油液分析资料

油液监测技术
1 、油液的分类
全损耗系统用油风动工具油脱膜油热传导油齿轮油暂时保护防腐压缩机油汽轮机油内燃机油热处理油
2 、润滑油的作用
1、减磨
2、密封
3、冷却
4、清洗
5、防腐
据介绍，机械设备的失效70%以上是由磨损引起的，相互接触而又有相对运动的机件均存在磨损，为了减少磨损，常采取向摩擦副之间加入某种物质以改变原来的摩擦状态，以延长零部件的使用寿命，这种措施叫润滑，能起到润滑作用的物质被称为润滑剂，所以，机器或设备的润滑剂中包含有丰富的摩擦副工作信息特别是磨损信息。

●那么，如何获取这些丰富的信息呢？油液监测技术
3、油液监测技术：以机械润滑油样作为分析对象,借助现代分析仪器，通过分析被监测设备的油液的性质变化和携带的磨损微粒的情况，获得设备润滑和磨损状态的信息，评价设备的技术状态和预测故障部位，并确定故障原因、类型的技术。

可以把设备诊断中的油液分析比如人体化验血来诊断疾病。

油液监测是一门新型的综合性工程技术，是大型机械设备状态监测和故障诊断的有效手段，在各行业中发挥重要作用。

油液监测技术
4 、油液监测作用:通过对油品的理化指标、污染度检测、光谱及铁谱数据的综合监测分析：能有效可靠的分析评定新油及设备在用油的质量；
发现在用油的劣化程度及污染原因，为设备提供合理润滑方式和换油周期，节约用油成本；也能预测设备的磨损情况，诊断故障部位、原因和程度，指导设备视情维修。

效果－按国外经验推算，我国仅从改进机械设备润滑、采用节能润滑技术和节能型润滑剂，近期可节约重油200万吨，电力100亿KWH，总价值折合60亿－100亿元人民币。

同时由于搞好机械设备的润滑与监测维修，减少因摩擦、磨损而更换零部件所造成的停机误产所产生的效益约为300亿－500亿元人民币。

5 、组成:油液监测技术至今已陆续组成以光谱技术、铁谱技术、颗粒计数技术、红外光谱技术、理化分析技术为基本硬件构架，和以数据库、诊断库、知识库为基本软件平台的油液监测系统。

红外光谱技术只反映分子结构的信息，对原子、溶解态离子和金属颗粒都不敏感，换言之在通过油液分析对设备状态进行监测时，红外光谱仪不能代替原子发射（吸收）光谱仪、铁谱仪、颗粒计数和理化性能分析。

因此在以设备状态监测为目的的现代油液分析技术中，此五种技术－－红外光谱分析技术、原子发射（吸收）光谱技术、铁谱技术以及颗粒计数技术和理化分析技术既各自独立存在又相互补充，成为用于油液监测的工业摩擦学实验室的基本配置。

6 、油液的监测技术方法
油液的监测技术方法很多，主要的有以下六种：
1、理化分析技术4、污染度测试(颗粒计数)
2、磁塞检测法5、光谱技术
3、红外光谱技术6、铁谱技术
主要油液监测技术的比较
一、油液的理化分析
物理性能指标－主要的有粘度、水分、闪点、机械杂质、斑点测试、抗氧化性、抗乳化性、抗磨性等。

化学性能指标－主要的有总酸值、总碱值、防腐性、防锈性、氧化安定性、添加剂元素分析。

油液的理化分析项目
◆粘度是润滑油的最主要性能指标，它表示滑油的承载能力和流动性，粘度是各种机械设备选油（换油）的主要依据。

设备润滑主要靠润滑油膜起减磨作用。

粘度太小：难以形成足够厚度的润滑油膜，不能起到有效的抗磨作用；
粘度太大：将增大机械的运动阻力，冷却和冲洗作用变差。

综合考虑：在保证良好润滑的前提下，尽可能选择低粘度的润滑油。

粘度检测作用:作为机械设备选油（换油）的主要依据,也是检测机械设备故障的一种手段。

例如：广东湛江港务局某船舶柴油机原来使用的是CC40级柴油机油，由国内某著名润滑油公司生产。

但在使用过程中发现油的粘度增加较快，还未到换油周期就增加到粘度的上限报警值。

对此有关技术人员认为是该油级别较低所造成的，改用CD40级柴油机油，但在使用一段时间后仍发现粘度还是增长较快，故怀疑该机油质量有问题，并且希望找出机油粘度增加过快的原因。

