油液監(jiān)測與故障診斷第1頁/共85頁一、基本概念油液監(jiān)測技術

——通過分析被監(jiān)測設備在用潤滑劑(或工作介質)的性能變化和攜帶的磨損微粒情況，獲得機器的潤滑和磨損狀態(tài)信息，評價機器的工況和預測故障，并確定故障原因、類型和零件的技術第2頁/共85頁二、油液監(jiān)測技術原理

油液變質和油品質量劣化原因：1）高溫、高剪切、氧化、硝化、硫化等作用和反應——測量粘度變化、含水量、酸值、閃點變化等；——油品劣化程度超過一定限度，及時換油。2）油液中添加劑的消耗和變質——測定添加劑含量；——添加劑含量減少，及時補充。第3頁/共85頁金屬磨損速率加速磨損正常運行階段磨合階段時間與金屬磨損量的關系ABC第4頁/共85頁潤滑系統(tǒng)中的顆粒來源：

機械設備中摩擦副做相對運動產生磨損微粒

機械負荷、壓力與溫度的作用而生成微粒

空氣和其他污染中夾帶的污染物微粒

不同的磨損過程（跑合期、正常磨損期、嚴重磨損期）產生的磨粒有不同的特征（形狀、尺寸、表面形貌、數量和粒子的分布），反映不同的磨損失效類型（粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損、腐蝕磨損等），根據顆粒的材料和形態(tài)不同就可以診斷出磨損部位和原因。

第5頁/共85頁油液監(jiān)測的內容：

油品分析： 評價油液的化學、物理性質和添加劑 性質；磨損顆粒分析：分析機器零件磨損產生的磨屑顆粒測試手段包括：油樣理化性能分析 污染度分析鐵譜分析技術 光譜分析技術顆粒技術 磁塞及探測技術氣相色譜分析技術等

三、油液監(jiān)測技術的內容

第6頁/共85頁1.油品分析

（1）油品理化性能指標監(jiān)測——從油液本身的品質的角度出發(fā)，分析各項物理和化學指標是否符合標準，油品是否裂化變質，從而推測出部分設備狀態(tài)信息。主要目的：監(jiān)控油品質量，確定換油周期，保 證正常潤滑。

第7頁/共85頁典型的油液狀態(tài)指標：粘度 水分含量TAN（總酸度） 固體顆?？偤縏BN（總堿度） 閃點機械雜質 銅腐蝕抗泡沫性 抗乳化性。

第8頁/共85頁理化性能監(jiān)控潤滑油過程：1、定期抽取油樣；2、選定測試參數，以時間為橫坐標，以測試值為縱坐標，得到一條曲線；3、通過曲線的突變點可以判斷是否需要更換潤滑油或進行設備檢修。

第9頁/共85頁理化性能特征分析顏色：

反映其精制程度和穩(wěn)定性，可以大致 估量其氧化、變質和受污染情況

閃點：反映油品蒸發(fā)性，著火危險性的指標

總酸值： 新油表示精制深度，或添加劑加入量； 舊油表示氧化變質的程度

水分： 反映油膜形成、有機酸形成、添加劑的 分解

第10頁/共85頁理化性能特征分析氧化度： 反映油品氧化特性

抗腐蝕性：溫度過高導致酸性物和氧化產物過多； 抗氧化性添加劑分解或流失抗泡性：水分過多

抗乳化性：水過多； 雜質混入； 親水基和親油基的添加劑過多

第11頁/共85頁（2）污染度監(jiān)測分析污染：潤滑油中不溶于汽油、己醇和苯等溶劑的沉淀物 或膠狀懸浮物污染主要來源：1）在摩擦熱的作用下油品本身氧化產生樹脂類不溶物、膠質、高聚物、積炭等污染雜質；2）運動摩擦副產生的固體金屬顆?；蛴捎谠O備泄漏帶入空氣中混雜的粉塵、砂石、金屬碎屑等危害：加速設備磨損

