潤滑油檢測綜合分析診斷設(shè)備機械狀態(tài)

文 | 李彬 韓東偉 朱鑫鑫 劉月茹

潤滑油檢測綜合分析診斷設(shè)備機械狀態(tài)

文 | 李彬 韓東偉 朱鑫鑫 劉月茹

近年來，隨著風(fēng)電行業(yè)運維技術(shù)不斷成熟，潤滑油檢測技術(shù)已被風(fēng)電行業(yè)認(rèn)可。多數(shù)風(fēng)電場能夠定期進(jìn)行風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油檢測。

由于風(fēng)電機組潤滑油取樣受多種因素影響，取樣后的檢測數(shù)據(jù)能否真實的體現(xiàn)潤滑油和風(fēng)電機組運行狀態(tài)，如何理解常規(guī)檢測的結(jié)果運用在風(fēng)電機組機械狀態(tài)分析中；能否用簡單的等級或者數(shù)字，讓運維人員更為直觀的判斷潤滑油的使用情況及風(fēng)電機組的機械狀態(tài)，不受個人潤滑油檢測分析能力的影響，這些都需要通過一種方法來規(guī)避因取樣造成的非潤滑油自身機械狀態(tài)的因素來達(dá)到。

目前常使用的潤滑油檢測參數(shù)

一、黏度

黏度是流體流動時內(nèi)摩擦力的量度。常用于衡量油品在特定溫度下抵抗流動的能力。黏度明顯升高或降低，都能直接或間接表明油品的品質(zhì)有劣化，如被污染、油品變質(zhì)等方面的可能性，是油品的重要理化指標(biāo)和劣化的重要報警指標(biāo)；并且可以通過黏度判斷用油的正確性。適當(dāng)?shù)酿ざ瓤梢员ＷC在彈性流體動壓潤滑狀態(tài)下形成足夠厚的油膜，使齒輪具有足夠的承載能力，降低齒面磨損。黏度過低，油膜薄，無法保證對設(shè)備良好潤滑；黏度過高，流動緩慢的特點導(dǎo)致潤滑油不能及時補充到摩擦表面形成潤滑油膜，因而會使機件較長時間處于干摩擦和半干摩擦狀態(tài)，從而促使機件磨損增加，同時增加設(shè)備能量損耗。

二、元素分析

元素分析是通過原子發(fā)射光譜或X熒光光譜、等離子光譜等同時測出幾十個金屬元素在潤滑油中的含量，也可測磷、硫等非金屬含量。通過元素分析可以分析如下情況：

磨損金屬：根據(jù)磨損金屬的成分和含量趨勢，判斷設(shè)備有關(guān)部件的磨損情況；

污染元素：判斷油品污染程度和原因；

添加劑元素： 判斷設(shè)備在用油添加劑損耗度。

三、水分

石油產(chǎn)品中含有水分時，會加速油品的氧化和生膠引起容器和機械的腐蝕。水分對金屬的腐蝕表現(xiàn)在兩個方面，一方面是水分能直接引起金屬的腐蝕；另一方面是某些含硫及酸性腐蝕性物質(zhì)能溶解到水中，加速對金屬的腐蝕作用。油品中如存在游離水，則對金屬的危害很大；潤滑油中含水時，能促使?jié)櫥腿榛?，破壞潤滑油油膜，使?jié)櫥偷男阅茏兓＿€會使?jié)櫥椭屑尤氲奶砑觿┌l(fā)生降解而失去效用。

四、污染度等級

油液污染度是指單位體積油液中固體顆粒污染物的含量，及油液中固體顆粒污染度的濃度。油液污染度是評定油液污染程度的重要指標(biāo)，而顆粒污染物對元件和系統(tǒng)的危害作用與其顆粒尺寸分布及數(shù)量密切相關(guān)，因而隨著顆粒計數(shù)技術(shù)的發(fā)展，目前已普遍采用顆粒污染度的表示方法。為了定量評定油液污染程度，世界各主要工業(yè)國都制定有各自的油液污染度等級，近年來已趨向于采用統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)。下面介紹美國NAS 1638油液污染物等級和ISO 4406油液污染度等級國際標(biāo)準(zhǔn)。

