油液分析技术阐述

1、 工欲善其事，必先利其器 石油装备的状态监测与故障诊断石油装备的状态监测与故障诊断技术，为石油天然气的勘探开发生产技术，为石油天然气的勘探开发生产提供必要的设备安全运行保障。提供必要的设备安全运行保障。石油大学（北京）故障诊断研究中心设备故障诊断研究油液分析诊断技术振动分析诊断技术声发射诊断技术油气管道泄漏检测 油液分析诊断软件开发 磨损图像分析与自动识别 直读式旋转铁谱仪开发 X-射线荧光能谱在线监测仪 便携式数据采集系统 振动故障诊断专家系统 套管磨损机理及预测 现代设备管理理论与方法 大功率柴油机故障诊断 车用发动机故障诊断 输油泵故障诊断 大型压缩机故障诊断硕士：1 8 人博士：6 人

2、讲师/工程师：5 人副教授/高工：4 人教授：2 人人员结构（平均36岁）大型仪器设备B&K模态分析仪声发射分析仪油液分析系统综合诊断试验台高性能计算机管道泄漏检测试验系统主要科研成果：q获奖项目 （部省级以上科技进步奖） 三缸泵工作状态分析 柴油机故障诊断专家系统 重大机电设备磨损状态监测专家系统 油液分析在机电设备故障诊断中的应用q已完成的相关科研项目 国家攻关项目：2项 部级基金项目：4项 局级科研项目：5项拥有自主知识产权/已推广应用项目 大型柴油机故障诊断仪及专家系统 输油泵故障诊断仪及状态监测专家系统 油液分析仪及诊断专家系统压缩机和泵机组故障诊断研究 目 录油液分析诊断原

3、理与方法油液分析诊断软件系统大功率柴油发电机组故障诊断CNG/LPG发动机磨损状态监测大型齿轮减速器故障诊断大型压缩机/泵机组故障诊断一、油液分析诊断原理与方法油液分析技术： 通过对运行设备在用润滑油的代表性样品检测与分析，获得有关油品性能指标变化以及油中污染和变质产物的宏观或微观物态特征变化信息，进而确定设备润滑与磨损状态并诊断相关故障的技术。油液分析方法 1941年，油分析光谱(Baird公司)，铁路机车磨损监控(美西方铁路） 1972年，直读/分析式铁谱仪，磨损产物的定量/定性分析 1985年，旋转式铁谱仪，高污染油液的铁谱分析 红外光谱仪、x-射线荧光能谱仪、在线监测仪 在欧美、日本等

4、国家的应用： 国际磨损监控会议(1982): 从柴油机/汽轮机/压缩机到人工关节研究 美国三军联合油液分析计划（JOAP）,海湾战争(F16发动机监控) 丹麦海军：核潜艇；日本：炼化设备(出光） 在国内的应用： 80-90年代，铁路、船舶、煤炭、电力、石油化工等多个行业 铁谱、发射光谱、红外光谱及常规理化指标的综合分析 发展方向： 由在线监测、离线监测到近在线监测 图象识别、人工智能、远程诊断和虚拟现实技术的应用油液分析技术的发展油液分析技术应用领域 机械设备状态监测与故障诊断 润滑材料的改进与开发 典型摩擦副磨损机理研究 车辆污染控制 范围：往复机械/旋转机械油液分析诊断技术的作用 视情维修

5、与风险检测的基本工具 润滑、磨损及相关故障诊断 确定最佳润滑剂（润滑油/润滑脂） 实现润滑监控、确定合理的换油周期 延长大修间隔，降低设备维修成本润滑油品质的变化： 变质与劣化的必然性 工作条件（压力、温度、剪切等）作用导致氧化变质 环境因素（大气、冷却液、燃油等）导致氧化或变质 添加剂（抗氧化、抗磨添加剂等）消耗磨损产物介入：油中磨粒浓度随磨损状态而改变 金属表面磨损产物磨粒混入润滑油中并循环 油中磨粒数量（平衡浓度）：反映磨损程度的变化 油中磨粒的类型：与磨损机理相关 油中磨粒的成分及磨粒形态：与磨损来源相关污染物介入：系统保护界面的缺失或破损 来自周围环境及相关系统的水分、尘埃、纤维、溶

6、解物等00.050.10.150.20.250.30.350.4123456789101112月份水分(%)125130135140145150155160165123456789101112月份粘度(cst)某柴油机在用润滑油一年内的粘度和水分变化螺杆压缩机油中的磨损微粒 离心式天然气压缩机油中的污染物 燃油系进排气系统冷却系统温度负荷速度环境气氛尘埃,砂粒纤维,水分烟尘,冷却剂油泥,氧化物变质物硫化物硝化物金属微粒油循环系统内燃机在用润滑油品质变化及污染影响因素获取有代表性油样总原则：动态、真实、无二次变质取样位置 原则：尽可能反映摩擦副的磨损变化情况取样状态 原则：动态、不解体、不停机、

