測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備油液監(jiān)測(cè)方法研究

孫國(guó)亮，李建榮

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰214431）

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測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備油液監(jiān)測(cè)方法研究

孫國(guó)亮，李建榮

（中國(guó)衛(wèi)星海上測(cè)控部，江蘇江陰214431）

摘要：隨著船舶維修制度的變革，油液監(jiān)測(cè)技術(shù)逐漸應(yīng)用于船舶領(lǐng)域，成為機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的熱點(diǎn)研究方向。本文闡述了油液指標(biāo)測(cè)試方法，對(duì)測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備進(jìn)行了油液監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究，在研究中制定了監(jiān)測(cè)方案，確定了取樣部位、取樣周期、取樣方法，建立了油液數(shù)據(jù)庫(kù)和換油標(biāo)準(zhǔn)。

關(guān)鍵詞：測(cè)量船；動(dòng)力設(shè)備；油液監(jiān)測(cè)技術(shù)

潤(rùn)滑油、液壓油等系列油品是測(cè)量船主機(jī)、發(fā)電機(jī)、齒輪箱、調(diào)距槳、減搖鰭及其他動(dòng)力設(shè)備的重要組成部分，發(fā)揮著潤(rùn)滑、密封、冷卻、清洗、防腐等功能，對(duì)保障測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備正常運(yùn)行起著關(guān)鍵作用。在測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備運(yùn)行過(guò)程中，如果油品進(jìn)水或者摻進(jìn)了其他雜質(zhì)，會(huì)使油品性能急劇下降，輕者加速設(shè)備機(jī)械磨損，重者會(huì)使設(shè)備損壞，造成緊急停機(jī)[1]。

油液監(jiān)測(cè)技術(shù)是通過(guò)分析被監(jiān)測(cè)設(shè)備的在用油的性能變化，獲得設(shè)備潤(rùn)滑和磨損狀態(tài)的信息，評(píng)價(jià)設(shè)備工況和預(yù)測(cè)故障，并確定故障原因的技術(shù)。作為設(shè)備的管理者，我們能通過(guò)監(jiān)測(cè)油液的性能變化來(lái)控制機(jī)械設(shè)備的“血液”質(zhì)量，油液監(jiān)測(cè)不僅可以通過(guò)正確選擇油品種類并確定合理的換油周期，更重要的是能夠指導(dǎo)維修，并大大節(jié)約維修費(fèi)用[2]。

1　油液指標(biāo)測(cè)試方法[ 3-5 ]

油液指標(biāo)測(cè)試方法主要分為油液的理化性能分析和磨粒分析，其中常見(jiàn)理化性能分析指標(biāo)包括水分、粘度、酸堿值、閃點(diǎn)等，磨粒分析指標(biāo)有污染度、老化度、光譜、鐵譜等。最具代表性的油液指標(biāo)分別為水分、粘度和污染度。

1.1水分

油液中混入水分會(huì)導(dǎo)致設(shè)備生銹、腐蝕、潤(rùn)滑不良或無(wú)效熱傳遞，并且形成污泥。船舶主機(jī)水分的異常增加可能是由于冷卻水滲漏、外來(lái)水污染、分油機(jī)工作不良等情況導(dǎo)致的。水分的測(cè)定方法為GB/T260石油產(chǎn)品水分測(cè)定法，水分通常用百分比含量表示。

1.2運(yùn)動(dòng)粘度

油液運(yùn)動(dòng)粘度的變化，能夠反映油品氧化衰變的程度，熱分解程度以及相關(guān)添加劑的變化，綜合地反映油液質(zhì)量的變化，而100℃運(yùn)動(dòng)粘度是衡量油液油膜強(qiáng)度和流動(dòng)性的重要指標(biāo)。測(cè)試在用油粘度通常所采用的測(cè)定方法為GB 265- 1988，粘度通常有恩氏粘度、賽氏粘度和雷氏粘度3種計(jì)量方式，三者之間可以通過(guò)圖表進(jìn)行換算。

