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1、2010 年全国油液监测技术会议铁谱分析技术及在螺杆压缩机故障诊断中的应用 闫枫 （荆门石化技术开发与服务中心，湖北荆门，448000） 摘要: 目前，铁谱技术是一种广泛使用的一项油液磨粒分析的磨损监控技术。利用铁谱分析技术可以准确地得到螺杆压缩机的磨损部位、磨损形式、磨损程度，甚至元件完全失效的结论，从而提前预测螺杆压缩机的工作状况，提前预防故障的发生。 关键词：铁谱技术，螺杆压缩机故障，磨损中图分类号： TG115 文献标识码： A Application of Ferrous Spectrum Technology in Screw Compressor Fault Diagnosis
2、Abstract: At present, ferrous spectrum technology is a kind of wear monitoring technology which is. Widely used in oil-hydraulic grain analysis. Because ferrous spectrum technology can be used to accurately locate the worn parts, worn form ，worn degree of the screw compressor, the working condition
3、of the screw compressor could be foreseen so that faults could be avoided in advance. Key words: ferrous spectrum technology, fault of the screw compressor, wears 现代化生产企业更加注重生产装置趋向大型化、自动化和连续化，人们对设备的要求不仅是性能好、效率高，还要求在运行中少出故障，否则因故障停机带来的损失将是十分巨大的1。油液分析技术是油-磨屑监测及故障诊断的有效方法之一，机器运行时，在油液中携带有大量设备运行状态的信息，尤其是润滑
4、液，各摩擦副的磨损碎屑都将落入其中，并随之一起流动。由于对机器润滑油的监测和分析可以及时提供机器设备运行状态的有价值的信息，指出机器内部机件的磨损、腐蚀及油液污染、劣化、变质等状况，避免机器因润滑不良造成不应有的磨损和损坏，而且润滑油还可以在不停机、不解体的情况下采集，从而实现机械设备的动态检测和故障诊断，所以油液分析技术是目前磨损检测和诊断中的一项极为重要的技术。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2010 年全
5、国油液监测技术会议铁谱技术是以磨损颗粒分析为基础的诊断技术，是诊断机器磨损故障的最有效方法，油液的铁谱分析已经得到广泛的应用在润滑油理论研究、内燃机故障检测方面2-8，并取得满意的结果，笔者应用铁谱分析技术，针对酮苯装置螺杆压缩机运转进行监测，根据不同时间的磨粒浓度及磨粒数量确定螺杆压缩机磨损速率，诊断螺杆压缩机的机械故障，为预防突发故障、提高螺杆压缩机的使用率提供有力保障。 1铁谱分析技术 油液监测技术是设备磨损状态监测和障诊断的重要方法。它是基于摩擦学原理的机械磨损故障诊断技术，通过分析被监测的机械设备在用润滑油液的理化性能指标和污染状况以及油液中磨损颗粒的情况来监测系统的润滑和磨损状态，
6、并以此来判断机械的运行工况和预报机械故障的发生部位和类型。 油液监测技术的研究内容主要包括两方面：一方面是对润滑油液中所携带的磨损颗粒的浓度、几何尺寸、几何形貌、表面纹理、颜色、材质等特征的研究；另一方面是对油液的氧化程度、聚合化程度、污染程度等理化指标的分析研究，油液监测技术的主要研究方法包括：铁谱分析、 光谱分析、 颗粒计数、磁塞分析等铁谱分析技术的原理就是利用高梯度强磁场的作用，将机器摩擦副内产生的磨粒从润滑油液中分离，借助各种监测仪器和手段，观察和测量分析这些磨粒的形貌、大小、数量、成分等，从而对机械设备的运行状况、关键零部件的磨损状态进行分析判断。铁谱诊断分析中包括铁谱定量和定性分析
7、9。 铁谱分析程序一般包括4个基本环节10：取样、制谱、观察与分析、结论，其流程如图l 所示。 检测对象制取谱片定性及定量分析：图像及质量分析磨损情况结论提取样品图 1 铁谱分析流程图 2 机械设备磨损故障的分类 机械设备磨损故障(以下简称磨损故障)是指由于相对运动的两个表面之间的名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2010 年全国油液监测技术会议摩擦磨损致使设备功能低于规定水平的状态。概括的讲引起故障磨损有两种情况