7、均匀取样间隔 原则：把握摩擦副变化取样量 满足各种分析项目的需求磨粒的去除摩擦副磨 损油箱：容积 V磨粒数C磨粒浓度S=C/V驻留时间 T=V/R单位时间内排除RSf个微粒单位时间内产生m个微粒单位时间内润滑油损耗量q流量：RBA)1 (fSRmSA油液分析的内容与方法磨损微粒分析 分析内容：磨粒数量、尺寸分布、成分及形态/类型 分析方法：铁谱、发射光谱、颗粒计数等 目标：确定主要磨损部位、磨损程度和机理/原因油品变质及污染物分析 分析内容：油变质和污染物类型及数量 分析方法：红外光谱、发射光谱、铁谱及其它方法 目标：确定油的可用度及相关的系统故障及原因常规理化指标分析 分析内容 ：粘度、闪点

8、、水分、总碱值/酸值等 分析方法：粘度/闪点/水分仪、滴定法、斑点试验等 目标：确定油的可用度及相关子系统故障及原因不同检测手段的监测应用范围油品摩擦学评价颗粒计数器红外光谱分析机械工程师油品化学工程师设备磨损状态油变质状况油污染状况设备状态评价油样、设备背景发射光谱分析常规理化分析 设备润滑与磨损监测 系统现场设备工程师设备润滑与磨损状态监测系统铁谱分析铁谱分析技术分析式铁谱仪 利用高梯度磁场，将油液中的磨粒分离出来，按规则排列沉积在铁谱基片上；借助于显微镜，分析磨粒的数量、尺寸分布、成分、类型等，进而确定设备磨损的状况。直读式铁谱仪 利用高梯度磁场，将油液中的磨粒分离并按大小排列于沉积沉积

9、管；借助于光密度计，测定所沉积大小磨粒的浓度，进而确定设备的磨损程度。旋转式铁谱仪 利用离心力和磁场力联合作用，将油液中的磨粒分离出来，呈辐射线状按大小排列于铁谱基片；借助于显微镜，分析磨粒的数量、尺寸、成分、类型等，进而确定设备磨损的状况。蠕动泵磁铁输油导管铁谱基片油流油样废液杯铁谱片导向槽磨粒沉积带6024磁铁的磁路结构分析式铁谱仪工作原理油样置于一定高度的油样试管毛细管回油管磁铁废液杯虹吸钮光纤光敏元件光敏元件DlDs沉积管沉积管油样废液磁铁直读式铁谱仪工作原理密封圈油样铁谱基片磁铁密封拉杆驱动轴废液杯输油装置铁谱基片内磁芯外磁环铜套隔离套DiDo反射式光密度探测头器显微放大CCD直读式

10、旋转铁谱仪工作原理（石油大学）单通道数据采集器执行机构转盘驱动制谱驱动显微摄像光电传感器电机控制单元RS232/USB串口通讯数据采集及控制模块笔记本计算机视频线缆USB图象采集单元RS232直读式旋转铁谱仪主要性能指标 功能特点技 术 指 标磨粒定量分析大小磨粒光密度读数在制谱位直接测定1、读数范围：0100 ；2、重现性精度95% 3、磨粒沉积效率85% ；4、USB接口通讯磨粒图象采集磨粒显微图象在制谱位连续/单帧采集1、最大光学放大倍数：1402、USB图象采集器斑点扩散分析扩散环中心弧线轨迹扫描逐点定量测试1、读数范围：010，2、重现性精度95%3、USB接口快速油质分析1、读数范

11、围：010，2、重现性精度95%3、USB接口 1 1、在用润滑油中大、小磨粒读数（、在用润滑油中大、小磨粒读数（DLDL、DSDS）及）及相关的磨损定量分析指标，如磨损烈度指数、磨损量、相关的磨损定量分析指标，如磨损烈度指数、磨损量、磨损分布、大小磨粒比率、大磨粒百分数、磨损严重磨损分布、大小磨粒比率、大磨粒百分数、磨损严重度指数等；度指数等； 2 2、彩色磨粒链图象分析及相关的定量分析指标，、彩色磨粒链图象分析及相关的定量分析指标，包括磨粒链密度、游离金属磨粒百分数、磨粒链平均包括磨粒链密度、游离金属磨粒百分数、磨粒链平均带宽等；带宽等； 3 3、油扩散斑点的灰度分布、峰值、范围、平均、油

