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油液检测技术在设备故障诊断中的应用

油液检测技术就是对运行设备中所用的润滑油(脂)取得有代表性的油样,进行检测和分析,获得有关设备所用润滑油的理化性能指标的变化,油中磨损颗粒、污染和变质产物的形态、大小、数量的物态特征信息,评价设备的工况和预测故障并确定故障原因、类型和部位的技术。为设备维修提供科学依据,指导企业进行设备的维修和润滑管理,从而提早预防设备的异常磨损,避免连锁损坏、意外停机和重大事故的发生。通过油液监测,可以延长设备的换油周期或者指导正确选用润滑剂而取得效益,更重要的是通过及时预报潜在的故障,避免灾难性损坏或者使处于正常运转的设备减少不必要的维修而增加产值和效益。
最初的油液监测主要是分析油液的理化指标如粘度、水分、酸值、机械杂质等,以评价其质量的优劣和变化。随着现代化生产的发展使得机器设备越来越大型化、复杂化和连续化,对设备的可靠性、耐久性提出了更高的要求,
60年代中期,油液颗粒自动计数器成为商品,由此产生了油液监测中颗粒计数法,这种方法可以获得一个数字化的分析结果,用于评价设备油液污染的程度。70年代初,铁谱技术问世并很快在设备的故障诊断中得到应用。由于这一技术可以全面地分析油液中的磨粒的浓度、尺寸分布、形貌和成分,因而对机器设备的维修要求也越来越高。
因此,设备故障诊断技术应运而生,同时也在促使人们积极开发基于油液监测的诊断方法。首先,人们注重在用润滑油中携带的磨损微粒的污染物微粒,因此,将光谱分析移植于在用润滑油中磨粒元素和含量的分析,通过获得磨粒元素种类和含量的信息,对取样设备的磨损状况作出解释和判断,这一方法的应用,开拓了油液监测从磨粒这一信息载体获得设备故障的新方向。
丰富了油液监测中磨粒分析的内涵。80年代起,油液监测工作者应用红外光谱仪检测在用润滑油添加剂残留程度和污染物包括水、渗漏产物、化学冷却剂以及未燃烧的燃料,以反映由硝化、氧化、硫化引起的润滑油变质情况。尤其是傅立叶变换红外光谱的出现,更是促进了油液监测技术这一方面的发展。进入90年代,利用气相色谱和质谱仪测定在用润滑油的组分变化也见有报道。综观油液监测技术的发展过程,不仅分析方法在不断增加,而且从在用润滑油中得到的信息也在逐渐扩大。现代科学技术的飞速发展为油液诊断技术的发展提供了良好的契机。
在机械设备的磨损故障中,润滑不良是造成磨损失效的主要原因。由于润滑油的性能不仅在减少设备磨损中起着关键作用,而且对设备的动力性能亦有重大影响。所以,我们应当重视设备合理润滑这项技术工作。它的主要内容有:
1、评估设备润滑当前存在的问题;
2、根据设备类型/工况/环境等条件合理选用润滑剂和润滑装置;
3、控制设备油液污染,实现主动维护;
4、对关键设备进行定期油液取样分析,了解设备润滑磨损状态,实现预知性维修;
5、建立规范润滑管理制度并强化执行。
在这里,油液检测分析技术是监测、诊断设备故障的重要手段之一,尤其是对设备早期磨损隐患的发现与识别,更是其它分析诊断方法难以取代的一种技术。油液检测分析技术对低速重载、环境恶劣、间歇运行设备的故障的确认可以起到很大作用。
1、1 润滑油液的作用及性能要求
设备运行时,润滑油在各摩擦副之间形成一个动态润滑油膜,它能起到润滑、散热、清洁、抗金属表面氧化及抗腐蚀等作用,保证设备良好的运转状态。由于不同的机器工作条件不同,对润滑油性质要求的程度也不同。不可能只有一种万用润滑油就能满足所有设备润滑,而是根据设备的性能、条件,生产出多种润滑油以满足其润滑性能。所以现在,润滑油品种是十分繁多,但对它们都有如下三个方面的共同要求。
⑴ 油品的理化指标技术性能
润滑油的理化性能指标主要有:外观、运动粘度(cst)、粘度指数、闪点、酸值、水分、机械杂质、抗乳化性、腐蚀试验等。
⑵ 油品的使用性能
为了保证设备的正常运行,除应具有上述的理化指标性能外,还应具有以下性能:中和性能力、清洁分散能力,抗氧化性、抗磨性能、抗腐蚀性、防泡沫性、防锈性能。
润滑油的基础油本身并不具备这些性能,主要靠加入各种类型的添加剂来解决(加入量从百分之几到百万分之几)。主要的添加剂有:清洁分散剂2、抗氧剂3、极压添加剂4、防锈添加剂、抗泡剂等等。需要指出的是,当润滑油的理化指标技术性能达标时,其使用性能并不一定合格。有时,需要做进一步的使用性能检测。