8、：(1) 常规磨损引起的故障。(2) 设备安装与使用过程中的异常磨损导致的故障。异常磨损引发的故障具有偶然性和突发性，对此类故障的诊断具有重要意义。 2.1 按磨损机理划分。 不同的磨损机理产生的磨粒各异因而可通过磨粒分析来识别引起磨损故障的磨损机理。以便为设备的设计、制造服务、与润滑油分析有关的磨损机理可分为以下几类： (1) 粘着磨损，接触表面作相对运动时，由于固相焊接作用使材料从一个表面转移到另一个表面而造成的一种磨损。 (2) 磨料磨损，由于硬颗粒或硬突起使材料产生迁移而造成的一种磨损。 (3) 疲劳磨损，由于循环交变应力引起疲劳而使材料脱落的一中磨损，微动磨损应归人此类。 (4) 腐
9、蚀磨损由于与周围介质的发生化学反应产生的一种磨损，其中包括氧化磨损。 2.2 按磨损类型划分。 对于磨损故障的描述，铁谱分析者针对铁谱分析的特点采用一套使用的分类方法。归纳起来可以说是按磨损类型来分： (1) 正常磨损故障和磨合期磨损：滑动表面经常发生的正常磨损。 (2) 切削磨损：由于滑动表面的相互穿人引起的非正常磨损料磨损。 (3) 滚动疲劳磨损：滚动接触表面的疲劳磨损。 (4) 滚滑复合磨损：与齿轮系相关的疲劳磨损和粘着磨损。 (5) 严重滑动磨损：滑动表面的过载和高速造成的磨损。 2.3 按磨损原因划分。 按磨损原因来分，磨损故障可以分为由磨料进入、润滑不良、油中有水、安装不良或有裂纹
10、、过载、高速、过热和疲劳等引起的故障。这可为设备设计、保养和维修提供有用的信息。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2010 年全国油液监测技术会议3 铁谱分析技术在螺杆压缩机中的应用 我厂酮苯车间共安装了6台进口螺杆压缩机，其中301/2A是2005 年6月安装开始试运行，至今累计运行2000 多小时， 未检修过，其余5台302/1A、 302/2A、301/1C 、302/1B、302/2B均为2006 年6月
11、安装运行。运行机组机-302/1A在2008 年8月26日 1:50突然无故障停机，于是对酮苯装置4台同类型设备进行了采样分析，采用ZTP-X2 型直读铁谱仪对螺杆压缩机磨损情况进行诊断， ZTP-X2 型直读铁谱仪包括直读式铁谱分析仪和制谱仪、铁谱显微镜。 3.1 螺杆压缩机-302/1A和-301/2A铁谱分析 采用 ZTP-X2型直读铁谱仪对样品进行分析，对于直读式铁谱仪，其定量分析式为：IS=(DL+DS)(DLDS)=DL2DS2式中 IS- 磨损烈度； DL- 代表大于 5m磨损颗粒的光密度值； DS- 代表 12m磨损颗粒的光密度值； 一般来说，在正常摩擦磨损条件下，DL与 DS
12、数值比较接近，只是在异常激烈的磨损条件下才会出现DL值大于 DS值的情况，此时 IS将很大。螺杆机-302/1A和-301/2A 定量分析数据见表 1，由表 1 可见，螺杆压缩机-302/1A 的磨损烈度值为3632.16，说明设备已经严重磨损甚至失效。 3.1.1 螺杆压缩机-302/1A 制得玻璃谱片后置于高倍显微镜下观察，沿磁力线方向沉积的微粒浓密，发现铜磨粒，颜色略微发黄，且有些许蓝色透出，说明设备中铜件已有损坏，且有过热现象；铁系金属的疲劳剥片微粒，呈碎骨状，如图2，尺寸大，数量多，说明设备已经严重磨损；红色氧化物和黑色氧化物的存在说明设备中可能有润滑不良或有进水的情况。 在拆检中显
13、示，阴转子的前端有较多硬的碎金属，内外调整环与滚子轴承已被磨损。滚子轴承(534B0004H25) 内圈有一道轴向裂纹，滚道表面有被滚子压出的深坑，还被咬下大块金属。阴阳转子前端节流环处均有轻微的磨损，阴转子前后侧啮合线已基本被磨平，如图3。 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2010 年全国油液监测技术会议图 2 铁系磨粒 44um 图3 螺杆压缩机磨损情况 在继续拆卸的过程中，发现阴转子的后端面与入口段端面间已
14、相互磨损咬合，后节流环处转子与壳体互咬，壳体被轴带出金属块，切有五处裂纹，前后两侧的滚子轴承内圈均已与轴抱死，且已裂开，无法拆卸。从拆卸的情况分析，轴承出现疲劳过热，继续启动运行后，前轴承损坏，调整环随之被磨损，阴转子的定位失效，并由于高温度出现热膨胀，其后端面与入口段摩擦，摩擦产生的金属屑进入转子与壳体间隙，导致转子与壳体相互粘合，后轴承也因摩擦升温而损坏。在拆卸中其相互连带的金属屑可说明其温度之高。拆卸中损坏的摩擦副材料的磨粒都在谱片中有所体现。 3.1.2 螺杆压缩机-301/2A 从表 1 可知螺杆压缩机-301/2A的磨损烈度值 1544.4，说明油样中磨粒数量多，且磨损比较严重；制
