机械故障诊断—第七章油液诊断技术10556.pptx

中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l第七章第七章 油液诊断技术油液诊断技术 污染诊断技术（油液诊断技术）是以机械设备在工作过程中或故障形成过程中所产生的固体、液体和气体污染物为监测对象，以各种污染物的数量、成分、尺寸、形态等为检测参数，并依据检测参数的变化来判断机械所处技术状态的一种诊断技术。目前已进入实用阶段的污染诊断技术主要有油液污染监测法和气体污染物监测法。第七章第七章 油液诊断技术油液诊断技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 油液污染监测法油液污染监测法是通过对系统中循环流动的油液污染状况进行监测，获取机件运行状态的有关信息从而判断机械的污染性故障和预测机件的剩余寿命。在故障诊断中，油液污染监测法所起的作用与医学诊断中验血所起的作用是颇为相似，而且将会和医学诊断中的验血检查一样，成为应用最广泛和最有发展前途的一种不解体检验方法。因而油液污染监测法是污染监测技术的主要研究内容。第七章第七章 油液诊断技术油液诊断技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l油液诊断技术油液诊断技术7-1 油液污染监测原理7-2 油液监测方法7-3 油液铁谱分析技术第七章第七章 油液诊断技术油液诊断技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理一 油液污染和污染性故障二 油液污染监测的内容及装置三 油液中的磨损产物7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l1.1.油液污染是指油液中存在着对系统的工作、机件的可油液污染是指油液中存在着对系统的工作、机件的可靠性和寿命有害的靠性和寿命有害的物质和能量物质和能量。l l 包括固体、液体、气体和微生物等物质，以及热包括固体、液体、气体和微生物等物质，以及热能、机械能、静电荷、磁场和射线等能量。而在油液污能、机械能、静电荷、磁场和射线等能量。而在油液污染监测中所研究的染监测中所研究的主要是有害物质的主要是有害物质的污染。污染。l l2.2.引起油液污染主要有两个原因：其引起油液污染主要有两个原因：其是原始污染，其是原始污染，其二是过程污染。二是过程污染。l l 原始污染是指机件开始工作前就存在的污染原始污染是指机件开始工作前就存在的污染。如新。如新油杂质，或者是机件在加工、装配、贮存和运输过程中，油杂质，或者是机件在加工、装配、贮存和运输过程中，一些型砂、切削、磨料油渣、锈屑和灰尘等污染物。这一些型砂、切削、磨料油渣、锈屑和灰尘等污染物。这类类污染物含量在机械工作过程中基本不变污染物含量在机械工作过程中基本不变。7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l 过程污染过程污染是指系统在使用过程中，通过往复伸缩的活是指系统在使用过程中，通过往复伸缩的活塞塞 杆带入污染机油箱中流通的空气、溅落或凝结的水滴流杆带入污染机油箱中流通的空气、溅落或凝结的水滴流回油箱的漏油等外界回油箱的漏油等外界“侵入侵入”的污染物，和由于机件的磨损的污染物，和由于机件的磨损而不断而不断“产生产生”的磨损产物等因素所引起的污染。而这类的磨损产物等因素所引起的污染。而这类污污染物的含量是随机械工作过程的延续而变化的染物的含量是随机械工作过程的延续而变化的，污染物的，污染物的变化状况就是油液污染监测的目标。变化状况就是油液污染监测的目标。l l3.3.污染故障污染故障l l 不管是原始污染，还是过程污染，只要不管是原始污染，还是过程污染，只要污染的程度超污染的程度超出所规定的限度出所规定的限度，都可能造成系统机件的磨损、振动、发，都可能造成系统机件的磨损、振动、发热、卡死、堵塞或由此而引起系统性能下降、寿命缩短、热、卡死、堵塞或由此而引起系统性能下降、寿命缩短、机件损伤、动作失灵和油液变质等机件损伤、动作失灵和油液变质等故障故障。7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l3 污染故障7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l二、油液污染监测的内容及装置7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l三、油液中的磨损产物三、油液中的磨损产物l l1 1 磨损产物的含量及其增长速度磨损产物的含量及其增长速度l l1 1 无烧损、漏损的情况下，一般系统油液中磨损产物浓无烧损、漏损的情况下，一般系统油液中磨损产物浓度与零件磨损量之间成线性关系。