⑶ 润滑油的运行性能
设备在运行过程中,各磨擦副之间不可避免地发生摩擦,当油液品质衰变或受杂质污染时,会造成设备的磨损加剧,若不及时检测发现问题,会影响设备的使用寿命,严重时有可能发生停机事故。
1、2 油液分析的内容
油液检测分析技术就是:对运行设备中所用润滑油取得有代表性的油样,进行检测和分析,获得有关设备所用润滑油的理化性能指标的变化数据;油液中磨损颗粒和污染、变质的产物的形态、大小、数量的物态特征信息。据此分析设备润滑与磨损状态并预测设备故障、确定设备故障部位、类型和原因。下面简述几种油液分析技术。
⑴ 润滑油常规理化指标检测分析
润滑油的工作性能随着设备运转时间的延长而逐渐劣化,其理化指标超过一定的限值后便成了“废油”,应及时进行更换以保证设备正常运转。对润滑油的理化指标性能检测与判定,我国已有了国家标准和行业标准。包括新油的质量验收标准和旧油换油标准。(需要指出,由于各种设备的运行条件不同,在用润滑油要不要更换,国家和行业标准可以作为参考,但换油的依据不一定完全一样)
粘度: 粘度是油液流动时内摩擦力的量度。它是油品受到污染并劣化的重要指标。设备在运行过程中若油液粘度发生变化:L-HM液压油超过+15%或-10%;L-TSA汽轮机油超过±10%;L-CKC工业闭式齿轮油超过+15%或-20%就要换油5。
水分:水分是指润滑油中水分含量。当水与油混合形成稳定的乳化液时,会破坏油膜,降低润滑性、抗磨性、抗氧化性、加剧设备部件的磨损,并能与油液和添加剂起反应生成酸、胶质,降低油液的使用性能,腐蚀锈蚀设备的金属材料。如果检测到油中有少量水分时,应采取处理措施。当水分继续增加时,L-HM液压油中水分超过0.1%;L-TSA汽轮机油超过0.1%;L-CKC工业闭式齿轮油超过0.5%应换油。
需要指出的是:钢铁设备润滑系统进水分是难免的,有时进水较多,超标时必须采取措施,如加热澄降、离心净油或采用专用的脱水过滤器脱水6。使水分含量在允许范围之内。水分超标不是非换油不可。
酸值: 酸值是指中和1g试样中全部酸性组分所需要的碱量,并换算为等当量的酸量。酸值是判断油液在使用过程中氧化变质(老化)的重要指标。当在用油的酸值与新油的酸值相比:L-HM液压油增加0.4;L-TSA汽轮机油增加0.1,L-CKC工业闭式齿轮油增加大于0.5,表明油液已经老化,应当考虑换油。武钢规定: 1)润滑油的酸值增加了0.5后要换油,或是 2) 酸值达到27无论酸值是否增加了0.5都要换油。
杂质含量:任何油液要做到绝对无杂质,几乎是不可能的,但是通过人为努力是可以把油液中的杂质尽量降低到允许的范围是可以办到的,而且必须办到。测定润滑油的杂质含量有几种常用方法,其意义是不同的,简介如下:
机械杂质含量:采用的标准是GB/T511-1988,取一定的油样溶于专用溶剂中,经过过滤,不溶于溶剂的物质留在滤纸上,用精密天平称量干燥后的滤纸的重量,与过滤前的滤纸的重量相减,再除以油样的重量,用百分数表示。这种方法一直用在润滑系统的油液检测中,只要小于0.005%,就认为无杂质。由于滤纸的过滤精度约为25微米(μm),显然 是不能用在对油液清洁度要求高的设备上。
清洁度:又分两种,A计数法,武钢采用美国国家航天局标准NAS1638,用特制的过滤膜(过滤精度0.45-0.8μm)过滤100mL油样,经处理后,在显微镜下观察,过滤膜上的颗粒数量。 按颗粒的大小分为5个级别,根据颗粒数量制定出从00级到16级共16个等级。称为NAS某级8。现在已有自动颗粒计数的油液清洁度检测仪,与人工检测相比互有优缺点9。 B重量法,用上述的过滤膜,过滤100mL油样,经处理后用天平称过滤膜上的杂质的重量,根据杂质重量的毫克数进行判别。看一个数据,最低的一级是108级,重量为4毫克,相当于0.00452%。对比机械杂质可看到,GB/T511的无杂质的标准是0.005%,而NAS108级是最低的级别,其百分比数比GB/T511还要低。所以GB/T511与NAS重量法之间是无法相比的10。现在我国已颁布油液清洁度的国家标准(GB/T14039-1993,等效采用国际标准ISO4406-1987)。
⑵ 光谱分析
它是通过测量物质发出的特定波长的光及相应的光的强度来检测油液中磨损颗粒的元素成分及浓度含量。光谱分析可以检测到油液中的磨损金属颗粒(Fe、Cu、Pb、
