Chapter06无损检测技术在设备诊断中的应用.pptx
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1、机械电子工程学院机械电子工程学院6.1 油样分析技术油样分析技术油样分析能取得的信息:油样分析能取得的信息:1、磨屑的、磨屑的浓度浓度和颗粒和颗粒大小大小反映了机器磨损的反映了机器磨损的严重程度严重程度。2、磨屑的大小和、磨屑的大小和形貌形貌反映了磨屑产生的反映了磨屑产生的原因原因,即磨损发生的,即磨损发生的机理。机理。3、磨屑的、磨屑的成分成分反映了磨屑产生的反映了磨屑产生的部位部位,即零件磨损的部位。,即零件磨损的部位。各种油样分析技术的适用范围各种油样分析技术的适用范围机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.1 油样的光谱分析技术油样的光谱分析技术 油样的光谱分析就是利用油样中含有油样的
2、光谱分析就是利用油样中含有金属金属元素的原子在元素的原子在高压高压放电放电或或高温火焰燃烧高温火焰燃烧时,原子核外的电子吸收能量从低能级轨时,原子核外的电子吸收能量从低能级轨道跃迁到较高能级的轨道,但是这样的原子能量状态是不稳定道跃迁到较高能级的轨道,但是这样的原子能量状态是不稳定的,电子会自动地从高能级轨道跃迁回原来能级轨道,与此同的,电子会自动地从高能级轨道跃迁回原来能级轨道,与此同时,以发射时,以发射光子光子的形式把吸收的能量辐射出去。不同元素的原的形式把吸收的能量辐射出去。不同元素的原子放出子放出光的波长光的波长不同,称为不同,称为特征波长特征波长。经过棱镜或光栅分光系统,将辐射线按一
3、定波长顺序排列,经过棱镜或光栅分光系统,将辐射线按一定波长顺序排列,所得到的谱图称为所得到的谱图称为光谱光谱。测量各特征波长的测量各特征波长的谱线和强度谱线和强度,就可检测到该种元素存在与,就可检测到该种元素存在与否及其否及其含量含量多少,推断出产生这些元素的磨损发生部位及其严多少,推断出产生这些元素的磨损发生部位及其严重程度,并依此对相应的零部件工作状态作出判断。重程度,并依此对相应的零部件工作状态作出判断。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.1.1 原子吸收光谱测定法原子吸收光谱测定法原子吸收光谱测定法原理原子吸收光谱测定法原理机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.1.2 原子发射光
4、谱测定法原子发射光谱测定法原子发射光谱测定法原理原子发射光谱测定法原理机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.1.3 光谱分析的磨损界限光谱分析的磨损界限 光谱分析的磨损界限因油样来源的不同变化很大,取决于它光谱分析的磨损界限因油样来源的不同变化很大,取决于它们合金成分的多少、设备的类型、工作特点以及初期缺陷的性们合金成分的多少、设备的类型、工作特点以及初期缺陷的性质。质。在某种情形下,显示铜和铁元素含量达在某种情形下,显示铜和铁元素含量达 量级时,量级时,机器仍运行良好;但在另一种情形下,元素浓度小于机器仍运行良好;但在另一种情形下,元素浓度小于 ,事故却即将来临。,事故却即将来临。因此,采
5、用油样光谱分析技术对机械设备进行工况监测与故因此,采用油样光谱分析技术对机械设备进行工况监测与故障诊断时,一定要针对具体设备和工作条件作反复试验,才能障诊断时,一定要针对具体设备和工作条件作反复试验,才能确定出合适的磨损界限。确定出合适的磨损界限。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2 油样的铁谱分析技术油样的铁谱分析技术 铁谱分析方法是利用经过稀释的油液通过一块具有铁谱分析方法是利用经过稀释的油液通过一块具有高磁场梯高磁场梯度度的的玻璃片或玻璃管玻璃片或玻璃管,将润滑油中所含的磨粒或碎屑,按其粒,将润滑油中所含的磨粒或碎屑,按其粒度大小有序地分离开来,经过度大小有序地分离开来,经过光学显
6、微光学显微观察和光密度计计数,观察和光密度计计数,可对磨屑的来源、产生的原因以及零部件磨损的程度进行定性可对磨屑的来源、产生的原因以及零部件磨损的程度进行定性和定量分析,及时作出机器零部件的故障预报。和定量分析,及时作出机器零部件的故障预报。铁谱仪是铁谱分析的关键设备,根据其工作方式的不同,铁铁谱仪是铁谱分析的关键设备,根据其工作方式的不同,铁谱仪可分为谱仪可分为直读式直读式铁谱仪、铁谱仪、分析式分析式铁谱仪和铁谱仪和旋转式旋转式铁谱仪铁谱仪。6.1.2.1 铁谱分析仪的工作原理铁谱分析仪的工作原理机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.1.1 直读式铁谱仪直读式铁谱仪1、2光伏探测器;光
