油液分析技术的应用与发展概况

油液分析技术的发展概况及宝钢设备状态 监测受控点管理模式介绍
上海宝钢工业检测公司 刘仁德
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一、 概
述
在欧共体国家中每年用于维修的经费总额 大约是850亿到 亿到1100亿英镑，它相当于欧共体国 亿英镑， 大约是 亿到 亿英镑 家年产值的5%，等于荷兰全年工业总产值；同 家年产值的 ，等于荷兰全年工业总产值； 时在欧共体国家的35万个工厂中大约有 万个工厂中大约有200万人 时在欧共体国家的 万个工厂中大约有 万人 员从事维修方面的工作。另一项调查指出， 员从事维修方面的工作 。 另一项调查指出 ， 在 英国每年用于维修的经费总额大约是140亿英镑 英国每年用于维修的经费总额大约是 亿英镑 它相当于英国全年产品销售额的5%，亦相当 ，它相当于英国全年产品销售额的 ， 于英国全年贸易赤字的2倍 于英国全年贸易赤字的 倍。
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运动粘度是反应液体粘度大小的一个表示 运动粘度是反应液体粘度大小的一个表示 方法， 是用毛细管粘度计来进行测定的。 方法 ， 是用毛细管粘度计来进行测定的 。 它 是流体润滑材料最重要的性能。 是流体润滑材料最重要的性能。 粘度大的润滑油能够承受大的压力负荷， 粘度大的润滑油能够承受大的压力负荷， 不易从摩擦面挤出来， 不易从摩擦面挤出来 ， 并保持一定厚度的油 膜 ； 但粘度过大则不能流到配合间隙很小的 两摩擦面间，因而不能起到润滑作用。 两摩擦面间，因而不能起到润滑作用。 对液压油而言， 对液压油而言，粘度的大小直接影响设备 工作的性能， 如液压动作的灵敏性， 工作的性能 ， 如液压动作的灵敏性 ， 液压力 的传递以及供给等。 的传递以及供给等。
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油液分析技术的机理和分析内容汇总表
油液分析技术 机 理 油品物理、化学性能指标的变化， 油品物理、化学性能指标的变化，反映油 品的劣化变质程度，表明润滑油的润滑性能 品的劣化变质程度， 下降，超过一定数值则该润滑油成为废油。 下降，超过一定数值则该润滑油成为废油。 燃油稀释、水分污染、 燃油稀释、水分污染、杂质污染 杂质污染 通过测量物质燃烧时发出的特定波长、一 通过测量物质燃烧时发出的特定波长、 定光强度的光， 定光强度的光，从而检测磨粒的元素成分及 含量浓度、监测设备运行状态、磨损趋势、 含量浓度、监测设备运行状态、磨损趋势、 判断磨损部位 分析内容 粘度、 酸值、 碱值、 闪点、 水分、 粘度、 酸值、 碱值、 闪点、 水分、 机械杂质、积炭、硝化、硫化、 机械杂质、积炭、硝化、硫化、 氧化、 氧化、乙二醇 颗粒数 金属磨粒元素成分和含量浓度 值； 添加剂元素成分浓度； 添加剂元素成分浓度； 杂质污染元素成分及浓度 杂质污染元素成分及浓度
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油样分析技术是借助对该系统有代表性油 样的分析来实现机器状态监测和故障诊断的， 样的分析来实现机器状态监测和故障诊断的 ， 它是近十几年迅速发展起来的用于机械设备 状态监测的新技术， 尤其在发动机、 状态监测的新技术 ， 尤其在发动机 、 齿轮传 轴承系统、 液压系统等方面， 动 、 轴承系统 、 液压系统等方面 ， 该技术取 得了显著的效益，获得了广泛的应用。 得了显著的效益，获得了广泛的应用。
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由此可见， 由此可见，维修是工业生产成本中一项巨 大的支出，它涉及到大量的人力、物力和财力。 大的支出，它涉及到大量的人力、物力和财力。 维修工作在很大程度上取决于设备使用和维修 人员对该设备的了解， 人员对该设备的了解，所以建立有效的维修系 统可以大大减少停机时间和节约维修费用。 统可以大大减少停机时间和节约维修费用。要 实现这个目标， 实现这个目标，可以通过设备状态监测正确了 解设备的运行状况从而作出及时的判断和正确 的维修决策来实现。 的维修决策来实现。
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影响油样正确采集的几种因素： 影响油样正确采集的几种因素： （1） 油液过滤器的滤清作用； ） 油液过滤器的滤清作用； （2） 颗粒在油液中的沉降作用； ） 颗粒在油液中的沉降作用； （3） 颗粒在固体表面的粘附效应； ） 颗粒在固体表面的粘附效应； （4） 颗粒反复通过机器运动表面时进一步破 ） 碎细化； 碎细化； （5） 颗粒的氧化效应； ） 颗粒的氧化效应； （6） 颗粒的化学腐蚀； ） 颗粒的化学腐蚀； （7） 油液的耗损。 ） 油液的耗损。
