船舶潤滑脂的監(jiān)測研究

王國松，劉云濤，吳向君，田洪祥

(1.91287部隊，上海 200083;2.海軍工程大學(xué)，湖北 武漢 430033)

潤滑脂，主要由礦物油 (或合成潤滑油)、稠化劑和添加劑調(diào)制而成，具有耐負(fù)荷性好、使用壽命長、密封性好、緩沖減震性好、不飛濺、不滴油、潤滑設(shè)備簡單、使用溫度范圍廣等特點(diǎn)［1］，廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的摩擦部位，特別是軸承上，起潤滑和密封作用。

常見的潤滑脂品種有:鋰基潤滑脂、復(fù)合鋰基潤滑脂、鈣基潤滑脂、聚脲潤滑脂等。其中，鋰基潤滑脂使用最為廣泛，復(fù)合鋰基潤滑脂和聚脲潤滑脂性能優(yōu)越。某船機(jī)械設(shè)備所用潤滑脂為某型多效鋰基潤滑脂。

1 與潤滑脂相關(guān)故障及原因

潤滑脂的缺點(diǎn)很明顯，如散熱性差、不能帶走摩擦副產(chǎn)生的磨屑、設(shè)備運(yùn)行的速度受限制、添加量既不能太多又不能太少等。據(jù)全球最大的軸承生產(chǎn)商Svenska Kullager－Fabriken(SKF)公司提供的數(shù)據(jù)顯示，大約80%的在用滾動軸承是由潤滑脂潤滑的，大約50%的早期軸承失效是由于潤滑不良引起的。

在脂潤滑設(shè)備的運(yùn)行過程中，常出現(xiàn)設(shè)備溫度超限、震動異常、噪音異常、軸承滾動表面損壞;潤滑脂錐入度、膠體安定性、熱安定性等理化性能指標(biāo)下降等故障。其可能原因除了設(shè)備本身及工況的原因外，如轉(zhuǎn)速和負(fù)載過大，還包括:潤滑脂選用不當(dāng)、潤滑脂量過多或是過少、潤滑過程中進(jìn)入了外來污染物、更換潤滑脂的時間間隔不對。

因此，為了船舶機(jī)械設(shè)備的安全運(yùn)行、避免重大事故的發(fā)生，合理的使用潤滑脂維護(hù)規(guī)范和監(jiān)測手段，及早的發(fā)現(xiàn)故障苗頭、降低設(shè)備維修費(fèi)用具有重要意義。

2 使用維護(hù)和監(jiān)測

潤滑脂工況監(jiān)測為應(yīng)用提供了有價值的信息。監(jiān)測潤滑脂性質(zhì)的改變，有助于評估潤滑脂的壽命、潤滑脂質(zhì)量、潤滑脂性能、確定最佳更換潤滑脂的間隔。而且，可以評估潤滑部位的磨損狀態(tài)，預(yù)測設(shè)備故障的發(fā)展趨勢。對于潤滑脂的用戶而言，潤滑脂常見分析有:工況信息收集、取樣、目測、錐入度檢測和磨損顆粒監(jiān)測等。

2.1 工況信息收集

潤滑脂的潤滑能力依賴于潤滑脂本身以及與外界的交互作用，所以需要盡可能多地收集有關(guān)應(yīng)用工況、環(huán)境條件和潤滑脂型號等方面的信息。比如:潤滑脂軟化可能是由于過度振動、潤滑污染、填充過多所導(dǎo)致。

采集的信息應(yīng)包括以下內(nèi)容:應(yīng)用對象，機(jī)器號碼或代碼，潤滑脂名稱、型號、批次和牌號，潤滑脂技術(shù)規(guī)格書，最后一次加入潤滑脂的時間和數(shù)量，軸承的類型和尺寸，軸承運(yùn)行溫度，負(fù)荷，轉(zhuǎn)速，環(huán)境條件 (溫度、濕度、污染物等)，密封類型 (機(jī)械密封、油封等)，軸承運(yùn)行壽命，振動等。如有可能，使用新的未使用的同一批次的潤滑脂。

2.2 取樣

取樣是極其重要的一步，操作時應(yīng)小心謹(jǐn)慎。選用適當(dāng)?shù)墓ぞ吆土己玫牟僮饕?guī)范將提高測試的準(zhǔn)確性。步驟如下:①確保工具清潔。②樣品瓶上貼標(biāo)簽或用筆做標(biāo)識，信息包括取樣時間、機(jī)器代碼、軸承位置。③如果能接觸到軸承，最佳的取樣區(qū)域是保持架或滾動體旁;將潤滑脂放入樣品瓶中。如果以后還要用樣品，可以適當(dāng)多取一點(diǎn)。④如果不能接觸到軸承，可使用干凈的塑料管，打開潤滑脂注入口，用注射器從內(nèi)部吸潤滑脂，在操作前，將表面硬的和臟的潤滑脂清除掉。對于回轉(zhuǎn)軸承，打開檢查螺栓，插入管子，收集樣品。管子中充滿40～50mm的潤滑脂，放入樣品瓶中，等待分析，確保管中有5mm干凈的潤滑脂。潤滑脂不能碰注射器，如果碰上了，這些樣品與直接取自軸承的相比，代表性較差，但仍然有助于查找一些問題。⑤如果軸承座已經(jīng)拆開，在取樣前，觀察潤滑脂的顏色差異，要從顏色極度變化的地方取樣。觀察注入口的潤滑脂是否與軸承的潤滑脂有很大的不同。

