劉小琴，胡 桃，張 焰，劉 鵬，劉 琴

（1.重慶市科學(xué)技術(shù)研究院，重慶 400020；2.重慶市重科理化計(jì)量中心有限公司，重慶 400020）

1 潤滑油對(duì)機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的影響

在電機(jī)、油泵等設(shè)備的運(yùn)行過程中，潤滑油的作用是非常重要的。潤滑油在長期運(yùn)行下，會(huì)受到溫度、空氣、金屬催化、機(jī)械剪切等有害介質(zhì)的影響，導(dǎo)致基礎(chǔ)油氧化、裂化、聚合等一系列化學(xué)反應(yīng)，造成潤滑油的消耗和失效，同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一些對(duì)設(shè)備不利的部件，造成設(shè)備相關(guān)部件的老化和退化。此時(shí)必須更換潤滑油，保證設(shè)備正常運(yùn)行。一般來說，潤滑油的降解產(chǎn)物主要是乙烯烴氧化物質(zhì)，以及醛、酮、醇、有機(jī)含氧酸等。在這些不同的反應(yīng)中，會(huì)不同程度地發(fā)生分解和聚合現(xiàn)象，產(chǎn)生活性的、不穩(wěn)定的烴類過氧化物，進(jìn)而對(duì)設(shè)備金屬造成嚴(yán)重的損壞，尤其是會(huì)導(dǎo)致特殊磨損、故障。潤滑油除了會(huì)產(chǎn)生氧化變質(zhì)之外，在不同的溫度影響下還會(huì)產(chǎn)生不同沉積物質(zhì)，進(jìn)而使設(shè)備發(fā)生各種類型的故障問題。

2 潤滑油磨粒在線檢測系統(tǒng)技術(shù)的不足

2.1 缺乏對(duì)診斷與預(yù)測的清晰認(rèn)識(shí)，及時(shí)性不足

潤滑油磨粒只能用來預(yù)測設(shè)備的故障。很多時(shí)候，通過頻譜或鐵譜分析進(jìn)行故障預(yù)測，但發(fā)現(xiàn)機(jī)器拆機(jī)后出現(xiàn)了不同程度的故障，如拉缸、斷齒等。事實(shí)上，許多鐵譜分析工作未能有效地預(yù)測故障。大多數(shù)時(shí)候，只能根據(jù)分析潤滑油磨粒來進(jìn)行存在故障的推測，從而避免故障的擴(kuò)大。

2.2 檢查工作的針對(duì)性和準(zhǔn)確性不夠

許多故障分析工作是先進(jìn)行鐵譜或光譜檢查，然后對(duì)發(fā)現(xiàn)的問題進(jìn)行油的理化分析，然后排除原因。例如，先對(duì)空壓機(jī)油樣進(jìn)行鐵譜檢測，發(fā)現(xiàn)有磨粒氧化后再對(duì)油樣進(jìn)行分析。解決含水量過高的問題后，就會(huì)恢復(fù)正常。如果先進(jìn)行油水分析，工作量會(huì)極大減少，同時(shí)進(jìn)行故障預(yù)測和預(yù)警。檢測渦輪渦旋桿箱潤滑油中的機(jī)械雜質(zhì)后，進(jìn)行光譜測試。之后發(fā)現(xiàn)鐵、銅、硅的含量超標(biāo)，進(jìn)行了鐵譜試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)有異常。此時(shí)，對(duì)渦輪進(jìn)行拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)渦輪磨損嚴(yán)重。其實(shí)是石油機(jī)械中的雜質(zhì)含量超標(biāo)，或者是光譜中的鐵含量超標(biāo)，可以作為拆檢的依據(jù)，不需要進(jìn)行后續(xù)的檢測工作。冷卻水的泄漏會(huì)導(dǎo)致機(jī)械故障。采采用理化方法進(jìn)行油水含量分析即可在較快時(shí)間內(nèi)準(zhǔn)確獲得冷卻系統(tǒng)泄漏的結(jié)論，而不需要進(jìn)行光譜、鐵譜檢測。

3 潤滑油磨粒在線檢測系統(tǒng)技術(shù)分析

3.1 潤滑油磨粒在線監(jiān)測傳感器技術(shù)

