油液分析技术

油液分析技术（精选7篇）

油液分析技术 篇1

现代化生产企业为了极大限度地提高工业生产水平和经济效益,不断地向规模化和高技术含量发展,因此生产装置趋向大型化、高速高效化、自动化、和连续性。人们对设备的要求不仅是性能好,效率高,还要求在运行中少出故障,否则因故障停机带来的损失是十分大的[1]。因此,对设备的状态进行监测是至关重要的。

在机械设备的状态监测中,主要有以下几种监测技术:振动信号监测诊断技术、声信号监测诊断技术、温度信号监测诊断技术、润滑油的分析诊断技术和其它无损检测诊断技术[1]。每种技术均可单独作为设备状态监测的依据,也可以融合其中的若干技术来进行设备的状态监测和诊断。本文就油液分析技术在设备状态监测中的应用进行讨论。

1 油液监测技术的分析方法

油液监测技术(Oil Monitoring),或简称为油液监测,是现代工业化不断发展的产物。我们知道,在设备运转过程中,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相当重要了,油液监测技术也就应运而生。油液分析技术最早可以追溯到20世纪40年代[2,3]。

油液分析诊断技术是通过对设备润滑系统的油样进行分析,从而判断设备运行状态的一种监测技术。目前,国内采用的基本都是实验室的离线式分析。第三方检测机构对从企业采集的油样进行理化指标分析、污染度分析、光谱分析和铁谱分析,从而提取润滑油的物理化学性能和设备的运行特征。

1.1 理化指标分析

油液的理化指标分析主要包括:黏度、水分、酸值、闪点、倾点、灰分、水分离性、泡沫性质、抗氧化性、液相锈蚀等等。油液的理化指标用来检测油品的质量,是确定油液是否发生变质的重要指标。如黏度是油液品牌划分,油品选择的重要依据,也是油品劣化的重要报警指标。水分则可破坏油膜,降低润滑性,加剧磨损部件的磨损,能够与油品起反应,形成酸、胶质和油泥,能析出油中的添加剂,降低油品的使用性能,降温时使油品的流动性变差,腐蚀,锈蚀设备的金属材料。

1.2 污染度分析

污染度又称为颗粒计数,是通过颗粒计数器来测量的。目前实验室中使用的颗粒计数器按照不同的工作原理分为:遮光型、光散型和电阻型[2]。通过对颗粒计数进行分析,一方面可以对设备润滑系统的污染控制进行监测;另一方面,也可以结合其它的颗粒分析手段,为设备磨损状态的监测提供依据。

1.3 光谱分析

光谱分析主要是用来检测油液中添加剂的含量以及诊断机械设备的磨损部位的一种分析方法。光谱分析可以测量出油液中各种不同元素的浓度含量。一方面,通过检测油液中一些特定添加剂的元素,如钙、镁、磷等,可以判断添加剂的含量和使用过程中的消耗情况;另一方面,通过检测一些磨损的金属元素,如铜、铁、铅等,来判断设备的磨损状况并诊断出相应的磨损部位。

1.4 铁谱分析

铁谱分析则是油液监测中另外一项重要的分析方法。铁谱分析包括直读铁谱分析及铁谱磨损特征分析[5]。直读铁谱分析是在全局的把控中来判断设备的总磨损量和磨损的程度;铁谱磨损特征分析是将油液中的磨损颗粒制作成铁谱片,在显微镜下进行观察,通过对磨损颗粒的形状、大小、尺寸、形貌等进行分析,来诊断设备磨损的类型及部位。

2 油液监测技术的特点

油液分析,作为一种预防性诊断技术,相对于其它的一些设备状态监测技术,有其自身的一些特点。

2.1 适用范围

众所周知,润滑对设备的运行是非常重要的。良好的润滑可以提高设备的生产效率,并且可以延长设备的使用寿命。润滑系统中,重中之重的是润滑油。所以,对油液的检测是至关重要的。通常,我们对油液的检测分为新油和在用油。对新油的检测,可以保证油品的质量;对在用油的检测则是作为设备状态监测的一种手段。在某些情况下,振动技术往往是不能对设备的运行状态做出准确的诊断的,而油液监测技术则很好地弥补了振动技术在此类情况中的局限性。例如:油液监测技术通常应用于低速重载、往复运动的机械设备中,如盾构机、岸吊、往复式压缩机等等。在一些设备工况运行恶劣的环境中(如噪音大),也通常应用到油液监测技术。此外,对于一些采用润滑油(脂)润滑,主要是磨损失效的设备,如轧钢机的液压系统,轧辊的油膜轴承等等,也常常应用油液监测。

2.2 局限性

随着时间的推移,人们对油液监测的认识不断加深,油液监测技术应用越来越广。但是,油液监测技术仍然存在其局限性。如在大型旋转式的设备中,振动往往是非常好的监测手段。在不是由磨损造成的设备故障中,油液监测技术也不能诊断出故障的具体原因。此外,取样的规范性、试样瓶的清洁度、检测设备的精度、检测人员的专业水平等等都会影响到检测结果的准确性,从而对设备的故障预测和诊断造成干扰。因为目前油液检测实验室采用的是离线检测的方式,样品在运送的过程中可能会发生变质,从而不能反映出设备的真实状态信息。因此,送样耗用的时间也成为了影响检测结果精度的一个重要因素。

3 油液监测技术发展的现状和趋势

3.1 发展现状

油液监测技术在国外已经被广泛应用,在国内也越来越受到人们的重视。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[4]。一些大型的公司正逐步把油液监测提高到了与振动监测同等高度的位置。一方面,积极筹建自己的油液检测实验室,首先在硬件设施上提升,如购买先进的光谱仪、铁谱仪;另一方面,加大力度培养油液监测方面的专业技术人员,如定期邀请油液监测专家对企业的设备维护人员进行系统的知识培训。此外,伴随着当今计算机、网络、通信技术的迅速发展,传统的离线检测模式正在向在线监测的方向发展。在油液监测领域,广州机械科学研究院和西安交通大学合作研制的油液在线监测系统已经成功地应用在某军舰上,并在国内的同类研究中,处于领先的地位。

3.2 发展趋势

现代社会是一个信息化社会,对油液进行实时监测更符合企业对设备的管理和维护的要求。另外,随着人工智能技术在设备状态监测中的兴起,油液监测技术未来会朝着在线化、远程化、智能化的方向发展。

4 油液监测技术的应用实例

以下列举油液检测技术在工业上应用的一个实例,从而使大家更好地认识油液检测技术。

4.1 案例背景

某钢厂的润滑系统中一个齿轮出现突发性故障,齿轮严重磨损,经技术人员的初步诊断认为,故障的原因可能是齿轮本身的问题。在对齿轮进行修复后,面临了一个新的问题,是否需要更换齿轮油。该油已经使用两年多,在查看常规分析数据后,油品公司认为该油时间过长,存在氧化,必须更换新油。出于成本的考虑,该钢厂对系统中齿轮油再次取样,委托广州机械科学研究院进行全面的分析检测。

4.2 检测数据

广州机械科学研究院油品检测中心从理化指标、光谱元素分析、铁谱定量分析和铁谱定性分析四个方面进行了全面的检测,检测数据分别见表1～表4。

4.3 诊断结论

通过对齿轮油的全面检测分析,发现仅仅是水分离性较差,其它理化指标均正常,符合GB 5903对460#齿轮油的质量要求,铁谱分析在油中发现了少量的油泥和铁锈蚀颗粒。考虑到ZOS 1700系统的使用环境中水分污染的风险不高。因此,该齿轮油经过过滤净化处理后可以继续使用,同时应避免水分等外界污染物影响润滑效果。此次油液分析延长了齿轮油的使用周期,减少了成本的支出,具有现实的经济意义。

5 结束语

随着经济的发展和人们对油液监测技术重要性认识的逐步提高,油液监测技术必将广泛应用于工业设备的维护中。加强对油液监测知识的学习,不仅顺应时代的发展要求,也将更好地服务于工业,具有现实的重大的意义。

参考文献

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[2]杨其明,严新平,贺石中.油液监测分析现场实用技术[M].北京:机械工业出版社,2006.