污染度的測量：顆粒計數法、紅外光譜技術、鐵譜技術第12頁/共85頁2.磨損顆粒的監(jiān)測

常用的磨損顆粒分析技術：1）光譜分析法：<8μm磨粒分析，定量分析，但不能獲得磨粒形態(tài)的信息2）鐵譜分析法：<100μm磨粒分析，可獲得顆粒形態(tài)及成分等方面的信息3）磁塞檢測法：>100μm磨粒分析，直接對磨粒的大小、數量和形態(tài)的觀測第13頁/共85頁油樣分析技術光譜分析法鐵譜分析法磁塞檢測法色譜分析法第14頁/共85頁——根據潤滑油中各種元素吸收或發(fā)射光譜的不同，來判斷油中磨粒的成分和含量，并判斷相應零件的磨損狀態(tài)

發(fā)射光譜儀原理：

——不同元素原子核外電子軌道所具有的能級不同，受激發(fā)后放出的光輻射都具有與該元素相對應的特征波長。根據不同波長上的譜線就能知道是什么元素，根據譜線的強弱判斷出元素的含量

（1）油樣光譜分析技術

第15頁/共85頁

原子發(fā)射光譜示意圖第16頁/共85頁原子吸收光譜儀工作原理第17頁/共85頁（2）油品鐵譜分析

——在高梯度強磁場的作用下，將機器磨擦副產生的磨粒從油樣中分離出來，按其粒度大小依次排列沉淀到一塊透明玻璃基片上或玻璃管中，然后用各種手段觀察或測量，以獲得磨損過程的各種信息

第18頁/共85頁鐵譜儀類型：分析式：油樣中的磨粒在重力、浮力、油的粘滯力和磁場力的作用下，按尺寸大小沉積在玻璃基片上，并沿磁力線方向排列成鍵狀，經過除油和固定處理，制成鐵譜圖片

直接式：在線式旋轉式

第19頁/共85頁分析鐵譜儀的工作原理第20頁/共85頁鐵譜儀類型：分析式：直接式：在分析式鐵譜儀的基礎上研制，是一種從潤滑油中分離并檢測磨粒的定量分析儀器

在線式旋轉式

第21頁/共85頁

直讀鐵譜儀原理圖第22頁/共85頁鐵譜儀類型：分析式：直接式：在線式：安裝在機器上，定期直接顯示潤滑油中的磨粒濃度。由探測器和分析器兩部分組成。通過表面感應式電容傳感器測量出磨粒濃度，并給出磨粒的尺寸分布狀況

旋轉式

第23頁/共85頁鐵譜儀類型：分析式：直接式：在線式：旋轉式：油樣滴到旋轉磁臺中心處上，在離心力作用下油液向四周流散，油樣中的磨粒在環(huán)形高梯度強磁場的作用下以同心圓環(huán)的形式沉積在玻璃基片上，制成一鐵譜片。

第24頁/共85頁（3）磁塞與探測技術——利用設置在油路系統(tǒng)中的磁性元件（磁塞）攔截和吸附油液中的鐵磁性磨粒。磁塞技術分類：1）定期將磁塞從油路中取出，測量所捕獲磨粒的量，用顯微鏡檢查磨粒的粒度和形狀；2）在磁塞中裝傳感器將捕獲的磨粒量轉換成電信號，此電信號與捕獲的鐵磁性磨粒總量成正比，

第25頁/共85頁（4）色譜分析

——又叫層析法，是一種物理分離技術

分離原理：使混合物中各組分在固定相和流動相間進行分配。當流動相中的混合物經過固定相時，就會與固定相發(fā)生相互作用，在同一推動力作用下不同組分在固定相中的滯留時間有長有短，從而按先后次序從固定相中流出。

第26頁/共85頁液相色譜：液體為流動相氣相色譜：氣體為流動相電力系統(tǒng)中常用氣相色譜法。通過溶解在油中的烴類和一氧化碳、二氧化碳等氣體（潛伏性過熱和放電性故障產生的氣體）來分析判斷設備故障

第27頁/共85頁技術應用磨損狀況分析：光譜技術 鐵譜技術 磁塞檢測技術油品性能分析：紅外光譜分析

色譜分析第28頁/共85頁油液監(jiān)測分析實例

油液監(jiān)測

設備隱患

固體顆粒物酸值超標（帶電液伺服閥的汽輪機旁路系統(tǒng)抗燃油回油濾網前取油樣）（1）前置級過濾器堵塞，伺服閥不工作；（2）固體污染物堵塞噴咀、固定截流口，造成伺服閥誤動；（3）固體污染物卡堵在閥芯與閥套、拔叉與閥芯間隙中，伺服閥動態(tài)特性變化或失效；（4）閥體腐蝕失效

