通过油液分析进行机器状态监测是一种行之有效的、经济有效的维修管理技术。然而，定期地，检测大磨损颗粒的能力和需要受到质疑，已经发表的论文证实了这样一个事实，即光谱学或多或少对油样品中的大磨损颗粒是看不到的。yabo214然而，用过的油分析已经被证明在预测潜在的机器故障方面是非常有效的。因此，提出以下问题并非不现实:“额外测试是否有好处?它们是否能显著提高检测出常规分析方法可能忽略的潜在故障的概率?”
本文讨论了提高光学发射光谱仪检测和量化润滑油中大磨损颗粒能力的三种技术。yabo214它们是酸消化微分法、铁谱法和罗极滤波光谱法。
介绍
许多优秀的报告和文章已经写的主题，石油分析和它的历史演yabo214变。简单地说，油分析是一种诊断维护工具，用于检测和量化油浸湿系统润滑剂中的磨损金属和污染物。它是基于这样一个事实:当对具有代表性的润滑油样品进行周期性分析时，可以提供有关磨损表面状况的重要信息。这是一种有助于确定机械系统是否处于正常磨损模式，或是否存在潜在的严重问题的测试。
最近变得更广泛理解的事实是，随着磨损粒度的增加，光谱油分析检测效率降低。大颗粒正是那些yabo214最具指示异常磨损模式的颗粒。严重的磨损模式，如剥落，严重滑动磨损和切割磨损产生大颗粒，其可以通过光谱学未被发现。yabo214对于某些类型的光谱仪比其他类型的光谱仪为真，这是真的。对于某些类型的机器和发动机也更为重要。
原子吸收光谱（AAS）和电感耦合等离子体（ICP）光谱仪来自粒子检测不足的粒子。旋转盘电极（RDE）光谱仪响应于稍微较大的颗粒，但上限仍然是大约10微米。yabo214
本文介绍了几种方法，这些方法已经在过去十到二十年中开发，从而提高了发射光谱仪的大粒子检测能力。它们是使用电感耦合等离子体（ICP）光谱，一种称为铁振视的金属分离技术，以及使用旋转盘电极（RDE）光谱的酸滤光技术的酸消化差分方法（ADDM）。每个目标中的最终目标是检测常规光谱法中错过的相对较小的失效百分比。
原子发射Spectroscopy - 问题的定义
通过原子发射光谱检测大颗粒受许多因素的影yabo214响。最重要的是下面描述的。
代表性样本
如果系统处于严重磨损模式并产生大的磨损颗粒，则送往实验室进行分析的油样必须含有具有代表性的颗粒数量和大小分布。yabo214样本的大小和良好的取样技术可能是一个重要的因素。同样地，在实验室进行测量之前，必须剧烈地摇动样品，使颗粒重新悬浮起来。yabo214
励磁参数
激发的类型影响光谱技术的粒度检测能力。解离粒子的激励力是关键因素。然而，最热的源是电感耦合等离子体（ICP），受到等离子体中的短样本停留时间的限制。取决于组合物，颗粒可能不足以使得足以解离和蒸发。yabo214
对于旋转圆盘电极(RDE)方法，电弧源对某些元素有更好的效率，但对于其他元素，火花源是首选。
原油粘度
对于RDE方法，油的粘度影响试样达到激励过程的数量，从而影响试样携带的磨损颗粒的数量。yabo214这进一步受到圆盘电极孔隙率的影响。在AAS或ICP-AES中，粘度的影响较小，因为大多数油样在分析前必须稀释，从而消除了粘度作为主要变量的影响。
磨损颗粒形态yabo214
粒子的形状对光谱技术的效率具有效果。例如，摩擦磨损颗粒的长度为约10：1的厚度比。yabo214粉状金属通常或多或少球形。如果两种类型由它们的主要尺寸描述，则与磨损颗粒相同的尺寸的球形颗粒将更加难以激发。yabo214
润滑剂组成
已经表明，分析技术的效率在烃油和酯油之间变化。
引入激发过程中的样品量
