分析式鐵譜儀和工業內窺鏡在空壓機故障監測中的應用

馬仲翦，趙 軍

（解放軍92493部隊89分隊，遼寧葫蘆島 125000）

往復式空壓機在各類船舶上的應用十分廣泛，由于其長期工作在強烈沖擊、高溫、高壓、高濕等惡劣的工作條件下，因此容易發生故障和事故。其故障主要分為結構性故障和性能方面的故障。結構性故障，主要表現在零件磨損、裂紋、裝配不當、動靜部件間的碰磨及油、氣路堵塞等；而性能方面故障，主要表現在機械性能指標達不到要求，結構性故障會反映機器的性能指標，而通過性能指標的評定，也可以反映結構性故障的存在及其嚴重程度。

1 故障檢測形式及監測方式

對于往復式空壓機監測和診斷，從理論上講，用振動診斷法是有效的。但對振動敏感點的選擇及判據的確定，在理論上和經驗上都不太成熟，特別是當前對往復式機械的判別還缺少權威性的判斷標準。另外，在實際檢測中還存在其他問題，如振動頻率范圍寬廣，給對激勵源的識別帶來一些困難；機體內運動零件數量多而形狀復雜，在工作狀態下難以接近；當運動部件出現不同故障時，對振動性號的分析識別有相當的難度；在測試某一部位時，難以排除來自其他方面的眾多干擾等，在監測和診斷方法上，還須輔以其他的檢測方法和手段。

針對以上特點，在空壓機故障診斷中，應該使用分析式鐵譜儀和工業內窺鏡兩種儀器。

鐵譜分析，是一種比較成熟的機械磨損檢測方法，其利用高梯度強磁場，將機器油液中所含碎屑按粒度大小有序地分離出來，通過對磨屑形態、大小、成分、濃度和粒度分布等方面，進行定性定量觀測，得到有關摩擦磨損狀態的重要信息。由于磨損或疲勞點蝕引起的異常振動，會使摩擦副在運行中產生的相應的異常磨粒，通過鐵譜分析，可以直接捕捉到故障磨粒，從而實現故障診斷。

工業內窺鏡，利用可彎曲、照明的微型探頭深入到機械的內部，將可視的故障信息，傳送到顯示器上供診斷使用，對不能進行拆解觀察的機械設備監測診斷具有重要作用。

因此，應當使用工業內窺鏡對可能出現問題的重點部位，進行觀察監測，該方法監測的對象是空壓機。又由于磨損或疲勞點蝕引起的異常振動，會使摩擦副在運行中產生的相應的異常磨粒，通過油液分析，尤其是鐵譜分析，可以直接捕捉到故障磨粒，該方法的監測對象是空壓機使用的潤滑油，因此是間接方法。

兩種方法同時使用，可大大提高監測的準確性。

2 用分析式鐵譜儀診斷實例

2009年10月13日，抽取某船2號中壓空壓機的潤滑油，進行間接監測。經分析鐵譜分析，發現了鋁質磨粒，有較多片狀磨粒和少量滑動磨粒。通過以上油液分析結果，可以看出，2號中壓空壓機鋁元素含量較高，磨損加劇，建議換油和進一步檢查氣缸內部情況，并繼續跟蹤監測。圖1為鐵譜圖片，其中譜位為譜片的入口端，照明為透射光、反射光，放大倍數為100倍，磨粒特征為入口端全貌，且有較多鋁磨粒。

譜片中磨粒多數小于10滋m，個別磨粒尺寸大于10滋m，呈碎片狀條狀，表面粗糙有劃痕。從此類磨粒的形成原因，可以判斷該空壓機存在粘著磨損。

圖1 2#中壓空壓機鐵譜圖片

3 用工業內窺鏡診斷實例

2009年10月14日，在不對空壓機進行拆檢的前提下，使用視頻內窺鏡通過2#中壓空壓機曲柄箱對活塞和氣缸套進行檢查，發現該機活塞有數道較深的“拉痕”（見圖2），氣缸套上也存在兩道“拉痕”（圖3）。這種情況，是由于內部相對運動的部件表面溫度升高形成的粘連牽拉造成的。該照片驗證了空壓機存在粘著磨損這一狀況。

圖2 活塞上的“拉痕”

圖3 氣缸套上的“拉痕”

4 故障原因分析及處理辦法

兩種儀器的診斷結果，均表明該空壓機存在粘著磨損，主要原因是機器中潤滑油形成的油膜被擊穿，使機器內部相對運動的部件表面溫度升高，直至出現粘著而產生的破壞。油膜被擊穿主要有兩種具體原因：一是由于負載過大或速度過高，使潤滑油量相對不足；二是由于潤滑油的粘度達不到要求。

所檢測的空壓機一直按照規定運轉，無過載情況，潤滑油添加及時，因此不存在潤滑油不足的情況。但檢測的油液樣本顏色相對較淺，且有氣泡存在，可斷定其中存在水分，結合該空壓機的工作環境，發現系有海水混入該空壓機，致使潤滑油粘度下降，無法有效形成油膜，以至出現粘著磨損，造成空壓機故障。

根據以上診斷結果，應該更換該空壓機的活塞和氣缸套，并且在以后的工作中，嚴防出現機器進水的狀況，以維持正常運轉，保障正常工作。

5 結束語

通過對空壓機潤滑油中攜帶的磨粒（或污染顆粒、腐蝕產物）進行檢測與識別，可較好地獲得機器的潤滑和磨粒狀態的信息，定性和定量地描述機器的磨損狀態，并能準確定位故障部位，為狀態監測、保養和維修提供可靠的技術參考依據，發揮質量監控的效力。

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