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机械设备的油液监测技术摘要：简要介绍了油液监测的基本方法，并用案例说明油液监测所获得的状态参数能很好反映设备的润滑磨损状态，实现设备的预知性维修和主动性维修。
前言随着机械设备日益向高速、大型、自动化与多功能化方向发展，对设备的可靠性提出了更高的要求。
设备运行后，对其进行合理的维修保养至关重要。
为满足现代大型机械设备的维修需求，工业界提出了视情维修的概念。
为实现设备的视情维修，必须依托设备的状态监测技术。
根据国外相关统计数据，机械设备70%以上的故障与磨损有关，而油液分析所获得状态参数能很好地判断设备的润滑磨损状态，因而在国外被广泛采用。
油液监测技术能有效判断机械设备产生磨损故障的原因及部位，从而使设备劣化趋势及时得到矫正，避免恶性事故的发生和发展，实现设备的预知性维修。
另一方面，油液监测能及时发现油质劣变原因和污染状态，及时采取对应措施，使设备长期处于良好的润滑状态，减少故障发生概率，延长其使用寿命，实现设备的主动性维护[1]。
1 油液分析三个方面的内容机械设备的磨损总是不可避免的。
磨损过程一般分为三个阶段，即磨合磨损、稳定磨损和剧烈磨损。
如果过快或过早出现异常磨损，则应查明原因，及时消除。
引发设备出现异常磨损的主要原因[2]如下：（1） 零部件材料加工及装配质量（如不平衡、不对中）；（2） 用油不当（如牌号不对、添加了与在用油不相溶的油液）；（3） 油液劣变导致品质下降，不能满足设备润滑要求；（4） 环境应力（如温度、湿度等）或机械应力过大；（5） 设备维护不当（如空气滤效率下降导致进入粉尘增加）。
油液监测的目的是控制设备的磨损速率，因此应能涵盖引发异常磨损的所有因素，油液监测技术主要包括三方面的内容：● 磨损颗粒分析（简称WDA）● 污染监测与控制● 润滑油品质监测磨损颗粒分析目的是了解设备的磨损状态及原因，属于预知性维修范畴，其它两方面监测的目的是为了延长设备的使用寿命，属于主动性维修范畴。
汽轮机润滑油在线监测与分析技术摘要：汽轮机润滑油在线监测与分析技术的合理应用能够有效实现对汽轮机润滑油性能指标和污染物含量实时在线监测，有效预防和预测设备故障。
文章先对汽轮机润滑油在线监测系统的原理、组成进行了分析，然后对该技术的重要性和具体应用展开了进一步的探讨研究，以供参考。
关键词：汽轮机润滑油；在线监测；分析；应用1汽轮机润滑油在线监测与分析的原理以及系统组成1.1汽轮机润滑油在线监测与分析技术的原理汽轮机润滑油在线监测与分析的原理主要基于润滑油液的理化性质和污染物颗粒等方面来监测其性能。
（1）油质分析。
通过近红外光谱分析技术监测润滑油液的化学成分，如水分、总酸值、不溶物等，以评价其质量和物理性质。
（2）污染物监测。
通过颗粒计数器和光散射技术监测润滑油液中的颗粒物和磨粒，以评价机械设备的磨损状况。
（3）红外光谱油液监测技术。
利用近红外光线对润滑油液进行光谱分析，从中检测出油液成分和浓度，判断油液的状态和劣化程度。
（4）热力学模型法。
通过建立热力学模型来监测润滑油液的状态，包括自由松散功（FSW）、耗散功（DWS）和机械损失功（MPW）等参数，以评价油液的润滑性能和机械设备的磨损状况。
（5）铁谱分析技术。
通过采集润滑油液中的铁颗粒物，以判断机械设备的磨损程度和故障隐患。