12、扩散斑点的灰度分布、峰值、范围、平均值、环区尺寸、陡度等；值、环区尺寸、陡度等； 4 4、油质相对劣化指数。、油质相对劣化指数。直读式旋转铁谱仪主要分析指标1 1、操作程序控制及自动数据采集；、操作程序控制及自动数据采集；2 2、润滑油监测数据处理与数据库管理；、润滑油监测数据处理与数据库管理；3 3、磨粒图象分析与识别；、磨粒图象分析与识别；4 4、诊断标准自动生成；、诊断标准自动生成；5 5、磨损与润滑状态变化趋势预测；、磨损与润滑状态变化趋势预测；6 6、设备磨损状态评估；、设备磨损状态评估；7 7、磨损机理解释；、磨损机理解释；8 8、监测诊断报告自动生成与传输。、监测诊断报告自动生成

13、与传输。直读式旋转铁谱仪软件功能直读式旋转铁谱仪主要特点项目主 要 特 点操作特点1、制谱和测试过程由计算机程序控制2、油样基本无须稀释，制谱简单、迅速3、现场直取油样无须加热，制谱时间为2-3min4、磨粒沉积带区宽大，磨粒的捕捉能力强；5、制谱过程对磨粒无二次损伤，信息更真实；6、现场制谱，无需样品运输保管，信息无失真基本配置1、程序控制制谱仪一台；2、PLC控制器和图像采集器各一个；3、USB2.0数据采集装置一套；4、P4 2.G，256MHz，40G,USB2.0计算机；5、测试控制及数据分析软件一套 使用点动单帧采集方法得到的磨粒图象（光学放大倍数：140）样品直读式铁谱仪分析式铁

14、谱仪双 色显微镜铁谱片大磨粒浓度读数Dl小磨粒浓度读数Ds磨粒类型及其数量 正常磨损颗粒 切削磨损颗粒 粘着擦伤颗粒 疲劳磨损颗粒 腐蚀磨损颗粒 球形颗粒 金属氧化物直读铁谱与分析铁谱分析的一般过程直读式旋 转铁谱仪双 色显微镜铁谱片大磨粒读数Di小磨粒读数Do磨粒类型及其数量 正常磨损颗粒 切削磨损颗粒 粘着擦伤颗粒 疲劳磨损颗粒 腐蚀磨损颗粒 球形颗粒 金属氧化物样品样品斑点氧化度污染度腐蚀度样品滴油质评级直读式旋转铁谱仪分析的一般过程定量铁谱分析 直读铁谱参数 Dl, Ds 旋转铁谱参数 Di, Do 磨损烈度/磨损强度 累积磨损量 磨粒分布 大小磨粒比率 磨粒粒度统计分布 磨损趋势分析

15、 定性铁谱分析 金属磨粒分析 正常磨损颗粒 切削磨损颗粒 粘着擦伤颗粒 疲劳磨损颗粒 腐蚀磨损颗粒 球形颗粒 金属氧化物磨损程度 污染物分析 纤维 砂粒、粉尘 油变质物谱片湿化学分析 有色金属磨粒鉴别 铁磁性磨粒鉴别 有机污染物鉴别磨损类型磨损部位种类与数量污染类型与程度元素光谱分析原子发射光谱分析 元素原子内层轨道上的低能态电子受外界能量激发跃迁到高能态的外层轨道，由于高能态电子的不稳定性，当电子返回内层轨道时，多余能量以光的形式释放，通过检测光的波长及强度信息，区分元素的种类和浓度。各种激发源分光器探测器信号处理与分析系统光谱仪工作原理诊断要点 背景分析：零部件/润滑/污染物材料组成 诊断

16、基准：各元素浓度阈值 相关分析：元素变化的相关性油中金属元素变化分析（柴油机） 磨损金属元素 Fe, Cu, Al, Pb, Mn, Mo, Cr 污染物元素 B, Na, V, Si 添加剂元素 Ca, Mg, Zn, P红外光谱分析红外光谱仪 红外光辐射可导致分子官能团的振动，不同分子的振动发生在特定的红外辐射频率（波长）段，产生在红外谱图中可见的峰，这些峰对应不同的物质分子。红外光源检测器数据处理固定镜面移动镜面检测器分束器器单色器输出信号检测器信号移动镜面位置检测器信号到检测器样品BC(BD)D-1D-2D-3ZPD1/41/4(BC)A单色器棱镜衍射光栅干涉仪MICHELSON干涉仪

17、油液变质途径表征参数油液降解氧化/硝化/磺化添加剂损耗粘度、总酸值、总碱值、氧化深度、硝化深度、硫酸盐、抗氧剂水平、抗磨剂水平 油液污染燃油稀释水分冷却液积碳/固体杂质闪点、粘度、燃料水平水含量、水（羟基）水平冷却剂水平不溶物含量、积碳水平过程发生条件产物影响氧化高温、暴露于空气等积碳、油泥增加粘度，加速磨损，腐蚀硝化高温，来自空气中的氮氧化积碳、酸增加粘度，加速磨损，腐蚀磺化含硫燃料，有二氧化硫等产生强酸腐蚀水分羧基氧化物硝基氧化物硫酸盐类积碳燃油乙二醇吸光度波数主要红外光谱分析指标在谱图中的分布 机械磨损机理与磨损微粒识别机械磨损机理与磨损微粒识别弹性变形表面形貌变化表面间相互作用塑性变形