對于趨勢分析，每次從同一位置取樣。如有可能，拍照，并取一份未受污染的新潤滑脂油樣。

2.3 目視檢查

油樣取到后，首先進(jìn)行目視檢查，這將給出潤滑脂狀態(tài)的第一個指示，用未使用過的潤滑脂作為參考，檢查以下幾個方面。

1)光澤。如果潤滑脂表面沒有光澤，表明基礎(chǔ)油可能用完了。

水工混凝土適當(dāng)采用引氣劑、優(yōu)質(zhì)粉煤灰及優(yōu)化配合等措施，以改善拌和物性能，提高混凝土可泵性，減少水化熱，減少裂縫產(chǎn)生的可能性，確保了工程質(zhì)量。

2)顏色。潤滑脂變黑源自軸承高溫 (氧化、碳化)或固體污染。注意:一些潤滑脂本來就是黑色的 (含二硫化鉬和石墨的潤滑脂)。

3)氣味。氣味的改變源自氧化。

4)紋理結(jié)構(gòu)。潤滑脂的紋理結(jié)構(gòu)是軸承運(yùn)行工況的指示。通常，在使用過程中，潤滑脂的紋理結(jié)構(gòu)改變很少，它應(yīng)平滑，沒有砂粒和團(tuán)狀物，出現(xiàn)兩者中的任一個，表示潤滑脂可能被污染了。

5)顏色、透明度、氣味等方面都有不同，可能是由于潤滑劑的混合使用，或者潤滑劑和周圍機(jī)器零部件所用的材料 (如黃銅保持架)不兼容引起的。

2.4 錐入度測試

2.4.1 錐入度變化的原因

錐入度是潤滑脂的一個主要參數(shù)，決定了潤滑脂的硬度。錐入度的選擇取決于溫度、速度、軸的準(zhǔn)直度、泵可抽吸性等運(yùn)行工況。例如:垂直軸排列需要高硬度的潤滑脂;低溫運(yùn)行的情況下，需要低硬度的潤滑脂等。

2.4.2 錐入度的檢測方法

便攜式潤滑脂性能檢測錐入度是將一定體積的潤滑脂放在兩玻璃片間，在玻璃片上放上一定質(zhì)量的金屬塊，一定時間后移走金屬塊，潤滑脂變形后具有一定的等效直徑，與等效NLGI錐入度等級圖相比較，得到所測潤滑脂的錐入度。一旦選好一定錐入度的潤滑脂，在使用的更換期和儲存期內(nèi)，錐入度變化不會太大，這與潤滑脂的機(jī)械穩(wěn)定性有關(guān)。

潤滑脂變軟 (NLGI值下降)的可能原因有:①選擇的潤滑脂錐入度偏小，或振動環(huán)境下，潤滑脂機(jī)械穩(wěn)定性不好;②滾動軸承中充入了過多的潤滑脂，導(dǎo)致攪拌和過度的潤滑脂剪切;③溫度過高;④不合適的軸承保持架設(shè)計，有旋轉(zhuǎn)環(huán)的情況下，充入了太多的潤滑脂;⑤潤滑脂中有水分;⑥相鄰系統(tǒng)中潤滑油的滲入;⑦混合了不相容的潤滑脂;⑧超過保存期限。

潤滑脂變硬 (NLGI值增大)的可能原因有:①超過了潤滑期限，潤滑脂失去了基礎(chǔ)油或者由于持續(xù)高溫作用導(dǎo)致的蒸發(fā)，如果變化太快是由于潤滑脂質(zhì)量差;②一些潤滑脂在強(qiáng)機(jī)械力作用下會硬化;③混合了不兼容的潤滑脂;④污染了大量的固體顆粒 (如碳化顆粒);⑤超過保存期限。

2.5 磨損顆粒及其它污染物檢測

2.5.1 污染物的來源

受污染的潤滑脂將減低軸承性能，壽命極大減少。污染來源于:①外界的污染，不良的密封導(dǎo)致污染物進(jìn)入，臟的潤滑脂槍和不良的軸承安裝方法，這種污染有一些雜質(zhì)如砂、水、碳塵、纖維、蒸汽等混入潤滑脂;②潤滑介質(zhì)的污染 (相鄰系統(tǒng)油的滲入或加入錯誤牌號的潤滑脂);③污染潤滑脂到了使用壽命的末期，形成了碳化粒子粘附在表面，促進(jìn)了摩擦;④軸承磨損材料。