1.2汽轮机润滑油在线监测分析系统汽轮机润滑油在线监测系统由油样采集单元、油样分析设备、数据处理系统、报警系统、数据显示和存储设备以及软件系统等部分组成，其中软件系统是汽轮机润滑油在线监测分析系统的核心部分，它包括数据分析、报警设置、数据存储和查询等功能模块，可以实现自动化运行和远程监控。
油样采集单元则是通过在线或离线的方式采集汽轮机润滑油的油样，将其送入分析设备进行检测。
然后再通过近红外光谱油样分析设备对润滑油的油样进行分析，得出其品质和状况的指标数据，如油品中水分、颗粒物、金属元素等含量[1]。
之后再由数据处理系统负责对油样分析设备产生的数据进行处理和分析，根据预设的阈值和报警条件，及时发出报警信号，提醒维护人员采取相应的措施。
油液分析技术及主要检测参数不论是现场测试还是实验室检测，确定设备和油液的健康状况都需要检测好几个参数。
下面是对每个参数的介绍和典型的测试方法.粘度测试粘度是润滑油最重要的物理特性.粘度决定了润滑油的承载能力和循环能力. 通常情况下，润滑油的粘度越高承载力就越强，同时循环性就越差，因此，任何润滑油在使用时，都必须在高粘度和低粘度之间寻求平衡。
除了润滑性能之外，保证润滑油在任何情况下都具有流动性是非常重要的。
在使用过程中，一些污染物比如水、燃料、氧化和烟炱都会影响润滑油的粘度。
因此，粘度是设备润滑系统中最重要测试参数之一。
重力低落–最常用的测量运动粘度的技术方法是可控制温度的重力低落法，通常，单级油测量的是40 ℃的粘度,多级油测量的是40和100 ℃的粘度. 测量使用的毛细管粘度计是基于粘度和时间之间的关系。
润滑油粘度越高，流过毛细管的时间越长。
目前，市面上有几种标准化的毛细管粘度计在使用。
实验室大多使用玻璃毛细管; 现在最新的现场测试运动粘度的粘度计采用的是开合式铝制毛细管。
这些粘度计的毛细管设计，有的是直流的，有的是逆流的。
在直流式毛细管中, 油样贮藏室位于测量标的下方。
在逆流式毛细管中，油样贮藏室位于测量标的上方。
逆流式毛细管可以测量不透明的油样，而且有的毛细管还有第三个测量标。
三个测量标，两个连续的流动时间，逆流式毛细管可以测试不透明的油样，有些毛细管还有第三个测量标。
两个连续的流动时间和三个测量标，确保了测量的精度。
颗粒分析颗粒计数是设备状态监测的一个重要方面，监测污染颗粒数量和污染程度的工具有很多，无论是来自与外界的污染还是设备本身的磨损。
至于哪种工具是最合适的，取决于特定的应用和颗粒的类型。
例如，保持液压系统的清洁是很重要的，即使是污染程度很低的物质也会堵塞制动器和阀门，导致系统故障。
与液压系统相比，由许多可拆卸部件组合在一起的反转齿轮和传动系统能承载的磨损颗粒要多一些。
颗粒直接成像直接成像系统里面有一个配置CCD阵列的固态激光器，可以对捕捉到的颗粒直接成像，如左图所示。
油液监测与诊断技术油液监测与诊断技术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、齿轮传动、轴承系统、液压系统等诸方面，该技术取得了显著的效益，获得了广泛的应用，如表所示。
油液监测与诊断技术通常包括油液理化性能分析技术、铁谱分析技术、光谱分析技术、颗粒计数技术等，实现对油样中所含磨粒的数量、大小、形态、成分等及其变化，油品的劣化变质程度等的分析。
油液分析技术涉及的机理、分析内容及使用的仪器见表。