度与零件磨损量之间成线性关系。l l2 2 有烧损（内燃机）时，虽难以根据磨损产物的绝对浓有烧损（内燃机）时，虽难以根据磨损产物的绝对浓度来确定零件的磨损量，但也有一定规律，发动机在加度来确定零件的磨损量，但也有一定规律，发动机在加满新油后，大约工作满新油后，大约工作120120150h150h左右，机油中铁元素的浓左右，机油中铁元素的浓度便稳定在某一水平；而不同的稳定水平，反映了不同度便稳定在某一水平；而不同的稳定水平，反映了不同工况下的磨损速度。工况下的磨损速度。l l3 3 根据油液中磨损产物的含量及其增长速度的分析，可根据油液中磨损产物的含量及其增长速度的分析，可以准确地判断零件的磨损状态及其磨损的发展趋势以准确地判断零件的磨损状态及其磨损的发展趋势。7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l2 2 油液中磨损产物的粒度和形态分析油液中磨损产物的粒度和形态分析l l 根据磨损产物粒度、形态的分析结果，可判断零件所根据磨损产物粒度、形态的分析结果，可判断零件所处的磨损阶段及磨损类型处的磨损阶段及磨损类型。l l 正常磨损，磨损产物的颗粒一般细小而均匀；而在磨正常磨损，磨损产物的颗粒一般细小而均匀；而在磨合阶段，磨损产物的颗粒相对较大；当达到磨损极限状态合阶段，磨损产物的颗粒相对较大；当达到磨损极限状态时，则可能出现粗大的颗粒。时，则可能出现粗大的颗粒。l l 正常的磨料磨损，其磨损产物的颗粒呈不规则截面的正常的磨料磨损，其磨损产物的颗粒呈不规则截面的粒状；粘着磨损时，可能出现条状的表面无光泽的磨损颗粒状；粘着磨损时，可能出现条状的表面无光泽的磨损颗粒；而齿轮和滚动轴承的疲劳剥落，其碎屑成片状，而且粒；而齿轮和滚动轴承的疲劳剥落，其碎屑成片状，而且这种碎屑的工作摩擦面是光滑而明亮的，而碎屑的另一面这种碎屑的工作摩擦面是光滑而明亮的，而碎屑的另一面则是布纹状的粗糙组织。则是布纹状的粗糙组织。7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l3 3 油液中磨损产物的允许界限油液中磨损产物的允许界限l l 用来判断机件的异常磨损，并据此来预测磨损机件的用来判断机件的异常磨损，并据此来预测磨损机件的剩余寿命。但需针对具体情况具体分析。剩余寿命。但需针对具体情况具体分析。l l 油液污染度评定是测定单位容积油液中固体颗粒污染物的油液污染度评定是测定单位容积油液中固体颗粒污染物的含量，以此反映系统或零件所受颗粒污染物的危害程度。含量，以此反映系统或零件所受颗粒污染物的危害程度。7-1 7-1 油液污染监测原理油液污染监测原理中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l一一 常用的油液污染度评定方法常用的油液污染度评定方法l l1 1 称重法称重法l l 称重法是测定单位容积油液中所含颗粒污染物的重量，称重法是测定单位容积油液中所含颗粒污染物的重量，反映的是油液中污染物的总值，而不反映污染物的特性、反映的是油液中污染物的总值，而不反映污染物的特性、尺寸大小和分布状况。尺寸大小和分布状况。l l 让让l00mll00ml油样通过油样通过0.45m0.45m孔径的预先称重的干燥薄膜，孔径的预先称重的干燥薄膜，污染物滞留在薄膜上，然后用溶剂洗去薄膜上的油液，待污染物滞留在薄膜上，然后用溶剂洗去薄膜上的油液，待干燥后称得薄膜的增重克数即为污染物颗粒的重量。将所干燥后称得薄膜的增重克数即为污染物颗粒的重量。将所得的污染物颗粒重量与油液污染度重量分段标准进行比较，得的污染物颗粒重量与油液污染度重量分段标准进行比较，便可以确定油液的污染度等级。便可以确定油液的污染度等级。7-2 7-2 油液监测方法油液监测方法中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l2 2 计数法计数法l l 颗粒计数法是测定单位容积油液中颗粒污染物的尺寸颗粒计数法是测定单位容积油液中颗粒污染物的尺寸及分布，来表示油液的污染度等级。及分布，来表示油液的污染度等级。l l 计数方法有光学显微法和自动计数法。计数方法有光学显微法和自动计数法。