18、表面分子相互吸引粘着效应犁沟效应表面层变化温度场变化 表面膜变化组织结构变化空位/位错聚集机械性能变化材料变形摩擦能耗材料转移材料反应表面成分变化表面层破坏形式材料剥落表面擦伤塑性变形胶 合微观擦伤/点蚀/剥落微观断裂微观切削粘着-剪切表面腐蚀输入摩擦副材料润滑介质载 荷滑动速度温 度磨粒（料）磨损机理磨粒（料）磨损机理 表面硬质凸点 外来磨料（金属屑/岩屑/泥砂等） 两种形式：（1）二体磨粒磨损；（2）三体磨粒磨损 （1）微切削：法向载荷将磨料压入摩擦表面，滑动摩擦力通过犁沟作用使表面剪 切、犁皱和切削，产生沟槽并分离出切屑状磨粒 三种磨损机制： （2）挤压剥落：磨料受载荷作用而压入摩擦表面

19、产生压痕，将塑性材料表面挤出 层状或鳞片状剥落碎屑（3）疲劳破坏：磨料的循环接触应力作用，使表面材料疲劳而剥落 主要影响因素：载荷、磨料的性质/锐度/大小、摩擦副材料性质及强化措施 粘着磨损机理粘着磨损机理 焊合/粘着 粘焊点受剪脱落 粘焊材料转移 接触峰点瞬间高温高压 表面膜破裂 表面相互作用 粘着磨损过程 主要形式 （1）轻微粘着：磨损量很小，套管表面存在保护膜 （2）一般粘着：以套管材料转移为主 （3）擦伤：高强度粘着物使套管表面产生明显划痕 （4）胶合：高强度粘焊，剪切破坏发生于表面层较 深处，严重磨损，严重时摩擦表面咬死磨损机制 材料粘着破坏脱落 材料粘着破坏材料转移主要影响因素 表

20、面载荷、表面温度、滑动速度 摩擦副材料性质及匹配性 润滑条件接触疲劳磨损机理接触疲劳磨损机理 发生条件 摩擦表面接触区受复杂运动条件和载荷变化等因素的影响，存在循环变化的接触应力作用 接触表面层在摩擦过程中，存在致使表面微裂纹萌生的应力集中源（如擦痕、腐蚀痕迹、夹杂等缺陷）磨损机制（剥层磨损理论） 表面接触点受循环应力作用塑性变形表层位错聚集、空位缺陷处裂纹萌生裂纹扩展至表面材料剥落主要影响因素 表面接触区应力分布 摩擦副材料性质、材料内部缺陷特征 润滑油摩擦表面的相互作用腐蚀磨损机理腐蚀磨损机理 发生条件 接触表面在摩擦过程中，存在腐蚀性介质来源 （如来自环境和油品变质的酸性物质）磨损机制

21、化学/电化学反应与机械磨损的交替作用：金属表面化学/电化学反应表面反应膜形成磨除新反应膜氧化膜磨除主要影响因素 材料的耐腐蚀性 中间介质的成分及性质油液分析的一般程序收集设备原始资料、考察设备现场制定监测计划和取样规范按规范取样样品分析数据处理提交监测诊断报告收集反馈意见提出设备维护建议二、油液分析诊断软件在用润滑油监测信息管理系统 油液分析数据库系统管理 监测指标趋势分析 监测诊断报告生成/传输油液分析诊断专家系统 油液分析数据库系统和诊断知识库管理 诊断基准确定（统计、模糊集、神经网络） 磨损微粒计算机辅助/自动识别 监测指标综合分析 润滑油和关键摩擦副状态评估 故障诊断及监测诊断结论生成

22、 监测诊断报告生成/传输 油样 样品标识 取样时间 理化指标 元素浓度 磨粒 氧化物 污染物 状态描述 润滑状态 磨损状态 磨粒 形状 颜色 纹理 边缘特征 机器 机器标识 型号 结构（材料） 性能 润滑系统 标识 结构型式 润滑剂 滤器 故障描述 故障模式 故障部位 故障原因 维修建议 摩擦元件 名称 结构材料 配偶件名称 润滑方式 磨损型式 监测试验 试验规范 监测任务 标识 任务描述 监测计划 标识 测试方法 监测制度 监测 诊断 报告（1）（2）（4）（5）（6）（3） 磁 性 颗 粒 有 色 金 属 非 金 属 设备/部件表测试基础（标准）数据表 监测制度表 设备概况表监测数据及状态