[3]李柱国.机械润滑与诊断[M].北京:化学工业出版社,2005.

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[5]李秋秋,陈闽杰,贺石中.油液分析在大型盾构机状态监测中的应用[J].机电工程技术,2010,(11):125-127.

油液监测与设备故障诊断技术分析 篇2

随着科技的发展, 各项先进的生产技术应用到煤矿生产中, 提升了煤矿生产的效率。在各种机械设备运行的过程中, 如何保障其能够安全稳定的运行, 是煤矿生产面临的重要问题。油液监测体系对于综采设备的运行可以进行有效的监测, 对于潜在的安全隐患进行诊断, 为煤矿的安全生产提供了有利的条件。

2 油液监测的主要技术手段

2.1 油液理化性质指标监测。

机械设备在运行的过程中, 润滑油的作用非常重要, 是保证机械能够正常运行的基础。油液监测技术通过对润滑油的物理化学性能进行检测, 可以了解到润滑油的使用状态, 从而判断机械设备的运行状况。在监测的过程中, 主要的指标包括运动粘度、水分、酸值、闪点、凝点 (或倾点) 、机械杂质、抗乳化性、抗泡沫特性、抗磨性和极压性等。

2.2 油液铁谱检测。

铁谱检测是目前煤矿企业中使用最为广泛的一种油液检测方法, 主要应用到的设备是铁谱仪。在机械高速运转的过程中, 会产生一定的磨损, 通过对磨损颗粒进行监测, 就可以充分的了解到机械的磨损状况, 从而进行有针对性的维修。在高梯度磁场的作用下, 将摩擦副中产生的颗粒从润滑油中分离出来, 按照一定的方法制成谱片, 然后通过铁谱显微镜和相关软件对其进行定性和定量的分析。这种监测方法的效率比较高, 所以在煤炭行业中应用的比较广泛, 通常使用旋转式铁谱仪。

2.3 油液光谱检测。

光谱检测技术应用的比较早, 并且检测的效果较好, 主要是对润滑油中的磨损颗粒的元素种类和含量进行检测, 还可以对润滑油的污染程度以及衰变过程进行监测。在目前使用较为广泛的光谱技术为电感耦合等离子体发射光谱法。

2.4 颗粒计数。

颗粒计数主要是对液压油中的固体颗粒进行统计, 其中包括了在机械运转时产生的磨损颗粒。将这些颗粒以粒径为标准进行分类, 然后根据规定的标准进行计数, 从而可以获得颗粒的分布信息, 与规范标准进行对比分析, 可以了解到油液中的污染程度, 从而做出相关的评价。

3 油液监测在设备故障诊断技术中的应用

任何机械设备的运转都需要润滑油来润滑, 而机械设备出现故障大部分都是源于润滑油的失效, 虽然在设备运转的费用消耗中, 润滑油所占的比例非常微小, 但是由于润滑油的质量不合格或者是在使用的过程中性能发生改变, 对于设备造成的故障率却占据了很大的比例。所以说必须对设备的在用油状况进行监测, 提高润滑油的质量, 减少换油的周期, 节省维修的费用, 提高设备的使用寿命。所以对于润滑油的使用状况要加强监测, 及时发现问题, 提早采取有效的措施预防和处理。

通过分析润滑油性能参数的变化可以间接了解机械主要部位的工作状态, 及时准确地监测设备的工作情况。就油液监测与诊断, 其主要内容包括润滑油物理化学性能指标变化、润滑油运转参数如油压的变化、润滑油摩擦学性能的变化。首先, 油液监测是摩擦学系统监测过程, 监测内容主要包括油品自身劣化、油品污染、金属磨损颗粒和摩擦学等四个方面。监测手段主要包括油品红外光谱分析、颗粒计数、油品性能指标和摩擦学性能测试分析等。由于大量机械设备的故障起因于润滑不良, 因此通过对油品自身劣化和污染进行监测, 有利于及时消除设备的故障隐患, 延长设备的大修周期。其次, 早期油液监测以监测诊断设备的磨损故障为目的, 其技术方法以铁谱技术为代表。目前油液分析技术已从早期的油样分析和磨屑逐步过渡到现代在线油液监测。现代在线油液监测技术将润滑油和机械设备视作统一的整体, 强调从摩擦学角度出发考察润滑失效和设备故障。而通过分析润滑油的理化指标和摩擦学性能指标可以准确预测设备发生磨损故障的发展趋势。

4 油液监测与诊断技术在煤矿的应用

作为煤矿企业, 机械设备所处的工矿条件恶劣, 机械设备损坏严重, 影响到正常生产与安全, 有必要建立完善的监测体系以提高设备完好率, 减少不必要的投入。特别有时监测不到位, 小事故酿成大事故, 损失巨大。煤矿企业建立健全油液监测体系应做好以下三项工作。

4.1 配备品质精良、功能齐全的各类油品检查仪器设备, 具备检测项目多、数量大、速度快等特点, 为快速判断故障提供准确及时的数据。硬件设施除需配备发射光谱、红外光谱、铁谱、颗粒计数等磨损污染颗粒监测仪器外, 还需配备黏度、闪点、水分、总酸值、总碱值、倾点、泡沫、不溶物、机械杂质等10种常规油品检测手段。软件方面:第一, 建立实验室及监测数据局域网, 将主要设备如采煤机、运输机、主通风机、空压机等监测数据及油品检测数据传输给机电科及主要矿领导, 以便相应采取措施;第二, 建立功能齐全的数据库管理系统和报告生成系统, 生成各种格式的油液监测报告;第三, 建立基于专家知识的计算机智能诊断系统, 提高判断问题的准确性和科学性。

4.2 应当具有符合规范标准要求, 保证测试结果足够准确的检测能力, 考虑到经济性, 以最少的检测项目达到最佳监测效果;对于具有国家标准以及ISO和ASTM等国际标准的检测方法, 应严格按照标准方法进行检测, 以保证监测诊断结论的科学性和合理性。

4.3 应当建立具有丰富经验积累的高素质、高水平的专家型油品监测技术队伍。通过与高等院校和科研院所合作, 培养具有扎实理论基础, 同时具有在油液监测和诊断实际经验的监测人员, 并在解决实际问题的过程中不断发挥专业人员的技术价值。