l l3 3 光测法光测法l l 以可见光照射油液，并用光接收器接收油液的透射光，以可见光照射油液，并用光接收器接收油液的透射光，由于油液中污染物的存在，将发生吸收、散射或反射，所由于油液中污染物的存在，将发生吸收、散射或反射，所以采用光接受器接受透射光，并将其转化成电信号显示，以采用光接受器接受透射光，并将其转化成电信号显示，即能反映油液污染程度。即能反映油液污染程度。l l 但由于不同油液的颜色有差异，即使同一型号油液，但由于不同油液的颜色有差异，即使同一型号油液，经使用后其颜色也会变深。因此仅用透射光检测，其结果经使用后其颜色也会变深。因此仅用透射光检测，其结果的可比性差。光测法的仪器精巧、使用简便、其结果明确，的可比性差。光测法的仪器精巧、使用简便、其结果明确，可用于监测油液污染的发展趋势。可用于监测油液污染的发展趋势。7-2 7-2 油液监测方法油液监测方法中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l4 4 电测法电测法l l 电测法是通过检测油液的电化学性能，来分析油液的电测法是通过检测油液的电化学性能，来分析油液的污染状况。可分为电容法与电阻法。污染状况。可分为电容法与电阻法。l l1 1 电容法电容法l l 以污染油液作为电介质，不同污染物程度的油液，其以污染油液作为电介质，不同污染物程度的油液，其介电常数不同，测出电容变化量（相对于同型号新油）便介电常数不同，测出电容变化量（相对于同型号新油）便可了解油液污染情况。可了解油液污染情况。l l2 2 电阻法电阻法l l 油液电阻率的大小与其中的水分、杂质含量及温度有油液电阻率的大小与其中的水分、杂质含量及温度有关，因而在一定温度下测出油液电阻值的大小，便可得知关，因而在一定温度下测出油液电阻值的大小，便可得知油液的污染情况。油液的污染情况。7-2 7-2 油液监测方法油液监测方法中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l5 5 淤积法淤积法l l 污染的油液流经微小间隙或滤网时，固体颗粒会逐渐污染的油液流经微小间隙或滤网时，固体颗粒会逐渐淤积堵塞，引起压差和流量的相应变化，油液污染程度不淤积堵塞，引起压差和流量的相应变化，油液污染程度不同，其变化量也不同。以滤网作传感元件时，淤积法可分同，其变化量也不同。以滤网作传感元件时，淤积法可分为压差恒定测量和流量恒定测量两种。为压差恒定测量和流量恒定测量两种。l l6 6 综合法综合法l l 综合法就是通过物理、化学分析和观察对比的方法对综合法就是通过物理、化学分析和观察对比的方法对油液品质进行综合评价。为便于现场使用，常将多种检测油液品质进行综合评价。为便于现场使用，常将多种检测器组成便携式试验箱。试验箱内大致包括下列检测器件：器组成便携式试验箱。试验箱内大致包括下列检测器件：锁紧式吸油用注射器或电动真空泵组件、取样滤膜、溶剂锁紧式吸油用注射器或电动真空泵组件、取样滤膜、溶剂滤膜、显微镜及照明配件、对比用标准照片、粘度计、水滤膜、显微镜及照明配件、对比用标准照片、粘度计、水分计，比重计、各类试剂、试纸、以及各种容器等。检测分计，比重计、各类试剂、试纸、以及各种容器等。检测项目有粘度、水分、碱、全酸值、污染度、比重等。项目有粘度、水分、碱、全酸值、污染度、比重等。7-2 7-2 油液监测方法油液监测方法中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l二二 油液污染状态检测仪器油液污染状态检测仪器l l1 1 油液污染物体积浓度检测仪油液污染物体积浓度检测仪l l 确定油液污染物体积浓度的仪器，其原理为光学测定确定油液污染物体积浓度的仪器，其原理为光学测定法。法。l l2 2 油液污染物粒度分布检测仪油液污染物粒度分布检测仪l l 其基本方法是将摊在平面上的油液试样进行光学扫描，其基本方法是将摊在平面上的油液试样进行光学扫描，或者是让一定体体积的被检油样通过澄清过滤器，然后对或者是让一定体体积的被检油样通过澄清过滤器，然后对过滤器上的残留污染物进行光学扫描。过滤器上的残留污染物进行光学扫描。l l3 3 油液中污染物颗粒数目和尺寸检测仪油液中污染物颗粒数目和尺寸检测仪l l 原理是，利用光电变换器确定随同油样一起通过标准原理是，利用光电变换器确定随同油样一起通过标准缝隙的颗粒数目和尺寸。缝隙的颗粒数目和尺寸。7-2 7-2 油液监测方法油液监测方法中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l7-3 油液铁谱分析技术l l 铁谱分析是从有代表性的油样中分离出磨损和污铁谱分析是从有代表性的油样中分离出磨损和污染微粒，使其按尺寸大小有次序沉淀到透明显微镜底染微粒，使其按尺寸大小有次序沉淀到透明显微镜底片上，并通过光学或电子显微镜的检测和分析，从而片上，并通过光学或电子显微镜的检测和分析，从而判断机械磨损状态的一项技术。