7、伏探测器;3磁铁;磁铁;4光导纤维;光导纤维;5白炽灯光源;白炽灯光源;6接油杯;接油杯;7放大电路;放大电路;8数显装置;数显装置;9压块;压块;10沉积管;沉积管;11毛细管毛细管直读式铁谱仪的结构和工作原理直读式铁谱仪的结构和工作原理机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.1.1 直读式铁谱仪直读式铁谱仪磨屑在沉积管内的沉积规律磨屑在沉积管内的沉积规律直读式铁谱仪的性能特点:直读式铁谱仪的性能特点:1、结构简单,价格便宜、结构简单,价格便宜(约为分析式铁谱仪的(约为分析式铁谱仪的1/4););2、制谱与读谱合二为一,、制谱与读谱合二为一,分析过程简便快捷;分析过程简便快捷;3、读数稳
8、定性、重复性较、读数稳定性、重复性较差,随机因素干扰影响大;差,随机因素干扰影响大;4、只能提供关于磨屑、只能提供关于磨屑体积体积的信息,不能提供关于磨屑形的信息,不能提供关于磨屑形貌、磨屑来源的信息,信息量貌、磨屑来源的信息,信息量有限,常用作油样的有限,常用作油样的快速分析快速分析和和初步诊断初步诊断。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.1.2 分析式铁谱仪分析式铁谱仪磨屑在铁谱片上的沉积规律磨屑在铁谱片上的沉积规律 分析式铁谱仪是包括制谱仪、光密度读数器以及双色显微镜分析式铁谱仪是包括制谱仪、光密度读数器以及双色显微镜在内的成套测试系统在内的成套测试系统。制谱仪的结构原理制谱仪的
9、结构原理机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.1.2 分析式铁谱仪分析式铁谱仪分析式铁谱仪的性能特点:分析式铁谱仪的性能特点:1、提供的、提供的信息较丰富信息较丰富。分析式铁谱仪不仅能够提供关于磨损。分析式铁谱仪不仅能够提供关于磨损程度程度的信息,而且通过对磨屑的信息,而且通过对磨屑形貌形貌及其及其成分成分的观察,还能提供的观察,还能提供关于磨损发生机理及发生部位的信息,也就是说,分析式铁谱关于磨损发生机理及发生部位的信息,也就是说,分析式铁谱仪所提供的信息比直读式铁谱仪要丰富得多,常用作油样的仪所提供的信息比直读式铁谱仪要丰富得多,常用作油样的精精密分析密分析。2、直读式铁谱仪只能进行
10、一次测量,不能将沉积管从磁场中、直读式铁谱仪只能进行一次测量,不能将沉积管从磁场中取出后再放上重新读数;而分析式铁谱仪制成的谱片可以取出后再放上重新读数;而分析式铁谱仪制成的谱片可以保存保存起来,供以后观察分析用。起来,供以后观察分析用。3、制谱过程较慢制谱过程较慢,制作一个完整的谱片约需,制作一个完整的谱片约需30min,且制谱,且制谱时要求较严格,故一般只能在时要求较严格,故一般只能在实验室实验室进行。进行。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.1.3 旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪的结构原理旋转式铁谱仪的结构原理 传统分析式铁谱仪存在两个固有传统分析式铁谱仪存在两个固有的缺陷
11、:的缺陷:1、蠕动泵蠕动泵输送油样时对磨屑的输送油样时对磨屑的碾压和抛光效应,改变了磨屑的原碾压和抛光效应,改变了磨屑的原始形貌,从而影响对其形貌特征识始形貌,从而影响对其形貌特征识别和磨损机理的研究。别和磨损机理的研究。2、由于沉积面积有限,先行沉、由于沉积面积有限,先行沉积的磨屑对流道堵塞,不仅造成了积的磨屑对流道堵塞,不仅造成了磨屑的堆积,而且还破坏了磨屑在磨屑的堆积,而且还破坏了磨屑在谱片上的沉积规律,从而影响铁谱谱片上的沉积规律,从而影响铁谱的定量分析。的定量分析。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.1.3 旋转式铁谱仪旋转式铁谱仪旋转谱片旋转谱片旋转式铁谱仪的磁场装置原理旋
12、转式铁谱仪的磁场装置原理机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.2 铁谱的定性与定量分析铁谱的定性与定量分析 铁谱铁谱定性定性分析是使用铁谱显微镜对铁谱片上沉积的颗粒进行分析是使用铁谱显微镜对铁谱片上沉积的颗粒进行形状、尺寸大小、形貌和成分的分析,建立磨损状态类型与磨形状、尺寸大小、形貌和成分的分析,建立磨损状态类型与磨损颗粒形态的相互关系,判别摩擦副的磨损状态,以确定故障损颗粒形态的相互关系,判别摩擦副的磨损状态,以确定故障情况和磨损部位。情况和磨损部位。目前,对铁谱片进行定性分析的方法主要有铁谱显微镜法、目前,对铁谱片进行定性分析的方法主要有铁谱显微镜法、扫描电镜法和加热分析法三种。扫
