油液監(jiān)測與診斷技術

1、油液監(jiān)測與診斷技術 油液監(jiān)測與診斷技術是近十幾年迅速發(fā)展起來的用于機械設備狀態(tài)監(jiān)測的新技術，尤其 在發(fā)動機、齒輪傳動、軸承系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)等諸方面，該技術取得了顯著的效益，獲得了廣 泛的應用，如表所示。 油液監(jiān)測與診斷技術的應用 應用 監(jiān)測設備 航空 發(fā)動機、液壓系統(tǒng)、傳動系統(tǒng)、雷達系統(tǒng) 船舶 柴油機、傳動系統(tǒng)、起重設備、液壓系統(tǒng) 機車 柴油機、傳動系統(tǒng)、液壓操作系統(tǒng) 汽車 發(fā)動機、傳動系統(tǒng)、液壓系統(tǒng) 石化 柴油機、發(fā)電機、壓縮機、鼓風機、擠壓機 冶金 傳動系統(tǒng)、軋鋼機、起重設備、傳送機構 機床 傳動裝置、液壓系統(tǒng)、加工中心 電力 氣輪機、柴油機、蒸汽輪機、傳動裝置、變壓器、液壓系統(tǒng) 油液監(jiān)測與

2、診斷技術通常包括油液理化性能分析技術、鐵譜分析技術、光譜分析技術、 顆粒計數(shù)技術等，實現(xiàn)對油樣中所含磨粒的數(shù)量、大小、形態(tài)、成分等及其變化，油品的劣 化變質程度等的分析。油液分析技術涉及的機理、分析內容及使用的儀器見表。 油液分析技術及儀器 油液分析技術 機理 分析內容 儀器 油液理化指標 及污染度檢測 油液物理、化學性能指標及其它綜合 指標的變化，反映油品的劣化變質程 度。超過一定數(shù)值，潤滑油成為廢油， 必須更換。 粘度、酸堿值、閃點、水 分、機械雜質、積炭、顆 粒數(shù)及油液污染綜合指標 等 振蕩式粘度計、滴定 儀、閃點計、紅外光 譜儀、顆粒計數(shù)器、 污染監(jiān)測儀等 油液鐵譜技術 借助于高梯度、

3、強磁場的鐵譜儀將油 液中的金屬磨粒有序分離岀來進行分 析，從而監(jiān)測設備運轉狀態(tài)、磨損趨 勢、判斷磨損機理 磨粒尺寸、磨粒數(shù)量、磨 粒形貌、磨粒成分 分析式鐵譜儀 直讀式鐵譜儀 旋轉式鐵譜儀 在線式鐵譜儀 油液光譜分 通過測量物質燃燒發(fā)岀的特定波長、 一定強度的光，從而檢測磨粒的元素 成分及含量濃度，監(jiān)測設備運轉狀態(tài)、 磨損趨勢，判斷磨損部位 金屬磨粒元素成分及含量 濃度值 添加劑元素成分濃度 雜質污染元素成分及濃度 直讀式發(fā)射光譜儀 吸收式光譜儀 一、潤滑劑及其質量指標 （一）潤滑劑的分類 潤滑劑可分為液體潤滑劑、半固體潤滑劑、固體潤滑劑和氣體潤滑劑四大類。 I 液體潤滑劑 例如潤滑油、水、液

4、態(tài)金屬等。 2. 半固體潤滑劑 例如潤滑脂，它是用稠化劑和潤滑油制成，是一種介乎液體和固體之 間的潤滑材料，在一定意義上兼有二者的優(yōu)點。 3. 固休潤滑劑例如石墨、二硫化鋁等，依靠這些物質在摩擦表面形成低剪切強度，并 與摩擦表面有較強附著力的固體潤滑膜達到潤滑目的。 4. 氣體潤滑劑 例如空氣、氮氣等，多用于高溫、高速、輕載場合，例如高速磨頭的空 氣軸承。 （二）潤滑油性能指標 1. 粘度粘度是潤滑油最重要的性能指標之一，是反映潤滑油流動的粘性大小，決定潤 滑油油膜厚度的主要因素之一。潤滑油的作用就在于使?jié)櫥驮跈C器作功運動的摩擦表面形 成油膜，該油膜起到潤滑、減震、沖洗、冷卻等作用。 精品