粘度上升的原因很多，首先确定有关检测项目，从检测数据的变化来分析在用油品粘度升高的原因，下表是对该机所用新油和旧油的有关检测结果。

原因分析从上述检测结果来看，新油的检测结果符合CD40柴油机油的质量标准，旧油的总碱值和添加剂元素含量下降不大，基本上在正常范围，说明机油的有关添加剂性能还稳定。

另外旧油的水分含量也在正常允许范围，但旧油的粘度和不溶物都较高，超出了换油标准。

排除新油的质量问题，从柴油机的运行状况来分析，导致机油粘度上升的原因主要有柴油机持续高温运行、柴油机漏气严重、油品使用时间过长，以及油中进水等多方原因。

现场了解柴油机冷却系统很好，且很少持续高温运行，油中也未进过量水分，使用时间也未达
到检修期。

从检测数据来看，旧机油不溶物含量较高，用铁谱分析方法观察到油中有较多的油泥。

这表明旧油的不溶物主要是由高温氧化形成的油泥所组成。

油泥增加，势必使油品的粘度上升，由上述分析基本推断润滑油粘度上升的原因可能是因燃气泄漏，使柴油机曲轴箱中润滑油局部高温氧化，造成了油泥的增加。

港务局船舶公司在接到检测分析报告后，对柴油机进行解体检查。

发现该机的缸套、活塞环尺寸普遍都超出了规定范围。

原因是该机在上次大修时，因进口备件较贵，采用了国产活塞环，在装配及活塞环尺寸上有些问题，从而导致了缸套和活塞环的配合间隙过大，大量燃气进入曲轴箱，使油品严重氧化。

后更换为原柴油机厂进口的活塞环，并全部使用新油，柴油机运行一段时间后，在用润滑油的粘度仍保持正常。

油液监测技术
◆润滑油中的水份指润滑油中含水量的重量百分比，润滑油中含有水分时可加速滑油的变质并使机器的磨损加剧。

当滑油中水分含量小于0.03%,则认为是痕迹（合格），润滑油中的水份越少越好。

水份的影响
1 、水分会促使油品乳化，降低油液粘度和油膜强度，使润滑效果变差；
2 、加速油液的氧化，特别是在有铁、铜、锰等金属微粒存在的情况下，水与空气中的氧使油液迅速氧化（氧化速度几十倍），生成粘稠状的复合物，俗称油泥；
3 、水能分解油液中的某些添加剂，形成能腐蚀金属表面的酸，使酸值增加，加速对金属的腐蚀；
4 、低温时，水分使润滑油流动性变差，高温时，水分发生汽化，不仅破坏油膜，而且产生气阻。

在1800F的温度下，当一加仑的油里含有一滴水时，就会破坏锌抗磨添加剂
必须将乳化水的含量控制在100ppm下。

二、磁塞检测法
磁塞检测法是最早出现的一种检查机器磨损状态的简便方法。

它是在机器的润滑油路系统中插入磁性探头（磁塞）用已搜集悬浮在润滑油中的铁磁性磨粒，并定期观察所搜集到的磨粒大小、数量和形态以判断机器的磨损状态的一种检测方法。

缺点：
只能用于铁磁性磨粒的检测；
当出现大于50以上的大磨粒时，才能显示其较高的检测效率。

观察方法：
肉眼；放大镜（10－40）；铁谱显微镜。

三、红外光谱
利用红外傅立叶变换进行分子光谱分析以判断油液的性能，通过油液中的硝化物、硫化
物、抗氧剂损失、水分、燃油等的含量以判断油液的劣化程度。

原理－当用一束具有连续波长的红外光照射一物质时，该物质的分子就要吸收一部分光能，并将其转变为分子的振动和转动内能，若将透过物质的光进行色散，就可以得到一条谱带（光谱图），不同的分子具有不同的振动和转动内能（不同光谱图），根据待监测油样的红外光谱中吸收峰的强度、位置和形状，就可以判断相应物质的存在和含量。