第29頁/共85頁紅外溫度監(jiān)測與診斷第30頁/共85頁紅外監(jiān)測技術

——通過接收物體發(fā)出的紅外輻射，測出物體表面溫度及溫度場分布，并將其熱像（設備表面紅外輻射強度分布的可見圖像）顯示在熒光屏上重現物體表面的溫度分布情況，從而判斷物體表面的發(fā)熱情況

紅外成像診斷

——通過對運行設備溫度場的空間分布特征分析和熱像圖譜的研究，提出設備故障或事故隱患的性質、故障點和嚴重程度一、概述第31頁/共85頁紅外監(jiān)測與診斷技術在火電廠的應用： 電氣開關 輸電線路 變壓器套管 控制線路（弱電系統(tǒng)） 勵磁機碳刷 設備保溫等

第32頁/共85頁優(yōu)點：操作安全（不接觸）靈敏度高（0.1℃

）診斷效率高（響應速度可以高達納秒）測溫范圍廣（攝氏負幾十度直至千度以上）空間分辨率高（測器的瞬時視場很?。┤秉c：標定困難（輻射系數、環(huán)境影響）設備內部熱狀態(tài)難以確定使用不便（有些熱像儀的探測器需要致冷）價格昂貴

第33頁/共85頁二、紅外溫度檢測基本原理

紅外輻射（紅外線、熱輻射）介于可見光區(qū)和微波之間的電磁輻射，波長0.75?1000μm

近紅外波段 波長為0.75?1.5μm

中紅外波段 波長為1.5?6.0μm

遠紅外波段 波長為6.0?40μm

極遠紅外波段 波長大于40μm

第34頁/共85頁圖3—1電磁波譜第35頁/共85頁1、基本物理量和輻射定律

（1）黑體 入射輻射能投射到一物體表面時，發(fā)生吸收、反射、透射，三者之和為1

黑體——一個理想的物體，能全部吸收投射到其表面上的入射輻射（即α=1），且所吸收的紅外線能量與發(fā)射的紅外線能量相等，并且紅外線的吸收率、輻射率與表面溫度及波長無關第36頁/共85頁（2）輻射強度I——點輻射源在給定方向小立體角內的輻射功率(又稱輻射通量)與該小立體角之比的極限值描述點源發(fā)射功率對于空間分布特性的物理量

測量輻射強度時，要把探測器對準所需的方向（大多數輻射源在各方向上的輻射功率不同）第37頁/共85頁（3）輻射率

ε

——物體的實際輻射強度和同溫度下黑體輻射強度之比值描述物體輻射或吸收紅外的能力表示實際物體輻射的本領與黑體輻射接近程度實際物體輻射率的測定比較困難

第38頁/共85頁（4）基爾霍夫（Kirchhoff）定律

——物體輻射紅外線的能力正比于其本身吸收紅外線的能力，任何一個物體的紅外輻射能密度可表示

增加物體輻射紅外線能力的常用方法就是使它的表面具有最小反射紅外線的能力

第39頁/共85頁（5）斯蒂芬—玻耳茲曼定律

——物體紅外輻射總功率與其自身的熱力學溫度的四次方成正比

物體表面溫度愈高，輻射的紅外能量愈大

第40頁/共85頁（6）普朗克定律——波長表示的黑體光譜輻射出射度隨波長和物體溫度的變化而變化溫度越低，輻射出射度總量越集中在長波范圍溫度越高，則集中在短波范圍

第41頁/共85頁（7）維恩位移定律——黑體紅外輻射的波長與輻射能量之關系（對應于輻射能量最大的波長稱為輻射的峰值波長λmax)

溫度升高，峰值波長變短

電力設備一般缺陷溫度低于500K，應選擇波長為8?14μm的工作波長

第42頁/共85頁（8）郎伯余弦定律——黑體在任意方向上的輻射強度與觀測方向相對于輻射表面法線夾角的余弦成正比實際做紅外檢測時應盡可能選擇在被測表面法線方向進行第43頁/共85頁2、選擇紅外檢測儀器的基本原則