23、表 诊断结论表理化 指标发射光谱数据铁谱 数据取样 状态品质评价污染评价磨损评价 客 户 表 摩擦元件表综合结论红外光谱 数据其它指标 数据 润滑油数据 磨粒图谱发射光谱红外光谱定量 数据定性 数据磨粒 图库 反馈信息表三、大功率柴油机故障诊断大功率柴油机润滑油主要监测指标常规理化指标 粘度、总碱值、闪点、水分、总不溶物金属元素 Fe,Cu,Al,Pb,Sn,Cr,B,V,Na,Mg,Zn,Ca,P铁谱 大小磨粒读数，磨粒类型及分布红外光谱 氧化物，水分，添加剂水平大功率柴油机故障诊断 拉缸 活塞破裂 活塞销断裂预防 润滑与磨损故障统计大功率柴油机拉缸前从润滑油中分离出的球形颗粒（扫描电子显微

24、镜图像）： 产生机理：金属表面粘着磨损，局部接触点瞬间高的闪温使材料处于熔融状态，在迅速冷却中重结晶形成。 作为柴油机拉缸的重要判据。活塞裙部破裂产生的铝合金颗粒（扫描电镜像） 产生机理：接触疲劳，疲劳裂纹扩展形成柴油机轴瓦产生的疲劳磨损颗粒： 由表面接触疲劳形成，X射线能谱分析可见主要成分为铜合金柴油机中的滑动磨损颗粒： 由表面擦伤形成，可见明显的擦痕柴油机中的切削磨损颗粒：上：两体磨料磨损结果（硬表面切削软表面）下：三体磨料磨损产物（外来磨料粒子在摩擦副表面间参与微切削）051015202581012246CuFePb活塞销断裂前，油中主要元素变化反映出铜套磨损加剧3%28%30%39%0

25、1020304050缸套-活塞环磨损轴瓦-铜合金类磨损腐蚀磨损其它类磨损图7 柴油机主要磨损故障分布案例数7%7%17.322.5%52.5%020406080100120TBN偏低严重污染水分偏高钙含量偏低粘度超标闪点偏低图8 润滑油故障分布故障数塔里木油田轮南作业区塔里木油田轮南作业区4040万气举万气举B B机监测报告机监测报告 安装在大庆油田采油九厂新肇作业区天然气发电机组群12V190DT-2型天然气发电机组外型大小磨粒数量变化趋势0204060801001201402002-5-282002-6-32002-6-132002-6-202002-6-272002-7-42002-7-

26、112002-9-132002-9-282002-10-52002-10-202002-10-272002-11-42002-11-112002-11-182002-11-25运行时间T磨粒数量DDLDS大小磨粒比值01234562002-5-282002-6-32002-6-132002-6-202002-6-272002-7-42002-7-112002-9-132002-9-282002-10-52002-10-202002-10-272002-11-42002-11-112002-11-182002-11-25运行时间T比值DL/DS新站新站1#1#发电机组磨损磨粒统计分析曲线发电机组

27、磨损磨粒统计分析曲线磨损烈度指数Is变化趋势0200040006000800010000120002002-5-282002-6-132002-6-272002-7-112002-9-282002-10-202002-11-42002-11-18运行时间T指数(DL-DS)DLIs=(DL+DS)*(DL-DS)磨粒浓度WPC01020304050607080901002002-5-282002-6-32002-6-132002-6-202002-6-272002-7-42002-7-112002-9-132002-9-282002-10-52002-10-202002-10-272002-1

28、1-42002-11-112002-11-182002-11-25运行时间T磨粒浓度WPC(DL+DS)/L新站新站1#1#发电机组磨损磨粒统计分析曲线发电机组磨损磨粒统计分析曲线磨损磨粒磨损磨粒直读铁谱数据变化特征分析结果分析结果机组机组WPC、Is数据变化数据变化PLP、RPS数据变化数据变化新肇新肇1#呈典型磨合曲线特征，油样中磨粒呈典型磨合曲线特征，油样中磨粒数量大幅降低，系统磨损率趋向稳数量大幅降低，系统磨损率趋向稳定。定。系统中大磨粒数量相系统中大磨粒数量相对小磨粒数量呈增加对小磨粒数量呈增加趋势。趋势。新肇新肇2#在较低水平上呈波动变化，系统磨在较低水平上呈波动变化，系统磨损率变

