潤(rùn)滑油檢測(cè)綜合分析診斷設(shè)備機(jī)械狀態(tài)

文 | 李彬 韓東偉 朱鑫鑫 劉月茹

潤(rùn)滑油檢測(cè)綜合分析診斷設(shè)備機(jī)械狀態(tài)

文 | 李彬 韓東偉 朱鑫鑫 劉月茹

近年來(lái)，隨著風(fēng)電行業(yè)運(yùn)維技術(shù)不斷成熟，潤(rùn)滑油檢測(cè)技術(shù)已被風(fēng)電行業(yè)認(rèn)可。多數(shù)風(fēng)電場(chǎng)能夠定期進(jìn)行風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油檢測(cè)。

由于風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑油取樣受多種因素影響，取樣后的檢測(cè)數(shù)據(jù)能否真實(shí)的體現(xiàn)潤(rùn)滑油和風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)，如何理解常規(guī)檢測(cè)的結(jié)果運(yùn)用在風(fēng)電機(jī)組機(jī)械狀態(tài)分析中；能否用簡(jiǎn)單的等級(jí)或者數(shù)字，讓運(yùn)維人員更為直觀的判斷潤(rùn)滑油的使用情況及風(fēng)電機(jī)組的機(jī)械狀態(tài)，不受個(gè)人潤(rùn)滑油檢測(cè)分析能力的影響，這些都需要通過(guò)一種方法來(lái)規(guī)避因取樣造成的非潤(rùn)滑油自身機(jī)械狀態(tài)的因素來(lái)達(dá)到。

目前常使用的潤(rùn)滑油檢測(cè)參數(shù)

一、黏度

黏度是流體流動(dòng)時(shí)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(dòng)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(bào)警指標(biāo)；并且可以通過(guò)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(dòng)壓潤(rùn)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(guò)低，油膜薄，無(wú)法保證對(duì)設(shè)備良好潤(rùn)滑；黏度過(guò)高，流動(dòng)緩慢的特點(diǎn)導(dǎo)致潤(rùn)滑油不能及時(shí)補(bǔ)充到摩擦表面形成潤(rùn)滑油膜，因而會(huì)使機(jī)件較長(zhǎng)時(shí)間處于干摩擦和半干摩擦狀態(tài)，從而促使機(jī)件磨損增加，同時(shí)增加設(shè)備能量損耗。

二、元素分析

元素分析是通過(guò)原子發(fā)射光譜或X熒光光譜、等離子光譜等同時(shí)測(cè)出幾十個(gè)金屬元素在潤(rùn)滑油中的含量，也可測(cè)磷、硫等非金屬含量。通過(guò)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(shì)，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(shí)，會(huì)加速油品的氧化和生膠引起容器和機(jī)械的腐蝕。水分對(duì)金屬的腐蝕表現(xiàn)在兩個(gè)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(duì)金屬的腐蝕作用。油品中如存在游離水，則對(duì)金屬的危害很大；潤(rùn)滑油中含水時(shí)，能促使?jié)櫥腿榛茐臐?rùn)滑油油膜，使?jié)櫥偷男阅茏兓＿€會(huì)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(jí)

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(píng)定油液污染程度的重要指標(biāo)，而顆粒污染物對(duì)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(jì)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(píng)定油液污染程度，世界各主要工業(yè)國(guó)都制定有各自的油液污染度等級(jí)，近年來(lái)已趨向于采用統(tǒng)一的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。下面介紹美國(guó)NAS 1638油液污染物等級(jí)和ISO 4406油液污染度等級(jí)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)。

對(duì)于液壓系統(tǒng)，污染顆粒將加劇相關(guān)元件的磨損；對(duì)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(duì)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(rùn)滑油性能要求缺少國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)

潤(rùn)滑油是為機(jī)械設(shè)備服務(wù)的，使用中的潤(rùn)滑油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，是判斷在用油使用壽命、決定是否對(duì)使用中的潤(rùn)滑油進(jìn)行更換和預(yù)報(bào)設(shè)備故障的依據(jù)。而對(duì)在用潤(rùn)滑油的質(zhì)量評(píng)價(jià)，卻缺少科學(xué)的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。很多潤(rùn)滑油生產(chǎn)廠家有自己的一套評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，但是它只是針對(duì)潤(rùn)滑油的質(zhì)量，沒(méi)有將設(shè)備的運(yùn)行情況與潤(rùn)滑油質(zhì)量相結(jié)合。不同類型的機(jī)械設(shè)備潤(rùn)滑特點(diǎn)不同，運(yùn)行狀態(tài)不同，故而在用潤(rùn)滑油質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)不同。對(duì)于剛剛興起的風(fēng)電行業(yè)沒(méi)有相關(guān)的在用潤(rùn)滑油的質(zhì)量評(píng)判標(biāo)準(zhǔn)和依據(jù)，也沒(méi)有太多其他的行業(yè)數(shù)據(jù)參考。對(duì)于潤(rùn)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(zhǎng)期監(jiān)測(cè)風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑油相關(guān)參數(shù)的變化趨勢(shì)

為研究潤(rùn)滑油在齒輪箱中的變化規(guī)律，對(duì)8臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油進(jìn)行長(zhǎng)達(dá)20個(gè)月的檢測(cè)。檢測(cè)參數(shù)的數(shù)據(jù)會(huì)因?yàn)槿游恢谩⑼C(jī)時(shí)間、油液溫度等多個(gè)原因會(huì)出現(xiàn)不穩(wěn)定。

