鐵譜光譜檢測技術在設備狀態監測和故障診斷中的應用

        設備狀態監測與故障診斷技術是上世紀七十年代發展起來的,在近二十年來,發展較快,并得到了廣泛的應用,而且也給企業帶來了巨大的經濟效益。在我局，設備維修方式正從定期維修為基礎的計劃性維修向以設備實際運行狀態為基礎的預測性維修過渡。我站在建站之初，就開展了設備狀態監測與故障診斷技術，對不同的診斷對象形成了不同的診斷技術和診斷方法，其中主要檢測技術有：溫度檢測技術、無損探傷檢測技術、振動檢測技術、噪聲檢測技術、車輛檢測技術、油液分析技術。本文主要講述的是油液分析技術中的兩個主要方法-----鐵譜分析和光譜分析。
        一、鐵譜分析和光譜分析技術
        設備在運轉過程中，其內部各對摩擦副作相對運動，摩擦副處于正常磨損時，產生的金屬磨粒在15μm以下；若發生異常磨損，產生的金屬磨損顆粒一般較大，個別的甚至超過100μm，油中的金屬元素濃度梯度值陡然增加。機械設備在不同的磨損狀態下產生帶有不同狀態特征的磨損顆粒留存于潤滑油系統中，這些磨損顆粒在尺寸、形貌和數量等方面都直接反映了機械摩擦副工作表面的狀態，這是判斷機械設備工作狀況正常與否的直接依據。
        潤滑油的光譜分析是以發射光譜為主要手段，根據物質受到電弧、火花等能量的直接激發會產生光譜，而每個元素有其固定的波長（特征光譜線），這是發射光譜分析的定性基礎，而光的強度就是定量的基礎。由此可以通過發射光譜儀迅速正確地得到潤滑油中各元素的種類及含量值，通過數據積累以及數據處理所得到的規律或模式相對照，就可以判斷摩擦副的磨損狀況。光譜分析的特點是速度快、分析數據準確和適合于大量數據的采集。但是該檢測技術有如下局限性：
       （1）它對5μm以下的磨粒發光，對于大于5μm的磨粒就無能為力；
       （2）光譜分析能監測油中所含元素的濃度，所反映的是各摩擦副磨損積累的含量，而不能獲得磨粒尺寸和形貌等方面的信息。
        鐵譜技術的創新之處在于它能鑒別摩擦副處于不同磨損狀態時所產生的不同特征的磨損顆粒，它著重于對金屬磨粒的形貌和尺寸大小的分析。鐵譜技術能檢測出機械設備潤滑油中的單個磨粒。借助于鐵譜顯微鏡能觀察磨粒形態，直觀反映出機械設備主要摩擦副的磨損情形。當磨粒在數μm以上時，鐵譜技術的優越性將得到很好的體現。同樣，雖然鐵譜分析具有其它檢測技術所不及的優點，但其本身也存在以下缺陷：
       （1）分析速度慢，操作繁瑣、費時；
       （2）在磨粒識別以及磨損類型、磨損程度和故障判斷方面過多地憑借著人的經驗積累，從而限制了其應用和普及。
        由此可見，每一種監測技術都有自己的長處和不足。只有當光譜和鐵譜兩種技術聯合應用，互為補充、充分發揮各自特長，才能使機械設備工況監測與故障診斷的成功率得到進一步提高。
        二、鐵譜光譜監測系統
        2.1系統的組成
         1）鐵譜儀及其輔助儀器：分析式鐵譜儀；直讀式鐵譜儀；鐵譜顯微鏡；光密度儀。
         2）光譜儀：M型（美國生產）發射光譜儀。
       2.2系統的分析過程
         1）工作流程
          鐵譜光譜監測系統的流程框圖如下圖所示：
         2）數據處理
        光譜數據處理  光譜儀測出的各元素光譜數據（ppm）是在一個換油期內各磨損金屬元素的總量。對于正常磨損情況，各元素的光譜讀數在一定范圍內波動，同時各元素單位時間的增量值也在一個控制范圍內。根據設備生產廠家提供的資料、維修人員的經驗以及長期檢測的數據，制定被監測設備潤滑油中各元素單位時間的遞增量的控制標準。對于每一個油樣，計算機所接收到所測的光譜數據后，先計算各元素的增量值，然后判斷各元素及其增量值是否在控制范圍內。若超出，則打印超限的元素及其超出值。