通过油液分析监测机器状态是一种行之有效的维护管理技术。然而，定期对检测大磨损颗粒的能力和必要性提出质疑，并发表论文证明，光谱学或多或少对油样中的大磨损颗粒视而不见。然而，二手油分析在预测潜在的机器故障方面已被证明是非常有效的。因此，提出这样一个问题并非不切实际：“附加测试是否有好处，它们是否会显著提高检测到传统分析方法可能遗漏的潜在故障的概率？”欧洲杯猜球平台
本文讨论了提高光学发射光谱仪检测和量化润滑油中大磨损颗粒能力的三种技术。欧洲杯猜球平台它们是酸消化微分法、铁谱法和罗极滤波光谱法。
介绍
许多优秀的报告和文章已经写的主题，石油分析和它的历史演欧洲杯猜球平台变。简单地说，油分析是一种诊断维护工具，用于检测和量化油浸湿系统润滑剂中的磨损金属和污染物。它是基于这样一个事实:当对具有代表性的润滑油样品进行周期性分析时，可以提供有关磨损表面状况的重要信息。这是一种有助于确定机械系统是否处于正常磨损模式，或是否存在潜在的严重问题的测试。
随着磨损粒度的增大，光谱油分析的检测效率降低，这一事实最近得到了更广泛的理解。大颗粒正是那些欧洲杯猜球平台最能表明异常磨损模式的颗粒。严重的磨损模式如剥落，严重的滑动磨损和切割磨损产生大颗粒，可能无法被光谱检测到。欧洲杯猜球平台对于某些类型的光谱仪来说，这在很大程度上是正确的。它对某些类型的机器和引擎也更重要。
原子吸收光谱(AAS)和电感耦合等离子体(ICP)光谱仪在粒子检测方面的缺陷最大。旋转圆盘电极(RDE)光谱仪对稍大的粒子有响应，但上限仍约为10微米。欧洲杯猜球平台
本文介绍了近十至二十年来发展起来的几种提高发射光谱仪大粒子探测能力的方法。它们是采用电感耦合等离子体(ICP)光谱的酸消化微分法(ADDM)，一种被称为铁谱的金属分离技术，以及使用旋转圆盘电极(RDE)光谱的罗极滤波光谱(RFS)。它们的最终目标是检测常规光谱分析技术所遗漏的相对较小的故障百分比。
原子发射Spectroscopy - 问题的定义
原子发射光谱法对大粒子的探测受到许多因素欧洲杯猜球平台的影响。最重要的部分如下所述。
代表性样本
如果系统处于严重磨损模式并产生大的磨损颗粒，则送往实验室进行分析的油样必须含有具有代表性的颗粒数量和大小分布。欧洲杯猜球平台样本的大小和良好的取样技术可能是一个重要的因素。同样地，在实验室进行测量之前，必须剧烈地摇动样品，使颗粒重新悬浮起来。欧洲杯猜球平台
励磁参数
激发的类型影响光谱测量技术的粒径检测能力。使粒子离解的激发功率是关键因素。然而，电感耦合等离子体(ICP)热源由于样品在等离子体中的停留时间短而受到限制。根据组成的不同，粒子可能在等离子体中停留的时间不够长，欧洲杯猜球平台无法分解和汽化。
对于旋转圆盘电极(RDE)方法，电弧源对某些元素有更好的效率，但对于其他元素，火花源是首选。
原油粘度
对于RDE方法，油的粘度影响试样达到激励过程的数量，从而影响试样携带的磨损颗粒的数量。欧洲杯猜球平台这进一步受到圆盘电极孔隙率的影响。在AAS或ICP-AES中，粘度的影响较小，因为大多数油样在分析前必须稀释，从而消除了粘度作为主要变量的影响。
磨损颗粒形态欧洲杯猜球平台
粒子的形状对光谱测定技术的效率有影响。例如，摩擦磨损颗粒的长厚比约为10:1。粉末状金属通常或多或少呈球形。如果这两种类型都用其主要尺寸来描述，那么与磨损颗粒尺寸相同的球形颗粒将更难激发。欧洲杯猜球平台
润滑剂成分
结果表明，分析技术的效率因烃油和酯油而异。
引入激发过程的样品数量
测量大磨损颗粒的能力假定它们存在于实际激发的少量样品中。欧洲杯猜球平台对于典型的1mL油样品，用RDE方法进行小于50％的分析，并且仅为ICP方法的百分比。如果仅存在每毫升少量样品的少数大颗粒，则检测这些颗粒的概率对于欧洲杯猜球平台RDE技术更大。