一、黏度變化趨勢(shì)

根據(jù)追蹤檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)常規(guī)檢測(cè)參數(shù)運(yùn)動(dòng)黏度變化范圍并不大，具體變化趨勢(shì)如圖1。潤(rùn)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(guò)±15%”，其正常范圍是285 cSt－385 cSt。可以觀察到所有檢測(cè)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(shuō)單從黏度變化趨勢(shì)來(lái)看，這八臺(tái)設(shè)備的潤(rùn)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(cè)數(shù)據(jù)，鐵元素的變化趨勢(shì)如圖2和圖3。根據(jù)變化趨勢(shì)可以看出定期檢測(cè)設(shè)備鐵元素變化趨勢(shì)中有兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油變化較為明顯。根據(jù)國(guó)外機(jī)械磨損界限中提到傳動(dòng)軸系統(tǒng)鐵元素允許界限為50 mg/L－200mg/L。根據(jù)國(guó)外機(jī)械磨損界限，僅一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油超出要求。該臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱損壞返廠維修，拆開(kāi)齒輪箱后發(fā)現(xiàn)齒面存在大面積的磨損。另一臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)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(shuō)磨損屬于一種非正常磨損狀態(tài)。而僅從檢測(cè)數(shù)據(jù)落在范圍看，樣品是正常的。

綜合檢測(cè)分析數(shù)據(jù)在風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行管理中的運(yùn)用

僅從上兩個(gè)數(shù)據(jù)分析來(lái)看，按照單一的檢測(cè)結(jié)果來(lái)判斷潤(rùn)滑油的品質(zhì)和風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行情況有可能會(huì)出現(xiàn)偏差。根據(jù)檢測(cè)項(xiàng)目，將所涉及的檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)學(xué)變換結(jié)合檢測(cè)極限數(shù)據(jù)綜合匯總為綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)值，并將綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)分為五個(gè)等級(jí)，根據(jù)綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)所在等級(jí)判斷潤(rùn)滑油及設(shè)備的健康狀況。五個(gè)等級(jí)分別是：正常，警告，低報(bào)警，高報(bào)警和危險(xiǎn)，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(gè)實(shí)例是上文中提到的8臺(tái)風(fēng)電機(jī)組中的兩臺(tái)。根據(jù)兩臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油的檢測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)，具體分析如下。

圖1 8臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油40℃黏度變化趨勢(shì)圖

圖2 8臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油鐵元素變化趨勢(shì)圖

圖3 8臺(tái)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油鐵元素變化趨勢(shì)圖

例1（見(jiàn)圖4）：該機(jī)組潤(rùn)滑油在13年5月的檢測(cè)數(shù)據(jù)與前期檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)較大差異，并在之后的追蹤檢測(cè)過(guò)程中，雖然有回落的數(shù)據(jù)，但是整體趨勢(shì)是呈上升趨勢(shì)的。14年4月風(fēng)電場(chǎng)進(jìn)行了相關(guān)設(shè)備的維護(hù)，5月的檢測(cè)數(shù)據(jù)出現(xiàn)回落，但后續(xù)又開(kāi)始上升，需要繼續(xù)觀察兩個(gè)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(chǎng)設(shè)備維護(hù)時(shí)給予的對(duì)策并未直接找到根源，才造成數(shù)據(jù)短時(shí)回落后上升。

例2：X2風(fēng)電機(jī)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(rùn)滑油取樣檢測(cè)，部分檢測(cè)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(shí)間推移數(shù)據(jù)又開(kāi)始上升。從數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)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(jí)無(wú)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(guò)更換一次濾芯無(wú)法有效改變其潤(rùn)滑效果及減少非正常磨損情況的發(fā)生幾率。其綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)如圖5。

X2風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油連續(xù)跟蹤10個(gè)月，綜合檢測(cè)一直成上升的趨勢(shì)，且檢測(cè)數(shù)據(jù)后期連續(xù)5個(gè)月超出危險(xiǎn)值并呈現(xiàn)出上升狀態(tài)。多次告知風(fēng)電場(chǎng)需要檢修，但因風(fēng)電

場(chǎng)各種問(wèn)題未能及時(shí)做出相應(yīng)的對(duì)策。在做完第10個(gè)月檢測(cè)后不久出現(xiàn)風(fēng)電機(jī)組齒輪箱損壞的故障，必須返廠維修。

圖4 X1風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油組綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

圖5 X2風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油綜合檢測(cè)數(shù)據(jù)變化趨勢(shì)圖

表1 X2風(fēng)電機(jī)組齒輪箱潤(rùn)滑油部分檢測(cè)數(shù)據(jù)

結(jié)語(yǔ)

本文提出的將風(fēng)電機(jī)組潤(rùn)滑油檢測(cè)數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)學(xué)關(guān)系等因素?fù)Q算后，成為一個(gè)簡(jiǎn)單的指標(biāo)，并按照數(shù)據(jù)的大小判斷其設(shè)備等級(jí)。這樣的方法對(duì)于沒(méi)有明確在用潤(rùn)滑油質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的情況下，更加方便風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)行人員對(duì)潤(rùn)滑油及風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)進(jìn)行判斷。對(duì)運(yùn)維人員在潤(rùn)滑油檢測(cè)分析方面的技術(shù)能力要求不高，更方便對(duì)潤(rùn)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）