一、润滑剂及其质量指标（一）润滑剂的分类润滑剂可分为液体润滑剂、半固体润滑剂、固体润滑剂和气体润滑剂四大类。
l．液体润滑剂例如润滑油、水、液态金属等。
2．半固体润滑剂例如润滑脂，它是用稠化剂和润滑油制成，是一种介乎液体和固体之间的润滑材料，在一定意义上兼有二者的优点。
3．固休润滑剂例如石墨、二硫化铝等，依靠这些物质在摩擦表面形成低剪切强度，并与摩擦表面有较强附着力的固体润滑膜达到润滑目的。
4．气体润滑剂例如空气、氮气等，多用于高温、高速、轻载场合，例如高速磨头的空气轴承。
（二）润滑油性能指标1．粘度粘度是润滑油最重要的性能指标之一，是反映润滑油流动的粘性大小，决定润滑油油膜厚度的主要因素之一。
润滑油的作用就在于使润滑油在机器作功运动的摩擦表面形成油膜，该油膜起到润滑、减震、冲洗、冷却等作用。
2．油性和极压性油性和极压性是表示润滑油抵抗磨损能力的指标，油性表示油膜的吸附能力，极压性则表示在冲击载荷或高温重载荷作用时油膜不破裂的能力。
3．酸值酸值是指中和每1克润滑油中的有机酸所消耗的氢氧化钾的毫克数，单位是KOHmg／g。
当所用油品的酸值超过标准时应换用新油。
4．水分润滑油的水分是指润滑油中含水量的重量百分比数。
润滑油中水分的存在，破坏润滑油形成油膜、使润滑效果变差，并加速有机酸对金属的腐蚀作用，锈蚀设备，而且使添加剂分解沉淀。
5．水溶性酸和碱水溶性酸和碱是指溶于油品中的无机酸和碱，以及低分子有机酸和碱性氧化物，它们将强烈腐蚀设备，加速油品变质，降低油品的绝缘性能。
6．机械杂质机械杂质是指润滑油中各种沉淀物、胶状悬浮物、砂土、金属粒等杂质的重量百分比，它是反映油品纯洁度的指标。
油品中机械杂质的存在会加剧机器零件的磨损，加速油品老化，严重时还会堵塞油路及滤清器。
7．闪点闪点是表示润滑油蒸发性的指标。
在规定的条件下加热油品，当油蒸气与周围空气形成的一定浓度的混合气体时，同火焰接触时产生短暂闪火时的最低油温即为闪点。
闪点是油品的安全性指标，油品的工作温度一般低于闪点20～30℃为宜。
8．凝点在规定条件下使油品冷却到不流动时的最高温度即为凝点。
凝点是反映油品低温流动性的重要指标。
通常，油品工作温度一般应比凝点高15℃～30℃为宜。
此外，还有灰分、残炭、腐蚀、抗氧化安定性、抗乳化度、抗泡沫性等性能指标。
（三）润滑脂性能指标润滑脂是由基础油加稠化剂制成的半液体润滑剂，它适用于下面几种情况：①某些开放式润滑部位，起到润滑作用而又不会流失和滴落；②在有尘埃、水分或有害气体侵蚀的情况下，要求有良好的密封性、防护性和防腐蚀性的场合；③由于工作条件限制，而要求长期不换润滑剂的摩擦部位的润滑部位；④摩擦部位的温度和速度变化范围较大的机械的润滑以及满足某些机械设备的封存、防腐、防锈上的需要。
润滑脂的性能指标有1．外观良好的润滑脂，其颜色和稠度都应是均匀的，没有硬块颗粒，没有析油现象，表面没有干硬的皮层和稀软糊层。
2．针入度针入度是表示油脂稠度的指标。
3．滴点它是决定润滑脂使用温度的指标。
4．抗腐蚀性主要反映润滑脂对金属的腐蚀程度。
除此之外，润滑脂还有胶体安定性、机械杂质、氧化安定性等性能指标。
（四）液压油液压油的主要作用是传递液压能，其次是润滑、冷却、防锈、减震等作用，它的状态直接关系到液压机械运转的可靠性。
反映液压油性能的主要指标及其测试方法与润滑油类似，不再重复。