5、2油性和極壓性 油性和極壓性是表示潤滑油抵抗磨損能力的指標， 油性表示油膜的吸 附能力，極壓性則表示在沖擊載荷或高溫重載荷作用時油膜不破裂的能力。 3酸值 酸值是指中和每 1 克潤滑油中的有機酸所消耗的氫氧化鉀的毫克數(shù)，單位是 KOHmg /g。當所用油品的酸值超過標準時應換用新油。 4水分 潤滑油的水分是指潤滑油中含水量的重量百分比數(shù)。 潤滑油中水分的存在， 破 壞潤滑油形成油膜、使?jié)櫥Ч儾?，并加速有機酸對金屬的腐蝕作用，銹蝕設備，而且使 添加劑分解沉淀。 5水溶性酸和堿 水溶性酸和堿是指溶于油品中的無機酸和堿， 以及低分子有機酸和堿 性氧化物，它們將強烈腐蝕設備，加速油品變質，降低油品

6、的絕緣性能。 6機械雜質 機械雜質是指潤滑油中各種沉淀物、 膠狀懸浮物、 砂土、 金屬粒等雜質的 重量百分比，它是反映油品純潔度的指標。油品中機械雜質的存在會加劇機器零件的磨損， 加速油品老化，嚴重時還會堵塞油路及濾清器。 7閃點 閃點是表示潤滑油蒸發(fā)性的指標。 在規(guī)定的條件下加熱油品， 當油蒸氣與周圍 空氣形成的一定濃度的混合氣體時，同火焰接觸時產(chǎn)生短暫閃火時的最低油溫即為閃點。閃 點是油品的安全性指標，油品的工作溫度一般低于閃點2030C為宜。 8凝點 在規(guī)定條件下使油品冷卻到不流動時的最高溫度即為凝點。 凝點是反映油品低 溫流動性的重要指標。通常，油品工作溫度一般應比凝點高15C30C為

7、宜。 此外，還有灰分、殘?zhí)?、腐蝕、抗氧化安定性、抗乳化度、抗泡沫性等性能指標。 （三）潤滑脂性能指標 潤滑脂是由基礎油加稠化劑制成的半液體潤滑劑，它適用于下面幾種情況：某些開放 式潤滑部位，起到潤滑作用而又不會流失和滴落；在有塵埃、水分或有害氣體侵蝕的情況 下，要求有良好的密封性、防護性和防腐蝕性的場合；由于工作條件限制，而要求長期不 換潤滑劑的摩擦部位的潤滑部位；摩擦部位的溫度和速度變化范圍較大的機械的潤滑以及 滿足某些機械設備的封存、防腐、防銹上的需要。 潤滑脂的性能指標有 1外觀 良好的潤滑脂，其顏色和稠度都應是均勻的，沒有硬塊顆粒，沒有析油現(xiàn)象， 表面沒有干硬的皮層和稀軟糊層。 2針入

8、度 針入度是表示油脂稠度的指標。 3滴點 它是決定潤滑脂使用溫度的指標。 4抗腐蝕性 主要反映潤滑脂對金屬的腐蝕程度。 除此之外，潤滑脂還有膠體安定性、機械雜質、氧化安定性等性能指標。 （四）液壓油 液壓油的主要作用是傳遞液壓能，其次是潤滑、冷卻、防銹、減震等作用，它的狀態(tài)直 接關系到液壓機械運轉的可靠性。反映液壓油性能的主要指標及其測試方法與潤滑油類似， 不再重復。 （五）添加劑 在很多情況下，基礎油很難滿足摩擦副對潤滑劑提出的苛刻要求。因此，為了提高油品 質量和滿足使用性能還必須在潤滑油品中加人少量一種或幾種物質，以改善油品的某些性能， 所添加的物質稱為添加劑。一般極少量添加劑，就能顯著改

9、變油品的質量，這樣就可避免潤 滑油復雜加工過程，又可解決一些加工精制仍不能滿足的特殊要求，從而擴大優(yōu)質潤滑油產(chǎn) 品的來源。 二、油液性能分析 對機械設備的潤滑系統(tǒng)進行定期的油樣理化性能測試分析，可以動態(tài)監(jiān)測使用過程中潤 滑油質量變化情況，從而保證機械設備處于良好的潤滑狀態(tài)。同時也可以隨機監(jiān)測潤滑油的 質量指標變化情況，從而確定最合理的最經(jīng)濟有效的換油周期。 三、油液監(jiān)測與診斷技術 運用油液監(jiān)測與診斷技術，在設備不停機、不解體的情況下監(jiān)測工況，診斷設備的異 常、異常部位、異常程度及原因，從而預報設備可能發(fā)生的故障，是提高設備管理水平、改 善維護保養(yǎng)的一個重要手段，也是保證設備正常運轉、創(chuàng)造經(jīng)濟效