1.3污染度

油液污染度是用單位容積的油中固體顆粒污染物的大小和數(shù)量來(lái)定量或定性反映油液受到污染程度的一種定量或定性度量方法。液壓系統(tǒng)的故障大約有70%是由于油液污染引起的，而固體顆粒物是液壓和潤(rùn)滑系統(tǒng)中最普遍、危害作用最大的污染物。污染度測(cè)試主要采用顆粒計(jì)數(shù)的方法，測(cè)定油液中所含顆粒污染物的大小、數(shù)量及分布等。

2　測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備構(gòu)成

測(cè)量船機(jī)艙內(nèi)主要機(jī)電設(shè)備包括主推進(jìn)系統(tǒng)、發(fā)電設(shè)備、空氣系統(tǒng)和部分甲板機(jī)械，見(jiàn)圖1。

圖1　測(cè)量船機(jī)艙內(nèi)設(shè)備示意圖Fig.1 Equipment distribution in the cabin of instrumentation ship

主機(jī)推進(jìn)系統(tǒng)為雙機(jī)雙槳，由2臺(tái)中速船用柴油機(jī)（WARTSILA 8L46C）、2臺(tái)減速齒輪箱（SH105）以及2套帶有可調(diào)槳的軸系組成，發(fā)電設(shè)備為5臺(tái)柴油發(fā)電機(jī)，空氣系統(tǒng)為4臺(tái)主輔空壓機(jī)，甲板機(jī)械為2套減搖鰭。本文結(jié)合測(cè)量船主要機(jī)電設(shè)備，對(duì)其設(shè)備油液監(jiān)測(cè)方法進(jìn)行研究。

3　測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備油液監(jiān)測(cè)方法

3.1取樣部位

無(wú)論在什么樣的系統(tǒng)中，不是所有的位置所取的油樣都能代表系統(tǒng)真實(shí)的摩擦、磨損、潤(rùn)滑與污染狀況。對(duì)于循環(huán)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，應(yīng)在設(shè)備回油管道回油過(guò)濾器之前取樣，通常選在滑油的回油管路、滑油泵出口濾器前壓力管路、油底殼、循環(huán)滑油柜等處；對(duì)于封閉式油箱，主要影響因素是磨粒的沉降效應(yīng)，以及小磨粒的懸浮狀態(tài)，通常選擇在距油箱底部1/3至1/2處取樣。而在設(shè)備出現(xiàn)異常時(shí)，需要在多個(gè)位置取樣以全面分析設(shè)備的潤(rùn)滑與磨損狀態(tài)。

在取樣時(shí)，應(yīng)先放掉一部分油，以清洗放油閥，保證取得動(dòng)態(tài)有規(guī)律的油樣。固定在同一位置、同一取樣點(diǎn)，盡量選擇在同一條件同一工況下取樣。油液系統(tǒng)的主要取樣部位見(jiàn)圖2。

圖2　油液系統(tǒng)取樣位置Fig.2 Sampling position of oil system

3.2取樣方法

取樣方法依據(jù)取樣部位的不同而有所區(qū)別，但對(duì)同一設(shè)備取樣方法應(yīng)相同。

（1）如果取樣部位為潤(rùn)滑油回油管或?yàn)V清器前的管路中有永久性的取樣閥、管等，取樣前應(yīng)先打開(kāi)閥門開(kāi)關(guān)，放掉約兩倍于殘留其中的油量，以保證取樣時(shí)不殘留上次的油樣。