测量大磨损颗粒的能力假设它们存在于实际激发的少量样品中。yabo214对于典型的1ml油样，RDE法分析的比例小于50%，ICP法分析的比例仅为少数。如果每毫升样品中只有几个大粒子存在，那么RDE技术检测到这些粒yabo214子的概率就会更大。
样品引入方法
在ICP方法中，样品雾化以形成气溶胶。当气溶胶到达等离子体时，液滴尺寸非常细，通常小于5mm。因此，大于5mm的磨损颗粒没有机会被检测yabo214到。
油中使用的大磨损颗粒分析方法yabo214
在本节中描述的三种技术以检测使用润滑油中的大磨损颗粒不是理论的。yabo214它们是在实际练习中使用的方法作为额外的测试，作为机器状况监控程序的组成部分。
酸消化微分法
十多年前人们就认识到，尽管光谱分析仪在油的分析中得到了广泛的应用，但还没有一种分析方法能够满足分析速度、精密度、准确度、灵敏度、样品制备的便捷性和每次分析的成本等方面的所有要求。Fassel等人的研究表明，电感耦合等离子体(ICP)光谱法更能满足上述所有要求。然而，ICP方法，作为常规应用于废油分析，有非常差的粒子灵敏度。将被溶剂稀释以降低粘度的油样雾化，形成气溶胶，在到达等离子体之前通过喷雾室流动。
喷雾室通过沉降和撞击除去了除最细小液滴外的所有液滴，使液滴达到等离子体的最大尺寸约为5毫米。因此，样品中大于5mm的颗粒没yabo214有被检测到的机会。
的理由
如果在更换机油后进行光谱测量，将其作为时间的函数，磨损金属浓度将继续无限期地增加，如图1所示，只要不向发动机中添加清洁的化妆油。
实际上，对于光谱测量来说是有意义的，由于最后一次油变化的时间必须知道，因为它是在给定的操作时段期间磨损金属浓度的增加。飞机燃气轮机发动机的光谱数据是一种特殊情况。绝对最大浓度水平适用于燃气轮机发动机，因为即使大多数燃气涡轮发动机中的油不改变，由于频繁加入化妆油，磨损金属浓度达到最大值。KJER描述了小型和大颗粒的磨损粒子浓度和浇头的数学。yabo214
图1。颗粒浓度作为时间的函数
从上述讨论中，可以看出，润滑油样品中的总金属浓度是两种组分的总和：细颗粒和化学溶解的部分和大颗粒部分。细颗粒和化学溶解的级分的浓度继续增加油变化，但大的颗粒部分达到动态平衡浓度，其中所产生的磨损颗粒的贡献被大颗粒的损失，沉降或粉碎损失。yabo214大颗粒的浓度对于异常磨损而言是最令人兴趣的，因为大颗粒的yabo214数量和尺寸基本上增加了许多，并且可能大多数异常的磨损模式增加。而且，大颗粒对总磨损金属浓度的贡献通常比细颗粒和溶解材料的贡献要小得多。yabo214
为了使光谱分析尽可能有效地提供异常磨损的早期迹象，仅用与粒径无关的方法监测总磨损金属浓度是不够的。Anderson建议，至少对于具有快速发展的失效模式历史的关键设备，应该考虑微分方法，其中对每个样品进行两次测量。app亚博体育由于ICP光谱仪的精密度、准确度和检测限高，因此推荐使用它。一种测量方法是用适当比例的溶剂稀释样品后直接将其引入等离子体中。这种测量方法给出了细颗粒的分数。第二种测量是使用与颗粒大小无关的方法来获得总金属浓度。这两种测量值之间的差异表明粒子分数较大。
即使润滑剂经历更多的运行时间，预计大量粒径将保持在某些限制内。异常磨损模式，过滤器堵塞，污染物摄入，润滑剂衰竭等预期显着增加了大的粒径。
案例记录，往复式发动机试验台
从往复式发动机试验台获得了两组油样。A系列样品在铁谱分析中显示，在试验过程中，磨损程度没有增加。在所有A系列样品中，大颗粒的数量大致相同。yabo214
B系列样品的铁谱图显示，随着测试的进行，大颗粒的浓度大幅增加。yabo214A系列和B系列的每个样品都经过加热、摇匀，并分成两部分。剩下一份;另一部分采用Brown等人的方法进行酸消化。