（五）添加剂在很多情况下，基础油很难满足摩擦副对润滑剂提出的苛刻要求。
因此，为了提高油品质量和满足使用性能还必须在润滑油品中加人少量一种或几种物质，以改善油品的某些性能，所添加的物质称为添加剂。
一般极少量添加剂，就能显著改变油品的质量，这样就可避免润滑油复杂加工过程，又可解决一些加工精制仍不能满足的特殊要求，从而扩大优质润滑油产品的来源。
二、油液性能分析对机械设备的润滑系统进行定期的油样理化性能测试分析，可以动态监测使用过程中润滑油质量变化情况，从而保证机械设备处于良好的润滑状态。
同时也可以随机监测润滑油的质量指标变化情况，从而确定最合理的最经济有效的换油周期。
三、油液监测与诊断技术运用油液监测与诊断技术，在设备不停机、不解体的情况下监测工况，诊断设备的异常、异常部位、异常程度及原因，从而预报设备可能发生的故障，是提高设备管理水平、改善维护保养的一个重要手段，也是保证设备正常运转、创造经济效益的有效途径。
该技术还可用于研究设备中摩擦副磨损机理和润滑机理，磨损失效过程和失效类型，用于进行润滑油品性能分析，新油品性能分析，确定油液污染程度以及油品合适的使用期限，用来确定合理的磨合工艺规范等。
在对机械设备进行状态监测和故障诊断时，特别是利用振动和噪声监测诊断低速回转机械及往复机械的故障较为困难时，运用油液监测与诊断技术则较有效。
油液监测与诊断采用的具体技术包括光谱技术、铁谱技术、颗粒计数技术、磁塞技术等，它们在技术原理、仪器工作原理及结构、检测油样的制备、数据处理、结果分析和应用范围等方面各具特点，选用时应予以注意。
（一）油液监测与诊断技术的实施步骤1．选择对生产、产品质量、经济效益影响较大的设备为监测对象，在深入了解该设备有关情况（功能、结构、运转现状、润滑材料及润滑系统现状等）的基础上，选择并制订合理的油液监测方案及技术。
2．选取油样，这是实施技术的重要环节。
3．制备检测油样，按照所选用的油液监测技术及仪器所规定的制备方法和步骤，认真制备。
4．将检测油样送入监测仪器，定性、定量测定有关参数。
5．进行检测数据处理与分析，视所选用的监测技术的不同，可以采用趋势法、类比法等处理数据和结果分析，进一步可应用数理统计、模糊数学等知识建立相应的计算机数据处理系统。
6．根据数据处理分析的结果，判断设备的异常、异常部位、异常程度及原因，预报可能出现的问题以及发生异常的时间、范围和后果。
7．提出改进设备异常状况的措施（包括处理异常的时间、内容、费用，具体修理方案和实施）。
（二）铁谱技术及仪器根据分离、检测磨粒的不同方法，铁谱仪主要分为分析式铁谱仪、直读式铁谱仪、旋转式铁谱仪等。
1．铁谱技术的特点铁谱技术与其它技术相比，具有独特的优势，主要是（1）．应用铁谱技术能分离出润滑油中所含较宽尺寸范围的磨屑，故应用范围广。
（2）．铁谱技术利用铁谱仪将磨屑重叠地沉积在基片或沉淀管中，进而对磨屑进行定性观察分析和定量测量，综合判断机械的磨损程度，同时还可对磨屑的组成元素进行分析，以判断磨屑产生地，即磨损发生的部位。
铁谱技术的缺点在于：对润滑油中非铁系颗粒的检测能力较低，例如在对含有多种材质摩擦副的机器（例如发动机）进行监测诊断时，往往感到不力；分析结果较多依赖操作人员的经验；不能理想地适应大规模设备群的故障诊断。
2．分析式铁谱仪分析式铁谱是种常用的、重要的铁谱仪器，主要由铁谱制谱仪、铁谱显微镜和铁谱读数器组成。