（2）在放油口取樣時(shí)，取樣前應(yīng)先放掉部分油，以沖洗掉積留于此的沉積物。

（3）取樣器具（包括取樣瓶、取樣器、取樣管等）應(yīng)清潔干凈，不易損壞，防止污染。

（4）一般不應(yīng)在緊接換油或大量補(bǔ)油后取樣。

（5）取樣數(shù)量應(yīng)滿足分析項(xiàng)目的數(shù)量要求，且以不超過(guò)2/3取樣瓶容量為宜。

取樣器具包括取樣器、取樣管和取樣瓶等。取樣器具必須保證清潔干凈，在使用和運(yùn)送過(guò)程中都要防止污染。

（1）取樣器取樣器用于非系統(tǒng)管路取樣，它實(shí)際上就是一個(gè)小型活塞式抽真空泵，這種結(jié)構(gòu)可使油樣直接進(jìn)入取樣瓶，以減少二次污染。取樣器的內(nèi)螺紋直徑應(yīng)與取樣瓶口一致。

（2）取樣管取樣管由白色聚四氟乙烯制作，其外徑應(yīng)與取樣器接口相匹配。

（3）取樣瓶取樣瓶由高密度耐化學(xué)變化的白色聚乙烯制作，容量250mL左右，進(jìn)行理化分析時(shí)則要500mL左右。在油樣瓶上標(biāo)有永久性的取樣標(biāo)記，此標(biāo)記應(yīng)是現(xiàn)場(chǎng)取樣液面達(dá)到的位置，以保證取得足夠量的油樣后，取樣瓶仍保留一定的容積空間，以便分析前加熱搖勻油樣。

取樣器具見(jiàn)圖3。

圖3　油液取樣器具示意圖Fig.3 Oil sampling implement

3.3取樣周期

制定合理的取樣周期尤為重要，如果取樣間隔過(guò)短，勢(shì)必會(huì)增加費(fèi)用和不必要的分析;如果取樣間隔過(guò)長(zhǎng)，則有可能遺漏某些重要的故障信息。取樣周期是綜合考慮如機(jī)器設(shè)備的重要性程度、使用壽命、運(yùn)轉(zhuǎn)程序和負(fù)荷特征、安全問(wèn)題、從開(kāi)始有異常到故障來(lái)臨的急促性等因素制訂的。經(jīng)驗(yàn)表明，不同的機(jī)器設(shè)備，不同的運(yùn)行期，不同的磨損狀態(tài)，都應(yīng)有不同的最合適的取樣間隔時(shí)間。

對(duì)于測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備一般每工作200～300h左右取樣一次。通常在對(duì)裝備技術(shù)狀態(tài)監(jiān)測(cè)過(guò)程中，多采用“定時(shí)+隨機(jī)”的方式進(jìn)行。對(duì)正常工況工作的設(shè)備，在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)初期（或修后重新運(yùn)轉(zhuǎn)初期）磨合期階段，由于磨損狀態(tài)變化大，應(yīng)取樣次數(shù)多一點(diǎn)，間隔時(shí)間短一些。在設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)階段（正常穩(wěn)定磨損階段），因磨損狀態(tài)變化甚小，取樣間隔時(shí)間應(yīng)長(zhǎng)一些。設(shè)備經(jīng)過(guò)較長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)入磨損過(guò)程的后期（劇烈磨損）階段，因磨損狀態(tài)變化較大，取樣間隔應(yīng)縮短一些。結(jié)合設(shè)備實(shí)際工況，主要機(jī)電設(shè)備油液取樣周期見(jiàn)表1。

表1　測(cè)量船機(jī)電設(shè)備油液取樣周期Tab.1 Oil sampling period of instrumentation ship equipment

進(jìn)行設(shè)備油液取樣的間隔時(shí)間應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照規(guī)定的取樣間隔執(zhí)行。當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障征兆或潤(rùn)滑油變質(zhì)嚴(yán)重時(shí)應(yīng)隨時(shí)取樣，盡量取到有代表性的能夠充分反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和技術(shù)狀態(tài)的油樣。

3.4初始數(shù)據(jù)庫(kù)與換油標(biāo)準(zhǔn)

針對(duì)測(cè)量船機(jī)電設(shè)備監(jiān)測(cè)對(duì)象，對(duì)各類設(shè)備油液種類、油品牌號(hào)進(jìn)行了梳理，并對(duì)新油水分和運(yùn)動(dòng)粘度指標(biāo)進(jìn)行了測(cè)試，建立了測(cè)量船機(jī)電設(shè)備油液初始數(shù)據(jù)庫(kù)，以便監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與新油各項(xiàng)指標(biāo)對(duì)比，見(jiàn)表2。

