铁铁谱仪。 目目前国内内使用的的直读式式铁谱仪仪有美国国SOHHIO公公司生产产的DRR型铁谱谱仪、北北京科学学仪器厂厂生产的的ZTPP型直读读武铁谱谱仪和重重庆光学学仪器厂厂生产的的TPDD型直读读式铁谱谱仪。直读式铁

30、谱谱仪的工工作原理理如图22-288a 所所示。取取自机器器的油样样，经浓浓度及粘粘度稀释释后，在在虹吸作作用下流流经位于于磁铁上上方的玻玻璃沉淀淀管，油油样中可可磁化微微粒在高高梯度磁磁场作用用下，依依其粒度度顺序排排列在沉沉积管内内壁不同同位置上上。在沉沉积管人人口处，即即在l2mmm位置上上沉积着着大于55m的大大磨粒，而而在5mmm之后后的位置置沉积着着只有ll2m的小小磨粒（见见图2-28bb ）。 光光导纤维维将光线线引至与与上述两两个位置置相对应应的固定定测点上上，并由由两只光光敏探头头接收穿穿过磨粒粒层的光光信号，经经电子线线路放大大，AD转换换处理最最终在DDL和 DDs两个

31、个数显屏屏上直接接显示出出磨粒沉沉积的覆覆盖值。4旋转式式铁谱仪仪 分析析式铁谱谱仪、直直读武铁铁谱仪应应用较广广泛，分分析技术术较成熟熟，尤其其是分析析式铁谱谱仪同时时具有定定量和定定性分析析双重功功能。但但是这些些铁谱仪仪对污染染严重的的油样（例例如煤矿矿机械或或工程机机械内的的润滑油油等）的的定量和和定性分分析效果果不好，主主要是制制谱过程程中，润润滑油中中的污染染物会滞滞留在铁铁谱片上上，如果果滞留数数量较多多，将影影响对磨磨粒的观观测。a）直读式式铁谱仪仪的原理理 b）沉积管内的磨粒排序图2-288 直读读式铁谱谱仪的工工作原理理旋转式铁谱谱仪克服服了上述述缺点，同同时又保保留了分分

32、析铁谱谱可以分分析观察察磨粒形形貌、尺尺寸大小小、材质质成分等等优点。为为避免由由于磁力力线垂直直于基片片而造成成铁磁性性磨屑堆堆积重叠叠的缺点点，旋转转式铁谱谱仪重新新设计了了磁场，它它是利用用永久磁磁铁、极极靴和磁磁轭共同同构成闭闭合磁路路，以极极靴上的的3个环环形气隙隙（0.5mmm的窄缝缝）作为为工作磁磁场。工工作位置置的磁力力线平行行于玻璃璃基片，当当含有铁铁磁磨屑屑的润滑滑油流过过玻璃基基片时，铁铁磁磨屑屑在磁场场力的作作用下，滞滞留于基基片上，而而且沿磁磁力线方方向（径径向方向向）排列列。旋转式铁谱谱仪的制制谱原理理如图22-299 所示示。制谱谱时，油油样2由由定量移移液管11

33、在定位位漏斗的的限位帮帮助下，被被滴注到到固定于于磁头44上端面面的玻璃璃基片33上。磁磁头、基基片在电电机5的的带动下下旋转，由由于离心心作用，油油样沿基基片四周周流动。油油作中铁铁谱性及及顺磁性性磨属在在磁场力力、离心心力、液液体的粘粘滞阻力力、重力力作用下下，按磁磁力线方方向（径径向）沉沉积在基基片上，残残油从基基片边缘缘甩出，经经收集由由导油管管排人贮贮残油杯杯。基本本经清洗洗、固定定和甩干干处理后后，便制制成了谱谱片。 图图2-229 旋旋转式铁铁谱仪的的工作原原理旋转式铁谱谱仪制出出的铁谱谱片，磨磨屑排列列为3个个同心圆圆环，内内环为大大颗粒，大大多数为为l550m，最最大可达达几