判断机械磨损状态的一项技术。l l一一 油液中磨粒的性态油液中磨粒的性态l l 由于正常磨损的机械其油液中磨粒浓度能够达到动由于正常磨损的机械其油液中磨粒浓度能够达到动态平衡；而异常磨损能引起磨粒浓度及粒度分布超出态平衡；而异常磨损能引起磨粒浓度及粒度分布超出预先制定的基准。因此可以采用磨粒分析对机械磨损预先制定的基准。因此可以采用磨粒分析对机械磨损状态进行监控。状态进行监控。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l二二 取样技术取样技术l l 由于油液中磨粒浓度会达到动态平衡，因而在达到动由于油液中磨粒浓度会达到动态平衡，因而在达到动态平衡后的一段时间内，用相同方法取出的油样将含有相态平衡后的一段时间内，用相同方法取出的油样将含有相同数量的磨粒。如果取样方式不得当，磨粒浓度及其粒度同数量的磨粒。如果取样方式不得当，磨粒浓度及其粒度分布也会发生显著变化，有可能对机械状态作出错误的判分布也会发生显著变化，有可能对机械状态作出错误的判断。断。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l二二 取样技术取样技术l l1 1 在管路中取样在管路中取样l l 从通过所有磨损零件后的润滑油流过的回油管内，从通过所有磨损零件后的润滑油流过的回油管内，并在滤清器之前取出油样。显然这种取样方法必须是在机械并在滤清器之前取出油样。显然这种取样方法必须是在机械正运转中进行。应避免从管子底部取样。正运转中进行。应避免从管子底部取样。l l2 2 在油箱中取样在油箱中取样l l 在系统处于运转时或停机后在系统处于运转时或停机后2h2h内取样取出油样，取内取样取出油样，取样管插入池面的深度应随停机时间的延长适当增加。样管插入池面的深度应随停机时间的延长适当增加。l l3 3 取样间隔取样间隔l l 取样间隔应根据机械摩擦副的特性和机械的使用取样间隔应根据机械摩擦副的特性和机械的使用情况，并考虑实验研究的目的和对故障早期预报准确度等要情况，并考虑实验研究的目的和对故障早期预报准确度等要求而定。求而定。l l 通常对新的或刚大修后的机械，应增加取样频率，通常对新的或刚大修后的机械，应增加取样频率，以判断磨合是否已结束。以判断磨合是否已结束。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l三 铁谱片与光密度l l1 1 铁谱片铁谱片l l 透明显微镜底片置于高强度磁场上方，并使它与透明显微镜底片置于高强度磁场上方，并使它与水平面成一小的倾斜角度。当含有磨损金属徽粒的润滑水平面成一小的倾斜角度。当含有磨损金属徽粒的润滑油以一定的速度（油以一定的速度（0.25ml/min0.25ml/min）流经底片时，同时通过）流经底片时，同时通过铁谱仪强磁场，油液中微粒受到连续增强的磁场力以及铁谱仪强磁场，油液中微粒受到连续增强的磁场力以及摩擦力的作用，导致所有微粒都依照其大小次序全都均摩擦力的作用，导致所有微粒都依照其大小次序全都均匀地沉淀到显微镜底片上，便制成分析用的铁谱片。匀地沉淀到显微镜底片上，便制成分析用的铁谱片。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l2 2 光密度光密度l l 所谓铁谱片的光密度，即为透射过透明铁谱片的光所谓铁谱片的光密度，即为透射过透明铁谱片的光与透射过含有磨损微粒铁谱片的光强度之比并取以与透射过含有磨损微粒铁谱片的光强度之比并取以1010为为底的对数。底的对数。l l D0 D0lg(I0/Ip)lg(I0/Ip)l l 采用光密度计能够测出铁谱片的光密度。采用光密度计能够测出铁谱片的光密度。l l四 铁谱分析仪l l 根据测取的标志磨损状态变化的信息不同，铁谱根据测取的标志磨损状态变化的信息不同，铁谱仪分仪分分析式铁谱仪分析式铁谱仪、在线式铁谱仪在线式铁谱仪、直读（直读（DRDR）式铁谱）式铁谱仪仪、旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪四类四类：7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l四四 铁谱分析仪铁谱分析仪l l1 1 分析式铁谱仪分析式铁谱仪l l 分析式铁谱仪是最分析式铁谱仪是最早开发出来的铁谱仪，它包早开发出来的铁谱仪，它包含了铁谱技术的全部基本原含了铁谱技术的全部基本原理。分析式铁谱仪的用途是理。