是由于磨损造成的。 中 50%是由于磨损造成的。 对于齿轮来说 ， 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 的故障是由于润滑不当、 的故障是由于润滑不当 外来污染、 轴承失效、 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 负荷运转造成的 ； 其中 的故障是与磨损 有关，49%的故障是与过载有关。 对于滚动 有关， 的故障是与过载有关。 的故障是与过载有关 轴承来说， 轴承来说 ， 40%的故障是由于润滑不当造成 的故障是由于润滑不当造成 其中有10%的故障是在轴承正常疲劳寿 的 ， 其中有 的故障是在轴承正常疲劳寿 命期内发生的。 命期内发生的。
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铜片腐蚀性指油液对有色金属（ 铜片腐蚀性指油液对有色金属（铜）的腐 性指油液对有色金属 蚀程度。 把经过磨光的干净铜片浸入试油中， 蚀程度 。 把经过磨光的干净铜片浸入试油中 ， 再把存试油的试管放入规定的油浴中， 再把存试油的试管放入规定的油浴中 ， 以规 定的时间把铜片取出， 洗净后， 定的时间把铜片取出 ， 洗净后 ， 与腐蚀标准 色板进行比较，以评定其等级。 色板进行比较，以评定其等级。 腐蚀原因有油品的精制程度， 腐蚀原因有油品的精制程度，如少量活性 的含硫化合物和水溶性低分子有机酸引起； 的含硫化合物和水溶性低分子有机酸引起 ； 此外油品受氧化后也会产生氧化产物， 此外油品受氧化后也会产生氧化产物 ， 这些 物质对金属都有腐蚀性。 物质对金属都有腐蚀性。
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水分是指油品中含水量的百分比。 水分是指油品中含水量的百分比。 是指油品中含水量的百分比 水分的存在会使金属产生锈蚀， 水分的存在会使金属产生锈蚀，降低油品 润滑性， 使油品更易蒸发和起泡， 润滑性 ， 使油品更易蒸发和起泡 ， 还会加速 油品水解和氧化， 油品水解和氧化 ， 产生沉淀物和腐蚀性物质 等 ， 所以合格油品中应无水分或只有水的痕 迹。 油中的水分主要是在储运、 油中的水分主要是在储运、保管和使用过 程中由外界混入的。 程中由外界混入的。
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三、如何采集具有代表性的油样
由于油液中的各种组分、 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， 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， 它们以不连续的分散相存在 ， 特别是润滑油 中的磨损颗粒， 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， 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。 这就给取出具有代表性的油样带来了困难。
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美国每年用于维修的费用大约是3000亿 亿 美国每年用于维修的费用大约是 ~5000亿美元 ； 如果在维修管理 、 设备故障 亿美元； 亿美元 如果在维修管理、 诊断方面加以改进，可以减少的费用。 诊断方面加以改进，可以减少的费用。
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壳牌石油公司对机械故障作了分类统计： 壳牌石油公司对机械故障作了分类统计：在柴 油机 中 ， 30%的故障是由于污染造成的 ， 其 的故障是由于污染造成的， 的故障是由于污染造成的
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酸值是中和1 酸值 是中和1克油中酸性成分所需碱的毫 是中和 克数， mgKOH/g表示 表示。 克数，以mgKOH/g表示。 一方面， 一方面，酸值是控制和反映油品精制程度 的重要指标之一， 油品精制深度愈深， 的重要指标之一 ， 油品精制深度愈深 ， 其酸 值愈小。 值愈小。 另一方面， 另一方面 ， 油在储存或使用中由于一定温 度下， 与空气中的氧发生化学反应， 度下 ， 与空气中的氧发生化学反应 ， 生成一 定量的有机酸。 此时， 油品的酸值越大， 定量的有机酸 。 此时 ， 油品的酸值越大 ， 说 明油品衰 越严重， 明油品 衰 变 越严重 ， 也是判定油的废旧程度 重要指标 指标。 的重要指标。