样品引入方法
在ICP方法中，样品雾化形成气溶胶。当气溶胶到达等离子体时，液滴的尺寸非常小，通常小于5毫米。因此，大于5mm的磨损颗粒不可能被检测到欧洲杯猜球平台。
油中使用的大磨损颗粒分析方法欧洲杯猜球平台
本节中描述的检测使用过的润滑油中大磨损颗粒的三种技术不是理论上的。这些方法在实际操作中用作附加测试和机器状态监控程序的组成部分。欧洲杯猜球平台
酸消化微分法
十多年前人们就认识到，尽管光谱分析仪在油的分析中得到了广泛的应用，但还没有一种分析方法能够满足分析速度、精密度、准确度、灵敏度、样品制备的便捷性和每次分析的成本等方面的所有要求。Fassel等人的研究表明，电感耦合等离子体(ICP)光谱法更能满足上述所有要求。然而，ICP方法，作为常规应用于废油分析，有非常差的粒子灵敏度。将被溶剂稀释以降低粘度的油样雾化，形成气溶胶，在到达等离子体之前通过喷雾室流动。
喷雾室通过沉降和撞击去除所有但最优质的液滴，使得达到等离子体的最大液滴尺寸约为5mm。因此，大于5mm的样品中的颗粒欧洲杯猜球平台没有被检测到的机会。
的理由
如果在更换机油后进行光谱测量，将其作为时间的函数，磨损金属浓度将继续无限期地增加，如图1所示，只要不向发动机中添加清洁的化妆油。
事实上，为了使光谱测量有意义，必须知道自上次换油以来的时间，因为在给定的运行期间，磨损金属浓度的增加才是重要的。飞机燃气轮机发动机的光谱数据是一个特例。绝对最大浓度水平适用于燃气轮机发动机，因为即使大多数燃气轮机发动机中的机油没有变化，但由于频繁添加补充机油，磨损金属浓度达到最大值。Kjer描述了小颗粒和大颗粒以及加料的磨损颗粒浓度的数学模型。欧洲杯猜球平台
图1。粒子浓度是时间的函数
从上述讨论中，可以看出，润滑油样品中的总金属浓度是两种组分的总和：细颗粒和化学溶解的部分和大颗粒部分。细颗粒和化学溶解的级分的浓度继续增加油变化，但大的颗粒部分达到动态平衡浓度，其中所产生的磨损颗粒的贡献被大颗粒的损失，沉降或粉碎损失。欧洲杯猜球平台大颗粒的浓度对于异常磨损而言是最令人兴趣的，因为大颗粒的欧洲杯猜球平台数量和尺寸基本上增加了许多，并且可能大多数异常的磨损模式增加。而且，大颗粒对总磨损金属浓度的贡献通常比细颗粒和溶解材料的贡献要小得多。欧洲杯猜球平台
为了使光谱分析尽可能有效地提供异常磨损的早期迹象，仅用与粒径无关的方法监测总磨损金属浓度是不够的。Anderson建议，至少对于具有快速发展的失效模式历史的关键设备，应该考虑微分方法，其中对每个样品进行两次测量。2020欧洲杯下注官网由于ICP光谱仪的精密度、准确度和检测限高，因此推荐使用它。一种测量方法是用适当比例的溶剂稀释样品后直接将其引入等离子体中。这种测量方法给出了细颗粒的分数。第二种测量是使用与颗粒大小无关的方法来获得总金属浓度。这两种测量值之间的差异表明粒子分数较大。
在无故障运行期间，即使润滑剂经历了更长的运行时间，大颗粒分数预计仍将保持在一定范围内。预计异常磨损模式、过滤器堵塞、污染物摄入、润滑剂失效等会显著增加大颗粒分数。
案例记录，往复式发动机试验台
从往复式发动机试验台获得了两组油样。A系列样品在铁谱分析中显示，在试验过程中，磨损程度没有增加。在所有A系列样品中，大颗粒的数量大致相同。欧洲杯猜球平台
B系列样品的铁谱图显示，随着测试的进行，大颗粒的浓度大幅增加。欧洲杯猜球平台A系列和B系列的每个样品都经过加热、摇匀，并分成两部分。剩下一份;另一部分采用Brown等人的方法进行酸消化。