5 案例

神东煤炭集团+补连塔煤矿转载机减速器事故

事故经过:2013年3月30日, 设备管理中心油液监测人员在对补连塔矿综采工作面设备油样的例行化验中, 发现煤机左摇臂行星头油样严重乳化、且存在超过80μm的滚滑复合颗粒, 视场浓度超过80%, 且存在红色氧化物颗粒, 摩擦聚合物、严重滑动颗粒和切削颗粒。立即通知矿方机电人员对该设备进行检查。矿方机电人员检查发现左摇臂行星头漏油, 而且有异响, 矿方立即向设备管理中心调剂部申请更换减速器。但矿里因客观原因未能及时更换, 致使事故扩大化, 导致减速器Ⅰ轴损坏。

附图:

长轴尺寸超过500μm的滚-滑复合磨损颗粒

长轴尺寸超过500μm的疲劳磨损颗粒

磨损颗粒布满整个视场

超过400微米的滚-滑复合磨损颗

拆解后行星架上已经被磨平的螺栓帽

行星架边缘附着的肉眼可见的超大磨损颗粒

事故原因分析:在油液监测报告显示异常的情况下, 因客观原因, 矿方未能及时更换减速器, 导致减速器Ⅰ轴损坏。

点评:油液分析能够报告和预测的反映齿轮箱内部的异常磨损和可能出现的故障。严格按照油液分析报告进行换油或采取其他措施能够有效较低设备故障率, 提高生产效率, 延长设备寿命。

6 结束语

在煤矿生产中, 机械设备的应用可以有效的提高生产效率, 促进煤矿企业的发展。为了保证生产能够安全稳定的进行, 对于机械设备的运行应该加强安全监测。现阶段油液监测体系在煤矿综采设备的运行中广泛的应用, 对设备的运行状况进行监测, 可以及时的发现问题, 提早制定出预防对策。在油液监测体系中, 应该掌握科学的监测方法, 利用先进的设备和技术, 对设备的运行状态进行监测。通过油液监测体系的运用, 可以有效的减少设备故障的发生几率, 减少维修成本, 提高运行效率, 提高设备的安全性, 延长设备的使用寿命。随着科技的不断发展, 各项新技术和新设备会逐渐的用到煤矿生产中, 为煤矿生产创造更大的经济效益, 所以为了保证机械设备的安全运行, 在监测技术方面还要不断的提升, 为设备的安全稳定运行提供有利的基础, 从而确保煤矿的安全生产。

摘要：在煤矿生产运行的过程中, 各种大型机械设备应用的比较广泛, 为了保证煤矿生产的安全进行, 要对主要采煤设备的运行进行有效的监测, 减少事故发生率。油液监测体系在煤矿综采设备运行中发挥了重要的作用, 根据监测的信息, 可以及时了解到设备的故障, 提前对设备进行预防性维修, 减少故事, 提高运行效率。有效的监测体系, 可以提高煤矿设备的的生产效率, 为提高煤矿的生产水平奠定坚实的基础。

关键词：油液分析,主动维修,油液监测

参考文献

[1]张培林, 李兵, 徐超, 等.齿轮箱故障诊断的油液、振动信息融合方法[M].北京:机械工业出版社, 2011.

[2]杨其明, 严新平, 贺石中, 等.油液监测分析现场实用技术[M].北京:机械工业出版社, 2006.

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[4]徐启圣.智能化多规则油液综合故障诊断理论及方法的研究[D].上海:上海交通大学, 2007.

[5]郭海林.基于平面线圈的油液监测传感器的研究[D].南京:南京航空航天大学, 2012.

油液分析技术 篇3

斗轮机是港口散状物料 (散料) 储料场内的专用机械, 包含有走行机构、回转机构、带式输送机、尾车、俯仰机构等。斗轮机广泛用于港口、码头、冶金、水泥等行业进行物料存储的堆取作业, 其生产能力每小时可达万吨, 是物料堆取的重要设备。自2013年7月起, 湛江港 (集团) 股份有限公司第三分公司对该公司的两台斗轮机各关键润滑点开展油液监测, 希望通过设备润滑油的污染、变质程度的检测, 及时掌握设备润滑油性能及磨损状况及其发展变化趋势, 实现设备的状态监测与故障诊断, 从而及时预报潜在的故障避免任何可能的灾难性损坏发生。以下以该公司的两台斗轮机的行走减速器为例, 介绍油液监测的具体实施方案及重要意义。

一、油液监测内容

1. 取样

在油液分析时, 从一小瓶油样中确认和提取有用信息极大地依赖所获得的原始的未经处理的油液数据的质量, 因此, 油液分析的成功与否直接取决于油液的采样[3]。为了获得准确的油液分析结果, 必须保证所采油样具有真实代表性, 为此需对设备采样方法、采样频度和采样步骤作出适当的规范。为了正确评价减速箱的润滑与磨损状态, 取样位置选择为油箱放油口, 在每次取样前先放掉一部分油样, 取样周期为每2个月一次, 每次所取油样量为250 m L左右, 并贴上标签, 注明设备位号和取样时间。

2. 测试方法

一个有效的油液分析计划应当包括3个部分的分析: (1) 油液性状分析; (2) 油液污染分析; (3) 油液中的磨粒分析。无论试验设备是基本配置或是完善配置, 任何一个基于现代油液分析理论建立起来的油液监测实验室系统, 其最终目的都是为设备使用者提供关于机器和润滑油 (或液压油) 当前状态的全面信息, 帮助企业设备使用者制定相关的维修计划。

齿轮箱的润滑油主要用于润滑齿轮及滚动轴承, 同时起到散热、抗磨等多方面的作用。测试方法主要采用理化指标分析、发射光谱分析、PQ指数分析和铁谱分析技术。其中理化指标的变化可以用来监测油品性能及污染情况, 光谱分析可以评价齿轮油中金属元素、污染元素及添加剂元素含量多少, PQ指数和铁谱分析技术相结合可以对齿轮箱在用油中磨损金属的数量、尺寸分布、成分、形貌进行监测, 从而监测与诊断齿轮箱的磨损状况。

湛江港两台斗轮机的行走齿轮箱主要监测了黏度、总酸值、水分、光谱、PQ指数及分析铁谱, 图1为油液分析监测工作流程。

二、监测数据分析

1. 理化分析

油液理化指标分析主要针对油品本身的质量, 指导设备正确选油, 视情换油, 查询齿轮箱摩擦副部件故障隐患与油样之间的关系, 即监测设备的润滑状态。齿轮箱采用220号工业闭式齿轮油, 理化指标包含图1所示的3项。

黏度是设备选用润滑油、判断设备润滑状态、确定是否换油的重要依据。从图2中可以看出, 斗轮机A的行走减速器润滑油的黏度在监测期间的变化不大, 但是斗轮机B的行走减速机在2014年1月时黏度急剧增加, 其原因可能是油品受到外界污染或油品严重氧化变质。

酸值表示油品氧化变质的程度, 润滑油使用一段时间后由于氧化逐渐变质, 表现在酸值增大, 酸值大的润滑油容易造成机件的腐蚀。斗轮机A在监测期间总酸值变化不大, 但斗轮机B在2014年1月监测时总酸值急速上升, 表明油品已经氧化变质。