34、百微微米，中中环为 l20m，外外环10rn。对对于工业业上磨损损严重并并有大量量大颗粒粒及污染染物的油油样，采采用旋转转式铁谱谱仪可以以不稀释释油样一一次制出出，对于于磨屑比比较少的的油样则则可以增增加制谱谱油样量量。制出出的谱片片还可以以在图象象分析仪仪上进行行尺寸分分布的分分析。5磨粒分分析 运转中中的设备备的液压压系统、润润滑系统统的油液液必然受受到污染染，其污污染物主主要来源源于三个个方面：机械零零部件在在磨损过过程中生生成的磨磨损微粒粒；外界界灰尘或或水等物物质侵人人油液中中；油液液中添加加剂反应应后的余余物。实实践证明明，磨损损微粒是是最常见见、危害害最严重重的污染染物。一一方面

35、，这这些磨损损微粒由由各种金金属、非非金属材材料组成成，对油油液起氧氧化、催催化作用用，加速速油液劣劣化；另另方面，材材质较硬硬。又随随油液流流人各磨磨擦表面面，划伤伤、研伤伤零件表表面，造造成间隙隙增大、精精度下降降、振动动和噪声声产生。在在液压系系统中，甚甚至堵塞塞油路、研研伤高精精度问芯芯配合面面，造成成更大事事故。磨磨损颗粒粒的数量量、尺寸寸大小、尺尺寸分布布、成分分和形貌貌特征都都直接与与机械零零件的磨磨损状态态密切相相关，它它们是机机械设备备状态监监测、故故障诊断断以及初初期预报报的重要要依据。 铁铁谱技术术的特点点在于它它不但能能定量测测量润滑滑油系统统内大、小小磨粒的的相对浓浓

36、度，而而且能直直接考察察磨粒的的形态、大大小和成成分，后后者更是是它的独独到之处处。因此此，在铁铁谱片上上从数以以百万计计的千姿姿百态微微观物质质中准确确地识别别各类磨磨粒，便便是每个个运用铁铁谱技术术开展设设备故障障诊断工工作的人人员所必必须掌握握的一门门独特技技术。为为此，国国外在总总结了十十几年实实践经验验的基础础上，编编辑并发发表了几几百张典典型磨粒粒图谱。近近几年来来，我国国也在一一些专业业领域中中陆续编编辑了有有关轴承承、齿轮轮、柴油油机、液液压系统统等特定定零件、系系统和设设备的磨磨粒图谱谱，这些些都为运运用铁谱谱技术定定性分析析提供了了宝贵的的参考资资料。（1）钢铁铁磨损微微粒

37、的识识别 实验研研究表明明，由于于磨损机机理不同同，其摩摩擦副表表面会产产生出不不同形态态及尺寸寸特征的的磨屑。钢钢或合金金钢材质质组成的的摩擦副副，在运运转时磨磨损产生生的微粒粒可分为为以下几几类。 11）正常磨磨损微粒粒 正常常磨损微微粒是指指设备在在正常运运行状态态下，由由于滑动动磨损所所产生的的磨损微微粒。 当当摩擦副副磨合时时，磨损损表面上上会形成成一层厚厚度大约约为1m的光光滑表层层-剪切切混合层层，形成成稳定的的剪切混混合层后后机器就就处于正正常磨损损状态。在在运行时时，由于于摩擦力力的周期期性作用用，因疲疲劳而产产生小片片剥落，这这一层不不断剥落落又不断断产生，从从而形成成一个

38、稳稳定的磨磨损状态态。这时时的磨屑屑是一些些具有光光滑表面面的“鳞片”状颗粒粒，其尺尺寸范围围是长轴轴尺寸从从0.55m到155m，甚甚至更小小，厚度度在0.151m之间间。较大大的磨屑屑，其长长轴尺寸寸与厚度度的比例例约为110:11，长轴轴仅为00.5m的小小磨屑，长长轴尺寸寸与厚度度的比例例约为33:l。 22）严重滑滑动磨损损微粒 当滑滑动表面面由于载载荷或速速度过大大时，造造成磨损损表面接接触应力力迅速增增大，这这时开始始发生严严重滑动动磨损。这这时剪切切混合层层变得很很不稳定定，出现现大颗粒粒脱落。如如果表面面应力继继续增加加，就会会造成整整个表面面发生剥剥落，出出现破坏坏性磨屑屑