（1）接收輻射信號最大原則

高溫目標用3?5μm，低溫目標用8?14μm沿法線方向（2）輻射對比度最大原則

選擇合適的紅外熱像儀中心響應波長

第44頁/共85頁3、紅外檢測儀器的影響因素

（1）發(fā)射率的影響

發(fā)射率修正（2）背景輻射

目標充滿檢測儀器的視場、避開陽光、

合適的檢測距離和儀器視場角

（3）環(huán)境介質（氣體、塵埃、煙霧）

選擇工作波段、窺管、調整發(fā)射率

第45頁/共85頁三、紅外熱成像及典型故障識別

紅外熱成像——對物體表面發(fā)出的電磁輻射進行非接觸式測量，被測的輻射量與物體溫度成比例。從觀察者角度重現設備紅外輻射的物理過程為紅外熱成像紅外熱像儀——將紅外輻射分布轉換成可觀察的物理量（溫度）或可見光圖像（熱像）的器件或儀器第46頁/共85頁黑白熱像——在熱像上用不同的灰度表示不同的紅外輻射能量密度亮的地區(qū)代表紅外輻射能量密度大、溫度高暗的地區(qū)代表紅外輻射能量密度小、溫度低彩色熱像——在熱像上用不同彩色表示不同的紅外相射能量密度第47頁/共85頁紅外熱像強度標準

組織

測量值與正常值比較

程度

EPRI

100F～1500F輕度160F～500F

中度510F～1000F

重度≥1010F

危險美國軍方

180F～440F可接受450F～710F重要720F～1250F

強制≥1260F立即歐洲標準化組織

≦180F輕度190F～630F中度630F～1350F

重度≥1360F

危險第48頁/共85頁1、紅外熱像儀診斷設備故障類型

（1）導體接觸不良故障（主要過熱缺陷形式）原因：接觸電阻增大將部分電能轉化成熱能以熱量的形式釋放出來，導致設備及連接件溫度升高故障點：焊接接頭、引線連接、動靜觸頭、閘刀口與觸片等處第49頁/共85頁（2）漏磁和渦流故障

原因：具有磁回路的高壓電氣設備，由于漏磁、絕緣破損，引起短路環(huán)流和鐵損增大，導致鐵制箱體渦流發(fā)熱或鐵芯局部過熱特點：以環(huán)流或渦流中心為最高溫度的過熱區(qū)

故障：發(fā)電機和電動機定子鐵芯過熱； 變壓器、電抗器、電壓互感器和電流互感器鐵芯片間短路； 變壓器和電抗器箱體渦流發(fā)熱等

第50頁/共85頁（3）設備內部絕緣故障原因：高壓電氣設備的內部絕緣由于密封不良，進水受潮，絕緣介質老化，介質損耗增大，導致電氣絕緣性能下降，甚至局部放電或擊穿特征：設備整體性發(fā)熱，上高下低的熱場分布； 改變負荷的情況下外部紅外熱像無明顯變化

故障：

發(fā)電機定子主絕緣劣化、脫殼與擊穿；

變壓器套管或避雷器受潮； 高壓油斷路器受潮或油質劣化等第51頁/共85頁（4）電壓分布異常和泄漏電流增大故障

一些高壓電氣設備內部故障本身并不會產生過熱，但可改變其正常運行時的電壓分布或泄漏電流，在設備外表面產生異常的特征性熱場分布

避雷器第52頁/共85頁（5）油浸電氣設備缺油故障 油浸高壓電氣設備，因漏油而造成缺油或假油位。由于油面上下介質熱物性參數差異較大、在設備外表可產生與油位對應的明顯溫度梯度。油斷路器、耦合電容器、電流互感器、電壓互感器、變壓器套管與油枕等第53頁/共85頁（6）鍋爐

火焰監(jiān)測（鍋爐爐膛滅火或燃燒不正常）；耐火材料及保溫層破損；煙溫監(jiān)測，可及時發(fā)現鍋爐堵灰；爐管堵塞、結垢（例如水冷壁管子堵塞）；熱氣泄漏；安全閥泄漏等第54頁/共85頁（7）熱力系統(tǒng)破損及漏熱故障

