铁谱分析技术在大型机组运行中发挥的作用

2023-02-16

1 铁谱分析技术的相关概念

1.1 铁谱分析

铁谱分析是利用高梯度的磁场将磨损颗粒从流体试样中分离出来制成铁谱片, 并用铁谱显微镜对其进行观察分析的技术。通常铁谱分析的对象是润滑油, 制作铁谱片的步骤包括采样、加温、油样的稀释、制谱、残液冲洗等。该技术仅需分析润滑油样就能监测设备的磨损状态, 因此它在工程中获得了广泛的应用。

铁谱分析技术又称为磨屑监测技术, 它是设备状态监测的方法之一, 是20世纪70年代国际摩擦界研究成功的一种技术性高、涉及面较广的磨损颗粒分析技术, 最早在美军航空领域使用, 后来推广到铁路、煤矿、船舶、化工设备等方面, 已广泛应用于机械状态监测、磨损机理研究等领域, 它不仅能检验在用油中磨损颗粒的浓度、大小, 而且能了解颗粒的形貌及组成, 从而更深入地认识磨损颗粒的形成过程和变化机理。

1.2 磨屑监测技术

机械设备在运行过程中, 润滑油作用是减少零部件的摩擦和磨损, 而且随着它的流动, 也会不断地把零部件磨损的产物——磨屑带离摩擦表面, 这些磨屑悬浮于油液中, 润滑油中的磨损颗粒携带着有关机械磨损状态的详细信息, 这些信息通过磨损颗粒的浓度、尺寸、形状及组成表现出来, 根据这些特征, 可以断定零件所处的磨损状态以及该状态下发生的磨损类型。我们把通过分析磨损颗粒而判断润滑油性能和分析设备磨损状态的方法叫磨屑分析法。

油样磨屑分析法包括磁塞检测法、光谱分析法和铁谱分析法等。磁塞检测和光谱分析分别只适用于检测尺寸较大 (≥100μm) 和极微小 (≤10μm) 磨粒, 而大多数机器失效期磨粒特征尺寸多在20μm～200μm之间。铁谱分析的磨粒尺寸 (0μm～1000μm) 包含了对于磨损状态的识别和故障原因的诊断具有特殊意义的这一尺寸范围, 使通过铁谱分析技术正确判断机械磨损状态成为可能。

2 铁谱分析原理及分析方法

2.1 铁谱分析技术工作原理

铁谱分析技术的基本原理是:用磁性方法把混于润滑油中的铁质磨粒分离出来并检测磨损颗粒的技术。它借助于铁谱仪把润滑油中磨损颗粒和污染颗粒分离出来, 并使其按照尺寸大小依次沉积在显微玻璃基片上制成铁谱片, 通过进一步对这些颗粒进行分析与观察, 能及时有效地反映出机组的劣化趋势及确定机组的运行状态。

2.2 铁谱分析的过程

采用铁谱仪把混于润滑油中的磨损磨粒分离出来, 并使其按尺寸大小依次、不重叠地沉淀到一块透明的基片上 (即:制作谱片) , 在铁谱显微镜下观察, 进行定性分析 (指对磨粒的形态特征、尺寸、大小、表面形貌及成分进行检测和分析) 。利用加装在铁谱显微镜上的光密度计, 还可以对谱片上大小磨粒的相对含量进行定量分析。磨擦学的研究表明, 磨粒的类别和数量的多少及增加的速度与摩擦面材料的磨损程度及磨损速度有直接的关系;而磨粒的形态、颜色及尺寸等信息则与磨损类型、磨损进程有密切关系。因此铁谱分析法在判断磨损故障的严重程度、发展趋势及产生的原因等方面能发挥全面的作用。磨损与设备的载荷、速度、温度、运行时间有密切的关系。

3 磨粒分析与识别

3.1 磨损颗粒分析

利用铁谱分析技术, 可将磨损颗粒分为以下几种:正常磨粒 (金属) 、滚动疲劳磨损磨粒、严重滑动磨粒 (金属) 、切削磨损磨粒 (金属) 、球状颗粒 (金属) 、红色氧化物 (Fe2O3) 、黑色氧化物 (Fe3O4) 、锡金、非金属 (非金属晶体、纤维、尘埃、石棉屑等) 。

由于不同的磨损颗粒代表不同的磨损类型, 因此可以从磨损颗粒的特征看出设备的主要磨损类型。因此铁谱分析的关键是要分辨各种磨损颗粒的数量、形态、类型等特征, 在此基础上才能正确判断设备的磨损状态。

3.2 磨粒的识别

任何一张谱片, 它的磨粒形状和分布都是随机的, 在一张谱片上, 由于磨损机理不同, 各种磨粒的成分、数量和尺寸各不相同, 磨粒的识别主要看四个方面的因素:即 (1) 形态识别; (2) 表面纹理; (3) 颜色识别; (4) 数量识别。单个、少量的异常磨粒的产生有着偶然性和不确定性, 不能据此判定机械处于严重异常磨损状态, 只有当异常磨损磨粒的数量达到一定数量时, 才意味着异常磨损。某个单一大磨粒的出现只是磨损异常的必要条件, 只有大磨粒的数量达到一定比例时, 才能形成严重磨损和失效的充分条件。

4 铁谱分析监测技术在庆阳石化三机组中的应用

(1) 下面是近期我们所分析的三机组中润滑油磨损磨粒分析情况及显微图片 (表1、图1) 。

(2) 根据三机组润滑油铁谱分析结果和磨损磨粒显微图片, 可以判断三机组零部件所处的磨损状态以及该状态下发生的磨损类型, 并进行诊断机组的磨损状态是否正常, 进一步确定该机组运行状况。

5 结语

引进铁谱分析技术两年多的实践证明, 铁谱分析监测技术在机械设备工况监测和预知维修方面能发挥重要的作用, 在预测设备磨损发展趋势、早期发现设备故障隐患、避免装置非计划停工以及根据情况维修等方面产生明显的经济效益, 如同医学上的血液检查, 用铁谱分析的方法通过比较和跟踪分析各种摩擦的磨损状况, 可以早期预测机组设备运行中存在的异常现象, 预防重特大安全和设备事故的发生。

摘要：机械设备在运行过程中, 润滑油不但减少了这些零部件的摩擦和磨损, 而且随着它的流动, 也会不断地把零部件磨损的产物——磨屑带离摩擦表面, 使这些磨屑悬浮于油液中, 润滑油中的磨损颗粒携带着有关机械磨损状态的详细信息, 这些信息通过磨损颗粒的浓度、尺寸、形状及组成表现出来, 根据这些特征, 可以断定零件所处的磨损状态以及该状态下发生的磨损类型。

关键词：铁谱分析,磨损,磨粒,大型机组,谱片