39、，磨损损速度将将迅速加加快。大大磨屑与与小磨屑屑间数量量比，决决定于表表面应力力超过极极限值的的程度，应应力值越越高，大大磨屑物物比例就就越高。 严严重滑动动磨损磨磨屑尺寸寸在200m以上上，长轴轴尺寸与与厚度的的比约为为10:1，微微粒表面面有划痕痕，有直直的棱边边。随着着磨损程程度的加加重，表表面的划划痕和直直边也更更显著。 33）切削磨磨损微粒粒 切削削磨损微微粒类似似车床切切削加工工产生的的切屑，这这种磨粒粒形态一一般有环环状、螺螺旋状、曲曲线状等等。产生生切削磨磨损微粒粒的原因因大约有有两种：一是摩摩擦副中中较硬的的一方由由于安装装不良或或出现裂裂纹，造造成硬的的刃边，穿穿入较软软的

40、一方方产生磨磨屑。这这种磨屑屑通常都都比较粗粗大，平平均宽度度为25m，长长度为2251100m。另另一种是是润滑系系统中的的外来污污染颗粒粒或是系系统内的的零件磨磨损微粒粒，均可可嵌入摩摩擦副中中软的摩摩擦表面面，在摩摩擦过程程中产生生切削磨磨损微粒粒。这种种情况下下产生的的磨屑粒粒度与污污染颗粒粒的粒度度成正比比，磨屑屑厚度可可小到00.25m，长长度可达达5m。 切切削磨损损微粒是是非正常常磨损微微粒，它它们的存存在和数数量多少少要仔细细监测。如如果系统统中大多多数切削削磨损微微粒的长长度为几几个m，厚厚度小于于lm，可可以判断断润滑系系统中有有粒状污污染物存存在；如如果系统统中长度度大

41、于 50m的大大切削微微粒快速速增加，零零件即将将可能发发生失效效。 44）滚动疲疲劳磨损损微粒 这种种微粒通通常产生生于滚动动轴承的的疲劳过过程中，它它包括三三种不同同形态：疲劳剥剥离磨屑屑，球状状磨屑和和层状磨磨屑。 aa疲劳劳剥离磨磨屑是在在点蚀时时从摩擦擦副表面面以鳞片片形式分分离出的的扁平形形微粒，表表面光治治，有不不规则的的周边。磨磨属的最最大粒度度可达1100m，其其长轴尺尺寸与厚厚度之比比约为110:1。如如果系统统中大于于 100m的疲疲劳剥离离微粒有有明显的的增加，这这就是轴轴承失效效的预兆兆，可对对轴承的的疲劳磨磨损进行行初期预预报。 bb球状磨磨屑是在在轴承疲疲劳裂纹纹

42、中产生生的，它它的出现现，表示示轴承已已经出现现故障，所所以球状状微粒是是滚动轴轴承疲劳劳磨损的的重要标标志。一一般说来来，球状状磨屑都都比较小小，大量量的磨屑屑直径小小于3m，而而其它原原因例如如液压系系统中的的气穴腐腐蚀、焊焊接和磨磨削加工工过程中中产生的的球形金金属微粒粒的直径径往往大大于 110m，两两者粒度度大小的的差别可可作为区区分依据据。 cc层状状磨屑是是第三种种滚动疲疲劳磨屑屑。其粒粒度在220550m范围围内，长长轴尺寸寸与厚度度之比为为30:l。这这种层状状磨屑被被认为是是因磨损损微粒粘粘附于滚滚动元件件的表面面之后，又又通过滚滚动接触触碾压而而成的。它它的特征征是呈片片

43、状，四四周不规规则，表表面上有有空洞。 层层状磨屑屑在轴承承的整个个使用期期内都会会产生，特特别是当当疲劳剥剥落发生生时，这这种层状状磨屑会会大大增增加，同同时伴有有大量球球状磨屑屑产生。因因此，如如果系统统中发现现有大量量层状磨磨属和球球状磨屑屑存在，而而且数量量还在增增加，就就应当预预报滚动动轴承已已存在导导致疲劳劳剥离的的显微疲疲劳裂纹纹了。 55）滚动-滑动复复合磨损损微粒 滚动动-滑动动复合磨磨损也属属疲劳磨磨损，它它是齿轮轮副、凸凸轮副等等摩擦副副的主要要损坏原原因。齿齿轮的齿齿面在啮啮合过程程中，相相对滚动动和滑动动同时并并存，所所以齿轮轮的磨损损形式包包括滚动动疲劳磨磨损和粘粘