表2　測(cè)量船機(jī)電設(shè)備油品新油數(shù)據(jù)庫(kù)Tab.2 Database of new oil of instrumentation ship equipment

水分和粘度是油液理化性能最為重要的指標(biāo)，而污染度測(cè)試主要用于液壓油。對(duì)照《GJB 3714- 1999艦船主要潤(rùn)滑油換油指標(biāo)》中的規(guī)定原則，結(jié)合測(cè)量船機(jī)電設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，制定換油指標(biāo)。

機(jī)電設(shè)備主要潤(rùn)滑油換油指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3　測(cè)量船機(jī)電設(shè)備潤(rùn)滑油換油指標(biāo)Tab.3 The change standard of lubricating oil of instrumentation ship equipment

機(jī)電設(shè)備主要液壓油換油指標(biāo)見(jiàn)表4。

表4　測(cè)量船機(jī)電設(shè)備液壓油換油指標(biāo)Tab.4 The change standard of hydraulic oil of instrumentation ship equipment

3.5油液監(jiān)測(cè)診斷流程

測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備油液監(jiān)測(cè)診斷流程見(jiàn)圖4。

圖4　動(dòng)力設(shè)備油液監(jiān)測(cè)診斷流程Fig.4 Oil monitoring flowchart of power equipment

按照取樣方法對(duì)主要?jiǎng)恿υO(shè)備主機(jī)、齒輪箱、調(diào)距槳、柴油發(fā)電機(jī)、主空壓機(jī)、減搖鰭和舵機(jī)進(jìn)行油液取樣，對(duì)樣品的水分、粘度進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)比，掌握油品狀態(tài)，通過(guò)污染度計(jì)數(shù)分析，得出油品的磨損狀態(tài)，綜合兩方面分析結(jié)果，對(duì)設(shè)備油液狀態(tài)做出診斷結(jié)論。

4　結(jié)語(yǔ)

基于目前測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備油液使用管理現(xiàn)狀和船舶系統(tǒng)設(shè)備質(zhì)量監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展需求，探索了應(yīng)用于測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備的油液監(jiān)測(cè)方法。分析了油液水分、粘度和污染度3大指標(biāo)測(cè)試方法；研究了測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備油液狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法；解析了油液狀態(tài)分析診斷流程。油液監(jiān)測(cè)技術(shù)應(yīng)用于測(cè)量船動(dòng)力設(shè)備，可以有效改變?cè)械陌唇?jīng)驗(yàn)進(jìn)行設(shè)備維修的粗放性，使得動(dòng)力設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)工作從“事后維修”階段向“預(yù)防維修”階段發(fā)展。

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Research on oil monitoring method in marine power equipments of instrumentation ship

SUN Guo-liang，LI Jian-rong
（China Satellite Maritme Tracking and Control Department, Jiangyin 214431, China）

Abstract：With the reform of ship maintenance system, the technology of oil monitoring has gradually been applied to the ship field, which becomes a hot direction in the research on monitoring in mechanic condition. In this paper, test methods of marine power equipment oil were discussed. The research of oil analysis technology on marine power equipments of the instrumentation ship were carried out，the research include the plan of monitoring program，the choice of monitoring instrument，the confirm of sampling point，interval，sampling methods，at last the oil data base and the standard of oil change were built.

Key words：instrumentation ship；marine power equipments；oil monitoring technique

作者簡(jiǎn)介：孫國(guó)亮（1985-），男，工程師，2008年畢業(yè)于國(guó)防科技大學(xué)材料學(xué)專業(yè)，碩士，主要從事輪機(jī)設(shè)備管理與故障診斷工作。

收稿日期：2015- 10- 15

中圖分類號(hào)：TH117

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

DOI：10.16247/j.cnki.23-1171/tq. 20160173