2.5.2 磨損顆粒的目視檢測

將少量潤滑脂置于兩塊潔凈的玻璃之間，按壓玻璃片使?jié)櫥ぷ兊煤鼙?(大約100μm)，再用便攜式100倍顯微鏡觀察。使用顯微鏡前，觀察玻璃板，人的裸眼可以觀察到40μm的顆粒。觀察時，可旋轉(zhuǎn)方向，在不同的位置觀察?？捎蔑@微鏡壓住玻璃板一起轉(zhuǎn)動，在潤滑樣上，造成剪切運(yùn)動，使粒子移動或旋轉(zhuǎn)。

2.5.3 磨損顆粒的發(fā)射光譜分析

文獻(xiàn) ［2，3，4］針對潤滑脂的磨粒分析，開發(fā)出專用溶劑，建立了潤滑脂的光譜分析方法。在發(fā)射光譜分析中，以鐵元素濃度表征軸承的總磨損，通過連續(xù)監(jiān)測，當(dāng)濃度數(shù)據(jù)急劇升高時，代表滾動軸承存在異常磨損。為進(jìn)一步確定磨粒的來源，將潤滑脂中分離的大磨粒，進(jìn)行能譜分析，通過元素濃度比，確定磨粒來源于滾道。

分析潤滑脂的發(fā)射光譜儀可以是RDE(轉(zhuǎn)盤電極)型，也可以是ICP(感應(yīng)耦合等離子體)型。對于前者，潤滑脂由于流動性差，無法直接測量，需要將其中的顆粒溶解于潤滑油中;對于后者，可以將其中的顆粒溶解于水中，再分析。

2.5.4 磨損顆粒的鐵譜分析

文獻(xiàn)［5］介紹了潤滑脂鐵譜分析的稀釋劑，分別有甲苯和異丙烷 (3∶7)混合液，甲苯、甲醇乙烷基酮和異丙烷 (1.5∶3.5∶5) 混合液，甲苯和乙烷 (3∶7)混合液，石油醚和無水乙醇 (5∶5)混合液及石油醚和甲苯 (7∶3)混合液。

上海寶鋼的劉仁德對潤滑脂鐵譜分析進(jìn)行了研究，在實(shí)際工作中，發(fā)現(xiàn)有不少潤滑脂不能利用常見的稀釋劑來溶解，無法將其中的絮狀固體全部溶解，這樣制出來的鐵譜片的金屬磨?；旧隙急恍鯛钗锔采w，無法對其進(jìn)行觀察。其具體方法是:首先用玻璃棒將潤滑脂混合均勻，稱取1 g左右的潤滑脂放入錐形瓶中，再往瓶中倒入40ml甲苯，并加入玻璃珠，在旋渦振蕩器上振蕩使之分散均勻，然后將錐形瓶放到磁鐵上，靜置一段時間后，在不使磁鐵脫離瓶底的情況下傾潷出上層溶液，再依次加入甲苯、環(huán)己烷等溶劑重復(fù)以上操作，直至瓶中只剩下金屬顆粒，再往瓶中加入40ml液體石蠟，振蕩，使金屬顆粒分散在液體石蠟中，這樣就可以參照潤滑油的分析方法進(jìn)行鐵譜分析了。因?yàn)闈櫥心チ５膹?fù)雜性，建議聯(lián)合應(yīng)用分析式鐵譜和旋轉(zhuǎn)鐵譜分析經(jīng)過處理的潤滑脂油樣。

3 結(jié)論

潤滑脂在船舶機(jī)械上的應(yīng)用比較廣泛，必須給予足夠的重視，為更好地發(fā)揮潤滑脂作用，必須注意以下幾點(diǎn):①添加的數(shù)量，一般為2/3至3/4之間，過多和過少均會導(dǎo)致不良的潤滑。②定期取樣，進(jìn)行檢查和監(jiān)測。根據(jù)條件的不同，可進(jìn)行簡單的目視檢查或復(fù)雜的光鐵譜監(jiān)測。③潤滑脂的理化性能檢測很重要，條件允許時，應(yīng)進(jìn)行錐入度和滲油性的檢查。

［1］朱廷彬.潤滑脂技術(shù)大全［M］.北京:中國石化出版社，2005:1－18.

［2］劉仁德，梁敬輝.大包回轉(zhuǎn)臺軸承的故障診斷研究［C］.武漢:2008青年摩擦學(xué)與表面保護(hù)學(xué)術(shù)會議，2008(05):60－62.

［3］陶德華，劉仁德.淺談如何利用光譜和鐵譜分析技術(shù)對脂潤滑滾動軸承進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測 ［C］.北京:第七屆全國設(shè)備與維修工程學(xué)術(shù)年會，2003:406－408.

［4］劉仁德，倪正.低速重載滾動軸承的狀態(tài)監(jiān)測 ［J］.潤滑與密封，2006(7):171－173.

［5］蕭漢梁.鐵譜技術(shù)及其在機(jī)械監(jiān)測診斷中的應(yīng)用［M］.北京:人民交通出版社，1993:71－76.