水分是指油品中的含水量, 润滑油中有水时, 会造成乳化和破坏油膜, 从而降低润滑效果而增加磨损。同时还能促进机件的腐蚀和加速润滑油的变质和劣化。图4是A、B两台斗轮机行走减速箱润滑油的水分测试结果。

由图4分析知, A号斗轮机行走齿轮箱2013年11月份监测时, 开始出现水分, 到2014年1月份水分含量急剧增高。经分析诊断可能存在以下两个方面原因:一是冷却水泄漏进油箱;二是润滑油箱盖密封失效, 外界空气中的水蒸汽从油箱盖窜入油箱, 造成润滑油含水量超标。

2. PQ指数分析

PQ指数分析是根据铁磁性磨粒对磁场变化的影响来测试润滑油中的铁屑的方法。其测试结果与铁屑的含量及颗粒的大小呈良好的线性关系。由于PQ指数对大尺寸铁磁性磨粒更为敏感, 因此常与元素分析配合使用。当是PQ指数较高时, 一方面可能是由于油中的铁屑磨粒较多, 另一方面可能是由于油中含量大尺寸颗粒。由于减速箱中主要部件都采用的铸铁或者钢, 因此采用PQ指数来监测齿轮箱的磨损情况是非常有效的。

由图5可以看出, 2013年11月时, 斗轮机B的PQ指数开始增高, 到2014年1月, 其数值增高至354 mg/kg, 这初步表明减速箱中的齿轮、轴承等发生了严重的磨损。

3. 光谱分析

光谱分析法就是利用光谱仪对润滑油中含有的各种磨损的金属进行定期分析, 检测出金属的种类和数量等的变化情况, 以此来判断润滑油系统中哪些部位发生了故障。油中的金属来自三方面:摩擦副表面产生的磨损颗粒混入油中使油中Fe、Cu、Sn、Al、Pb、Cr等元素浓度明显增加;油品添加剂自身带来的元素如Zn、Ca、Ba、P等, 这类金属来源于油中抗磨剂、极压或清净分散剂等;外界污染物携入的元素, 如Na、Si、B等。根据油样中元素测试结果的变化, 可以评价两台斗轮机行走齿轮箱的磨损情况和工作情况。

齿轮箱中, 主要部件为齿轮和滚动轴承。齿轮采用铸铁制造, 而滚动轴承滚道及滚动体采用的是轴承钢, 保持架用的是铜合金。因此齿轮箱中主要的磨损元素为Fe和Cu。图6为两台斗轮机的行走机构齿轮箱主要磨损元素测试结果。

由图6可知, 斗轮机A的行走减速箱在监测期间, Fe、Cu元素含量变化不大, 表明斗轮机A处于正常磨损状态。斗轮机B的行走减速箱在2013年7月开始, Fe、Cu元素含量都有增加趋势, 2013年11月, Fe、Cu含量监测数据分别为98 mg/kg和17mg/kg, 而两个月后, 即2014年1月, 斗轮机B行走减速箱的Fe为625 mg/kg, Cu元素增加到40 mg/kg, 短短两个月的时间, 斗轮机B的Fe、Cu元素含量急剧增高, 这意味着齿轮箱已经发生了严重的异常磨损。

另一方面, 斗轮机B的在用油中, Si元素也有增长趋势, 且在2013年11监测结果为46 mg/kg, 两个月后再次监测, 其数值增高为132 mg/kg。由于Si元素通常来源于外界的粉尘, 导致其急剧增加的原因很可能是油箱密封失效, 这也与水分增长是相吻合的。

4. 铁谱分析

铁谱分析通常用于故障诊断, 当设备发生故障时, 可以根据油中的磨粒形态、尺寸、成分及数量等综合判断设备磨损部位、磨损程度及故障原因。磨粒的颜色可以反应磨粒成分, 进而判断出磨损部位;磨粒的尺寸及大小可以评价磨损程度, 而磨粒的形态则可以评价磨损类别, 进而找出故障原因。

图7和图8分别是两台斗轮机行走齿轮箱的2013年11月及2014年1月的磨粒图。A斗轮机磨粒为铁磁性磨粒, 呈链状分布, 排列均匀, 分布稀疏, 磨粒尺寸均在15μm以下, 这是设备处于正常磨损的典型磨粒, 与PQ和光谱测试结果一致。图7中磨粒非常密集, 看不到链状分布, 磨粒尺寸不均匀, >15μm的磨粒数量多, 且有大量的黄色铜合金, 这表明该齿轮箱中的轴承、齿轮已经发生异常磨损, 特别是轴承, 其铜质保持架的磨损程度严重。

5. 故障诊断

从理化指标、光谱、PQ及铁谱的测试结果表明, A斗轮机的润滑及磨损状态正常, 但B斗轮机行走减速箱较为严重。根据油品理化指标及污染元素的监测数据分析, 设备磨损的原因很可能是齿轮箱密封失效, 外界粉尘、水蒸气进入润滑油箱, 污染了齿轮油, 导致油品劣化变质, 不能形成正常的油膜, 引发设备的润滑不良, 加上固体粉尘颗粒的污染, 最终导致齿轮、轴承发生异常磨损。

根据分析结果, 经企业安检部对该斗轮机行走齿轮箱进行了拆机检查, 结果发现齿轮箱密封垫老化失效, 轴承保持架出现了严重磨损, 不能起到正常的固定及保持作用, 如继续工作, 极有可能造成重大事故。由于该设备处于散料码头, 空气中粉尘多, 湿度较大, 减速箱工作时温度高, 水分多以蒸汽形式存在, 而停机时温度下降, 水蒸气就凝结成液态水, 沉积到油箱中。为此, 安检部对对轴承进行修复并更换了保持架, 对齿轮箱密封垫及齿轮油进行了更换, 3月份再进行测试时, 水含量恢复正常。

三、结论

(1) 2台斗轮机行走齿轮箱的油液理化分析表明, B斗轮机行走齿轮箱的润滑油黏度增加, 且受到大量的粉尘和水污染。

(2) B斗轮机在监测期间油样铁、铜元素含量及PQ指数呈增长趋势, 且元素浓度的变化与铁谱分析中磨粒浓度的变化一致, 设备已经出现异常磨损。

(3) 通过油液分析, 找出了齿轮箱故障的原因是外界水分和粉尘污染导致润滑失效, 并由此推论齿轮箱密封可能已经失效。对齿轮箱进行拆机检查, 发现齿轮箱密封垫老化, 轴承保持架出现了严重磨损。

(4) 对轴承进行修复并更换了保持架, 对齿轮箱密封件及齿轮油进行了更换, 设备润滑状态恢复正常。通过油液监测有效避免设备发生重大事故, 保障了设备的安全运行。

[编辑利文]

参考文献

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油液监测技术的应用实践 篇4

一、油液监测技术在柱塞泵上的应用

为了对设备进行油液监测, 实现预知维修, 胜利油田在设备处的统一领导下, 设置专职机构, 建立了包括胜利油田设备监督站、二级单位设备监督站的状态监测网络。设备监督站于2005年6月成立以来, 开展了对采油厂精、大、细、关设备的油液监测工作。其中包括盘三注、盘四注、商二注、临南二号注四个单位的24台柱塞泵。对监测设备润滑油开展了运动黏度、水分等润滑油常规理化分析和铁谱分析, 取样周期为1个月。5年多来, 累计检测油样800多个, 化验指标3 500余项。在设备按质换油、预知维修等方面取得了很好的效果。下面列举几个成功的注水泵润滑油监测实例。