分析式铁谱仪的用途是用来分离机器润滑油样中的用来分离机器润滑油样中的磨粒，并能使磨粒依照尺寸磨粒，并能使磨粒依照尺寸大小有序地沉积在一显微镜大小有序地沉积在一显微镜玻璃基片上，从而制成铁谱玻璃基片上，从而制成铁谱片，然后利用铁谱显微镜等片，然后利用铁谱显微镜等观测和分析仪器，实现对磨观测和分析仪器，实现对磨粒的定性、定量铁谱分析。粒的定性、定量铁谱分析。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 分析式铁谱仪的结构与工作分析式铁谱仪的结构与工作原理简图如图原理简图如图1 1所示。它将从润滑所示。它将从润滑系统中取得的分析油样经稀释处理系统中取得的分析油样经稀释处理后取样到玻璃管中，经微量泵将分后取样到玻璃管中，经微量泵将分析油样输送到安放在磁场装置上方析油样输送到安放在磁场装置上方的玻璃基片的上端，玻璃基片的安的玻璃基片的上端，玻璃基片的安装与水平面成一定倾斜角，以便在装与水平面成一定倾斜角，以便在沿油流方向形成一逐步增强的高强沿油流方向形成一逐步增强的高强度磁场，同时又便于油液沿倾斜的度磁场，同时又便于油液沿倾斜的基片向下流动，从玻璃基片下端经基片向下流动，从玻璃基片下端经导流管排入废油杯中。导流管排入废油杯中。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 分析油样中的可磁化金属分析油样中的可磁化金属磨粒在流经高梯度强磁场时，在磨粒在流经高梯度强磁场时，在高梯度磁力、液体黏性阻力和重高梯度磁力、液体黏性阻力和重力联合作用下，按磨粒尺寸大小力联合作用下，按磨粒尺寸大小有序地沉积在玻璃基片上，并沿有序地沉积在玻璃基片上，并沿垂直于油样流动方向形成链状排垂直于油样流动方向形成链状排列。在分析油样从基片上流过之列。在分析油样从基片上流过之后，经用四氯乙烯溶液洗涤基片，后，经用四氯乙烯溶液洗涤基片，清除残余油液，使磨粒固定在基清除残余油液，使磨粒固定在基片上便制成了可供观察和检测的片上便制成了可供观察和检测的铁谱片。铁谱片。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 分析式铁谱仪的磁铁装置是铁谱仪的核心元件，其构造如图3所示。它是由磁铁副、两磁极和磁座板（磁轭）共五块磁材料拼装成U形的一个永久磁铁装置。由于该磁铁装置设计独特，又采用特殊的磁性材料，产生的磁场是一个高强度和高梯度的发散强磁场。两磁极间约有lmm的气隙，用铝板隔开，磁铁装置气隙中央的磁感应强度可达1.8T，在垂直方向上的磁感应梯度可达0.40.5T/mm。在这样的磁场作用 下，当分析油样流经位于磁场装置上方的玻璃基片时，油样中的磨粒在连续增高的磁场力的作用下被磁化并迅速在谱片上沉积。由于玻璃基片是倾斜安装，故油样中的磨粒在进入磁场后，随着流动会受到一个逐渐增强的梯度磁场作用，使大尺寸磨粒首先在人口端沉积，最小尺寸颗粒通常在出口端附近位置上沉积，从而使磨粒能按照其尺寸大小有序地在铁谱片上沉积。中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l分析式铁谱仪7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l2 直读式铁谱仪 直读式铁谱仪与分析式铁谱仪非常相似，它直读式铁谱仪与分析式铁谱仪非常相似，它们都是们都是利用高梯度强磁场的原理来收集润滑油样中利用高梯度强磁场的原理来收集润滑油样中的铁质磨粒的铁质磨粒。而不同之处在于分析式铁谱仪能在显。而不同之处在于分析式铁谱仪能在显微镜下观察研究磨粒的形貌，而直读式铁谱仪仅能微镜下观察研究磨粒的形貌，而直读式铁谱仪仅能测定磨粒的数量及其大致的尺寸分布。测定磨粒的数量及其大致的尺寸分布。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 图图4 4是直读式铁谱仪原理。在直读是直读式铁谱仪原理。在直读式铁谱仪中，磨粒的沉积原理与分析式铁谱仪中，磨粒的沉积原理与分析式铁谱仪相似，只是用一根玻璃沉淀式铁谱仪相似，只是用一根玻璃沉淀管来代替玻璃基片。制备在试管中的管来代替玻璃基片。制备在试管中的分析油样在重力和虹吸作用下，经过分析油样在重力和虹吸作用下，经过毛细管而进人沉淀管。油样中的铁磁毛细管而进人沉淀管。油样中的铁磁性磨粒在沉积管下面的高梯度强磁场性磨粒在沉积管下面的高梯度强磁场作用下，会有序地沉积在玻璃管底部。作用下，会有序地沉积在玻璃管底部。大于大于5m5m的大磨粒首先沉积，它们一的大磨粒首先沉积，它们一般沉积在沉积管的入口区；般沉积在沉积管的入口区；1 12m2m的的小粒沉积在较远处。