29、化比较稳定，磨损状态正常损率变化比较稳定，磨损状态正常数据变化基本稳定数据变化基本稳定新肇新肇4#在较低水平上波动变化，系统磨损在较低水平上波动变化，系统磨损率变化趋向稳定，磨损状态正常率变化趋向稳定，磨损状态正常系统中大小磨粒相对系统中大小磨粒相对数量趋向稳定。数量趋向稳定。新站新站1#呈典型磨合曲线特征，油样中磨粒呈典型磨合曲线特征，油样中磨粒数量大幅降低，系统磨损率趋向稳数量大幅降低，系统磨损率趋向稳定。定。系统中大小磨粒比率系统中大小磨粒比率变化很不稳定。变化很不稳定。新站1#发电机组021020擦伤图谱12V190DT-2发电机组典型铁谱图象新站3#发电机组021029疲劳图谱 12

30、V190DT-2发电机组典型铁谱图象四、CNG/LPG发动机磨损状态监测CNG发动机磨损状态监测数据对比 直读式旋转铁谱仪直读式铁谱仪一台CNG发动机润滑油在使用过程中斑点峰区均值的变化 CNG发动机润滑油在使用过程中油质劣化指数的变化 五、大型齿轮减速箱故障诊断表1 原用油与拟用油对比试验结果指标原用油拟用油运动粘度（40,100），mm2/s53.95,7.61179.17,16.61P,Ba,Zn,Ca浓度(PPM)248.5,35.9,224.5,9.5640.14,0.0,1.3,3.36分析铁谱结果含少量粘着和腐蚀磨损颗粒无明显颗粒s,Cl含量(%)0.00,0.002.57,0.

31、00极压添加剂吸收峰无十分明显最大烧结负荷(N)23524508P&G 生产线减速器润滑油错用案例1、电机2、联轴器3、分减速器4、主减速器小齿轮5、主减速器大齿轮6、滚柱轴承 7、转炉托圈1235647元素FeCrMnMoV含量（%）94.00000.01430.39500.00710.0170炼钢转炉倾动机构齿轮箱润滑失效六、压缩机/泵机组故障诊断原动机工作机往复发动机燃气轮机离心压缩机往复压缩机拉缸烧瓦轴颈疲劳活塞破损润滑失效气阀破损叶片摩擦磨损滑动轴承疲劳磨损气阀破裂转子失稳油膜振荡气阀破裂活塞破裂连杆断裂液击润滑失效多源信息获取硬件系统组建标准化接口技术模拟试验现场试验现场验

32、证多源信息融合技术综合诊断推理方法自动特征提取智能诊断软件开发辅助维修决策方法振动压力温度油液品质声发射目标目标高性能价格比智能诊断系统多参数监测诊断标准化数据接口故障特征自动提取多源信息融合综合诊断推理辅助维修决策远程诊断协同压缩机组诊断技术：目标、主要研究内容及关键技术泵机组故障诊断技术： 目标、主要内容及关键技术转子不平衡转子不对中油膜振荡密封失效轴承疲劳磨损气蚀叶片摩擦磨损柱塞磨损阀座破损密封失效轴承磨损润滑失效.多源信息获取硬件系统组建标准化接口技术模拟试验现场试验现场验证综合诊断推理技术确定诊断标准方法自动特征提取技术智能诊断软件开发辅助维修决策方法振动压力温度油液品质声发射目标：

33、智能诊断系统高性能价格比适合各类泵组多参数诊断早期故障预测动态诊断标准自动特征提取辅助维修决策集成化空气压缩机往复式 多级压缩结构 压力: 达200bar, 400bar 润滑方式： 气缸：滴油润滑 运动部件：飞溅/循环油润滑 润滑油选用: 依 Td Td 220C, 出口压力350bars: 合成油空气压缩机旋转式（1）叶片式压缩机 润滑方式： 润滑油由泵体吸入端注入泵内腔与叶轮刮片之间，起冷却、润滑和密封作用 润滑油选择： 抗氧矿物油、抗泡透平油 抗磨液压油 喷射润滑旋转压缩机专用高性能油 发动机油：MIL-L-2104B SAE20/30/40空气压缩机旋转式（2）螺旋式空气压缩机： 润

34、滑方式： 对由齿轮传动同步的螺杆压缩机，非喷油润滑 对由初级螺杆直接驱动的压缩机，吸入端喷油润滑并冷却 对润滑油的要求： 优良的抗氧化性 优异的抗磨性 良好的抗泡性 良好的抗氧化物胶结能力（在油水分离器上） 良好的空气释放能力和抗乳化性功用：冷却 密封 润滑空气空气+油油抗磨性抗腐蚀抗氧化性排温： 100/130C油水分离器空气释放能力抗泡性无沉积物堆积带喷油冷却的旋转式螺杆压缩机润滑剂的功用和特性润滑油选择： 同步型螺杆压缩机 采用透平油 非同步型螺杆压缩机 具有抗磨性和优异抗氧化性的液压油 特殊矿物油或合成油（DIN 51352, 51506 VC-L 和VD-L级）；对喷射润滑压缩机，油