1. 实例一

2007年1月商二注注水泵的检测结果中4号泵DL值为143.6, 对比前几个月的检测结果急剧升高 (见表1) , 对该油样制作铁谱片, 发现有大量的白色游离铁系疲劳磨粒, 且受过高温, 个别磨粒边缘部分温度较高已呈蓝色, 中间部分温度低呈现草黄色。从而判断设备存在异常磨损情况, 建议检查设备。

经检查发现曲轴联杆瓦座固定螺丝松动, 并有2颗已脱落。由于检查及时, 未造成大的设备故障, 螺丝紧固后, 设备运转正常。

2. 实例二

2010年11月, 商二注6号泵直读数据DL值128, 铁谱片显示沉积链粗大、浓密, 有大量游离铁系磨粒, 建议检修设备。

经检查发现6号泵西一划道十字头销子固定螺丝脱落, 滑道轻微拉伤。若不及时进行大修, 可能会引起滑道报废、联杆卡死断裂等重大故障。经过简单维修后设备运转正常。

3. 实例三

商三注2011年6月13日铁谱检测3号泵DL值为136 (见表2) 。制作铁谱片分析发现有少量切削磨损和大尺寸疲劳磨损铜粒, 部分铜粒边缘有回火色, 从而判断设备存在异常磨损。建议立即检查设备, 重点为十字头销子铜套部位。

检查发现该泵东一、东三十字头铜套和十字头发生相对滑动, 如发现不及时, 移动量加大将堵塞润滑油道, 发生重大设备故障。目前, 更换铜套后设备运转正常。

二、应用效果

5年多来, 随着油液监测技术在我厂应用的广泛和深入, 取得了很好的经济效益和社会效益。 (1) 根据理化指标分析及铁谱分析检测出润滑油超标50余次, 监测设备实现按质换油, 避免润滑故障的发生。 (2) 预报异常磨损19次, 实现预知维修, 避免了重大故障的发生。 (3) 帮助设备维修人员判断故障4次。 (4) 平均每年创可计算经济效益30余万元。

三、总结

目前, 我厂的油液监测工作已步入正轨, 从事状态监测工作5年多来, 伴随着采油厂油液监测工作从无到有到逐渐发展的过程有以下几点体会。 (1) 油液监测工作需要认真负责、科学严谨的工作态度。确保数据的真实性、准确性、连续性。 (2) 取样时避免污染设备在用润滑油。 (3) 在工作中不断学习、不断总结、不断改进。

参考文献

[1]李柱国.机械润滑与诊断[M].北京:化学工业出版社, 2005.

[2]杨其明.磨粒分析—磨粒图谱与铁谱技术[M].北京:中国铁道出版社, 2002.

油液分析技术 篇5

许多人对润滑油并不了解, 仅把润滑油认知为只是针对齿轮轴承等部件的润滑作用, 出现问题只需更换新油便可解决, 往往把可通过润滑油诊断分析就能确立解决的事情从机械的角度去考虑, 结果徒劳无功, 延误设备修整时间。实际上润滑油从设备内部流过并流经各个运动着的中心部位, 它本身不断降解老化, 同时也夹带各部位的磨损颗粒、碎屑、泄漏物质等。因而完全可以从润滑油使用状态或品质中得到关于油本身及设备机械状态的更及时更准确的信息, 只要设备出现重大异常情况, 都会在油品的各项指标变化中得到反映。因此以油液诊断技术作为设备故障诊断的主体, 是设备故障诊断技术的首选。

一、油液诊断技术

那什么才是油液诊断技术呢?所谓油液诊断技术是指根据润滑油在使用中的变化预测设备故障及寻找故障原因, 以润滑油作为设备故障诊断技术的主体, 同时与其他几种监测方法相结合对设备故障进行诊断的一种技术手段。从润滑油着手的诊断技术内容包括:润滑油物理化学指标变化;润滑油在机体内生成沉积物;油颗粒污染度检测 (磨损颗粒, 泄漏介质) 等。其中油颗粒污染度检测是油液诊断技术最主要的方面, 主要采用的是发射光谱技术, 是对污染油液的化学成分及性能的准确测定, 目前中原油田采用的是理化性能监测与M型发射光谱及铁谱技术相结合, 针对油田用往复机械 (发动机、压缩机) 、齿轮箱故障进行监测诊断。

二、光谱分析技术

通过对润滑油中所含颗粒物作精确的实验室分析, 可以从中获得关键性的信息, 从而设计并制定出预防性维护和整修措施。而M型发射光谱满足了这一方面的需求, 它可以针对溶于油中的最小颗粒进行鉴别, 大多数为8μm或更微小的金属。我们采用的光谱仪是美国SPECTROIL公司生产的原子发射光谱仪, 它能在30秒钟同时分析出19种元素 (铁、铬、铅、铜、锡、铝、镍、银、硅、硼、钠、镁、钙、磷、锌等) 的成分和浓度值, 通过分析油液中的金属磨粒、化学元素成分, 对比不同时期在用油品中金属含量的增加程度, 了解设备的磨损情况。润滑油中关键元素变化产生原因见表1。

三、铁谱分析技术

单纯地使用光谱分析也有所不足, 微小颗粒的含量是随着设备运行时间的延长而连续增加, 一旦更换了油品, 整个过程又需要重新开始。但铁谱技术又弥补了此项缺陷, 铁谱分析主要是研究10μm以上的较大颗粒。通过铁谱分析, 可以按照大小、数量、颜色、形状和化学成分, 对油品中的磨损颗粒和杂质进行分析。只要设备处于正常的磨耗, 则颗粒的数量会保持在相对恒定的状态;而一旦进入磨损状态, 颗粒的数量和体积则会急剧增加, 排除磨损开始的时间点被发现过晚的情况。

几种分析技术的结合, 就可以有效推断出是属于齿轮磨损还是轴承磨损;还可以区分出因不同外界影响 (如窜气, 进污水) 而造成的污染颗粒和化学成分的突变, 而更准确地预测故障的原因和部位, 更全面地监测设备运行情况, 及早发现并排除故障隐患, 减少损失, 大幅提高设备故障诊断的预知性、准确性和及时性。

四、事故实例

在进行油液诊断技术的研究工作的同时, 我们也做了许多润滑油的质量跟踪工作, 根据设备的动态监测进行油液分析及时发现设备存在隐患。针对不同的监测对象, 有选择性的联合运用几种油液监测手段, 例如压缩机这种具有多种磨损形式的动力机械, 就需联合应用光分析技术、铁谱分析和理化指标进行监测, 比单一使用一种方面有效。以下便是使用润滑油理化指标分析、M型发射光谱仪、分析式铁谱仪进行故障诊断的实例。

事例一:从2008年3月到2009年9月, 我们采用油液分析技术对36套天然气压缩机组共63台设备, 进行润滑与磨损状态研究, 共监测天然气压缩机组油样390份, 出具监测报告390份。其中发现压缩机组存在异常隐患30台次, 需要停机检修12台, 实际停机10台。