44、着磨损损两种。在在节线处处的磨损损类型主主要是疲疲劳及胶胶合和擦擦伤。疲疲劳磨屑屑与滚动动轴承所所产生的的磨屑有有许多共共同之处处，它们们通常均均具有光光滑的表表面和不不规则的的外形，磨磨屑的长长轴与厚厚度之比比为4:1到110:11（由齿齿轮设计计决定）。滚滚动-滑滑动复合合磨损微微粒的特特点是磨磨屑较厚厚（几个个微米），长长轴与厚厚度比例例较高。 齿齿轮胶合合时，因因载荷和和速度过过高，摩摩擦过热热使油膜膜破坏，致致使处于于啮合的的齿轮发发生粘着着。摩擦擦表面被被拉毛，这这就更进进一步导导致了磨磨损的加加剧。胶胶合区域域一般发发生在节节线与齿齿顶或节节线与齿齿根之间间，这一一现象一一旦发生

45、生就会很很快影响响到每一一个轮齿齿，产生生大量的的磨屑。这这种磨屑屑都具有有被拉毛毛的表面面和不规规则的轮轮廓，在在一些大大磨屑上上具有明明显的表表面划痕痕。由于于胶合的的热效应应，通常常有大量量氧化物物存在，表表面出现现局部氧氧化的迹迹象，在在白光照照射下呈呈棕色或或蓝色的的回火色色，其氧氧化程度度决定于于润滑剂剂的组成成和胶合合的程度度。胶合合产生的的大磨损损微粒比比例并不不十分高高。 以以上介绍绍的5种种主要磨磨屑，是是钢铁磨磨损微粒粒的主要要形式，其其中后44种都与与钢铁部部件的失失效相联联系，通通过对谱谱片上磨磨屑形状状、大小小的识别别就可以以了解到到，机械械的磨损损原因和和所处状状

46、态。不不同的机机械设备备对部件件精度要要求不同同，预报报失效的的磨屑粒粒度也不不相同。一一般机械械通常出出现小于于5m的小小片形磨磨属表明明机器处处于正常常磨损状状态，当当大于55m的切切削形、螺螺旋形、图图形和弯弯曲形微微粒大量量出现时时，则是是严重磨磨损的征征兆。（2）有色色金属磨磨粒 除钢铁铁磨屑外外，一些些系统内内含有色色金属的的部件，必必须对有有色金属属磨屑进进行识别别。在铁铁谱片上上有色金金属微粒粒不按磁磁场方向向排列，以以不规则则方式沉沉淀，大大多数偏偏离铁磁磁性微粒粒链，或或处在相相邻两链链之间，它它们的尺尺寸沿谱谱片的分分布与铁铁磁性微微粒有根根本的区区别。 11）白色有有色

47、金属属 使用用x射线线能谱法法可以准准确无误误地确定定磨屑成成分，在在铁谱显显微镜下下不易简简单地辨辨识白色色的有色色金属微微粒，但但用温化化学分析析和铁谱谱片加热热处理方方法还是是能区分分例如铝铝、银、铬铬、镐、镁镁、铝、钛钛和锌等等。 22）铜合金金 铜合合金有特特殊的红红黄色，因因而易于于识别。但但注意与与其它金金属微粒粒的回火火色相混混淆，例例如钢铁铁微粒在在磁力线线上可与与铜合金金区分。其其它金属属如钛、巴巴氏合金金等呈棕棕色，颜颜色不如如铜合金金均匀。 33）铝、锡锡合金 由于于铝、锡锡合金有有良好的的塑性，在在摩擦过过程中擦擦伤后辗辗成片而而不是大大片剥落落，同时时磨屑往往往是已

48、已经氧化化了的，所所以在铁铁谱片上上经常可可以看到到许多游游离的铝铝、锡合合金磨屑屑。例如如，如果果轴承润润滑不良良，或者者在设备备起动和和停车时时，轴承承的油膜膜被破坏坏产生氧氧化磨损损，这时时就会产产生被氧氧化了的的铝、锡锡合金磨磨屑。 铝铝、锡合合金的另另一种磨磨损是腐腐蚀磨损损。例如如柴油机机燃料中中的硫形形成硫酸酸，汽油油发动机机中油氧氧化形成成的有机机酸都会会腐蚀铝铝、锡轴轴承合金金，造成成极细的的腐蚀磨磨损微粒粒，往往往在铁谱谱片的出出口端大大量沉积积。（3）铁的的氧化物物的辨别别 铁谱谱片上出出现铁的的红色氧氧化物，表表明润滑滑系统中中有水分分存在；如果铁铁谱片上上出现黑黑色氧