应用
无论应用何种方法检测润滑油中燃料含量都是非常困难的。

燃料和润滑油的主要差别在于它们的分子量（或沸程）和芳香性组分含量的不同，燃料具有降低的沸程和较高的芳香性组分含量。

红外光谱技术正是通过芳香性组分的红外吸收来判断润滑油中的燃料水平。

对于汽油稀释，红外吸收位于750cm-1附近；
对于柴油稀释，红外吸收位于800cm-1附近；
一般地燃料稀释的读数大约为50A.cm-1
严重的燃料污染的读数超过70A. cm-1时。

四、污染度测试
进行污染度测试的仪器是颗粒计数器、润滑油污染测试仪，颗粒计数是对油液内的颗粒进行粒度测量，并按预选的粒度范围进行计数，从而得到有关磨粒粒度分布方面的信息以判断机器磨损的状况。

也就是评定油液内固体颗粒(包括机械磨损颗粒)污染程度的一项重要技术，可与铁谱技术联合应用于液压油的监测。

油液的污染种类：
主要包括：颗粒、水分、空气、热和微生物污染等。

其中对油液使用性能影响最大的就是颗粒和水分污染，其次为空气、热污染。

通常意义上所说的污染就是指颗粒与水分污染。

国际标准化组织统计：液压系统故障的75-80%是油液颗粒污染所致；英国液压机械研究联合会（BHRA）及国家工程试验（NEL）对117台液压设备进行了为期三年的研究结果表明，55%的故障直接归因于系统油液中颗粒污染物的存在。

例子－上海铁路局工务段通过多年对各种机械设备液压油的监测，总结出液压油经过一年的使用后理化指标大多合格，只是污染度超标的规律。

在开展油液监测之前，在用的20台机械均采用每年度一律换油的液压油管理方式，浪费很大。

通过油液监测，再利用精细滤油机过滤后，在受监控的25台机械中，一年仅有4台更换液压油，还不到总量的1/5，以平均每台机械的液压油量为150L计算，可减少油料供应逾3000L，节约支出五十万元以上，由此产生的经济效益十分可观。

润滑油污染测试仪器
通过检测可以达到以下几个目的：
掌握机器主要摩擦副的磨损状态。

掌握机器主要摩擦副的磨损趋势，预测和诊断机器因磨损而引发的故障。

掌握润滑油品质衰败状况，确定合理地换油周期。

结合检测数据，综合掌握机器技术状态，指导使用、管理和阶段性的集中检修。

为确定各型号的润滑油检测标准积累数据资料。

五、油液光谱分析特点：
可在30秒钟内精确分析出油液中近20种（最多可达32种）元素的（PPM级）含量，可分析润滑油和液压油中的各种磨损金属元素Fe、Cu、Al、Pb，添加剂元素S、P、Ca、Ba 和外界污染元素Si的浓度。

1 、通过测量磨损元素的成分和含量，根据设备运动摩擦副零件的材料构成，可以判断磨粒产生的可能部位。

(例如)
2 、通过测量添加剂元素及污染物的成分及含量，根据润滑油的性能要求，可以判断润滑油的劣化变质程度；
3 、通过测量磨损元素的变化率，可以判断摩擦副的磨损趋势及其严重程度，对机械设备的运行状态进行监测；
4 、通过观察元素含量的变化趋势，可分析燃油中的金属元素，确证燃油是否满足燃气轮机制造商制定的燃油规范，监控燃油处理的效果。

优点：
1、速度快30秒；
2、精度高PPM微量级；
3、取样少，可同时进行多元素测定，适用范围广；
4、自动化程度高，有多种连锁保护。

测量结果人为因素少。

缺点：
1、检测的磨粒尺寸比较小，2微米效率最高，最大尺寸不超过10微米；
2、不能提供磨粒的形态、尺寸、颜色等直观形象的信息，因此光靠光谱分析的结果直接对摩擦副的状态作出判断有很大的困难；
3、价格较贵。