對于液壓系統(tǒng)，污染顆粒將加劇相關(guān)元件的磨損；對于軸承與齒輪系統(tǒng)，污染顆粒將加劇軸承與齒輪部件的磨損；對于設(shè)備用油，污染顆粒將加劇油品的氧化變質(zhì)。

部分在用潤滑油性能要求缺少國家標(biāo)準(zhǔn)

潤滑油是為機械設(shè)備服務(wù)的，使用中的潤滑油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是判斷在用油使用壽命、決定是否對使用中的潤滑油進(jìn)行更換和預(yù)報設(shè)備故障的依據(jù)。而對在用潤滑油的質(zhì)量評價，卻缺少科學(xué)的國家標(biāo)準(zhǔn)。很多潤滑油生產(chǎn)廠家有自己的一套評價標(biāo)準(zhǔn)，但是它只是針對潤滑油的質(zhì)量，沒有將設(shè)備的運行情況與潤滑油質(zhì)量相結(jié)合。不同類型的機械設(shè)備潤滑特點不同，運行狀態(tài)不同，故而在用潤滑油質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)不同。對于剛剛興起的風(fēng)電行業(yè)沒有相關(guān)的在用潤滑油的質(zhì)量評判標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，也沒有太多其他的行業(yè)數(shù)據(jù)參考。對于潤滑油中參數(shù)偏離特征值的變化率等都是在不斷的摸索探求。

長期監(jiān)測風(fēng)電機組潤滑油相關(guān)參數(shù)的變化趨勢

為研究潤滑油在齒輪箱中的變化規(guī)律，對8臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油進(jìn)行長達(dá)20個月的檢測。檢測參數(shù)的數(shù)據(jù)會因為取樣位置、停機時間、油液溫度等多個原因會出現(xiàn)不穩(wěn)定。

一、黏度變化趨勢

根據(jù)追蹤檢測，發(fā)現(xiàn)常規(guī)檢測參數(shù)運動黏度變化范圍并不大，具體變化趨勢如圖1。潤滑油典型黏度數(shù)據(jù)為335cSt，根據(jù)L－CKC工業(yè)閉式齒輪油換油指標(biāo)（SH/ t0586－2010）中提出黏度變化率指標(biāo)規(guī)定為“超過±15%”，其正常范圍是285 cSt－385 cSt?？梢杂^察到所有檢測樣品除一組數(shù)據(jù)外，其余數(shù)據(jù)均落在指標(biāo)規(guī)定范圍內(nèi)。也就是說單從黏度變化趨勢來看，這八臺設(shè)備的潤滑油是落在正常范圍內(nèi)的。

二、鐵元素含量分析

根據(jù)光譜分析得出的檢測數(shù)據(jù)，鐵元素的變化趨勢如圖2和圖3。根據(jù)變化趨勢可以看出定期檢測設(shè)備鐵元素變化趨勢中有兩臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油變化較為明顯。根據(jù)國外機械磨損界限中提到傳動軸系統(tǒng)鐵元素允許界限為50 mg/L－200mg/L。根據(jù)國外機械磨損界限，僅一臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油超出要求。該臺風(fēng)電機組齒輪箱損壞返廠維修，拆開齒輪箱后發(fā)現(xiàn)齒面存在大面積的磨損。另一臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油雖然按照磨損界限判斷屬于正常范圍，但是其變化曲率偏大，也就是說磨損屬于一種非正常磨損狀態(tài)。而僅從檢測數(shù)據(jù)落在范圍看，樣品是正常的。