将所有部分称为电子平衡，也称为添加到每个部分的酸和溶剂（煤油），从而可以精确地计算浓度数据。然后通过ICP-AES分析每个部分，从而获得每个样品的两次测量：
- 不经酸消化的ICP-AES。
- ICP-AES酸性消化。
图2显示了A系列样品的铁结果。有酸消化和没有酸消化的测量结果相差不大。图3显示B系列样品中两种方法的差异逐渐增大。图4绘制了发动机测试进行时两种方法之间的差异。
图2。A系列的铁结果
图3。B系列的铁结果
图4。B系列样品中已消化和未消化样品的差异
这种差分酸消化技术的强大之处在于，它能够在浓度增加的情况下表明大颗粒的存在，无论是通过常规技术还是与颗粒大小无关的技术。yabo214在A系列中，大颗粒没有增加，只是正常磨损，而在B系列中，磨损严重程度正在逐渐增加。yabo214在没有差异测量的情况下，这两种情况似乎都显示出增加的趋势。
传染
铁谱技术是在20世纪70年代发展起来的，是为了克服光谱法石油分析中大粒子检测的不足。它是一种从流体中分离颗粒的技术，用于显微检查和随后的分析。yabo214铁谱的名称源于从发动机润滑油中析出铁磨损颗粒的方法的最初发展。yabo214
最初的分析铁谱仪使用强磁场梯度将磨损颗粒从使用过的油样品中分离出来，用于随后的显微镜检查。yabo214从那时起，许多不同的仪器已经被引入，如旋转颗粒沉淀器，它也分离磨损颗粒用于显微镜检查，以及其他仪器，量化油样品中铁磨损碎片的数量。yabo214
铁谱的主要仪器是分析铁谱仪，它用于制备铁谱。在显微镜载玻片的一个表面涂上一层非湿润的屏障。这种涂层可以截留蠕动泵输送的流体。在使用过程中，滑块以与水平方向略有角度安装，允许流体通过重力沿玻璃流动，但在屏障内，流体最终被排泄管收集起来。
滑块安装在两个用铝片隔开的永磁体之上。磁铁的两极是对位的。也就是说，在一个磁极被认为是北方的地方，另一个磁极横跨铝带是南方。以这种方式定位磁铁导致在铝带上方的垂直方向上产生一个强大的磁场梯度。流体中的磁性粒子受到yabo214强烈的向下的力。这些粒子通过流yabo214体向下迁移到玻璃表面，在那里它们以垂直于流体流动方向的字符串沉积，如图5。
图5。铁格图的例子
在给定样品中的所有流体穿过载玻片上，固定剂溶液通过滑块通过以除去残留的流体。当固定器蒸发时，载玻片准备使用显微镜观察。根据尺寸沉积在滑块yabo214上的黑色颗粒。作用在粒子上的力与体积成比例，但悬浮液的粘性电阻与表面积成比例。因此，对于球体，力随着直径的立方体而增加，但电阻仅随着直径的平方而增加。因此，最大的黑色颗粒沉积在滑动件的入口区域yabo214，其中润滑油首先触及玻璃表面。在沿着载玻片的位置处，大于特征尺寸的所有黑色颗粒都将沉淀。yabo214
对于诸如铝，黄铜，白色金属等的非黑yabo214色颗粒，通常会发生沉淀，因为这些材料是弱磁性的，然而，这些材料的沉积将较小尺寸选择性。亚博网站下载因此，可以在沿图5中的载玻片的长度沿着载玻yabo214片的长度找到大颗粒的有色金属。在双色显微镜中的载玻片的检查揭示了尺寸，形状和颗粒数量的细节。从该信息可以评估油润滑部分的条件。操作的机器通常通常以缓慢稳定的速率产生小型颗粒。yabo214如果粒子的数量增加，特别是如果大于小yabo214颗粒的比率增加，则指示更严重的磨损方式已经开始。
大的严重磨损颗粒的产生预示着磨损表面即将失效。yabo214磨料磨损类似于粗加工过程，产生环状、螺旋状和弯曲的金属丝，如图6所示。yabo214这些颗粒数量和尺寸的增加表明磨料磨损机制正在迅速发展。yabo214
图6。切削磨损试样
类型的穿
不同的磨损机制每个产生特征粒子。yabo214已经用滑动磨损识别出六次磨损制度。杂项形状的颗粒与断裂磨损有关。yabo214小血小板与正常的摩擦磨损有关。滑动和摩擦磨损样品如图7和8所示。