潤滑油磨粒的在線監(jiān)測技術(shù)需要在工作過程中進(jìn)行，即在設(shè)備上應(yīng)用潤滑油時(shí)，產(chǎn)生的數(shù)據(jù)信息更加直觀，為相關(guān)工作人員的工作提供了便利。監(jiān)測技術(shù)為其提供了預(yù)警、提示。也就是說在設(shè)備上安裝監(jiān)測傳感器對(duì)其工作進(jìn)行監(jiān)測，以監(jiān)測其工作。如果發(fā)現(xiàn)問題，在線檢測技術(shù)對(duì)其進(jìn)行報(bào)警，并提示相關(guān)人員此時(shí)設(shè)備的狀態(tài)。金屬摩擦后產(chǎn)生的顆粒具有一定的特性，因其具有鐵磁性所以它算是在線監(jiān)測傳感器比較成功的一種技術(shù)。它在工作過程中通過設(shè)備油液流動(dòng)，使設(shè)備油穿過傳感器有磁場的部分。如果在此過程中出現(xiàn)金屬顆粒，該技術(shù)可以對(duì)其進(jìn)行干擾，改變檢測區(qū)域和磁力線的情況，讓檢測區(qū)域內(nèi)的情況與磁力線之間發(fā)生改變，通過此過程檢測潤滑油磨粒的數(shù)量，潤滑油會(huì)受到不可抗力因素的影響，包括一些顆粒和氣泡。此類技術(shù)的目的是將潤滑油金屬磨粒與油液進(jìn)行分離，這也是傳感器技術(shù)的目的。

國外有很多具備此類功能的傳感器。美國、加拿大和英國是能夠開發(fā)這種傳感器的國家。TechAlert TM10型傳感器在給檢測人員提供數(shù)據(jù)時(shí)，可以通過機(jī)器對(duì)其磨粒的分布和數(shù)據(jù)進(jìn)行展示，方便相關(guān)人員分析工作。在此過程中還可以消除水泡，并且通過消除水泡減少報(bào)警錯(cuò)誤的發(fā)生。這種類型的傳感器可以監(jiān)測鐵顆粒和非鐵顆粒，并根據(jù)兩者之間的空隙進(jìn)行判斷，讓相關(guān)工作人員更好地區(qū)分工作，并根據(jù)安裝需要將遠(yuǎn)程傳感器與潤滑系統(tǒng)連接。

MetalSCAN 磨粒傳感器的主要檢測內(nèi)容是非鐵磁顆粒。非鐵磁粒子需要與鐵磁粒子反應(yīng)才能區(qū)分兩者的不同。相關(guān)人員在檢測過程中也可以通過振幅來確定粒徑。同時(shí)，振幅也可以反映出顆粒的類型，并通過后續(xù)的信號(hào)含量來檢測顆粒的大小。這種類型的遠(yuǎn)程傳感器可以監(jiān)測金屬顆粒在100 μm 以上的范圍，和非金屬250 μm 以上的范圍，這種傳感器的最大特點(diǎn)是就是通過一系列的研究可以分析出各個(gè)顆粒的尺寸范圍在什么區(qū)間內(nèi)，也可以通過相關(guān)技術(shù)分析顆粒的質(zhì)量，并通過數(shù)據(jù)分析確定整體趨勢。在安裝此類傳感器時(shí)，需要將油路與傳感器設(shè)備直接進(jìn)行連接，連接部位在油路上。這種傳感器可以同時(shí)監(jiān)測金屬顆粒和非金屬顆粒，監(jiān)測范圍為40～135 μm，傳感器提供的數(shù)據(jù)是檢測設(shè)備使用壽命的重要手段。以上2種傳感器均可進(jìn)入軍事領(lǐng)域，且這2種傳感器具有一定的特點(diǎn)：靈敏度高、可靠性強(qiáng)、快速檢測能力強(qiáng)，可及時(shí)了解故障信息的內(nèi)容，提前上報(bào)故障信息。近年來，隨著我國科學(xué)技術(shù)的不斷提高，相關(guān)行業(yè)的工作人員結(jié)合先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)和先進(jìn)的思想來提高自身的技術(shù)，特別是在線傳感器的研究工作。他們在這項(xiàng)工作中也取得了新的突破，并且研發(fā)出了一種基于石英晶體微天平（QCM）技術(shù)的磨粒量監(jiān)測傳感器，并且自身具有一定的特點(diǎn)，主要特點(diǎn)是現(xiàn)行響應(yīng)靈敏度高。通過一系列的研究，這種傳感器已經(jīng)進(jìn)入了商業(yè)領(lǐng)域。

3.2 油液水分在線監(jiān)測傳感器技術(shù)