在大、小磨粒沉积位置分别设置有光束发射小粒沉积在较远处。在大、小磨粒沉积位置分别设置有光束发射装置，光束穿过沉积管，被设置在沉积管另一侧的光电传感器所装置，光束穿过沉积管，被设置在沉积管另一侧的光电传感器所接收，可以直接测定磨粒浓度的读数。接收，可以直接测定磨粒浓度的读数。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 直读式铁谱仪测量磨粒浓直读式铁谱仪测量磨粒浓度的光路系统如图度的光路系统如图5 5所示。这一所示。这一光电转换测量系统测出的是因光电转换测量系统测出的是因磨粒沉积而覆盖沉积管底部而磨粒沉积而覆盖沉积管底部而造成的光强衰减值，并用直读造成的光强衰减值，并用直读单位单位DLDL和和DSDS在液晶数码管上直在液晶数码管上直接显示。接显示。DLDL和和DSDS两个光密度读两个光密度读数分别代表大、小磨粒的相对数分别代表大、小磨粒的相对数量，用来表示摩擦副的磨损数量，用来表示摩擦副的磨损状态。状态。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 磨粒在直读式铁谱磨粒在直读式铁谱仪中沉积管内的沉积排仪中沉积管内的沉积排列如图所示。由于磁场列如图所示。由于磁场力的作用，大磨粒（力的作用，大磨粒（5m5m）在沉积管的入口）在沉积管的入口区首先沉积，而小磨粒区首先沉积，而小磨粒则按它们尺寸大小实现则按它们尺寸大小实现有序沉降、分布沉积。有序沉降、分布沉积。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 直读式铁谱仪的主要特点是能迅速、方便、较准确地测直读式铁谱仪的主要特点是能迅速、方便、较准确地测定出机器分析油样中的大小磨粒的相对数量，能对机器的磨定出机器分析油样中的大小磨粒的相对数量，能对机器的磨损状态给出定量分析，因而对机器工况监测特别有用。损状态给出定量分析，因而对机器工况监测特别有用。使用直读式铁谱仪分析机器润滑油样的步骤如下：使用直读式铁谱仪分析机器润滑油样的步骤如下：(1)(1)制备分析油样；制备分析油样；(2)(2)油样在虹吸作用下经毛细管流过铁谱沉淀管；油样在虹吸作用下经毛细管流过铁谱沉淀管；(3)(3)油样中的磨粒在高梯度磁场的作用下进行沉积；油样中的磨粒在高梯度磁场的作用下进行沉积；(4)(4)用光电转换系统测定磨粒的光密度读数，并以用光电转换系统测定磨粒的光密度读数，并以DLDL、DSDS数码直接显示。数码直接显示。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院ZTP-X2ZTP-X2型直读式铁谱仪型直读式铁谱仪(北京优文科工北京优文科工贸有限责任公司贸有限责任公司)主要参数主要参数 磁场：最大磁场梯度磁场：最大磁场梯度5.0T/cm 5.0T/cm 最大磁通密度最大磁通密度1.5T 1.5T 沉积管尺寸沉积管尺寸:3/1.7100mm:3/1.7100mm 毛细管尺寸毛细管尺寸:1.2/0.8700mm:1.2/0.8700mm 调零方式调零方式:自动自动 读数系统读数系统:31/2 LED:31/2 LED 显示显示 读数精度读数精度:0.1:0.1 直读数直读数 打印内容打印内容:日期日期,油样号油样号,Dl,Ds,Is,Dl,Ds,Is 等等测量值测量值 微机通讯微机通讯:RS-232C:RS-232C 串形接口串形接口 电源电源:AC220V50-60Hz:AC220V50-60Hz 7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l3 在线铁谱仪 在线铁谱仪可以直接安装在线铁谱仪可以直接安装在机器的循环润滑油路上，在在机器的循环润滑油路上，在现场实现在线检测并实时显示现场实现在线检测并实时显示润滑油中的磨粒浓度，以监测润滑油中的磨粒浓度，以监测机器的状态。它克服了分析式机器的状态。它克服了分析式和直读式铁谱仪需从机器中先和直读式铁谱仪需从机器中先采取油样，再送到铁谱分析室采取油样，再送到铁谱分析室进行分析的不足，图进行分析的不足，图7 7为安装在为安装在润滑油系统中的在线铁谱仪示润滑油系统中的在线铁谱仪示意图。意图。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 在线铁谱仪主要由探测器在线铁谱仪主要由探测器和分析器两部分组成。探测器和分析器两部分组成。探测器安装在监测对象的润滑油循环安装在监测对象的润滑油循环系统的油路上，分析器则安装系统的油路上，分析器则安装在控制室内。