35、品级别应较高些。 CC或CD级发动机油（SAE 10W API) 排温100C的双级压缩机，用合成油。气体压缩机与空气压缩机相比，特殊之处： 若压缩气体对润滑油无损害作用 对氢、氦、氮气压缩机，润滑油选择与空压机类似 对排压高于600bars的超级压缩机，使用高粘度油 对压缩气体可溶于矿物油使油膜分解的压缩机 应使用与碳氢化合物或烃类不相溶的合成油 使用具有高粘度等级的空压机复合矿物油真空泵结构： 实际为吸入端与真空腔连接的压缩机，一般为旋转叶片泵润滑油选择： 当真空度不太高时，可选用空压机油 对高真空泵，选用具有低蒸发压力点的润滑油制冷压缩机构造原理 基于液化气蒸发原理，蒸发过程以消耗大量热

36、吸收为代价，一般由如下部分组成： 用于压缩并加热气体的压缩机 靠循环水冷却热压缩气体使之液化的冷凝器 控制液化气流动的减压阀 借周围环境温度通过吸热使液化气体蒸发的蒸发器润滑 制冷压缩机的润滑与空压机类似，但所使用的润滑油应不能在机组的冷却部分冻结。要求： 良好的抗氧化性 不会产生沉积物或油泥，否则将导致磨损、降低压缩机效率应使用流动性较好、低倾点、易与制冷液混合的矿物油，使润滑剂能返回压缩机而不会在蒸发器上产生降低热交换率的沉积物很低温度的应用场合，存在矿物油与冷却剂混合问题，推荐使用合成油容积压缩机类型需润滑的零部件往复压缩机（活塞式） 气缸、连杆轴承轴承 旋转压缩机(螺杆式、叶片) 叶轮

37、旋转压缩机( Roots system) 流体环形旋转压缩机 隔膜压缩机 连杆轴承，液压系统 轴承滚动体 齿轮 螺杆、叶片、齿轮、滚动轴承 容积压缩机类型 需润滑的零部件径向/离心压缩机轴向压缩机轴承空气压缩机、容积型压缩机的润滑（应用：所有工业）动态压缩机（应用：需要大空气容积的化学工业）压缩机/泵机组监控程序取样方法 取样量：150ml、500ml 取样位置：回油路 取样状态：运行状态样品标记 机器、油品、位置、日期取样频率 空压机/气体压缩机：500hr, 1000hr(良好状态） 制冷压缩机：1000hr, 2000hrC3064机组磨损状态监测系统方案1号机组2号机组结构燃气轮机驱动

38、串联离心式增压机组制造商Solar公司日输气量120万方（技改后）120万标方投产日期1986年月1988年月技改日期1988年累计运行时间19000小时9700小时压气站濮阳首站中沧线C3064机组概况C3064增压机组主要技术参数项目低压压缩机高压压缩机压缩机缸径30转子级数4功率1315.4kw1429kw效率77.4%77.5%压比1.8461.888进气压力0.98Mpa1.77Mpa排气压力1.81Mpa3.34Mpa轴承形式迷宫密封轴承轴承瓦块轴承（五片）和推力轴承轴承密封湿气（天然气）密封和密封油密封状态监测标准振动m: 报警50,正常15;油温C:报警67,正常30-45转子

39、参数长1.6m，叶轮直径300mm，轴径69mm, 重量170kg1号机组存在的主要问题润滑油日消耗量过大 1994年：13.6升日 1996年：15.6升日 1998年：22.7 升日低压压缩机出口轴承部位振动值高 98年：水平:23.530.2,垂直:25.232.0 99年：水平:28.935.6,垂直:30.132.3 99年6月因振动超高（60 m ）而停机C3064原有监测系统存在的问题各轴承部位振动在线监测装置 仅限于检测轴承水平和垂直方向位移监测：超标报警 仅限于状态控制，无法对故障机理进行分析 无法诊断潜在的故障，达不到防患于未然的目的润滑油常规理化指标检验 仅限于监测油品常

40、规理化指标变化：油品品质 无法监测关键摩擦副润滑与磨损状态的变化 无法诊断潜在的磨损故障，难以实现状态维修原有监测系统仅限于状态监控，难以发现潜在故障，很不完善12345样品预处理铁 谱 分 析发射光谱分析理化指标分析红外光谱分析磨损状态评 估油品品质评 估监测诊断报 告振动信号时域、频域、幅值分析图2.1 C3064增压机组润滑与磨损状态监测系统C3064机组状态监测系统组成运行参数诊断（结合现有监控装置） 监测进出口压力、轴承部位油温、轴扭矩等振动分析 振动信号采集信号分析特征提取故障判断油夜分析 取代表性油样铁谱、光谱、理化指标分析润滑与磨损状态评估故障判断C3064机组磨损状态监测规范