2009年2月, 在对中原油田某厂送检的2#天然气压缩机油进行监测过程中, 发现2#天然气压缩机在用润滑油中铜和铅元素含量异常变化, 浓度和梯度都超过了界限值, 落入异常磨损区域。经过详细分析, 确定2#压缩机含铜和含铅部件发生了严重异常磨损, 应立即停机检修。天然气压机主要磨损无素来源见表3。

2009年2月13日, 现场设备管理人员对2#天然气压缩机进行了停机检修。检修发现, 2#天然气压缩机主机油泵的两个铜垫片脱落, 两付连杆瓦中, 一付已经严重磨损, 止推瓦和甩油环已破碎, 而且在曲轴箱润滑油中可以见到明显的铜屑。由于预报准确、及时, 现场设备管理人员采取措施有效, 避免了事故的进一步发展, 消除了曲轴断裂、压缩机爆炸等恶性事故隐患, 保障了压缩机和人员的安全。

在监测中我们发现, 冷却液泄露的情况在天然气发动机上发生的较多, 而对于天然气压缩机, 冷却液的污染程度不太明显, 发生的也很少。对于天然气压缩机的污染, 主要是由杂质和燃气所引起的, 特征元素为硅元素, 硅元素是一个具有特殊意义的元素, 它既包含着杂质污染信息和燃气系统故障信息, 同时, 在某些天然气润滑油中, 还具有添加剂元素的身份。

我们把这些信息及时反馈到现场, 现场设备管理人员根据我们的建议, 及时采取有效措施, 预防了压缩机组事故的发生和发展。

事例二:中原油田某厂输气区的3#天然气发动机, 光谱分析发现铜元素浓度值偏高, 采用铁谱技术, 制作了谱图。这是一个铜切削磨损颗粒, 因为受到高温的影响, 边缘已经出现回火蓝色, 显示摩擦副工作温度过高, 已发生异常磨损。

事例三:在某厂送检的7#压缩机油样中, 发现铅元素、铝元素的浓度值和梯度值超过了异常界限值, 说明压缩机含铝、铅的运动部件存在异常磨损, 我们给现场设备管理人员发出了预警维修建议, 在该压缩机中, 十字头瓦、衬套材料中含有铝、铅成分, 因此, 重点检修部位应为十字头瓦、轴承瓦。

经过现场设备管理人员检修发现, 十字头瓦严重磨损, 更换了十字头瓦、隔离室。检修后, 铝元素浓度值、铅元素浓度值恢复正常, 为生产单位预防了一起安全事故。

从以上几个事例可以看出, 在对天然气压缩机组在用润滑油进行监控中, 我们为使用单位提出了安全措施意见, 意见采纳率达到80%以上。被监测的36套天然气压缩机组没有发生一起特、重大安全事故, 消除了多次事故隐患, 故障发生率呈逐年下降趋势, 保障了天然气压缩机组安全、可靠运转, 有效地支持了油气生产, 社会效益显著。

总的说来, 在设备故障诊断中, 通过油液诊断分析可得到更多更及时和更深层的信息, 若再加上间接有关及虽无关但从润滑油的变化觉察到的则几乎可覆盖全部, 尤其对事前和事后设备故障原因分析有不可替代的作用。因此, 在机械设备的故障诊断过程中, 油液诊断技术起到了主导作用, 对确保设备安全运行, 节省维修费用, 提高企业经济效益具有十分重要的经济和社会意义。

摘要：文章阐述了油液分析技术的含义、主要内容及在设备故障诊断技术中的作用, 重点介绍了理化指标、发射光谱分析技术、铁谱分析技术在设备状态监测与故障诊断中的应用。

油液分析技术 篇6

一、前言

主动维修是由美国俄克拉荷马州立大学Fitch博士创立, 近年新发展起来的一种科学的设备维修模式, 以期在设备整个使用寿命中实现设备的零故障。

主动维修着重监测可能导致材料损坏的根源性参数, 其中与润滑磨损紧密相关的是油液污染度、油品性能以及温度变化等。油液监测是实现预知性维修的手段之一, 可在事后维修中用来分析机械零件失效原因, 有助于延长设备使用周期, 在定期维修中可以帮助管理人员合理延长检修周期。

二、油液监测的主要内容与手段

1. 理化指标

润滑油使用周期可分为3个阶段:新油、在用油、废油。在不同阶段, 其检测的项目和要求有所不同。

(1) 新油:应符合相关标准。

(2) 在用油:理化指标检测项目应偏重测定油品质量变化趋势。

(3) 废油:各项质量指标均超标, 只有经过油品再生处理后按质对口使用。

2. 光谱分析

新油的金属成分来源于添加剂, 在用油中的金属成分除添加剂外更多的是来源于机械零件磨损与污染。因此, 测试润滑油中金属的含量及变化趋势, 可以了解在用油受到的污染及设备磨损程度。

设备在投入使用前, 除对所选用的油进行各种理化指标测试外, 还应检测油中金属的含量, 并做好记录存档保留。这对检验新油质量、按质换油及设备故障分析工作都有参考价值。

常用的金属元素分析法有转盘电极发射光谱法 (RDE) 、等离子发射光谱法 (ICP) 、X射线荧光光谱法 (XRF) 、原子吸收光谱法 (AAS) 等, 可根据不同的检测目的选用。

3. PQ指数测试

PQ仪主要用于测试润滑油中铁磁性颗粒的浓度, 具有快速、便携、样品代表性好、测试范围较宽等特点。

PQ测试法可测出润滑油中所有铁磁性颗粒的大与小, 弥补了光谱分析时可能丢弃部分大颗粒导致结果偏差的不足。如果将两种方法结合, 会得到理想的效果。

4. 红外光谱分析

红外光谱主要用于分析有机化合物的基团, 对在用油使用过程中发生的氧化衰变趋势常用羰基吸收峰作为判据, 对污染引起的衰变也可从红外光谱不同波数的吸收峰做出判断。

红外光谱分析已有多种实验方法和标准, 可以根据润滑油的品种和用途加以选择, 如监测在用油的氧化和污染常用的标准是ASTM E2412。

利用红外光谱可以识别新油的类型 (矿物型或合成型) 及质量 (应含的添加剂类别) 、油品的真伪、油品使用中添加剂的下降、油液污染的原因等。在定期换油和按质换油管理中, 可用来判断油品是否可以继续使用。红外光谱的不足在于无法进行精确的定量分析。

5. 铁谱分析

铁谱分析主要用来对异常磨损颗粒进行图像分析, 可直接观测油中金属颗粒的尺寸、几何形态、颜色、数量及分布状态等。将红外光谱分析和铁谱分析两种方法结合使用, 则既可定性又可定量, 既可监测以小尺寸颗粒为主的正常磨损状态, 又可监测以大尺寸颗粒为主要特征的异常磨损状态。在设备出现异常磨损或失效停机时, 铁谱分析可以发挥其独有的优势。

该方法需具有实践经验的专业人员操作, 费用较高, 所以在设备正常磨损阶段不建议采用。

6. 油品污染度测试

油品的污染源分内部和外部两种, 内部污染源于油本身的氧化劣变物, 如积碳、油泥、漆膜等;外部污染有来自密封不良导致的粉尘、水及燃油、纤维的侵入及摩擦副产生的金属磨粒等。因此, 经常监测在用油的污染水平, 判断产生污染的原因并及时处理, 是油液监测的一项重要内容。