13、描电镜法和加热分析法三种。尽管铁谱分析技术获得了广泛的应用,但至今尽管铁谱分析技术获得了广泛的应用,但至今尚没有一个统尚没有一个统一的定量指标一的定量指标。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.2.3 铁谱分析的优缺点铁谱分析的优缺点优点优点:具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围,可同时给出具有较高的检测效率和较宽的磨屑尺寸检测范围,可同时给出磨损机理、磨损部位以及磨损程度等方面的信息。磨损机理、磨损部位以及磨损程度等方面的信息。缺点缺点:1、操作环节较多,监测周期较长,影响因素复杂,检测与诊、操作环节较多,监测周期较长,影响因素复杂,检测与诊断的正确性取决于操作人员的断的正确性取决于
14、操作人员的经验经验与熟练程度。与熟练程度。2、对采样要求较为苛刻,分析成功与否,首先取决于能否从、对采样要求较为苛刻,分析成功与否,首先取决于能否从润滑系统中取到有代表性的油样。润滑系统中取到有代表性的油样。3、对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳,影响了其对有色合、对非铁磁性磨损颗粒的检测效果欠佳,影响了其对有色合金摩擦副的监测效果。金摩擦副的监测效果。机械电子工程学院机械电子工程学院6.1.3 应用实例应用实例例例1:机车柴油机故障的光谱、铁谱分析:机车柴油机故障的光谱、铁谱分析东风东风4型型3877号机车光谱分析曲线号机车光谱分析曲线 某机务段对东风某机务段对东风4型机车柴油机型机车柴油机1
15、998年即年即将进入第将进入第4次辅修时,光谱、铁谱分析诊断次辅修时,光谱、铁谱分析诊断为为“严重异常磨损严重异常磨损”,并发出,并发出“危险危险”预报,预报,于是提前检修。检查中发现第于是提前检修。检查中发现第3缸活塞裙部缸活塞裙部及第及第8缸缸套严重崩缺,第缸缸套严重崩缺,第11缸活塞环槽磨缸活塞环槽磨损严重。损严重。在故障发生前的近一年中,铁、铝分析数在故障发生前的近一年中,铁、铝分析数据一起处于稳定、缓慢的攀升状态。据一起处于稳定、缓慢的攀升状态。同年同年5月,分析铁谱片上开始出现精细的月,分析铁谱片上开始出现精细的铝磨粒。铝磨粒。7月的光铁月的光铁谱、铝谱、铝分析数据激增,分析数据激
16、增,铁谱片上铝磨粒数量明显增多,尺寸开始增铁谱片上铝磨粒数量明显增多,尺寸开始增大(铝磨粒最大尺寸已达大(铝磨粒最大尺寸已达30um),同时出),同时出现现铜磨粒铜磨粒以及少量的以及少量的钢磨粒钢磨粒,预示着磨损状,预示着磨损状态已很严重,立刻发出报警信号。随后的拆态已很严重,立刻发出报警信号。随后的拆检结果证实了预报的准确性。检结果证实了预报的准确性。机械电子工程学院机械电子工程学院东风东风4型型0122号机车光谱分析曲线号机车光谱分析曲线 东风东风4型的型的0122号机车柴油机,在得到光号机车柴油机,在得到光谱、铁谱分析谱、铁谱分析“异常磨损异常磨损”的预报之后,车的预报之后,车辆停运拆检
17、,发现第辆停运拆检,发现第6缸活塞环咬死,造成缸活塞环咬死,造成活塞顶部烧穿及缸套拉伤。活塞顶部烧穿及缸套拉伤。受补换油的影响,光谱分析数据呈反复波受补换油的影响,光谱分析数据呈反复波动状态。铁、铝分析数据波动幅度明显增大,动状态。铁、铝分析数据波动幅度明显增大,铝元素数据反复超标铝元素数据反复超标,磨损状态诊断为活塞,磨损状态诊断为活塞故障。故障。铁谱分析在第铁谱分析在第3次辅修后开始出现异常,次辅修后开始出现异常,发现了发现了尺寸较大的铝磨粒尺寸较大的铝磨粒。跟踪监测中,铝。跟踪监测中,铝磨粒浓度及尺寸不断上升,最大已达磨粒浓度及尺寸不断上升,最大已达40um,呈疲劳剥落及撕扯状,同时相继
18、出现较多,呈疲劳剥落及撕扯状,同时相继出现较多的黑色氧化物、腐蚀磨粒和小球粒,表明润的黑色氧化物、腐蚀磨粒和小球粒,表明润滑状态已相当恶劣,活塞组件磨损严重,于滑状态已相当恶劣,活塞组件磨损严重,于是连续两次发出警报信号,经检查后排除了是连续两次发出警报信号,经检查后排除了故障源。故障源。6.1.3 应用实例应用实例例例2:机车柴油机故障的光谱、铁谱分析:机车柴油机故障的光谱、铁谱分析机械电子工程学院机械电子工程学院 1、机器发生异常磨损的判别、机器发生异常磨损的判别 机器是否发生异常磨损,不仅仅看润滑油中所含磨损颗粒数机器是否发生异常磨损,不仅仅看润滑油中所含磨损颗粒数量的量的绝对值大小绝对
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- Chapter06 无损 检测 技术 设备 诊断 中的 应用
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