閥門或接頭泄漏；冷凝器回流管堵塞、變窄；地下管道泄漏；凝汽器泄漏等；第55頁/共85頁四、典型紅外裝置

1、紅外輻射測溫儀

紅外探測器接收目標輻射并轉變成電信號

目標顯示器光學系統(tǒng)紅外探測器微電機調制盤放大器第56頁/共85頁光機掃描熱像儀原理圖1—被測物體2—光學聚焦系統(tǒng)3—行掃描鏡4—幀掃描鏡5—紅外探測器6—信號處理器7—視頻顯示器第57頁/共85頁紅外熱像儀一般分為： 光機掃描熱像儀 焦平面陣列熱像儀 紅外熱電視

第58頁/共85頁（1）光機掃描熱像儀組成：光學聚焦系統(tǒng)、行掃描鏡、幀掃描鏡、 紅外探測器、電子信號處理器和視頻顯示器紅外輻射——聚焦系統(tǒng)——行掃描鏡和幀掃描鏡——紅外探測器（液氮冷卻）——紅外探測器——轉變成電信號——可見圖像第59頁/共85頁（2）焦平面陣列熱像儀

沒有光機掃描系統(tǒng)

非制冷第60頁/共85頁（3）紅外熱電視（熱釋電攝像管成像裝置）組成：成像鏡頭，熱釋電攝像管、攝象機電路、顯示器和溫度標定電路。紅外輻射——熱釋電攝像管（PEV）——熱圖像轉變成視頻信號

第61頁/共85頁典型的設備紅外熱成像

第62頁/共85頁第63頁/共85頁第64頁/共85頁第65頁/共85頁第66頁/共85頁第67頁/共85頁泄漏監(jiān)測與診斷第68頁/共85頁一、泄漏分類

1、按泄漏物質分：氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)2、按介質泄漏量分：滲漏、滴漏、噴漏

3、按泄漏部位分：本體泄漏、密封泄漏

4、按泄漏介質流向分：向外泄漏、向內泄漏、內部泄漏5、按泄漏發(fā)生頻率分：突發(fā)性、漸進的

第69頁/共85頁1、材料失效腐蝕（晶間腐蝕、應力腐蝕）、磨損（流動受阻及方向改變處）裂紋2、密封失效制造質量差、安裝不正確、密封件老化、被腐蝕、磨損3、人為因素麻痹疏忽、管理不善、違章操作二、泄漏原因（存在壓差）

第70頁/共85頁1、液壓法：容器內充一定壓力的油或水2、皂泡法：容器內充氣體，外壁或焊縫上涂抹肥皂液3、氣泡法：容器內充入一定壓強的氣體后浸入水中4、氨顯色法：容器內充二氧化碳，外部用氨氣指示5、超聲波檢漏法

6、氦質譜檢漏：氦通過漏孔被吸入質譜室，根據氦離子流強度判斷被檢容器漏孔大小

7、紅外線檢漏法

二、泄漏原因第71頁/共85頁三、超聲波基本性質

聲波（彈性波）——機械振動在彈性體中的傳播聲波振動傳播時，只有能量的傳輸而無質量的傳遞波動中前進的只是波，振動質點并不隨波而移動，只是在自己的平衡位置附近振動超聲波（f>20kHz）超聲波檢測中，常用的頻率范圍為0.4—5MHz第72頁/共85頁

超聲波的基本波形第73頁/共85頁（1）聲速

——超聲波在介質中傳輸的速度即介質的聲速，表示一秒鐘超聲波等相位面所通過的距離，與介質的密度和彈性性質有關。

超聲波傳播速度與介質本身的溫度、彈性模量、密度、泊松比、硬度等特性相關。常溫下：空氣中的聲速約為334m/s

水中的聲速約為1440m/s第74頁/共85頁

——超聲波在傳播過程中，其波束以某一擴散角從聲源輻射出去（與聲源的直徑D、波長λ有關）波束的半擴散角θ越小，其指向特性越好聲源直徑一定時，頻率越高（波長越短），指向特性越好

超聲波束的指向性（2）指向特性

第75頁/共85頁（3）超聲波用于檢漏的原因超聲波具有指向性，可追尋出產生源位置；超聲波很容易作阻隔或遮蔽，容易確認出產生源；噪音與超聲波頻率范圍不同，可使用于噪音環(huán)境；超聲波的變化可預知潛在的故障；超聲波儀器操作簡單第76頁/共85頁1）壓力/真空系統(tǒng)：漏孔產生空載超聲波；2）轉動機械潤滑不當、過載造成磨損時伴有空載超聲波3）電弧、爬電和電暈放電伴有空載