铁谱光谱检测技术在设备状态监测和故障诊断中的应用

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1、设备状态监测与故障诊断技术是上世纪七十年代发展起来的，在近二十年来，发展较快，并得到了广泛的应用，而且也给企业带來了巨大的经济效益。在我局，设备维修方式正从定期维修为基础的计划性维修向以设备实际运行状态为基础的预测性维修过渡。我站在建站之初，就开展了设备状态监测与故障诊断技术，对不同的诊断对象形成了不同的诊断技术和诊断方法，其屮主要检测技术有：温度检测技术、无损探伤检测技术、振动检测技术、噪声检测技术、车辆检测技术、油液分析技术。本文主要讲述的是油液分析技术中的两个主要方法••…铁谱分析利光谱分析。一、铁谱分

2、析和光谱分析技术设备在运转过程屮，•其内部各对摩擦副作相对运动，摩擦副处于正常濟损时，产生的金属蘑粒在15pm以卞；若发生异常蘑损，产生的金属蘑损颗粒一般较大，个别的甚至超过100pm,汕屮的金属元素浓度梯度值陡然增加。机械设备在不同的磨损状态下产生带有不同状态特征的磨损颗粒留存于润滑油系统中，这些磨损颗粒在尺寸、形貌和数量等方面都直接反映了机械摩擦副工作表面的状态，这是判断机械设备工作状况正常与否的直接依据。润滑油的光谱分析是以发射光谱为主要手段，根据物质受到电弧、火花等能量的直接激发会产生光谱,而每个元素

3、有其尚定的波长（特征光谱线）,这是发射光谱分析的定性基础，而光的强度就是定量的基础。由此可以通过发射光谱仪迅速正确地得到润滑油中各元素的种类及含量值，通过数据积累以及数据处理所得到的规律或模式相对照，就可以判断摩擦副的磨损状况。光谱分析的特点是速度快、分析数据准确和适合于大量数据的采集。但是该检测技术冇如下局限性：（1）它对5屮n以下的瞬粒发光，对于大于5屮n的濟粒就无能为力；（2）光谱分析能监测汕屮所含元素的浓度，所反映的是各摩擦副轉损积累的含最，而不能获得擁粒尺寸和形貌等方面的信息。铁谱技术的创新之处在于

4、它能鉴别摩擦副处于不同磨损状态时所产生的不同特征的磨损颗粒，它着重于对金属磨粒的形貌和尺寸大小的分析。铁谱技术能检测出机械设备润滑油中的单个磨粒。借助于铁谱显微镜能观察険粒形态，直观反映出机械设备主要摩擦副的蘑损情形。当蘑粒在数pm以上时，铁谱技术的优越性将得到很好的体现。同样，虽然铁谱分析具有其它检测技术所不及的优点，但菇本身也存在以下缺陷：（1）分析速度慢，操作繁琐、费时；（2）在磨粒识别以及磨损类型、磨损程度和故障判断方面过多地凭借着人的经验积累，从而限制了其应用和普及。由此可见，每一种监测技术都有自己

5、的长处和不足。只有当光谱和铁谱两种技术联合应用，互为补充、充分发挥各自特长，才能使机械设备工况监测与故障诊断的成功率得到进一步提高。二、铁谱光谱监测系统2.1系统的组成1）铁谱仪及其辅助仪器：分析式铁谱仪；直读式铁谱仪；铁谱显微镜；光密度仪。2）光谱仪：M型（美国生产）发射光谱仪。2.2系统的分析过程1）工作流程铁谱光谱监测系统的流程框图如下图所示：2）数据处理光谱数据处理光谱仪测出的各元素光谱数据（ppm）是在一个换汕期内各瞬损金属元素的总最。对于正常磨损情况，各元素的光谱读数在-定范围内波动，同时各元素单

6、位时间的增量值也在一个控制范围内。根据设备生产厂家提供的资料、维修人员的经验以及长期检测的数据，制定被监测设备润滑油中各元素单位时间的递増量的控制标准。对丁•每一个油样，计算机所接收到所测的光谱数据后，先计算各元素的增量值，然后判断各元索及其增量值是否在控制范围内。若超出，则打卬超限的元索及其超出值。铁谱数据处理铁谱仪测出的铁谱读数是设备的轉损率。若一台设备运转正常，英桝粒浓度与桝粒分布均将保持不变；异常磨损将引起磨粒浓度与磨粒分布超出预先制定的慕准值。这是采用铁谱数据监控设备磨损状态的基础。对于每一个油样，

7、用直读式铁谱仪进行测定，得到一组数据。将所测数据输入计算机进行处理，得到代表磨损过程的磨损量、磨损发牛•的严重性以及总磨损程度等一组指标，将这些抬标与其基准值比较。若超岀，则表明设备机械工况有可能不正常。3）磨粒分析在铁谱、光谱的定量数据农明被监测设备出现异常时，则利用分析式铁谱仪对同-•油样制取铁谱片。将铁谱片放在铁谱显微镜下，利用铁谱图像分析系统或由人工进行擀粒分析。由此对被监测设备的擀损状态做出最终的判断并提出维修的建议。4）趋势分析如果在利用铁谱数据和光谱数据判断检测设备的机械工况的同时，还能准确预报

8、设备未來的运转趋势（険损趋势）的变化，则可对设备未來的运转情况做到一定程度的拿握，为设备的未來监测少维修捉供重要的信息。三、在设备管理中的应用铁谱光谱监测系统的应用对象是油润机械设备利液压系统。它不受工作环境、背呆噪声、工作速度以及燃擦副运转方式等限制，具冇较广的应用范围。在机械设备H常管理、实现预测性维修、可靠性分析和寿命预测方面己经和将要起到重要作用。每个油样分析结束后，向设备使用单位捉供设备运