油液水分指的是潤滑油中水分含量的多少，潤滑油中的水分會(huì)加速氧化速度，水分的存在可以直接降低潤滑油的黏度，也會(huì)增加潤滑油中油泥的形成，對(duì)于金屬的腐蝕也起到了促進(jìn)作用，因此，這也是降低潤滑和絕緣效果的關(guān)鍵因素。經(jīng)過一系列的實(shí)驗(yàn)研究，研究人員發(fā)現(xiàn)，如果潤滑油中的水分含量繼續(xù)增加，潤滑油的耐磨性將繼續(xù)下降。當(dāng)含水率繼續(xù)增加到11%，耐磨性的下降速度也會(huì)加快，潤滑油本身的性能幾乎會(huì)喪失。

因此，相關(guān)工作人員必須注意監(jiān)測潤滑油中的水分含量。含水率的高低直接決定了后期工作的順利進(jìn)行，對(duì)含水率的監(jiān)測還可以降低設(shè)備發(fā)生故障的概率，也有利于預(yù)警。因此，必須注意監(jiān)測潤滑油中的水分含量。含水率的高低直接決定了后期工作的順利進(jìn)行，對(duì)含水率的監(jiān)測還可以降低設(shè)備發(fā)生故障的概率，也有利于預(yù)警。因此，相關(guān)人員一定要注意這項(xiàng)工作，才能使設(shè)備發(fā)揮實(shí)質(zhì)性作用。

4 潤滑油磨粒在線檢測系統(tǒng)的應(yīng)用

4.1 光譜和鐵譜測試方法

正常情況下，光譜檢測得到的潤滑油磨粒濃度與鐵譜檢測得到的磨粒濃度相似。通過對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓系統(tǒng)和變速箱油樣數(shù)據(jù)的分析，得出正常磨損過程中，大磨粒和小磨粒產(chǎn)生變化的速率比相對(duì)穩(wěn)定，在測量磨粒濃度的過程中，只需要檢測其中一種。但在選擇油樣時(shí)，應(yīng)選擇油樣均勻、操作簡單、定量簡單的光譜法。在大多情況下不必二者都做，只做一種就可以。當(dāng)然，油樣品均勻、操作簡單、容易定量的光譜法是首選。此外，鐵譜學(xué)與光譜預(yù)測之間也存在不一致，主要是由于儀器性能的限制和采樣代表性不足造成的。同時(shí)，也說明了故障的復(fù)雜性。換句話說，不同的磨粒分析儀器對(duì)于不同方面的磨粒檢測得到的結(jié)果各不相同。

4.2 不同故障范圍、頻率的化驗(yàn)診斷

（1）必做項(xiàng)目，如果黏度、酸/堿值、水分、機(jī)械雜質(zhì)、不溶性物質(zhì)，閃點(diǎn)和其他潤滑油理化指標(biāo)的變化，這意味著潤滑油降解，在一定程度后即會(huì)引起設(shè)備故障，而且還反映設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。例如泄漏，必須立即處理，以避免更大的故障。因此，如果指標(biāo)超標(biāo)，必須立即停機(jī)檢查，排除故障，更換潤滑油。這種工程檢測儀器操作簡單方便，成本低。同時(shí)，它具有規(guī)范的運(yùn)算和分析方法，可獲得清晰、通用的數(shù)值結(jié)果。

（2）關(guān)鍵項(xiàng)目。較之必做項(xiàng)目的檢測頻率較低，在油降解后期，或者是污染物量接近、達(dá)到警告值時(shí)的頻率變大。主要是采用發(fā)射光譜、紅外光譜等方法進(jìn)行檢測，主要實(shí)現(xiàn)對(duì)故障發(fā)生前期后果，應(yīng)進(jìn)行及時(shí)檢測。此類項(xiàng)目檢測在操作上較為簡便，可以獲得定量分析的數(shù)據(jù)，但是在實(shí)際應(yīng)用上受限于較為昂貴的設(shè)備價(jià)格，所以應(yīng)用并不十分普遍。

（3）選做項(xiàng)目。主要是必要項(xiàng)目和關(guān)鍵項(xiàng)目的檢測結(jié)果接近預(yù)警值，或明確需要進(jìn)行檢測時(shí)的相關(guān)檢測（鐵譜學(xué)）。它可以更清晰地識(shí)別故障問題和磨損性質(zhì)。機(jī)器可以不停機(jī)拆機(jī)的情況，通過鐵譜測試可以更深入地了解設(shè)備的磨損情況?？梢钥闯觯霉庾V法測定的相關(guān)金屬濃度達(dá)到一定值后，需要進(jìn)行鐵譜測試。同時(shí)，抗泡、抗乳化、抗氧化等潤滑油性能指標(biāo)是常見且必要的項(xiàng)目。