49、化化物，说说明系统统润滑不不良，在在磨屑生生成过程程中曾经经有过高高热阶段段。 11）铁的红红色氧化化物磨屑屑有两类类。一类类是多晶晶体，在在白色反反射光下下呈桔黄黄色，在在反射偏偏振光下下呈饱和和的桔红红色，如如果铁谱谱片上有有大量此此类磨屑屑存在（特特别是大大磨屑存存在），说说明油样样中必定定有水。另另一类是是扁平的的滑动磨磨损微粒粒，在白白色反射射光下呈呈灰色，在在白色透透射光下下呈无光光的红一一棕色，因因反光程程度高，容容易与金金属磨属属相混淆淆，如果果仔细观观察则会会发现，这这种磨屑屑在双色色照明下下不如金金属颗粒粒明亮，在在断面薄薄处有透透射光。铁铁谱片中中有此类类磨屑出出现，说说

50、明润滑滑不良，应应采取相相应对策策。 22）铁的黑黑色氧化化物 铁的黑黑色氧化化物微粒粒外缘为为表面粗粗糙不平平的堆积积物，因因含有FFe3O4，-Fe2O3，FeeO等混混合物质质，具有有铁磁性性，在铁铁谱片上上以铁磁磁性微粒粒的方式式沉积。当当铁谱显显微镜的的分辨率率接近低低限时，有有蓝色和和桔黄色色小斑点点。铁谱谱片上存存在大量量黑色铁铁的氧化化物微粒粒时，说说明润滑滑严重不不良。 33）深色金金属氧化化物 局部氧氧化了的的铁性磨磨屑属于于这类深深色金属属氧化物物，这些些微粒是是润滑不不良的反反应，说说明在其其生成过过程中被被过热氧氧化。大大块的深深色金属属氧化物物的出现现，是部部件毁灭

51、灭性失效效的征兆兆，而小小量的较较小的深深色金属属氧化物物与正常常摩擦磨磨损微粒粒一起沉沉积时，还还不是发发生毁灭灭性失效效的表征征。（4）润滑滑剂的变变质产物物的识别别 11）摩擦聚聚合物 润滑滑剂在临临界接触触区受到到超高的的压力作作用下，其其分子发发生聚合合反应而而生成大大块凝聚聚物。油油样中存存在摩擦擦聚合物物的特征征是细碎碎的金属属磨损颗颗粒嵌在在无定形形的透明明或半透透明的基基体中，这这种基体体就是由由上述凝凝聚物构构成的。 油油样中存存在摩擦擦聚合物物可能表表示有问问题，这这要取决决于环境境。若油油的使用用合适，油油中适当当会有一一些摩擦擦聚合物物可以防防止胶合合磨损。但但摩擦聚

52、聚合物过过量对机机器有害害，它会会使润滑滑油粘度度增加，堵堵塞油过过滤器，使使大的污污染颗粒粒和磨属属进人机机器的摩摩擦表面面，造成成更大的的磨损。在在一种通通常不产产生摩擦擦聚合物物的油样样中见到到摩擦聚聚合物，意意味着已已出现过过载现象象。 22）润滑剂剂变质产产生的腐腐蚀磨属属是非常常细小的的微粒，其其尺寸在在亚微米米级，腐腐蚀磨屑屑沉积的的部位是是在铁谱谱片的出出口处。 33）二硫化化钼 二硫化化钼是一一种有效效的固体体润滑剂剂，铁谱谱上的二二硫化钼钼往往表表现多层层剪切面面，而且且有带直直角的直直线棱边边，具有有金属光光泽，颜颜色为灰灰紫色。二二硫化钼钼具有反反磁性，往往往被磁磁场排

53、斥斥。 44）污染颗颗粒 污染颗颗粒包括括新油中中的污染染、道路路尘埃、煤煤尘、石石棉屑、过过滤器材材料等，必必要时可可参考标标准图谱谱识别。五、光谱技技术及仪仪器油液分析的的光谱技技术是机机械设备备状态监监测、故故障诊断断中应用用最早的的最成功功的现代代技术之之一，它它可以有有效地监监测机械械设备润润滑、液液压系统统中油液液所含磨磨损颗粒粒的成份份及其含含量的变变化，同同时也可可以准确确地检测测油液中中添加剂剂的状况况及油液液污染变变质的程程度。润润滑油液液中各磨磨损元素素的浓度度与零部部件的磨磨损状态态有关，故故可根据据光谱监监测结果果来判断断零部件件磨损状状态及发发展趋势势，从而而达到诊