测试油品污染度常用的方法有重量法、滤膜法、遮光法、光散射法和光学显微镜法, 可做定性、半定量、定量等分析, 可根据设备运行的工况和工作环境加以选择。

颗粒计数器法可精确计出单位体积油中所含颗粒的准确数值, 特别适用于对清洁度要求较高的油品, 如液压油、汽轮机油、压缩机油、变压器油等的污染度检测, 而对发动机油和齿轮油这类黏度较高、污染较重的油品, 可选用显微镜法。

三、油液监测故障诊断案例分析

1. 液压系统失效

某深水港码头的一艘打桩船, 其液压系统处于连续作业的状态。某天深夜操作工发现油和油位降低, 补加了一桶新油, 但第二天就出现了意外停机的重大故障。紧急采集油样送检, 经光谱分析、红外与铁谱分析并进行理化指标分析后确认, 该故障系因添加的新油中含有工业废油而导致在用油严重污染引起的。该故障导致进口液压系统报废, 损失超过100多万元。

2. 船用主机磨损状态诊断

某远洋集装箱船在一次启航前的例行巡检中, 发现机油滤器上出现了大量金属颗粒物, 故当即决定抛锚待命, 等待主机滑油分析结果出来后再确认该船能否继续航行。

经过对比分析在用油、新油和滤器沉积物3个样品, 确定在用油品和发动机磨损状态均属正常, 滤器上的沉积物来源于非主机系统。基于可靠的分析结果, 该船决定按时起航, 避免了盲目停航造成的多重损失。

3. 船用舵机磨损故障诊断

某船舶公司新造的两艘船在试航过程中发现舵机运行异常, 抽取油样送检以查找原因。

通过光谱和铁谱分析发现, 其中一艘船的左、右舵机均发生严重异常磨损, 而另一艘船的右侧舵机磨损异常, 但左侧舵机的磨损状态正常。通过对比分析, 发现是装配中存在的问题后, 重新组装后问题得到了解决。

4. 发电机组冷却系统泄漏

某发电厂共有5台60万kW发电机组, 某年其中1台机组发现异常后即取油样送检。根据光谱、红外和理化分析结果判断该机组的冷却系统发生了泄漏, 而在用油虽10年未换, 理化指标和红外光谱分析显示该油当前使用性能仍正常, 无需更换, 避免了5台机组盲目停机换油造成的浪费。

5. 提高加工业生产设备润滑管理

油液分析技术 篇7

固体颗粒污染是一种普遍存在的油液污染类型, 由于其对流体装备和某些用油电气设备性能和功能上的显著危害受到人们越来越广泛的认知和重视, 所以分析油液的固体颗粒污染度对于提高设备可靠性、延长设备寿命、改善设备性能都有着重要意义, 固体颗粒污染度的测量包括对单位体积液体中的颗粒质量、颗粒尺寸分布、颗粒数以及污染等级的测量, 本文详细介绍了固体颗粒污染度的分析方法, 并就不同方法的工作原理、优缺点进行了对比分析。

2 油液中固体颗粒的来源和危害

2.1 油液中固体颗粒的来源

用油设备系统中的固体颗粒污染物主要来源于四种途径, 一是油液在生产、运输、储存和加注过程中带来的固体颗粒, 二是拥有系统内部原有的固体颗粒, 三是用油系统工作时因元件的磨损等原因产生的颗粒, 四是用油系统工作时从外部侵入的颗粒。

2.2 油液中固体颗粒的危害

2.2.1 对流体装备的危害

对运动部件容易造成磨蚀、划伤、研刮、压痕等;对伺服阀等精密元件容易堵塞动态间隙造成卡死或增大摩擦, 使液压系统造成突发性失效;对热交换部件容易造成热交换效率下降;对过滤器容易因颗粒沉积滤芯表面而增加流量阻力。总之容易引起各种故障并缩短设备寿命。

2.2.2 对电气设备的危害

对变压器油等绝缘油的电气性能的影响非常明显, 大量的悬浮颗粒在电场作用下规则排列形成导电小桥, 会显著降低油击穿电压, 影响设备正常性能的发挥或导致事故, 超高压、特高压电气设备对其危害更加敏感。

2.2.3 对油液本身的危害

固体颗粒由于尺寸很小, 因此它们具有很大的比表面积。对于一些活泼性较强的金属颗粒来说, 其能起到油液变质的催化作用, 特别是在有非溶解水存在的情况下, 这一速度更快, 从而大大降低油液的使用寿命。

3 油液固体污染度的测试方法

3.1 重量分析法

重量分析法是通过测量单位体积液体中所含颗粒的质量, 从而来确定颗粒污染度等级的, 通常用mg/L (或mg/100m L) 表示。其方法是将一定体积液体中的颗粒收集在滤膜上, 通过称量滤膜过滤后和过滤前的质量差即可测得颗粒的含量。重量分析的标准方法为国际标准ISO4405《液压传动-油液污染-用重量分析法测定颗粒污染》, 等级判定的标准方法为美国宇航标准NAS1638《液压系统零件的清洁度要求》。NAS1638给出了100毫升液体中颗粒质量的等级表, 如表1所示。

重量分析法所需的测试装置比较简单, 费用较低, 但操作耗费的时间长, 测定结果只能反映液体中所含颗粒的总量, 而不反映颗粒的尺寸、颗粒数和尺寸分布, 仅为一种定性的测量, 且由于在分析过程中滤膜质量的变化, 因而重复性较差, 对一些颗粒含量较少的试样, 常常无法得出结果, 因此这一方法目前已很少采用, 但在国内的工程车辆、化工等行业仍在采用该方法。

3.2 显微镜计数法

显微镜法是通过滤膜收集单位体积液体中的颗粒, 然后通过人工或图像处理软件对所含特定尺寸段颗粒数量进行统计从而来确定颗粒污染度等级或进行颗粒分布和污染的研究, 通常用个/m L (或个/100m L) 表示。

3.2.1 光学显微镜法

用光学显微镜测量单位体积液体中所含颗粒的尺寸分布与数量, 是20世纪80年代以前国内外普遍采用的一种常规方法 (光学显微镜见图1) 。方法标准为ISO4407《液压传动-液体污染-采用光学显微镜测定颗粒污染度》, 国家标准为GB/T20082《液压传动-液体污染-采用光学显微镜测定颗粒污染度》, 其方法是采用微孔滤膜过滤一定体积的样液, 将样液中的颗粒污染物全部收集在滤膜表面, 然后在光学显微镜下测定滤膜上颗粒的尺寸并按要求的尺寸范围计数。计数用的光学显微镜要求至少能分辨5μm的颗粒, 利用目镜测微尺或其它测微器测定颗粒的尺寸, 由于所测定的颗粒绝大多数形状不规则, 因此测量时取颗粒的最大直径, 即颗粒的最长作为颗粒的尺寸。为便于统计都要规定的一定的滤膜面积为单位面积, 通过单位面积的颗粒数计算整个有效过滤面积的颗粒数。