（4）觀察項(xiàng)目。油壓異常和潤滑油耗油量異常通常是設(shè)備故障的標(biāo)志。潤滑油的常規(guī)理化分析是十分必要的，這是跟蹤高質(zhì)量變化、比較參考值、判斷潤滑油質(zhì)量、及時(shí)更換質(zhì)量差或型號(hào)錯(cuò)的潤滑油的基礎(chǔ)。觀察方的應(yīng)用成本低，可以直觀地獲得相應(yīng)的數(shù)據(jù)，應(yīng)用更加普遍。

5 潤滑油磨粒在線檢測系統(tǒng)技術(shù)未來發(fā)展

在現(xiàn)實(shí)設(shè)備使用過程中，設(shè)備故障診斷是機(jī)械行業(yè)的范疇，潤滑油監(jiān)測是石油行業(yè)的范疇，按照過去大而全、小而全的傳統(tǒng)模式，我國的大型機(jī)械行業(yè)公司都建立了自己的油液實(shí)驗(yàn)室，是為自助式，其存在問題有：項(xiàng)目不全、儀器利用率低、人員素質(zhì)難保證，因而很難完成有效的診斷任務(wù)。目前國外比較流行的是獨(dú)立實(shí)驗(yàn)室，一般是跨國聯(lián)鎖的，旨在為各個(gè)行業(yè)提供實(shí)驗(yàn)室服務(wù)。

這種模式工作效率高，人員素質(zhì)均衡，數(shù)據(jù)可靠，具有仲裁功能，是一種先進(jìn)的模式。油液檢測人員通過油液化驗(yàn)和監(jiān)測提出故障診斷意見后，不能負(fù)責(zé)對(duì)設(shè)備進(jìn)行故障排除。通過潤滑油診斷故障的人既要了解此設(shè)備結(jié)構(gòu)，又要具備潤滑油知識(shí)，還要知道此設(shè)備近況，牽扯到機(jī)械、油化學(xué)和設(shè)備管理三行業(yè)，要有多行業(yè)知識(shí)或由這三方面的人在一起綜合起來才能確診。因此由潤滑油監(jiān)測結(jié)果得出的僅是從油的變化推測的意見，需其他方法互補(bǔ)，才能更為準(zhǔn)確。

與其他機(jī)械方法相比，潤滑油磨粒方法也有缺點(diǎn)，它需要專門的實(shí)驗(yàn)室，不能實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。因此，近年來開發(fā)了許多快速、簡單的現(xiàn)場潤滑油測量方法，可以快速了解現(xiàn)場的潤滑油狀況。同時(shí)，研究了傳感器式測量方法，可以觀察儀表板上油液的變化，實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測。近年來，該領(lǐng)域也出現(xiàn)了一些專家系統(tǒng)，有助于診斷。目前，故障診斷是機(jī)械行業(yè)的一個(gè)課題。員工有豐富的機(jī)械知識(shí)，但缺乏潤滑油磨粒知識(shí)。因此，在使用油類進(jìn)行診斷時(shí)，往往將潤滑油磨粒視為與設(shè)備故障無關(guān)的而僅是磨料攜帶介質(zhì)，把注意力集中在對(duì)磨粒的分析中。

6 結(jié)束語

潤滑油磨粒在線檢測技術(shù)可以監(jiān)測故障的原因和后果。與機(jī)械法相比，它具有更多的優(yōu)點(diǎn)。它們可以相互結(jié)合，效果更好。從事設(shè)備管理或潤滑油故障診斷的技術(shù)人員不僅要有豐富的機(jī)械知識(shí)，還要有一定的潤滑油知識(shí)。設(shè)備故障的原因是復(fù)雜多樣的，并且是相互影響的，因此對(duì)故障診斷的全面性要求很高。從潤滑油檢測出發(fā)的設(shè)備故障診斷方法也是一個(gè)綜合系統(tǒng)。對(duì)此，相關(guān)設(shè)備運(yùn)行、維護(hù)和檢修人員必須充分了解潤滑油檢查與設(shè)備故障診斷的密切關(guān)系，了解目前應(yīng)用中存在的主要問題，進(jìn)而采用合適的方式、方法提高潤滑油油質(zhì)情況檢測，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備故障的有效診斷。