15、得谱片显微镜下进行定性分析，发现较多铜磨粒，且尺寸相对较大，如图 4。铁系磨粒多数为疲劳片状，个别球粒存在，并伴随大量的红色氧化物和黑色氧化物，基于以上数据及分析，建议车间对此台设备进行重点监测或检修，车间采纳意见对此设备进行了停机检修。 表 1 -302/1A和-302/1A 机定量分析数据表 设备型号取样日期 DLDSWPC ISLPC -302/1A 8.29 67.129.5 96.6 3632.237.6 -301/2A 9.2 44.721.3 66 1544.423.4 图 4 铜磨粒 图5 螺杆压缩机铜保持架磨损情况 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
16、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2010 年全国油液监测技术会议9 月 18 日 14：30 此台螺杆机停机待检，10 月 2 日拆卸打开后，发现螺杆机的铜保持架被严重磨损了一圈，约1mm ，如图 5。与之前谱片分析中看到较多铜磨粒相吻合，说明铁谱分析可以正确、直观地反应设备中零部件的磨损。 3.2 螺杆压缩机-302/1B 和-302/2B铁谱分析 对运行中机-302/1B和机-302/2B 采样定量分析，分析数据如表2，螺杆压缩机运行一个月，两台机器IS数值变化不大，
17、表明该设备运转正常，定性分析结果也同时说明，磨粒的尺寸多在10m左右，属正常范畴，车间反馈该设备正常平稳运转至今。 表 2 机 302/1B、 302/2B 定量分析数据表 压缩机型号 日期DLDSWPC ISLPC 9.3 33.427.360.7370.36.1 -302/1B 10.626.523.149.6168.63.4 9.3 21.515.136.6234.26.4 -302/2B 10.620.916.937.8151.24.0 4 结论 利用铁谱分析技术，能及时掌握螺杆压缩机的磨损状况，对机械设备运行中的磨损状态进行诊断、监测，减少不必要的检修工作，节省检验与维修费，及时发现
18、潜在故障，避免异常磨损故障的发生；同时，可合理地掌握螺杆压缩机的换油周期。节省油料，做到科学润滑，以确保螺杆压缩机的使用寿命。 参考文献 1 王立东，石成江 . 光谱与铁谱的原理及其在设备诊断中的应用J ，哈尔滨轴承， 2008，29（3）：52-55 2 西安交大润滑理论及轴承室应用铁谱技术进行齿轮磨损状态识别及故障诊断的指南R 西安交通大学科学技术报告，西安：西安交通大学，1987，87 -92 3 西安交大润滑理论及轴承室铁谱数据库R 西安交通大学科学技术报告，西安：西安交通大学， 1987，87-93 4 徐敏铁谱技术对润滑油中添加剂在磨擦下的研究J 石油炼制与化工， 1999，30(
19、3) ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 7 页 - - - - - - - - - 2010 年全国油液监测技术会议4951 5 Bijwe jayashree ，Garg amik，Gandhi，0 PReassessment of engine oil periodicity in commercial vehiclesJLubrication Enginering，2000，(1) ：2324 6 徐敏 硫代磷酸三苯酯在季戊四醇酯中的摩擦学性能及作用
20、机理的研究J 润滑与密封，2002，(1)21 24 7 雷爱莲，聂钢，孟言俊铁谱技术在选择内燃机磨合油和磨合规范中的应用J 汽车工业与材料， 2003，(4) ：22 8 尹新、张赣道光、铁谱技术对修复剂性能与机理的研究J 化工时刊， 2004，18(12) ：35 37 9 刘建辉， 杜永平， 铁谱分析在设备监测诊断中的应用与发展前景J ，机械工程师， 2007，3，4344 10 李霜，杨晓京，郭志伟，邢凡，利用铁谱分析技术对柴油机磨合期的研究J ，机械研究与应用， 2008，21（5）：2730名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 7 页 - - - - - - - - -