10、益的有效途徑。該技術還 可用于研究設備中摩擦副磨損機理和潤滑機理，磨損失效過程和失效類型，用于進行潤滑油 品性能分析，新油品性能分析，確定油液污染程度以及油品合適的使用期限，用來確定合理 的磨合工藝規(guī)范等。在對機械設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷時，特別是利用振動和噪聲監(jiān)測 診斷低速回轉機械及往復機械的故障較為困難時，運用油液監(jiān)測與診斷技術則較有效。 油液監(jiān)測與診斷采用的具體技術包括光譜技術、鐵譜技術、顆粒計數(shù)技術、磁塞技術等, 它們在技術原理、儀器工作原理及結構、檢測油樣的制備、數(shù)據(jù)處理、結果分析和應用范圍 等方面各具特點，選用時應予以注意。 （一）油液監(jiān)測與診斷技術的實施步驟 1.選擇對生產(chǎn)、產(chǎn)

11、品質量、經(jīng)濟效益影響較大的設備為監(jiān)測對象，在深入了解該設備有 關情況（功能、結構、運轉現(xiàn)狀、潤滑材料及潤滑系統(tǒng)現(xiàn)狀等）的基礎上，選擇并制訂合理 的油液監(jiān)測方案及技術。 油液分析技術的性能比較 項目 鐵譜分析 光譜分析 顆粒計數(shù) 磁塞 磨粒濃度 好（鐵磨粒） 很好 好 好（鐵磨粒） 磨粒形貌 很好 好 尺寸分布 好 很好 元素成分 好 很好 好 磨粒尺寸范圍 （卩m） 1 0.1 10 180 25 400 局限性 局限于鐵磨粒及順磁 性磨粒，元素成分的識 別有局限性 不能識別磨粒的形 貌、尺寸等 不能識別磨粒的元 素成分和形貌等 局限于鐵磨粒，不 能做磨粒識別 檢測用時間 長 極短 短 長 評

12、價 磨損機理分析及早期 失效的預報效果很好 磨損趨勢監(jiān)測效果 好 用作輔助分析、污染 度分析 可用于檢測不正 常磨損 分析方式 實驗室分析、現(xiàn)場及在 線分析 實驗室分析、現(xiàn)場分 析 實驗室分析、現(xiàn)場分 析 在線分析 2. 選取油樣，這是實施技術的重要環(huán)節(jié)。 3制備檢測油樣，按照所選用的油液監(jiān)測技術及儀器所規(guī)定的制備方法和步驟，認真 制備。 4將檢測油樣送入監(jiān)測儀器，定性、定量測定有關參數(shù)。 5. 進行檢測數(shù)據(jù)處理與分析，視所選用的監(jiān)測技術的不同， 可以采用趨勢法、類比法等 處理數(shù)據(jù)和結果分析，進一步可應用數(shù)理統(tǒng)計、模糊數(shù)學等知識建立相應的計算機數(shù)據(jù)處理 系統(tǒng)。 6根據(jù)數(shù)據(jù)處理分析的結果，判斷設

13、備的異常、異常部位、異常程度及原因，預報可能 出現(xiàn)的問題以及發(fā)生異常的時間、范圍和后果。 7提出改進設備異常狀況的措施（包括處理異常的時間、內容、費用，具體修理方案和 實施）。 （二）鐵譜技術及儀器 根據(jù)分離、檢測磨粒的不同方法，鐵譜儀主要分為分析式鐵譜儀、直讀式鐵譜儀、旋轉 式鐵譜儀等。 1鐵譜技術的特點 鐵譜技術與其它技術相比，具有獨特的優(yōu)勢，主要是 （1）應用鐵譜技術能分離出潤滑油中所含較寬尺寸范圍的磨屑，故應用范圍廣。 （2）鐵譜技術利用鐵譜儀將磨屑重疊地沉積在基片或沉淀管中，進而對磨屑進行定性 觀察分析和定量測量，綜合判斷機械的磨損程度，同時還可對磨屑的組成元素進行分析，以 判斷磨屑