探测器由高梯度在控制室内。探测器由高梯度的磁场装置和沉淀管、流量控的磁场装置和沉淀管、流量控制器及一个表面感应电容传感制器及一个表面感应电容传感器等构成。探测器接通油路，器等构成。探测器接通油路，7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术润滑油流经沉淀管，油中磨粒在高梯度磁场的作用下沉积到沉润滑油流经沉淀管，油中磨粒在高梯度磁场的作用下沉积到沉淀管的内表面，表面感应电容传感器可以连续测出淀管的内表面，表面感应电容传感器可以连续测出DL,DsDL,Ds数值，数值，分析器绘出相应大、小磨粒浓度及磨粒尺寸分布状况。分析器绘出相应大、小磨粒浓度及磨粒尺寸分布状况。中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 由于润滑油是连续流过探测由于润滑油是连续流过探测器的，所以磨粒的沉积量与润滑器的，所以磨粒的沉积量与润滑油流过的总量有关。当达到预先油流过的总量有关。当达到预先设定的磨粒浓度值时，流量自动设定的磨粒浓度值时，流量自动切断，一次测量便告结束。沉淀切断，一次测量便告结束。沉淀管被自动冲洗，待冲掉磨粒后再管被自动冲洗，待冲掉磨粒后再开始下一测量循环。每次测量的开始下一测量循环。每次测量的循环持续时间取决于润滑油中的循环持续时间取决于润滑油中的7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术磨粒浓度。磨粒浓度读数值根据沉积量与润滑油流过沉淀管的磨粒浓度。磨粒浓度读数值根据沉积量与润滑油流过沉淀管的油量之比来确定。在线铁谱仪一般有两种磨粒浓度读数范围：油量之比来确定。在线铁谱仪一般有两种磨粒浓度读数范围：粗读数值为粗读数值为0 01000L/L(ppm1000L/L(ppm），它用于高磨损率的情况；精），它用于高磨损率的情况；精读数值为读数值为0 0100L/L ppm100L/L ppm），用于低磨损率的情况。），用于低磨损率的情况。中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 分析器具有逻辑运算功能，可以分析器具有逻辑运算功能，可以运算、存储和显示测量数据。当磨粒运算、存储和显示测量数据。当磨粒浓度超过预定值时，可以发出报警信浓度超过预定值时，可以发出报警信号或停机信号。每次测量循环完成后，号或停机信号。每次测量循环完成后，数据记录存储单元将被最新的数据刷数据记录存储单元将被最新的数据刷新。新。试验表明，在线铁谱仪测定润滑试验表明，在线铁谱仪测定润滑系统中的磨粒浓度能够较好地评定系系统中的磨粒浓度能够较好地评定系统内所含的磨粒数量，且与分析式铁统内所含的磨粒数量，且与分析式铁7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术谱仪的监测结果有着较好的对应关系。而在线铁谱仪测定出的谱仪的监测结果有着较好的对应关系。而在线铁谱仪测定出的L-SL-S（即大（即大磨粒浓度值与小磨粒浓度值之差）能较好地描述润滑系统发生磨损的严磨粒浓度值与小磨粒浓度值之差）能较好地描述润滑系统发生磨损的严重程度。根据重程度。根据在线铁谱仪在线铁谱仪的工作原理及特点，的工作原理及特点，特别适用于各种现场机械特别适用于各种现场机械设备的工况监测，如离心式压缩机、燃气轮机、蒸汽透平、齿轮箱、液设备的工况监测，如离心式压缩机、燃气轮机、蒸汽透平、齿轮箱、液压系统、泵站等压系统、泵站等。中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l4 旋转式铁谱仪工业应用中发现，分析式铁谱仪存在如下几个问题：工业应用中发现，分析式铁谱仪存在如下几个问题：(1)(1)由于蠕动泵的挤压作用，常使油样中的磨粒在输送时受到由于蠕动泵的挤压作用，常使油样中的磨粒在输送时受到机械损伤，特别是大磨粒常会破碎。机械损伤，特别是大磨粒常会破碎。(2)(2)对于磨粒浓度较高的油样，如果油样不作适当的稀释，可对于磨粒浓度较高的油样，如果油样不作适当的稀释，可能会在铁谱片的入口处造能会在铁谱片的入口处造 成磨粒堆积，此时不仅会影响对磨粒的成磨粒堆积，此时不仅会影响对磨粒的观察和分析，而且形成的附加磁场还会改变磨粒的尺寸分布；而观察和分析，而且形成的附加磁场还会改变磨粒的尺寸分布；而高度稀释后，又可能导致对判断磨损状态有重要研究价值的磨粒高度稀释后，又可能导致对判断磨损状态有重要研究价值的磨粒漏失，造成判断误差。漏失，造成判断误差。(3)(3)油样制备程序复杂，对操作者的技术要求较高。