铁谱制谱仪主要用途是分离油样中磨损微粒并制成铁谱谱片，它由微量泵、磁铁装置、玻璃基片、特种胶管及支架等部件组成。
3．直读式铁谱仪直读式铁谱仪主要用来直接测定油样中磨粒的浓度和尺寸分布，只能作定量分析，能够方便、迅速而较准确地测定油样内大小磨粒的相对数量，因而能对设备状态作出初步的诊断，是目前设备监测和故障诊断的较好手段之一。
如果不仅要了解磨损微粒的数量及分布情况，而且要观察分析磨粒的形态、表面形貌和成分等因素，作出较准确的诊断，就需使用分析式铁谱仪。
4．旋转式铁谱仪分析式铁谱仪、直读武铁谱仪应用较广泛，分析技术较成熟，尤其是分析式铁谱仪同时具有定量和定性分析双重功能。
但是这些铁谱仪对污染严重的油样（例如煤矿机械或工程机械内的润滑油等）的定量和定性分析效果不好，主要是制谱过程中，润滑油中的污染物会滞留在铁谱片上，如果滞留数量较多，将影响对磨粒的观测。
5．磨粒分析运转中的设备的液压系统、润滑系统的油液必然受到污染，其污染物主要来源于三个方面：机械零部件在磨损过程中生成的磨损微粒；外界灰尘或水等物质侵人油液中；油液中添加剂反应后的余物。
实践证明，磨损微粒是最常见、危害最严重的污染物。
一方面，这些磨损微粒由各种金属、非金属材料组成，对油液起氧化、催化作用，加速油液劣化；另方面，材质较硬。
又随油液流人各磨擦表面，划伤、研伤零件表面，造成间隙增大、精度下降、振动和噪声产生。
在液压系统中，甚至堵塞油路、研伤高精度问芯配合面，造成更大事故。
磨损颗粒的数量、尺寸大小、尺寸分布、成分和形貌特征都直接与机械零件的磨损状态密切相关，它们是机械设备状态监测、故障诊断以及初期预报的重要依据。
铁谱技术的特点在于它不但能定量测量润滑油系统内大、小磨粒的相对浓度，而且能直接考察磨粒的形态、大小和成分，后者更是它的独到之处。
（1）钢铁磨损微粒的识别1）正常磨损微粒正常磨损微粒是指设备在正常运行状态下，由于滑动磨损所产生的磨损微粒。
2）严重滑动磨损微粒当滑动表面由于载荷或速度过大时，造成磨损表面接触应力迅速增大，这时开始发生严重滑动磨损。
这时剪切混合层变得很不稳定，出现大颗粒脱落。
如果表面应力继续增加，就会造成整个表面发生剥落，出现破坏性磨屑，磨损速度将迅速加快。
大磨屑与小磨屑间数量比，决定于表面应力超过极限值的程度，应力值越高，大磨屑物比例就越高。
3）切削磨损微粒切削磨损微粒类似车床切削加工产生的切屑，这种磨粒形态一般有环状、螺旋状、曲线状等。
产生切削磨损微粒的原因大约有两种：一是摩擦副中较硬的一方由于安装不良或出现裂纹，造成硬的刃边，穿入较软的一方产生磨屑。
4）滚动疲劳磨损微粒这种微粒通常产生于滚动轴承的疲劳过程中，它包括三种不同形态：疲劳剥离磨屑，球状磨屑和层状磨屑。
a．疲劳剥离磨屑是在点蚀时从摩擦副表面以鳞片形式分离出的扁平形微粒，表面光治，有不规则的周边。
b球状磨屑是在轴承疲劳裂纹中产生的，它的出现，表示轴承已经出现故障，所以球状微粒是滚动轴承疲劳磨损的重要标志。
c．层状磨屑是第三种滚动疲劳磨屑。
层状磨屑在轴承的整个使用期内都会产生，特别是当疲劳剥落发生时，这种层状磨屑会大大增加，同时伴有大量球状磨屑产生。
因此，如果系统中发现有大量层状磨属和球状磨屑存在，而且数量还在增加，就应当预报滚动轴承已存在导致疲劳剥离的显微疲劳裂纹了。
5）滚动-滑动复合磨损微粒滚动-滑动复合磨损也属疲劳磨损，它是齿轮副、凸轮副等摩擦副的主要损坏原因。