41、制定包括如下内容： 取样规范 样品保管与储存方法 样品预处理方法 监测指标体系C3064机组磨损状态监测规范制定包括如下内容： 取样规范 样品保管与储存方法 样品预处理方法 监测指标体系润滑油取样规范的制定项目考虑的因素理想状态实际规范取样位置最能反映当前系统摩擦副磨损速率变化各摩擦副回油出口处油箱，各轴承出油口无取样阀取样状态润滑油中各种成分处于均匀混合状态设备运行时，润滑系统已充分循环设备运行状态取样频率不漏失任何相关的潜在故障，P-F间隔恰好能发现潜在故障依据经验取值取样方法保证油样代表性油样取自均匀流态无任何其它污染需制定详细规定取样量化验各种指标所需的最低油样量依据系统的监测指标体系

42、确定时间状态FPP-F间隔取样间隔设备类型取样频率（小时）备 注燃气涡轮发动机500磨损异常时应缩短燃气压缩机500磨损异常时应缩短表2-1 C3064燃压机组取样频率C3064机组监测指标体系的确定设 备分析方法及主要监测指标常规理化发射光谱铁谱燃气发动机水分、粘度(40C)、总不溶物、酸值、抗泡性、释气性添加剂元素磨损金属元素 Fe, Cu,Al,Pb,Si,Cr,Sn磨损烈度指数磨粒及污染物燃气压缩机水分、粘度（40C）、总不溶物、酸值添加剂元素磨损金属元素 Fe, Cu,Al,Pb,Si,Cr,Sn磨损烈度指数磨粒及污染物选择依据机组运行工况对润滑油性能的要求润滑油添加剂成分关键摩擦副

43、表面材料组成主要摩擦副的材料及污染物类型磨损状态监测数据处理方法铁谱分析及数据处理 铁谱定量参数分析 反映磨损程度，对异常磨损敏感 磨粒识别 确定磨损机理、部位及程度发射光谱数据分析 确定各种元素的主要来源 判断各元素的浓度水平是否超标； 各元素变化的相关性分析：判断磨损部位 监测诊断标准的建立建立诊断标准的主要依据 同类机组已有的监测界限经验值； 油品供应商提供对该类机组提供的参考标准； 同一机组的历年监测数据的统计结果； 有关专家给出的诊断标准； 故障模拟试验得出的监测界限值。C3064增压机组的部分油分析指标监测诊断标准 指标诊断标准状态说明粘度增加5%以上油已过分氧化增加10%以上应考

44、虑换油水分含量达1%以上过量酸值达0.4mgKOH/g以上氧化速度将急剧增加RPS,大小磨粒比率达2.0大磨粒增加意味磨损异常程度描述元素浓度为正常值的倍数CrCu, Al, Fe, Si高5倍2-3倍中3-5倍1.5-2倍低2-3倍1.25-1.5倍常见元素浓度的变化幅度界限 C3064增压机组故障诊断时间故障名称故障特征及检修结果93紧急停机瞬时振动值超高；碳素密封环和轴瓦损坏、短轴划伤94-98润滑油消耗量过大98年5月检修发现低压压缩机密封件部分损伤98-99低压压缩机出口轴承振动加大，停机1号机组历年故障记录 离心式天然气压缩的常见故障类型及其原因 常见故障常见故障故障原因故障原因轴

45、承温度高润滑油供给不足或中断、润滑油含水、轴承与轴颈间隙小、进油温度高油压急剧下降主油泵故障、油管破裂、过滤器堵塞、油泵吸入管漏气、油箱油位过低压缩机喘振吸入管路堵塞、吸入温度升高、出口压力升高，超过相同转速下的喘振压升比、开停车发生喘振振 动转子不平衡、转子轴弯曲、轴瓦间隙过大、轴上零件松动、转子发生磨损和腐蚀、叶轮变形与损坏、轴瓦合金脱落、轴承进油温度低压缩机出口流量降低密封间隙过大、吸入管路过滤器堵塞、原动机转速下降耗油量大润滑油系统动作不良、密封油污油、收集器排油阀失灵、浮环磨损两台机组润滑油样取样情况 油样编号取样日期取样部位/状态取样量，ml备注S2-12001.3.20油箱上部/静态100二号机旧油S2-22001.4.06油箱上部/静态100二号机新油S1-12001.3.20油箱上部/静态100一号机三个油样的直读铁谱分析结果 ssLDDD sLsLDDDD样品编号DLDSDL+ DSDL-DSDL2 -DS2S1-123.87.531.316.3510.192.1730.521S2-117.06.223.210.8250.561.7420.465S2-216.26.022.210.2226.441.700.459油液分析诊断结论从三个油样直读铁谱数据的对比分析来看，1号机组润滑油中的磨粒浓度水平偏高，其中磨损烈度指数高出2号机组两个油样