六、铁谱分析
铁谱分析技术是利用高梯度的磁场，将油内磨屑颗粒与油液及杂质分离，并使其按一定规律，沉积在置于磁场上方的玻璃片上，形成谱片，再利用铁谱显微镜对谱片上的磨屑进行大小、形状、色泽、表面纹理等的观察、磨损类型的识别的技术。

可与光谱联合应用于柴油机的工况监测和故障诊断分析。

1、铁谱分析原理
在高梯度的强磁场作用下，将在用润滑剂或工作介质中的铁磁性颗粒按尺寸大小依次沉积在透明载体上以进行测量、观察和分析的技术。

2、铁谱分析技术的仪器组成和分析步骤？
铁谱分析系统组成：
1）直读式铁谱仪2）分析铁谱仪3）铁谱显微镜4）读数器
1）直读式铁谱仪
原理－由永久磁铁、虹吸泵、光电传感器、玻璃沉淀管和信号放大、显示装置组成。

这种仪器可获取2个反映样品磨粒浓度的数值，操作简单，分析速度快，适用于对设备作初步诊断。

玻璃沉淀管装在倾斜的永久磁铁上方，利用虹吸泵使试样经过毛细管，然后流至废液杯。

当试样在沉淀管内流动时，在永久磁铁的磁场力的作用下，试样中的磨粒沉淀在管的内壁，两束相距5mm的光线穿过磁铁照射到沉淀管上，第1道光束的位置接近沉淀管的入口端，大磨粒（大于5µm）和部分小磨粒沉积在这个位置。

第2道光束的位置是小磨粒（1~2µm）沉淀处。

在沉淀管的光线照射的上方，设置了2个光电传感器，其接受的光强率减量反映出这2个位置处的磨粒数量。

光电传感器的信号经过放大和转换，然后用数字显示出来。

大磨粒读数值用“Dl”表示，小磨粒读数值用“Ds”表示。

YTZ-3/5型直读式铁谱仪
1、仪器配有32K的EEROM存储器，可存储数百个油样读数，并且掉电不丢失；
2、仪器还配有RS232和USB接口，数据可导人U盘，方便携带和转移，也可以上传至电脑；
3、仪器有配套光盘，可以对采集过来的数据进行进一步数据分析和处理，绘制成曲线和打印成报表等；
4、YTZ-6：配有网络接口，可实现远程控制，不必亲临现场也可控制仪器完成数据采集。

直读铁谱仪
特点1: 新型磁场，薄膜开关面板，大屏幕LCD造型美观，简洁流畅；
特点2: RS232，USB和Internet 输出方式(可建立远程的LIMS系统)
2）分析式铁谱仪
原理－由磁铁（电磁铁或永久磁铁）、蠕动泵（亦称微量泵）或气压泵、输油导管、回油管及玻璃基片等组成。

这一仪器用于制备铁谱片，实现磨粒从试样中分离。

其工作原理为：在磁铁上倾斜地安放一张玻璃基片（倾斜角度为1°～2°左右）蠕动泵的滚轮外缘装有输油导管,输油导管的一端置于玻璃基片的上方,另一端插入盛有试样的试管中,启动蠕动泵(或气压泵),使试样以15～30mL/h的流速吸入输油导管并流至玻璃基片，然后从与玻璃的下方搭接的回油管流入废油瓶。

玻璃基片上划有U形憎油糟，使试样在玻璃基片上沿垂直于磁铁磁力线的方向由上向下流动，在重力、浮力、磁场力和粘滞阻力的共同作用下，试样中的磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上，再用四氯乙烯溶剂冲洗，去除基片上的残液，磨粒便牢固地粘附在玻璃基片上，制成了铁谱片。