Cr、Al等),添加剂(Ca、P、Ba、Mg、Zn等),污染物 (Na、Si等)。
光谱分析的优点是 ①分析迅速,不需进行样品处理,很短时间内可以分析出十几种元素的浓度含量(ppm)。
②结果准确度高,精度可达百万分之几(ppm)。不足之处是对油液中的大于10微米以上的磨损颗粒不敏感,无法反映油中的磨损的大颗粒的真实情况(光谱分析仪的本身内部构造的原因),这个问题需借助于铁谱分析来解决。另,设备价格要比较铁谱仪贵很多。
⑶ 铁谱分析
就是利用高梯度强磁场将润滑油中所含磨损颗粒及其它微粒从液体中有序分离出来,并使磨损颗粒随机沉淀在谱片上,通过对各种微粒的形态、大小、成分、数量和粒度分布等特性进行定性观察和定量测量,判断磨损形式和磨损部位。它是设备失效原因分析比较有效的方法,在油液监测工作中占有十分重要的地位,特别对磨损类故障原因的分析、早期故障的发现是其它监测方法无法取代的一种技术。光谱分析技术对小于10微米小颗粒磨损有较高的分析效能,铁谱仪对数微米到百微米的磨损颗粒都有较高分析效能,而这个量程内的磨粒正是我们对设备运行状态进行油液监测时所感兴趣的范围。其缺点是分析速度慢,磨损颗粒识别很大程度上依赖于检测人员的经验,重复性较差。
⑷ 红外光谱分析
红外光谱分析是一种对物质分子结构和化学成分进行定性分析的技术。主要是检测润滑油中无机或有机化合物的分子官能团的性质,而不是像光谱分析或铁谱分析那样去检测油中的各类游离金属磨粒或其它碎屑。它是从另一个侧面来监测设备在用润滑油的状态,检测油液的变质、是否含有有机聚合物等有害物质。通过与标准库中的光谱进行比对,可以判定未知化合物的成份并控制其它外来有害物质的存在。
需要指出的是:到目前为止,国内国外,铁谱分析和光分析均无统一的评判标准。这还需要我们广大科技人员和专家做大量的艰苦的工作。
 
油液分析技术
油液分析技术(Oil Analysis),或简称为油液分析,是现代工业化不断发展的产物。我们知道,设备运转过程中,摩擦副的相对运动会产生摩擦磨损。据研究,80%的机械设备失效是由磨损引起的。为了减少机械设备的磨损,通常是在运动表面添加润滑剂。因此,润滑油中含有丰富的摩擦学信息,对润滑油进行分析和监测就显得尤为重要了,油液监测技术也就应运而生。
1.油液分析技术的方法
油液分析技术是针对润滑油进行检测的一项设备状态检测技术,目前油液分析技术都在实验室中进行,现场的设备维护人员将采集到的设备油液样品送至检测实验室,经油液分析人员分析后,给出润滑油的性能和设备运行状态的诊断报告。
通常,油液分析人员对油液进行理化指标分析、污染度分析和谱分析。油液的理化指标包括黏度、水分、酸值、闪点、泡沫性等等指标,主要用来检测润滑油的性能和品质污染度即油液的清洁度,采用颗粒计数的方法对油液的清洁度进行分析,以便找出外部污染来源和为内部磨损提供依据谱分析包括光谱分析和铁谱分析,光谱分析用来检测润滑油中元素的含量,铁谱分析包括直读铁谱分析和铁谱特征磨粒分析,来查找设备的磨损部位和故障根源。针对不同的设备,我们选取的测试项目是不一样的,结合设备现场工况和设备自身特点,选取合适的测试项目,可以有效的对设备进行预防性维护和状态监测。
2.油液分析技术的特点
作为设备状态监测和故障诊断中的一门新兴技术,油液监测技术有着自己适用范围和特点。在一些大型的往复设备、低速重载和润滑系统中,振动分析往往不能有效地提取故障信息,此时更适合采用油液分析技术。油液分析技术可以通过磨损颗粒的特征信息,对设备进行及时的预防性维护。在一些场合中,结合振动分析技术,可以有效地提高故障诊断的精度。
3.油液分析技术的前景分析
油液分析技术作为一种新兴技术,在国外得到了广泛和重要的应用。随着工业化的发展,油液分析技术在国内的应用也得到了逐步的发展。
目前,油液监测技术在汽车、港口、石化、冶金、制气、化工、石油开采、运输、水泥、电力等行业的大型压力机、大型减速箱、高精度伺服液压系统、大型燃气透平机、大型水轮机组等关键设备的润滑磨损状态分析中发挥着重要作用。因此,油液监测技术有广泛的市场和应用前景。另外,随着工业上信息化程度的逐步提高,油液分析技术正在朝着在线监测、远程诊断和智能诊断的方向发展。
日期:2017-7-27 阅读:66次
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