图7。滑动磨损试样
图8。摩擦磨损样本
随着操作参数变得更加艰难，金属摩擦磨损颗粒的尺寸增加并变得氧化。yabo214最后，仅在发生故障之前，生产大，金属，严重磨损颗粒。yabo214
另外，两种类型的颗粒与滚动机构相关联。yabo214这些是疲劳块和层状粒子。yabo214疲劳大块代表被移除的材料作为滚动元件倒置，图9.层状颗粒，大，薄板，由材料通过滚动触点而导致的。yabo214组合轧制和滑动，如在齿轮中，产生磨损颗粒和疲劳大块。yabo214颗粒组合物的测定可以建立它们的起源。yabo214沉积，反射率和粒子颜色的识别率辅助。yabo214
图9。疲劳泡沫颗粒样品
如果可行，能量色散x射线分析结合扫描电子显微镜，可以确定元素组成。否则，通过检查氧化层(回火)颜色，对载玻片进行简单的加热就可以将其归类为广泛的合金类别。
案例历史，水中的水
用过的油样本取自一个1200千瓦的涡轮驱动减速箱，这个减速箱刚刚检修过。5天后建立了磨损颗粒基线。当时的铁谱上没有出现严重的氧化物或结晶颗粒。yabo214分析师唯一的保留是在入口沉积物中发现了一定数量的深色金属氧化物。然而，一个月后的油样显示磨损情况大大恶化。发现了许多红色氧化物，以及表面扭曲和氧化的自由金属颗粒。yabo214图10显示了偏振光和反射光下的铁谱入口视图。润滑剂中的水分不仅造成氧化侵蚀，而且使润滑剂的承载能力降低，导致大的、异常的磨损颗粒。yabo214测试结果表明，润滑系统安装了油水分离器，后续样品分析恢复正常。
图10。铁谱入口区显示红色氧化物和游离金属颗粒yabo214
病历，磨料磨损
图11是来自来自压缩机的二手油样品的二铁。它显示重串的黑色金属磨料颗粒，以及许多大型非金属结晶颗粒。yabo214与基线样本的比较显示了当前的铁帘沉积物非常重。更贴近较高倍率的仔细检查表明，大型切割磨损颗粒占主导地位，图12。yabo214
图11。压缩机废油样品的铁谱图
图12。在500倍放大率下切割磨损颗yabo214粒和磨料
因为存在许多非金属结晶颗粒，所以假设切削磨损是由于磨蚀污染，并且制造了推荐，以改变油和滤油器，并yabo214检查机器以用于污染物的进入机器。另一个来自该压缩机的样本在一个月后提交。磨损颗粒浓度和粒度，形状和组成返回基线。
Rotrode滤波器光谱
罗特罗德滤波光谱利用了旋转圆盘电极(RDE)光谱仪中使用的碳圆盘电极本身是多孔的这一事实。一个夹具被用来夹紧圆盘，这样当真空被施加到圆盘的内部时，使用的油样可以通过圆盘的外圆周绘制出来，图13。油中的微粒yabo214被圆盘捕获。然后用溶剂将油冲洗掉，让圆盘干燥，粒子留在圆盘电极的外圆周上，以便在RDE光谱仪上点燃时被汽化并检测到。yabo214
图13。RFS样品制备夹具
圆盘电极作为磨损和污染颗粒的衬底，成为实际的分析样品。yabo214尖石墨棒用作对电极，在电极之间产生火花，从而激发被圆盘电极捕获的任何磨损金属或污染物的原子结构。分析过程与用RDE技术分析常规样品相同。
RFS电极的样品制备时间随粘度和油样的粘度而变化。对于相对清洁的润滑油样品，制备时间可以短至4或5分钟，例如来自涡轮机，电动机轴承和液压系统。具有高烟灰水平的发动机油样品需要最长的过滤时间，有时是半小时或更长时间。因此，使用多站夹具，使得可以一次过滤许多样品，图14。因此，该过程在经济上有效地进行。
图14。多站RFS样品制备夹具
RFS技术的应用