14、產(chǎn)生地，即磨損發(fā)生的部位。 鐵譜技術的缺點在于：對潤滑油中非鐵系顆粒的檢測能力較低，例如在對含有多種材質 摩擦副的機器（例如發(fā)動機）進行監(jiān)測診斷時，往往感到不力；分析結果較多依賴操作人員 的經(jīng)驗；不能理想地適應大規(guī)模設備群的故障診斷。 2分析式鐵譜儀 分析式鐵譜是種常用的、重要的鐵譜儀器，主要由鐵譜制譜儀、鐵 譜顯微鏡和鐵譜讀數(shù)器組成。鐵譜制譜儀主要用途是分離油樣中磨損微粒并制成鐵譜譜片， 它由微量泵、磁鐵裝置、玻璃基片、特種膠管及支架等部件組成。 3直讀式鐵譜儀 直讀式鐵譜儀主要用來直接測定油樣中磨粒的濃度和尺寸分布，只 能作定量分析，能夠方便、迅速而較準確地測定油樣內大小磨粒的相對數(shù)量，因

15、而能對設備 狀態(tài)作出初步的診斷，是目前設備監(jiān)測和故障診斷的較好手段之一。如果不僅要了解磨損微 粒的數(shù)量及分布情況，而且要觀察分析磨粒的形態(tài)、表面形貌和成分等因素，作出較準確的 診斷，就需使用分析式鐵譜儀。 4旋轉式鐵譜儀 分析式鐵譜儀、 直讀武鐵譜儀應用較廣泛， 分析技術較成熟， 尤其是 分析式鐵譜儀同時具有定量和定性分析雙重功能。但是這些鐵譜儀對污染嚴重的油樣（例如 煤礦機械或工程機械內的潤滑油等）的定量和定性分析效果不好，主要是制譜過程中，潤滑 油中的污染物會滯留在鐵譜片上，如果滯留數(shù)量較多，將影響對磨粒的觀測。 5磨粒分析 運轉中的設備的液壓系統(tǒng)、 潤滑系統(tǒng)的油液必然受到污染， 其污染物

16、主要 來源于三個方面：機械零部件在磨損過程中生成的磨損微粒；外界灰塵或水等物質侵人油液 中；油液中添加劑反應后的余物。實踐證明，磨損微粒是最常見、危害最嚴重的污染物。一 方面，這些磨損微粒由各種金屬、非金屬材料組成，對油液起氧化、催化作用，加速油液劣 化；另方面，材質較硬。又隨油液流人各磨擦表面，劃傷、研傷零件表面，造成間隙增大、 精度下降、振動和噪聲產(chǎn)生。在液壓系統(tǒng)中，甚至堵塞油路、研傷高精度問芯配合面，造成 更大事故。磨損顆粒的數(shù)量、尺寸大小、尺寸分布、成分和形貌特征都直接與機械零件的磨 損狀態(tài)密切相關，它們是機械設備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷以及初期預報的重要依據(jù)。 鐵譜技術的特點在于它不但能定

17、量測量潤滑油系統(tǒng)內大、小磨粒的相對濃度，而且能直 接考察磨粒的形態(tài)、大小和成分，后者更是它的獨到之處。 （1）鋼鐵磨損微粒的識別 1）正常磨損微粒 正常磨損微粒是指設備在正常運行狀態(tài)下， 由于滑動磨損所產(chǎn)生的磨 損微粒。 2）嚴重滑動磨損微粒 當滑動表面由于載荷或速度過大時， 造成磨損表面接觸應力迅速 增大，這時開始發(fā)生嚴重滑動磨損。這時剪切混合層變得很不穩(wěn)定，出現(xiàn)大顆粒脫落。如果 表面應力繼續(xù)增加，就會造成整個表面發(fā)生剝落，出現(xiàn)破壞性磨屑，磨損速度將迅速加快。 大磨屑與小磨屑間數(shù)量比，決定于表面應力超過極限值的程度，應力值越高，大磨屑物比例 就越高。 3）切削磨損微粒 切削磨損微粒類似車床切

