chap油样分析技术

2015/6/26 Friday 机电设备故障诊断1

液压油和润滑油是机械设备广泛存在的两类工作油

机器运行时，在油液中携带着大量的设备运行状态的信息

特别是润滑油，在旋转机械中是必不可少的，各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中，并随之一起流回油箱。这样，通过对润滑油的采样和分析处理，就能取得设备各摩擦副的磨损状况信息，从而对设备的工作状况作出科学的判断和故障分析

光谱分析和铁谱分析是应用最为广泛的油样分析技术，同时也包括磁塞技术

6.1 概述

6.1 概述

壳牌石油公司对机械故障作了分类统计：柴油机中，30%的故障是由于污染造成的，其中50%是由于磨损造成的。对于齿轮来说，75%的故障是由于润滑不当、外来污染、腐蚀、轴承失效、维修不足和连续或短暂的超负荷运转造成的；其中51%的故障是与磨损有关，49%的故障是与过载有关。对于滚动轴承来说，40%的故障是由于润滑不当造成的，其中有10%的故障是在轴承正常疲劳寿命期内发生的。

目前在工业发达的国家中，油液分析技术正在或已经成为机械设备状态监测及故障诊断的不可缺少的方法之一，占有重要的地位。

机械在运行过程中，其磨损产物(磨损微粒)都要进入润滑油中。研究表明，磨损微粒带有许多有关零件磨损状况的信息。

不同材料制成的磨损零件，磨

损微粒的化学成分也不相同。

6.1 概述

不同磨损时期(磨合磨损期、正常磨损期、剧烈磨损期)的磨损微粒在尺寸、数量、分布等方面存在较明显的区别；

不同磨损机理(磨料磨损、粘着磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损等)作用下产生的磨损微粒，在形貌、大小等方面存在较显著的差别

第6章油样分析

6.1 概述

通过对磨损微粒进行尺寸、浓度、形貌、分布和成分等参数的定性与定量分析，便可在不停机、不拆卸条件下诊断出机械设备的磨损状况（磨损部位、磨损机理、磨损程度等）。

油样分析的对象可以是新油也可以是在用油或用过的旧油，从现代诊断技术的观点出发则主要是对在用油的分析，其目的首先是判断油液本身是否合乎使用要求，预测出磨损的发展趋势，从而确定合理的换油时间，更重要的是通过油液带来的种种信息判断机器的工作状态是否正常。

油样分析工作步骤：采样、检测、诊断、预测和处理五个步骤油样必须具有代表性，能够反映当前机械的运行状态。

由于油液中的各种组分、磨损颗粒及污染杂质在整个系统的油液中的分布是不均匀的，它们以不连续的分散相存在，特别是润滑油中的磨损颗粒，它的浓度和尺寸分布是随机器的运行工况及其它多方面的影响而变化的，这就给取出具有代表性的油样带来了困难。

在机器的润滑系统中，最常用的两个取样点是润滑油油箱和回油管处，回油管取样比在油箱中取样有较大的优越性。

6.1 概述

6.1 概述

光谱分析是一种通过检测油液中的元素原子（离子或分子）在受外界能量激发条件下，以特定波长的光的形式释放出的能量强度，来确定油液中金属元素浓度。

根据油液中某种金属元素存在与否及其含量多少，推断出这些元素的磨损发生部位及其严重程度，进而判明机器相关摩擦副的磨损状况、油液中污染成分的来源及污染水平。

光谱分析检测磨屑的有效尺寸范围为0.1~10μm，但对于大于2μm的微粒，其检测效率就大为降低

6.1 概述

铁谱分析是利用经过稀释的油液通过一块具有高磁场梯度的玻璃片或玻璃管，将油液中所含的磨粒和碎屑，按其粒度大小有序地分离开来，经过光学显微镜观察和光密度计计数，可对磨屑的来源、产生的原因以及零件的磨损程度进行定性和定量分析。

但对非铁金属的磨损颗粒的检测效果欠佳，无法有效地监测有色金属摩擦副的磨损情况。

铁谱分析检测磨屑的有效尺寸范围为1~100μm，检测范围最为宽广

6.1 概述

磁塞检测法早于油样铁谱分析技术，是在飞机、轮船和其他工业部门中长期采用的一种检测方法

其基本原理是将磁塞安装在润滑系统中的管道内，用以收集悬浮在润滑油中的铁磁性磨屑，然后用肉眼对所收集到的磨屑大小、数量和形貌进行观测与分析，以此推断机器零部件的磨损状态

磁塞检查法适用于磨屑颗粒尺寸大于50μm的情形

6.1 概述

通过油样分析，可获取如下信息

磨屑的浓度和颗粒大小放映了机器磨损的严重程度

磨屑的大小和形状反映了磨屑产生的原因，及磨屑发生的机理

磨屑的成分反映了磨屑产生的部位，亦即零件磨损的部位

将以上三方面信息综合起来，即可对零件摩擦副的工作状态作出比较合乎实际的判断

6.2 油样的光谱分析技术

光谱分析原理

原子是由原子核和电子组成，每个电子都处在一定的能级上，具有一定的能量，正常状态下，原子处在稳定状态，它的能量最低，这种状态称基态。当物质受到外界能量(电能、热能或光能)的作用时，核外电子就跃迁到高能级，处于高能态(激发态)电子是不稳定的，激发态原子可存在的时间约10-8秒，它从高能态跃迁到基态，或较低能态时，把多余的能量以光的形式释放出来，原子能级跃迁图见下图

因为每一种元素的基态是不相

同的，激发态也是不一样的，

所以发射的光子是不一致的，

也就是波长不相同

6.2 油样的光谱分析技术

油样光谱分析的优点

检出限低，灵敏度高。火焰原子吸收法的检出限可达10-9级

准确度高。火焰原子吸收法测定中等和高含量元素的相对标准差可达1%，石墨炉原子吸收法的准确度一般约为3%~5%

分析速度快。例如用P—E5000型自动原子吸收光谱仪在35min 内能连续的测定50个试样中的6种元素

试样用量小。无火焰原子吸收光谱法分析仅需试样溶液5~100μL或5~100mg

应用范围广。可测定的元素达70多种，不仅可以测定金属元素，也可以用间接原子吸收法测定非金属和有机化合物

仪器操作较简便