綜合檢測分析數(shù)據(jù)在風(fēng)電機組運行管理中的運用

僅從上兩個數(shù)據(jù)分析來看，按照單一的檢測結(jié)果來判斷潤滑油的品質(zhì)和風(fēng)電機組運行情況有可能會出現(xiàn)偏差。根據(jù)檢測項目，將所涉及的檢測數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)變換結(jié)合檢測極限數(shù)據(jù)綜合匯總為綜合檢測數(shù)據(jù)值，并將綜合檢測數(shù)據(jù)分為五個等級，根據(jù)綜合檢測數(shù)據(jù)所在等級判斷潤滑油及設(shè)備的健康狀況。五個等級分別是：正常，警告，低報警，高報警和危險，用不同的顏色表示分別是綠色、藍(lán)色、黃色、紫色和紅色。下面兩個實例是上文中提到的8臺風(fēng)電機組中的兩臺。根據(jù)兩臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油的檢測數(shù)據(jù)計算綜合檢測數(shù)據(jù)，具體分析如下。

圖1 8臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油40℃黏度變化趨勢圖

圖2 8臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油鐵元素變化趨勢圖

圖3 8臺風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油鐵元素變化趨勢圖

例1（見圖4）：該機組潤滑油在13年5月的檢測數(shù)據(jù)與前期檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大差異，并在之后的追蹤檢測過程中，雖然有回落的數(shù)據(jù)，但是整體趨勢是呈上升趨勢的。14年4月風(fēng)電場進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備的維護(hù)，5月的檢測數(shù)據(jù)出現(xiàn)回落，但后續(xù)又開始上升，需要繼續(xù)觀察兩個月，判斷是因樣品采樣位置等不同原因造成的數(shù)據(jù)變化，還是風(fēng)電場設(shè)備維護(hù)時給予的對策并未直接找到根源，才造成數(shù)據(jù)短時回落后上升。

例2：X2風(fēng)電機組與2012年12月取檢樣品后更換濾芯（濾芯精度20μm），并分別在更換濾芯15天后、30天后齒輪箱潤滑油取樣檢測，部分檢測數(shù)據(jù)如表1。

從表1中看出數(shù)據(jù)在剛更換后有回落，但是隨著時間推移數(shù)據(jù)又開始上升。從數(shù)據(jù)的變化趨勢看，造成數(shù)據(jù)上升的情況有一下二種可能，第一，濾芯的精度不夠，導(dǎo)致污染度等級無明顯變化；第二，推斷該設(shè)備摩擦副之間已經(jīng)存在非正常磨損，僅通過更換一次濾芯無法有效改變其潤滑效果及減少非正常磨損情況的發(fā)生幾率。其綜合檢測數(shù)據(jù)變化趨勢如圖5。

X2風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油連續(xù)跟蹤10個月，綜合檢測一直成上升的趨勢，且檢測數(shù)據(jù)后期連續(xù)5個月超出危險值并呈現(xiàn)出上升狀態(tài)。多次告知風(fēng)電場需要檢修，但因風(fēng)電

場各種問題未能及時做出相應(yīng)的對策。在做完第10個月檢測后不久出現(xiàn)風(fēng)電機組齒輪箱損壞的故障，必須返廠維修。

圖4 X1風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油組綜合檢測數(shù)據(jù)變化趨勢圖

圖5 X2風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油綜合檢測數(shù)據(jù)變化趨勢圖

表1 X2風(fēng)電機組齒輪箱潤滑油部分檢測數(shù)據(jù)

結(jié)語

本文提出的將風(fēng)電機組潤滑油檢測數(shù)據(jù)通過數(shù)學(xué)關(guān)系等因素?fù)Q算后，成為一個簡單的指標(biāo)，并按照數(shù)據(jù)的大小判斷其設(shè)備等級。這樣的方法對于沒有明確在用潤滑油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，更加方便風(fēng)電場運行人員對潤滑油及風(fēng)電機組狀態(tài)進(jìn)行判斷。對運維人員在潤滑油檢測分析方面的技術(shù)能力要求不高，更方便對潤滑油性能進(jìn)行判斷。

（作者單位：新疆維吾爾自治區(qū)風(fēng)能研究所）