对于铁磁性磨粒，按尺寸大小依次有序沉积，紧靠入口处下方沉积尺寸大于5µm的磨粒；在距铁谱片出口端50mm处沉积的磨粒，其尺寸多为1～2µm；在靠近铁谱片出口端，磨粒尺寸更小，甚至不以连续的链线状沉积，有色金属磨粒和非金属微粒不按这种规律沉积，具有随机性。

YTF-6型分析式铁谱仪（双联）
本系统利用数码技术将双光路显微镜中观察到的铁谱磨粒图象传送到计算机，利用专用软件完成图像存储、编辑、参照比对、定性判断、分析记录，报告单、存档及打印输出，从而实现铁谱图像计算机管理。

性能特点
1、采用气压方式输送油样，保持磨粒原始状态；
2、输送油样的流量可在10-30ml/h内任意选择并设有快速挡；
3、并且配有700万像素的数码相机，可将照片上传至电脑，进行进一步处理；
4、薄膜开关操作面板，大屏幕LCD显示，操作简便，造型美观大方；
5、单片机自动控制，可同时制作两个谱片，适合于各种油液分析。

3）铁谱显微镜
由反射光源、透射光源、载物台、照相机等构成。

由于铁谱显微镜有反射光源和透射光源，故又称为双光显微镜。

反射光源和透射光源可以同时使用，也可以单独使用，其光强可以分别调节。

透射光从显微镜的下部发出经过折射镜折射后向上穿过放在载物台上的铁谱片进入物镜，再通过双路镜到达目镜，从而更清晰的观察铁谱颗粒。

4）读数器
铁谱读数器是一个光密计，它的光敏元件安装在显微镜的光路内，数字显示窗口直接显示出被测谱位的磨粒覆盖面积百分数Al、As 。

磨粒覆盖面积百分数的变化即反映了磨粒的尺寸分布。

3、铁谱分析程序
第1步油液取样
取样注意事项：
取样位置取样时间取样周期取样记录
取样器具（包括油样瓶、取样管、取样器等）要清洁干净，防止污染；二次取样时应采用两根取样胶管。

第2步: 油液预处理
1.样品加热：将盛有润滑油样品的瓶子放入干燥箱中，使样品在65±5℃的温度下，保持30分钟，目的是使样品的粘度降低，便于对样品振荡。

2.振荡：手动振荡和器械振荡，目的是使因沉淀而聚集的磨粒得以分散，并使各种尺寸的磨粒都能悬浮在样品中。

3.稀释：包括浓度稀释和粘度稀释
浓度稀释---当油样中磨粒浓度高时，为避免磨粒在铁谱片上（或沉积官内）发生堆积现象影响观察与分析所采取的措施；
粘度稀释---是在油样中加入一定量的四氯乙烯，目的是降低样品的粘度，以改善油样的流动性。

第3步制谱
第4步观察分析
1）谱片的定量分析
通过加装在显微镜上的光密度计对谱片不同沉积区域（一般指大颗粒沉积区域和小颗粒区域）的透光度进行测量，检测出磨损烈度，在铁谱分析技术中，认为这个数值能反映大小磨损的数量差，称之为定量铁谱。

分析式铁谱的定量分析
分析式铁谱仪可以测量出大磨粒区和小磨粒区的覆盖面积百分比Al、As。

Al＋As－磨损浓度（也称磨损量），其值越大表示磨损的速度越快；
Al - As－磨损烈度，表征不正常磨损状态的严重程度，
I0－磨损烈度指数I0它是一个判别磨粒发展进程的指标，反映了磨损的进度和严重程度，即全面反映了磨损的状态。

直读式铁谱的定量分析
直读式铁谱仪可以直接读出大磨粒读数Dl和小磨粒读数Ds。

Dl －大磨粒读数值用“Dl”表示，主要代表大磨粒（大于5µm）和部分小磨粒的相对浓度；
Ds－小磨粒读数值用“Ds”表示，主要代表小磨粒（1－2µm）的相对浓度；
Dl+Ds－总磨损量Q= Dl+ Ds，它反映相对的磨损总量；
Dl -Ds－磨损严重度，在总磨损量中，严重磨损的大颗粒所占比重的大小，它是不正常磨损的一个重要标志。