18、削加工產(chǎn)生的切屑， 這種磨粒形態(tài)一般有環(huán) 狀、螺旋狀、曲線狀等。產(chǎn)生切削磨損微粒的原因大約有兩種：一是摩擦副中較硬的一方由 于安裝不良或出現(xiàn)裂紋，造成硬的刃邊，穿入較軟的一方產(chǎn)生磨屑。 4）滾動疲勞磨損微粒 這種微粒通常產(chǎn)生于滾動軸承的疲勞過程中， 它包括三種不同形 態(tài)：疲勞剝離磨屑，球狀磨屑和層狀磨屑。 a.疲勞剝離磨屑是在點蝕時從摩擦副表面以鱗片形式分離出的扁平形微粒，表面光治， 有不規(guī)則的周邊。 b 球狀磨屑是在軸承疲勞裂紋中產(chǎn)生的，它的出現(xiàn)，表示軸承已經(jīng)出現(xiàn)故障，所以球狀 微粒是滾動軸承疲勞磨損的重要標志。 c.層狀磨屑是第三種滾動疲勞磨屑。 層狀磨屑在軸承的整個使用期內都會產(chǎn)生，特別

19、是 當疲勞剝落發(fā)生時，這種層狀磨屑會大大增加，同時伴有大量球狀磨屑產(chǎn)生。因此，如果系 統(tǒng)中發(fā)現(xiàn)有大量層狀磨屬和球狀磨屑存在，而且數(shù)量還在增加，就應當預報滾動軸承已存在 導致疲勞剝離的顯微疲勞裂紋了。 5）滾動 -滑動復合磨損微粒 滾動 -滑動復合磨損也屬疲勞磨損，它是齒輪副、凸輪副等 摩擦副的主要損壞原因。齒輪的齒面在嚙合過程中，相對滾動和滑動同時并存，所以齒輪的 磨損形式包括滾動疲勞磨損和粘著磨損兩種。 在節(jié)線處的磨損類型主要是疲勞及膠合和擦傷。 （ 2）有色金屬磨粒除鋼鐵磨屑外，一些系統(tǒng)內含有色金屬的部件，必須對有色金屬 磨屑進行識別。在鐵譜片上有色金屬微粒不按磁場方向排列，以不規(guī)則方式沉

20、淀，大多數(shù)偏 離鐵磁性微粒鏈，或處在相鄰兩鏈之間，它們的尺寸沿譜片的分布與鐵磁性微粒有根本的區(qū) 別。 1）白色有色金屬2）銅合金3）鋁、錫合金 （3） 鐵的氧化物的辨別鐵譜片上出現(xiàn)鐵的紅色氧化物，表明潤滑系統(tǒng)中有水分存在； 如果鐵譜片上出現(xiàn)黑色氧化物，說明系統(tǒng)潤滑不良，在磨屑生成過程中曾經(jīng)有過高熱階段。 1）鐵的紅色氧化物磨屑有兩類。 一類是多晶體， 在白色反射光下呈桔黃色， 在反射偏振 光下呈飽和的桔紅色， 如果鐵譜片上有大量此類磨屑存在 （特別是大磨屑存在） ，說明油樣中 必定有水。另一類是扁平的滑動磨損微粒，在白色反射光下呈灰色，在白色透射光下呈無光 的紅一棕色，因反光程度高，容易與金屬

21、磨屬相混淆，如果仔細觀察則會發(fā)現(xiàn)，這種磨屑在 雙色照明下不如金屬顆粒明亮，在斷面薄處有透射光。鐵譜片中有此類磨屑出現(xiàn)，說明潤滑 不良，應采取相應對策。 2）鐵的黑色氧化物 鐵的黑色氧化物微粒外緣為表面粗糙不平的堆積物， 因含有 Fe3O 4 ， a -Fe2O3, FeO等混合物質，具有鐵磁性，在鐵譜片上以鐵磁性微粒的方式沉積。當鐵譜顯 微鏡的分辨率接近低限時，有藍色和桔黃色小斑點。鐵譜片上存在大量黑色鐵的氧化物微粒 時，說明潤滑嚴重不良。 3）深色金屬氧化物 局部氧化了的鐵性磨屑屬于這類深色金屬氧化物， 這些微粒是潤滑 不良的反應，說明在其生成過程中被過熱氧化。大塊的深色金屬氧化物的出現(xiàn)，是部件毀滅 性失效的征兆，而