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在机器的润滑系统中， 在机器的润滑系统中 ， 最常用的两个取样 点是润滑油油箱 回油管处 油箱和 点是润滑油油箱和回油管处。 油箱内油流动缓慢， 油箱内油流动缓慢 ， 由于磨粒沉降等效应 的影响， 的影响，给取出具有代表性磨粒的油样增加了 难度， 难度，因此在回油管取样比在油箱中取样有较 大的优越性 。
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理化、 理化、颗粒计数分析则主要是监测油品的 衰变程度： 氧化程度、 聚合程度、 衰变程度 ： 氧化程度 、 聚合程度 、 被污染程 度 、 被燃油和水稀释程度以及添加剂成分的 损耗程度等。 损耗程度等。
பைடு நூலகம்
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（2） 分析功能： ） 分析功能： a 监测设备、诊断故障、失效分析、预测 监测设备、诊断故障、失效分析、 预防； 预防； b 推行状态监测，实行视情维修，降低维 推行状态监测，实行视情维修， 修费用，合理地利用设备的效益； 修费用，合理地利用设备的效益； c 保证油品的质量，判断油品的被污染和 保证油品的质量， 变质程度； 变质程度； d 延长润滑油的使用期限； 延长润滑油的使用期限； e 制定合理的设备磨合规范。 制定合理的设备磨合规范。
理化指标 颗粒计数
光谱
铁谱
借助高梯度、 磨粒尺寸、数量、形貌、 借助高梯度、强磁场的铁谱仪将油液中的金 磨粒尺寸、数量、形貌、成分 属磨粒有序地分离出来， 属磨粒有序地分离出来，通过分析这些磨损 颗粒的形貌、大小、数量、成分， 颗粒的形貌、大小、数量、成分，从而对机 械设备的运转工况、 械设备的运转工况、关键部件的磨损状态及 磨损机理进行判断
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取样位置的选择： 取样位置的选择：
由于油液中的磨粒平衡浓度及达到平衡浓 度所需的时间与机器的工作状态有关， 度所需的时间与机器的工作状态有关，而且整 个润滑系统中各部分的磨粒浓度是不同的， 个润滑系统中各部分的磨粒浓度是不同的，因 此从处于运转状态的机器中取出油样时， 此从处于运转状态的机器中取出油样时，应在 某些特定工况下于润滑系统的某一固定位置上 进行，且取样位置应选择在过滤器前。 进行，且取样位置应选择在过滤器前。
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目前在工业发达的国家中， 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。 断的不可缺少的方法之一 ， 占有重要的地位 。
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二、油液分析技术的机理和分析内容
（1） 分析内容： ） 分析内容： 主要包括磨粒分析、油品理化分析、 主要包括磨粒分析、油品理化分析、颗粒 计数分析等方面内容。 计数分析等方面内容。 其中磨粒分析指油样中所含磨粒的数量、 其中磨粒分析指油样中所含磨粒的数量、 大小、形态、成分及其变化。 大小、形态、成分及其变化。
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在设备的状态监测中， 在设备的状态监测中，主要对润滑油或液 压油的以下指标进行常规分析内容如下： 压油的以下指标进行常规分析内容如下 ： 运 动粘度、 酸值、 水分、 铜片腐蚀、机械杂质。 动粘度 、 酸值 、 水分 、 铜片腐蚀 、 机械杂质 。 宝钢股份对在用机械油建立了有关企业标 并规定容量大于500 500L 准 ， 并规定容量大于 500L 的油箱进行更换新 油时，必须有检测报告，避免无序换油。 油时，必须有检测报告，避免无序换油。
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四、油液分析技术的分类介绍 1.油品理化分析
它是通过检测油液本身的性能及其组成， 它是通过检测油液本身的性能及其组成，掌 握油液在使用过程中的变化情况。 握油液在使用过程中的变化情况 。 油液质量的 好坏， 将直接影响机器的正常状态， 好坏 ， 将直接影响机器的正常状态 ， 因此检测 油液品质的变化是设备诊断的一种常用手段。 油液品质的变化是设备诊断的一种常用手段。 分类： 分类：油液物理化学性能的分析和油液中化 学组分的分析。 学组分的分析。