54、诊断机器器故障的的目的。因因此，光光谱技术术已成为为机械设设备油液液监测的的重要方方法之一一。光谱技术的的局限性性在于不不能识别别磨粒的的形貌、尺尺寸，不不能判断断磨损类类型。用于油液监监测与诊诊断的光光谱技术术目前主主要是原原子发射射光谱技技术和原原子吸收收光谱技技术。（一）原子子发射光光谱技术术和仪器器 各各种元素素都是由由原子组组成的，原原子又由由原子核核及绕核核旋转的的电子组组成，每每个电子子处在一一定的能能级上，具具有一定定的能量量。在正正常情况况下，原原子处于于稳定状状态，这这种状态态称为基基态，当当物质受受到外界界能量（电电能、热热能等）作作用时，校校外电子子就跃迁迁到高能能级，

55、处处于高能能态的原原子很不不稳定，被被称为激激发态。激激发态原原子可存存在时间间约100s，当当它从高高能态跃跃迁至基基态或较较低能级级时，多多余的能能量便以以光的形形式释放放出来，若若使辐射射光通过过棱镜或或光栅，就就能得到到按一定定波长顺顺序排列列的图谱谱，即光光谱。 气气体的原原子或离离子，受受激发后后辐射的的光谱，是是一些单单一波长长的光，即即线光谱谱。利用用物质受受电能或或热能激激发后辐辐射出的的特征线线光谱来来判断物物质组成成的技术术，就是是原子发发射光谱谱技术。根根据特征征谱线是是否出现现来判断断某物质质是否存存在，根根据特征征谱线的的强弱来来判断该该物质含含量的多多少。 采采用

56、光电电直读光光谱仪测测定润滑滑油中各各种金属属元素的的浓度，其其工作原原理是：用电极极产生的的电火花花作光源源，激发发油中金金属元素素辐射发发光，将将辐射出出的线光光谱由出出射狭缝缝引出，由由光电倍倍增管将将光能变变成电能能，再向向积分电电容器充充电，通通过测量量积分电电容器上上的电压压达到测测量试油油内金属属含量浓浓度的目目的，如如果测量量和数据据处理由由微机控控制，则则速度更更快。 图图2-330 是是美国BBairrd公司司MOAA型直读读式发射射光谱仪仪的原理理图。它它是目前前较为先先进的润润滑油分分析发射射光谱仪仪。仪器器工作原原理是：激发光光源采用用电弧，一一极是石石墨棒，另另一极

57、是是缓慢旋旋转的石石墨圆盘盘。石墨墨圆盘的的下半都都浸入盛盛在油盘盘样的被被分析油油样中，当当它旋转转时，便便把油样样带到两两极之间间。电弧弧穿透油油膜使油油样中微微量金属属元素受受激发发发出特征征辐射线线，经光光栅分光光，各元元素的特特征辐射射照到相相应的位位置上，由由光电倍倍增管接接受辐射射信号，再再经电子子线路的的信号处处理，便便可直接接检出和和测定油油样中各各元素的的含量（pppm）。该仪器分析析容量大大，精度度高，分分析可靠靠，分析析速度快快。仪器器操作简简单，原原始油样样不须处处理即可可直接送送检，环环境条件件要求低低。特别别适合大大规模含含有多种种材质摩摩擦副（例例如，内内燃机发发动机、飞飞机发动动机等）的的设备群群体监测测。图2-300 直读读式发射射光谱仪仪的工作作原理（二）原子子吸收光光谱技术术和仪器器 原原子吸收收光谱技技术是将将待测元元素的化化合物（或或溶液）在在高温下下进行试试样原子子化，使使其变为为原子蒸蒸气。当当锐线光光源（单单色光或或称特征征辐射线线）发射射出的一一束光，穿穿出一定定厚度的的原子蒸蒸气时，光光的一部部分被原原子蒸气气中待测测元素的的基态原原子吸收收。透过过光经单单色器将将其它发发射线分分离掉，检检测系统统测量特特征辐射射线减弱弱后的光光强度。根根据光吸吸收定律律就能求求得待测