所有的部分都在电子天平上称重，就像每个部分加入的酸和溶剂(煤油)一样，这样就可以精确计算浓度数据。然后用ICP-AES对每个部分进行分析，以便对每个样品进行两次测量:
- 不经酸消化的ICP-AES。
- ICP-AES酸消化。
图2显示了A系列样品的铁结果。有酸消化和没有酸消化的测量结果相差不大。图3显示B系列样品中两种方法的差异逐渐增大。图4绘制了发动机测试进行时两种方法之间的差异。
图2。A系列的铁结果
图3。B系列的铁结果
图4。B系列样品的消化和未消化样品之间的差异
这种差分酸消化技术的力量是它能够在浓度增加的情况下表明大颗粒的存在，如通过常规技术或粒度独立技术测量的。欧洲杯猜球平台在一种情况下，A系列A中，大颗粒没有增加，只有正常磨损可以置于前进，而在串联中，B串行增加了耐磨性的增加。欧洲杯猜球平台如果没有差异测量，则出现任何情况都会显示出越来越大的趋势。
传染
在1970年代开发了铁艺技术，以克服光谱法分析的大粒子检测缺陷。它是一种用于将颗粒与流体分离以进行微观检查和随后的分析。欧洲杯猜球平台该名称，铁格术来自初始开发方法，以从发动机润滑油沉淀黑色磨料颗粒。欧洲杯猜球平台
最初的分析铁谱仪使用强磁场梯度将磨损颗粒从使用过的油样品中分离出来，用于随后的显微镜检查。欧洲杯猜球平台从那时起，许多不同的仪器已经被引入，如旋转颗粒沉淀器，它也分离磨损颗粒用于显微镜检查，以及其他仪器，量化油样品中铁磨损碎片的数量。欧洲杯猜球平台
铁谱的主要仪器是分析铁谱仪，它用于制备铁谱。在显微镜载玻片的一个表面涂上一层非湿润的屏障。这种涂层可以截留蠕动泵输送的流体。在使用过程中，滑块以与水平方向略有角度安装，允许流体通过重力沿玻璃流动，但在屏障内，流体最终被排泄管收集起来。
滑块安装在两个用铝片隔开的永磁体之上。磁铁的两极是对位的。也就是说，在一个磁极被认为是北方的地方，另一个磁极横跨铝带是南方。以这种方式定位磁铁导致在铝带上方的垂直方向上产生一个强大的磁场梯度。流体中的磁性粒子受到欧洲杯猜球平台强烈的向下的力。这些粒子通过流欧洲杯猜球平台体向下迁移到玻璃表面，在那里它们以垂直于流体流动方向的字符串沉积，如图5。
图5。铁谱的例子
在给定样品中的所有流体穿过载玻片上，固定剂溶液通过滑块通过以除去残留的流体。当固定器蒸发时，载玻片准备使用显微镜观察。根据尺寸沉积在滑块欧洲杯猜球平台上的黑色颗粒。作用在粒子上的力与体积成比例，但悬浮液的粘性电阻与表面积成比例。因此，对于球体，力随着直径的立方体而增加，但电阻仅随着直径的平方而增加。因此，最大的黑色颗粒沉积在滑动件的入口区域欧洲杯猜球平台，其中润滑油首先触及玻璃表面。在沿着载玻片的位置处，大于特征尺寸的所有黑色颗粒都将沉淀。欧洲杯猜球平台
对于有色金属颗粒，如铝、黄铜、白色欧洲杯猜球平台金属等，由于这些材料具有弱磁性，通常会发生沉淀，但是，这些材料的沉积尺寸选择性较小。因此，沿着载玻片长度的任何地方都可能发现大的有色金属颗粒，如图5所示。在双色显微镜中对载玻片进行检查可以揭示颗粒的欧洲杯足球竞彩大小、形状和数量的细节。根据这些信息，可以评估油润滑零件的状况。正常运行的机器通常以缓慢稳定的速率产生小的扁平颗粒。如果颗粒数量增加，特别是如果大颗粒与小颗粒的比例增加，我们有迹象表明，更严重的磨损模式已经开始。
大的严重磨损颗粒的产生预示着磨损表面即将失效。欧洲杯猜球平台磨料磨损类似于粗加工过程，产生环状、螺旋状和弯曲的金属丝，如图6所示。欧洲杯猜球平台这些颗粒数量和尺寸的增加表明磨料磨损机制正在迅速发展。欧洲杯猜球平台
图6。切削磨损试样
类型的穿
不同的磨损机制各自产生特征颗粒。已确定六种磨损状态为滑动磨损。各种形状的颗粒与磨合磨损有关。小血小板与正常摩擦磨欧洲杯猜球平台损有关。滑动和摩擦磨损的样本如图7和图8所示。