光学显微镜法能够直观地观察到颗粒的实际形状和尺寸, 并能大致判断颗粒的种类, 如:闪闪发光的颗粒是金属、黑色的颗粒为橡胶、条状物为纤维、暗色块状物为氧化皮等。另外, 它不受液样中的水珠、气泡的影响, 可用于乳化液和其它水基工作液的颗粒分析;不受液样黏度及污染浓度干扰, 所以比较适合对一般企业的工作液进行污染分析。且所需的设备比较简单, 费用低。但制作膜片过程繁琐, 且容易二次污染;人工计数需要的时间长, 操作人员容易疲劳, 计数的准确性很大程度上取决于操作人员的经验。随着技术的进步, 目前多数光学显微镜都配有电子摄像头, 可拍摄图像后采用图像分析软件通过计算机进行颗粒分析, 大大提高了测试效率, 并减小了人为误差和操作者的视觉疲劳。

3.2.2 电子显微镜法

电子显微镜法采用的仪器主要是扫描式电子显微镜 (见图2) , 测量方法与光学显微镜法基本相似。采用微孔滤膜过滤一定体积的样液, 将样液中的颗粒污染物全部收集在滤膜表面, 该膜上的油渍必须用超净溶剂冲洗干净, 然后将收集有颗粒的滤膜制成试样, 放入扫描式电子显微镜中, 利用电子枪发出各种物理信息, 通过对这些信息的接收、放大和显示以进行试样的颗粒分析。

扫描式电子显微镜具有放大倍数大 (从10倍到10万倍或更大) , 焦距深 (为普通光学显微镜的300倍) , 等优点不仅可以测量微小颗粒 (最小可达0.02μm) 的形状、尺寸和表面形貌, 而且可以与波谱仪和能谱仪配合进行化学成分分析, 因而在对颗粒的研究中具有不可替代的作用, 但该仪器价格昂贵, 操作复杂, 不便成为日常的颗粒度分析仪器, 目前仅在实验室中作研究用。

3.3 自动颗粒计数法

3.3.1 光阻法

应用光阻原理的典型设备是遮光型自动颗粒计数器 (见图3) , 该类仪器是目前液体颗粒污染分析中应用最广泛的一种类型, 在国内现用的自动颗粒计数器中, 绝大多数为遮光型。遮光型自动颗粒计数器的关键部件是一个由光源和光电管组成的颗粒传感器, 当颗粒随着液流通过传感器窗口时, 就会有一部分光被颗粒遮蔽和散射, 因此光的强度发生变化, 由于被遮蔽的光的量与颗粒的投影面积成正比, 传感器每通过一个颗粒, 光电管就会对应输出一个脉冲信号。根据脉冲信号的幅值和个数, 就可以换算出颗粒粒径和数量浓度。

该方法操作简单, 测量迅速、准确、重复性好。当颗粒折射率与所测液体折射率相近、油中含气泡或含水时, 会引起较大的误差;容易受油液粘度和颜色的影响, 当油液粘度过大导致达不到仪器工作流速时或颜色过深、浓度过高时需要稀释后进行。

3.3.2 流式图像分析法

该方法是数字显微技术和计算机图像分析技术结合在了一起, 其工作原理是在液流通道设置窗口, 采用高速摄像头在窗口处以一定的统计频率采集图像, 再通过图像分析用软件用设置好的算法对图像进行分析, 图像中的每一个颗粒将被统计, 根据采集单张图像时的油液体积推算出单位油液体积的颗粒分布和颗粒数 (见图4) 。

该类设备操作简单, 测量迅速, 可通过调节图像分析软件的灰度门限值消除水分、气泡对测试的影响。工作流速范围较宽。但其工作寿命相对光阻原理的自动颗粒计数器要短很多, 其高频摄像头经过一定的工作周期后拍摄的图像质量会下降, 进而影响测试准确度。

3.3.3 网式堵塞分析法

网式式堵塞自动颗粒计数法是一种半定量分析方法, 是通过测定带有均匀性微孔滤膜或滤网的流量与其两端压差特性而工作的。当被分析的试样通过滤网时, 尺寸大于微孔尺寸的颗粒将被滤网收集, 使滤网逐渐堵塞。若滤网两端的压差一定, 则试样通过滤网的流量将随着滤网的堵塞而逐渐减小;若通过滤网的流量一定, 则滤网两端正的压差逐渐增大, 而滤网流量或压差的变化与被分析试样的颗粒数有关。因此, 通过检测与流量和压差有关的参数, 就可以大致地确定颗粒的尺寸和数量, 半定量地评定工作液体的污染度。

目前的网式堵塞型自动颗粒计数器只能给出1、2或3种尺寸下的颗粒数及其污染度等级, 且其计数结果必须假定一种固定的颗粒尺寸分布通过外推来得到, 但这对于大多数实际颗粒分布是不成立的。网式堵塞型自动颗粒计数器是新近几年发展起来的, 目前在国内应用较少。

其优点是测试结果不受试样状态的影响, 可以分析混合液、乳化液、深色试样和含空气的试样, 且其结果不会由于混入空气、水或者高浓度的颗粒而失真。不足之处是测量误差较大, 只能用于半定量分析。

3.4 显微镜对比法

显微镜对比法与光学显微镜法基本相同, 只不过显微镜对比法是将过滤样液制成的样片 (其制备方法与光学显微镜法相同) 放在专用的显微镜下与标准污染度等级样片进行对比, 而不需进行各种颗粒尺寸计数, 根据颗粒分布确定样液的污染度等级, 即样液中所含的颗粒浓度。

测试所用的对比显微镜由一组目镜、两组物镜和两个工作台 (测试样片台和标准样片台) 组成 (见图5) 。标准样片台为一可以转动或沿轴向移动的圆盘, 在圆盘上装有各种污染度等级的标准样片, 转动或移动圆盘可以将任一个标准样片对准在物镜的下面。测试时, 将所测样液制成的滤膜样片放在测试样片台上, 通过调节焦距, 使测试样片和标准样片上的颗粒分布在同一个视场内显现清晰的图像, 如图6所示。对比左右视场内的颗粒分布, 转动标准样片台, 选择合适的标准污染度等级样片, 当左右视场内的颗粒分布基本一致时, 则所选择标准样片的污染度等级即为被测样液的污染度等级。带有摄像头的普通光学显微镜也可采用这种方法进行, 方法是将污染度标准样片以一定的放大倍数通过摄像头采集到计算机中, 再把所测样液制成的滤膜样片图像以同样的放大倍数采集到计算机中, 然后在计算机上进行对比分析, 可有效降低视觉疲劳。

显微镜对比法使用的设备简单, 费用低, 检测时间短, 操作简便, 是一种适合于现场进行液体颗粒污染度分析的简易方法。但不能提供具体的颗粒分布, 是一种定性分析方法。

4 结论

油液颗粒污染度分析方法有很多种, 每种方法都有其特点, 而油液污染控制又是一种十分重要的工作, 广大污染控制人员必须全面准确的认识油液污染检测技术和相关标准, 掌握各种测量方法的技术原理、适用范围和测量结果的敏感影响因素等内容, 才能准确真实的了解油液污染状况, 为下一步经济合理的进行油液污染控制提供依据。

参考文献

[1]GBT511-88石油产品添加剂和机械杂质测定法[S].

[2]GJB380.5-2004用显微镜计数法测定航空工作液的固体污染度[S].