油样制备程序复杂，对操作者的技术要求较高。1983 1983年，英国年，英国SwanseaSwansea大学研制出了一种利用磁场力和离心大学研制出了一种利用磁场力和离心力共同作用而进行磨粒沉积的旋转式铁谱仪，简称力共同作用而进行磨粒沉积的旋转式铁谱仪，简称RPDRPD。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 图图8 8是旋转式铁谱仪的结构原理。它主是旋转式铁谱仪的结构原理。它主要由圆形永久磁铁组、变速电机及多用途要由圆形永久磁铁组、变速电机及多用途转盘等组成。转盘上装有油样注射器、清转盘等组成。转盘上装有油样注射器、清洗液注射器和用于安放沉积磨粒的方形玻洗液注射器和用于安放沉积磨粒的方形玻璃基片的压头。圆形永久磁铁组由两个同璃基片的压头。圆形永久磁铁组由两个同轴的垂直布置的永久磁铁构成。在圆形永轴的垂直布置的永久磁铁构成。在圆形永久磁铁的上方，装有一个外形有一定楔角久磁铁的上方，装有一个外形有一定楔角的橡皮座，供安放方形玻璃基片。安放基的橡皮座，供安放方形玻璃基片。安放基片时，先把基片放在橡皮座上，再用基片片时，先把基片放在橡皮座上，再用基片压头轻轻下压，使橡皮座中的空气迅速排压头轻轻下压，使橡皮座中的空气迅速排出形成真空，玻璃基片便会牢牢地吸附在出形成真空，玻璃基片便会牢牢地吸附在橡皮座上。铁谱片制成后取下基片时，只橡皮座上。铁谱片制成后取下基片时，只要拉动橡皮座侧边的充气杆，使橡皮座变要拉动橡皮座侧边的充气杆，使橡皮座变形，真空会立即消失，可以很方便地取下形，真空会立即消失，可以很方便地取下玻璃基片。制片时，基片与其下方的磁铁玻璃基片。制片时，基片与其下方的磁铁是用一台变速驱动电机带动旋转来进行工是用一台变速驱动电机带动旋转来进行工作的。作的。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 工作过程：首先用油液注射器把约工作过程：首先用油液注射器把约1ml1ml的分析油样输送到置于回转圆形磁铁的分析油样输送到置于回转圆形磁铁上方的方形玻璃基片的中心，放置在磁铁上方的方形玻璃基片的中心，放置在磁铁上的基片和磁场装置会一起通过传动轴由上的基片和磁场装置会一起通过传动轴由可调速的驱动电机带动回转，使滴在基片可调速的驱动电机带动回转，使滴在基片中心的油液迅速向四周流散，油液中的磨中心的油液迅速向四周流散，油液中的磨粒在圆形磁铁磁场力和离心力的作用下，粒在圆形磁铁磁场力和离心力的作用下，按其尺寸大小沉积排列在基片上，分别形按其尺寸大小沉积排列在基片上，分别形成内、中、外三个同心沉积圆环。然后用成内、中、外三个同心沉积圆环。然后用清洗液注射管将清洗溶剂注人到基片上，清洗液注射管将清洗溶剂注人到基片上，以清除基片上的残余油液。清洗后，继续以清除基片上的残余油液。清洗后，继续转动谱片，以利于清洗液迅速蒸发和谱片转动谱片，以利于清洗液迅速蒸发和谱片甩干，并将磨粒固定在基片上，这样就制甩干，并将磨粒固定在基片上，这样就制作成了铁谱片。之后，可以采用光学显微作成了铁谱片。之后，可以采用光学显微镜或扫描电镜等仪器来观察磨粒形貌和分镜或扫描电镜等仪器来观察磨粒形貌和分析磨粒成分，或者采用粒子计数器来测定析磨粒成分，或者采用粒子计数器来测定铁谱片上磨粒的计数指标。铁谱片上磨粒的计数指标。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院 通过对旋转铁谱仪铁谱片磨通过对旋转铁谱仪铁谱片磨粒的观测发现，谱片上的磨粒是粒的观测发现，谱片上的磨粒是按其尺寸大小分别在基片上排列按其尺寸大小分别在基片上排列成内、中、外三个同心圆环磨粒成内、中、外三个同心圆环磨粒链（见图链（见图9)9)，它们之间有明显的，它们之间有明显的间隔。一般内环沉积的磨粒，尺间隔。一般内环沉积的磨粒，尺寸大多数在寸大多数在1 150m50m，少数大到，少数大到几百微米，甚至上至千微米。因几百微米，甚至上至千微米。因此，内环沉积的磨粒包含了油样此，内环沉积的磨粒包含了油样中全部尺寸范围的磨粒。中环沉中全部尺寸范围的磨粒。中环沉积的磨粒尺寸通常在积的磨粒尺寸通常在1 120m20m。外环沉积的磨粒尺寸更小，一般外环沉积的磨粒尺寸更小，一般是是10m10m的小磨粒。的小磨粒。7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l4 旋转式铁谱仪7-3 7-3 油液铁谱分析技术油液铁谱分析技术中原工学院中原工学院 机电学院机电学院l l4 旋转式铁谱仪 采用旋转铁谱仪制备的铁谱片，除了可在光学显微镜、扫采用旋转铁谱仪制备的铁谱片，除了