图7。滑动磨损试样
图8。摩擦磨损样本
随着操作参数变得更加苛刻，金属摩擦磨损颗粒的尺寸增大并被氧化。最后，在失效之前，会产生大的、金属的、严重的磨损颗粒。欧洲杯猜球平台
另外，两种类型的颗粒与滚动机构相关联。欧洲杯猜球平台这些是疲劳块和层状粒子。欧洲杯猜球平台疲劳大块代表被移除的材料作为滚动元件倒置，图9.层状颗粒，大，薄板，由材料通过滚动触点而导致的。欧洲杯猜球平台组合轧制和滑动，如在齿轮中，产生磨损颗粒和疲劳大块。欧洲杯猜球平台颗粒组合物的测定可以建立它们的起源。欧洲杯猜球平台沉积，反射率和粒子颜色的识别率辅助。欧洲杯猜球平台
图9。疲劳层裂颗粒试样
如果可用，能量分散X射线分析与扫描电子显微镜结合可以建立元素组成。否则，通过氧化物层（脾气）颜色检查，滑动的简单加热将允许分类为宽合金等级。
案例记录，油中有水
用过的油样本取自一个1200千瓦的涡轮驱动减速箱，这个减速箱刚刚检修过。5天后建立了磨损颗粒基线。当时的铁谱上没有出现严重的氧化物或结晶颗粒。欧洲杯猜球平台分析师唯一的保留是在入口沉积物中发现了一定数量的深色金属氧化物。然而，一个月后的油样显示磨损情况大大恶化。发现了许多红色氧化物，以及表面扭曲和氧化的自由金属颗粒。欧洲杯猜球平台图10显示了偏振光和反射光下的铁谱入口视图。润滑剂中的水分不仅造成氧化侵蚀，而且使润滑剂的承载能力降低，导致大的、异常的磨损颗粒。欧洲杯猜球平台测试结果表明，润滑系统安装了油水分离器，后续样品分析恢复正常。
图10。显示红氧化物和游离金属颗粒的铁的入口区域欧洲杯猜球平台
历史上,磨料磨损
图11是从压缩机中提取的废油样品的铁谱图。它显示了沉重的铁磨损颗粒串，以及许多大的非金属晶体颗粒。欧洲杯猜球平台与基线样品的比较表明，目前的铁谱沉积物非常重。在更高放大率下的进一步检查显示，大的切削磨损颗粒占铁谱的主导地位，图12。欧洲杯猜球平台
图11。来自压缩机的铁格图使用了油样
图12。在500倍放大率下切割磨损颗欧洲杯猜球平台粒和磨料
由于存在许多非金属晶体颗粒，因此假设切削磨损是由于磨料污染造成的，并建议更换机油和机油滤清器，检欧洲杯猜球平台查机器是否有可能进入污染物。一个月后提交了该压缩机的另一个样品。磨损颗粒浓度和颗粒大小、形状和成分已恢复到基线水平。
Rotrode滤波器光谱
罗特罗德滤波光谱利用了旋转圆盘电极(RDE)光谱仪中使用的碳圆盘电极本身是多孔的这一事实。一个夹具被用来夹紧圆盘，这样当真空被施加到圆盘的内部时，使用的油样可以通过圆盘的外圆周绘制出来，图13。油中的微粒欧洲杯猜球平台被圆盘捕获。然后用溶剂将油冲洗掉，让圆盘干燥，粒子留在圆盘电极的外圆周上，以便在RDE光谱仪上点燃时被汽化并检测到。欧洲杯猜球平台
图13。RFS样品制备夹具
盘电极用作磨损和污染物颗粒的基板，成为实际样品进行分析。欧洲杯猜球平台尖锐的石墨杆用作对电极，以在电极之间产生火花，从而产生由盘电极捕获的任何磨损金属或污染物的原子结构的激发。分析程序与RDE技术的常规样本分析相同。
RFS电极的样品制备时间随粘度和油样的粘度而变化。对于相对清洁的润滑油样品，制备时间可以短至4或5分钟，例如来自涡轮机，电动机轴承和液压系统。具有高烟灰水平的发动机油样品需要最长的过滤时间，有时是半小时或更长时间。因此，使用多站夹具，使得可以一次过滤许多样品，图14。因此，该过程在经济上有效地进行。
图14。多工位RFS样品制备夹具
RFS技术的应用