Is－磨损严重度指数，为总磨损量与磨损严重度的乘积，
Is ＝（Dl+ Ds）×（Dl－Ds）；
WPC－磨粒浓度WPC＝Dl+ Ds/油样量，它表示每毫升未稀释油样的总磨损量，WPC的急剧增加标志非正常磨损的出现，它是目前常用的定量参数之一。

2）谱片的定性分析
利用双光显微镜（或称铁谱显微镜）对谱片上的磨屑进行大小、形状、色泽、表面纹理等的观察、磨损类型的识别，称之定性铁谱，还可以测量磨粒尺寸，鉴别其成分和测定表征磨粒数量的光密度值以及对磨粒进行显微摄影。

4、分析式铁谱分析技术的特点和应用
1）铁谱分析技术的特点
A．基本属于离线分析方法，每一个样品分析时间长；
B．不仅可以观察到磨粒的大小，还可以观察到磨粒的形貌和颜色；
可以监测摩擦副工况和研究磨损机理；
C．铁谱分析的规范化不够，重复性差，分析结果对操作人员的经验有较大的依赖性，
若缺乏经验，往往会造成误诊或漏诊；
D．要完整监测磨损工况，还需要与其它监测方法配合。

2）铁谱分析技术的最新进展
◆磨粒识别的智能化（LaserNetFines-C自动磨损颗粒分析仪）；
◆发展油液的在线监测技术;
◆铁谱分析和其它分析技术结合（如铁谱＋颗粒计数；铁谱＋光谱）。

如：铁谱技术和颗粒计数技术综合应用
LaserNetFines-C自动磨损颗粒分析仪
LaserNetFines-C自动磨损颗粒分析仪是将形貌识别和颗粒计数两种常用的油料分析技术合二为一的分析仪器，采用激光技术和先进的图象处理软件自动识别颗粒形貌分布。

对大于5μm的颗粒进行计数；颗粒按其大小，直接被分成5-15μm，15-25μm，25-50μm，大于50μm四个等级。

对大于20μm全部颗粒由神经网络技术进行形貌识别，将颗粒分成切削磨损颗粒、疲劳磨损颗粒、滑动磨损颗粒和氧化物四类。

例: 利用油液铁、光谱监测技术发现空压机拉缸故障
对XX船2#空压机进行跟踪监测中,每次抽取滑油样分析都发现有150 微米的大金属磨粒和大量小金属磨粒，结合光谱元素数据分析，Fe、Al、Cu磨损金属元素浓度超标，指出该机存在异常磨损，建议对该机进行拆检，检修人员在出航前对该机进行拆检后，发现该空压机已严重拉缸，气缸凸缘金属剥落严重，及时更换了配件，避免了一起严重的机械事故，保证了顺利执行任务，修理后的监测结果恢复正常。

油液监测分析方法的综合应用
红外光谱技术只反映分子结构的信息，对原子、溶解态离子和金属颗粒都不敏感，换言之在通过油液分析对设备状态进行监测时，红外光谱仪不能代替原子发射（吸收）光谱仪、铁谱仪、颗粒计数和理化性能分析。

因此在以设备状态监测为目的的现代油液分析技术中，此五种技术－－红外光谱分析技术、原子发射（吸收）光谱技术、铁谱技术以及颗粒计数技术和理化分析技术既各自独立存在又相互补充，成为用于油液监测的工业摩擦学实验室的基本配置。

B、诊断柴油机故障
例: 8NVD48A - 2U型柴油机油液监测
8NVD48A - 2U型柴油机是1942kW客船上的主机，每艘船舶均安装两台8NVD48A - 2U型柴油机作为左、右主机。

润滑油取样点安装在双联滤器前润滑油管道上的三通旋塞，正常取样周期为运行l00h。

客船在跟踪监测中，当左主机运行到14000 ~ 15200h期间，其铁谱读数值明显增大并起伏不定，微粒数量及尺寸亦变大，通过铁谱加热一部分微粒呈草黄回火色，另一部分微粒呈。