RFS技术被用作一种比较方法，因为无法获得由光谱仪测量的每个元素的粒子重量浓度已知的油标准。yabo214在实践中，首先使用标准RDE技术分析使用过的油样品，该技术提供了溶解的和“细”磨损颗粒的分析。yabo214第二个分析使用RFS技术检测和量化较大的“粗”磨损颗粒。yabo214这两种分析提供了样品中磨损粒度分布的指示。常规分析不会发现突然出现的大磨损颗粒。yabo214然而，它们的存在将很容易通过RFS分析得到证实。
案例历史，由于耦合未对准而带来的水
基于振动和油液分析的状态监测已成为大多数现代造纸厂的研究重点。许多轧机都有大型的强制润滑系统，中央储液器为辊和驱动器上的许多轴承服务。
在这个案例中，维护工程师怀疑在特种纸生产线上的超级砑光机主驱动电机出现了问题。用常规方法对油样进行常规分析，未发现异常，但工程师根据经验、初步振动分析和油样外观外观不满意。还决定将样品送到独立实验室进行第二意见和RFS技术分析。
图15显示了下面两个示例的数据。常规光谱分析标记为“精细”，RFS分析标记为“粗糙”。第一个和第二个样品在常规光谱分析中显示正常值。然而，RFS技术对有色金属鉴定出极高的价值。在第一次取样后提出更换机油的建议，在第二次取样后报告了警报状态。结果表明，轴承正在发生严重磨损，独立实验室建议立即采取补救措施。
与此同时，异常的振动数据使工程师们确信，他们对磨损原因的怀疑是正确的，即电机没有正确地耦合，它似乎从变速箱推到两个轴承推力面。马达立即停止使用并大修。
图15。轴承磨损模式的精细和粗磨损粒子趋势
更换了一个轴承组件(图16)。电机被重新安装和校准，消除了软脚。如果发动机一直在使用，它最终会故障的。包括电枢复卷在内的维护费用将至少花费32,000美元，而可能的生产损失和延误将进一步增加成本。
图16。电机不对中导致轴承表面损坏
结论
基于石油分析的机器状况监测计划的目的是检测磨损早期阶段的问题，以便可以采取经济矫正动作。所需的纠正措施可能采用即时修复的形式，或者在某些情况下，设备可以在受控条件下保存在服务中，并推迟纠正措施直到下一个计划的关闭。app亚博体育在所有情况下，分析技术提供了哪些维护建议所基于的必要信息。因此，信息的质量和可靠性是机器状况监测程序成功的关键。
讨论了基础光谱法分析油的三种辅助技术。每一种都提供了使用过的油样中可能存在的大磨损颗粒的额外信息。yabo214有的提供定量数据，有的提供定性数据。毫无疑问，这些信息在节省维护成本方面是有价值的。这些技术在成本、复杂性和信息方面各不相同。
应用哪种补充技术的选择取决于被监控的机器和实验室人员的经验。酸差技术可以通过元素识别润滑油样品中存在的大磨损颗粒。yabo214这是一种两步法，因为与粒径无关的技术本身并不一定提供异常磨损所需的信息。
铁造影是一种将金属颗粒与油样的技术与显微镜进一步诊断。yabo214它已被证明是一种有价值的技术，它提供了有关产生它们的实际尺寸和产生它们的实际尺寸和磨损模式的信息的辅助技术。yabo214这些信息对于确定磨损的严重程度和可能的来源是有用的。
罗特罗德滤波光谱技术(Rotrode Filter Spectroscopy, RFS)是一种新技术，为大颗粒磨损提供了重要的附加信息;yabo214传统技术可能遗漏的信息。
它适用于现有仪器，只有较小的程序变化。尽管原子发射技术的磨损粒度限制是周期性的“重新发现”，但现在可以安全地说，存在这种所谓的限制的方法存在安全。本文显示了三种方法，可提高粒子检测能力以不同程度。如果应用任何这些方法，可以提高油分析的总效率。
这些信息已经从AMETEK Spectro Scientific提供的材料中获得，审查和改编。亚博网站下载
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