RFS技术被用作一种比较方法，因为无法获得由光谱仪测量的每个元素的粒子重量浓度已知的油标准。欧洲杯猜球平台在实践中，首先使用标准RDE技术分析使用过的油样品，该技术提供了溶解的和“细”磨损颗粒的分析。欧洲杯猜球平台第二个分析使用RFS技术检测和量化较大的“粗”磨损颗粒。欧洲杯猜球平台这两种分析提供了样品中磨损粒度分布的指示。常规分析不会发现突然出现的大磨损颗粒。欧洲杯猜球平台然而，它们的存在将很容易通过RFS分析得到证实。
案例历史，轴承水由于耦合不对中
基于振动和石油分析的状态监测是大多数现代造纸厂的主要焦点。许多磨机都有大型强制润滑系统，中央储层为卷和驱动器提供许多轴承。
在这种情况下，维护工程师涉嫌在专业纸张工艺生产线上用超级空白主驱动电动机发生问题。与常规方法的常规油分析报告没有异常，但工程师不满足经验，初步振动分析和油样的视觉外观。决定还向独立实验室发送样品，以获得第二种意见和分析RFS技术。
图15显示了下面两个示例的数据。常规光谱分析标记为“精细”，RFS分析标记为“粗糙”。第一个和第二个样品在常规光谱分析中显示正常值。然而，RFS技术对有色金属鉴定出极高的价值。在第一次取样后提出更换机油的建议，在第二次取样后报告了警报状态。结果表明，轴承正在发生严重磨损，独立实验室建议立即采取补救措施。
与此同时，异常的振动数据使工程师们确信，他们对磨损原因的怀疑是正确的，即电机没有正确地耦合，它似乎从变速箱推到两个轴承推力面。马达立即停止使用并大修。
图15。轴承磨损方式的细磨和粗磨颗粒趋势
更换了一个轴承组件(图16)。电机被重新安装和校准，消除了软脚。如果发动机一直在使用，它最终会故障的。包括电枢复卷在内的维护费用将至少花费32,000美元，而可能的生产损失和延误将进一步增加成本。
图16。由于电机未对准导致轴承表面损坏
结论
基于石油分析的机器状况监测计划的目的是检测磨损早期阶段的问题，以便可以采取经济矫正动作。所需的纠正措施可能采用即时修复的形式，或者在某些情况下，设备可以在受控条件下保存在服务中，并推迟纠正措施直到下一个计划的关闭。2020欧洲杯下注官网在所有情况下，分析技术提供了哪些维护建议所基于的必要信息。因此，信息的质量和可靠性是机器状况监测程序成功的关键。
讨论了基础光谱法分析油的三种辅助技术。每一种都提供了使用过的油样中可能存在的大磨损颗粒的额外信息。欧洲杯猜球平台有的提供定量数据，有的提供定性数据。毫无疑问，这些信息在节省维护成本方面是有价值的。这些技术在成本、复杂性和信息方面各不相同。
应用哪种补充技术的选择取决于被监控的机器和实验室人员的经验。酸差技术可以通过元素识别润滑油样品中存在的大磨损颗粒。欧洲杯猜球平台这是一种两步法，因为与粒径无关的技术本身并不一定提供异常磨损所需的信息。
铁谱是一种利用显微镜将金属颗粒从油样中分离出来进行进一步诊断的技术。欧洲杯猜球平台它已经被证明是一项有价值的技术，可以提供有关颗粒实际尺寸和产生颗粒的磨损模式的补充信息，而且往往是关键信息。欧洲杯猜球平台这些信息有助于确定磨损的严重程度和可能的来源。
罗特罗德滤波光谱技术(Rotrode Filter Spectroscopy, RFS)是一种新技术，为大颗粒磨损提供了重要的附加信息;欧洲杯猜球平台传统技术可能遗漏的信息。
它适用于现有的文书，只是在程序上作了微小的改变。虽然原子发射技术的磨损粒度限制被周期性地“重新发现”，但现在可以有把握地说，存在着绕过这种所谓限制的方法。本文介绍了三种不同程度地提高粒子检测能力的方法。如果采用这些方法中的任何一种，都可以提高油品分析的整体效率。
这些信息已被源，审查和调整Ametek Spectro Scientific提供的材料。欧洲杯足球竞彩
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