润滑油检测综合分析诊断设备机械状态

文／李彬，韩东伟，朱鑫鑫，刘月茹
  近年来，随着风电行业运维技术不断成熟，润滑油检测技术已被风电行业认可。多数风电场能够定期进行风电机组齿轮箱润滑油检测。
　　由于风电机组润滑油取样受多种因素影响，取样后的检测数据能否真实的体现润滑油和风电机组运行状态，如何理解常规检测的结果运用在风电机组机械状态分析中；能否用简单的等级或者数字，让运维人员更为直观的判断润滑油的使用情况及风电机组的机械状态，不受个人润滑油检测分析能力的影响，这些都需要通过一种方法来规避因取样造成的非润滑油自身机械状态
的因素来达到。
　　目前常使用的润滑油检测参数
　　一、黏度
　　黏度是流体流动时内摩擦力的量度。常用于衡量油品在特定温度下抵抗流动的能力。黏度明显升高或降低，都能直接或间接表明油品的品质有劣化，如被污染、油品变质等方面的可能性，是油品的重要理化指标和劣化的重要报警指标；并且可以通过黏度判断用油的正确性。适当的黏度可以保证在弹性流体动压润滑状态下形成足够厚的油膜，使齿轮具有足够的承载能力，降低齿面磨损。黏度过低，油膜薄，无法保证对设备良好润滑；黏度过高，流动缓慢的特点导致润滑油不能及时补充到摩擦表面形成润滑油膜，因而会使机件较长时间处于干摩擦和半干摩擦状态，从而促使机件磨损增加，同时增加设备能量损耗。
　　二、元素分析
　　元素分析是通过原子发射光谱或X荧光光谱、等离子光谱等同时测出几十个金属元素在润滑油中的含量，也可测磷、硫等非金属含量。通过元素分析可以分析如下情况：
　　磨损金属：根据磨损金属的成分和含量趋势，判断设备有关部件的磨损情况；
　　污染元素：判断油品污染程度和原因；
　　添加剂元素：判断设备在用油添加剂损耗度。
　　三、水分
　　石油产品中含有水分时，会加速油品的氧化和生胶引起容器和机械的腐蚀。水分对金属的腐蚀表现在两个方面，一方面是水分能直接引起金属的腐蚀；另一方面是某些含硫及酸性腐蚀性物质能溶解到水中，加速对金属的腐蚀作用。油品中如存在游离水，则对金属的危害很大；润滑油中含水时，能促使润滑油乳化，破坏润滑油油膜，使润滑油的性能变化。还会使润滑油中加入的添加剂发生降解而失去效用。
　　四、污染度等级
　　油液污染度是指单位体积油液中固体颗粒污染物的含量，及油液中固体颗粒污染度的浓度。油液污染度是评定油液污染程度的重要指标，而颗粒污染物对元件和系统的危害作用与其颗粒尺寸分布及数量密切相关，因而随着颗粒计数技术的发展，目前已普遍采用颗粒污染度的表示方法。为了定量评定油液污染程度，世界各主要工业国都制定有各自的油液污染度等级，近年来已趋向于采用统一的国际标准。下面介绍美国NAS 1638油液污染物等级和ISO 4406油液污染度等级国际标准。
　　对于液压系统，污染颗粒将加剧相关元件的磨损；对于轴承与齿轮系统，污染颗粒将加剧轴承与齿轮部件的磨损；对于设备用油，污染颗粒将加剧油品的氧化变质。
　　部分在用润滑油性能要求缺少国家标准
　　润滑油是为机械设备服务的，使用中的润滑油质量标准，是判断在用油使用寿命、决定是否对使用中的润滑油进行更换和预报设备故障的依据。而对在用润滑油的质量评价，却缺少科学的国家标准。很多润滑油生产厂家有自己的一套评价标准，但是它只是针对润滑油的质量，没有将设备的运行情况与润滑油质量相结合。不同类型的机械设备润滑特点不同，运行状态不同，故而在用润滑油质量评价标准不同。对于刚刚兴起的风电行业没有相关的在用润滑油的质量评判标准和依据，也没有太多其他的行业数据参考。对于润滑油中参数偏离特征值的变化率等都是在不断的摸索探求。
　　长期监测风电机组润滑油相关参数的变化趋势
　　为研究润滑油在齿轮箱中的变化规律，对8台风电机组齿轮箱润滑油进行长达20个月的检测。检测参数的数据会因为取样位置、停机时间、油液温度等多个原因会出现不稳定。
　　一、黏度变化趋势
　　根据追踪检测，发现常规检测参数运动黏度变化范围并不大，具体变化趋势如图1。润滑油典型黏度数据为335cSt，根据L一CKC工业闭式齿轮油换油指标（SH/t0586一2010）中提出黏度变化率指标规定为“超过土15%"，其正常范围是285cst一385 cSt。可以观察到所有检测样品除一组数据外，其余数据均落在指标规定范围内。也就是说单从站度变化趋势来看，这八台设备的润滑油是落在正常范围内的。 　　二、铁元素含量分析
　　根据光谱分析得出的检测数据，铁元素的变化趋势如图2和图3。根据变化趋势可以看出定期检测设备铁元素变化趋势中有两台风电机组齿轮箱润滑油变化较为明显。根据国外机械磨损界限中提到传动轴系统铁元素允许界限为50 mg/L一200mg/L。限中提到传动轴系统铁元素允许界限为50 mg/L一200mg/L。该台风电机组齿轮箱损坏返厂维修，拆开齿轮箱后发现齿面存在大面积的磨损。另一台风电机组齿轮箱润滑油虽然按照磨损界限判断属于正常范围，但是其变化曲率偏大，也就是说磨损属于一种非正常磨损状态。而仅从检测数据落在范围看，样品是正常的。
　　综合检测分析数据在风电机组运行管理中的运用
　　仅从上两个数据分析来看，按照单一的检测结果来判断润滑油的品质和风电机组运行情况有可能会出现偏差。根据检测项目，将所涉及的检测数据通过数学变换结合检测极限数据综合汇总为综合检测数据值，并将综合检测数据分为五个等级，根据综合检测数据所在等级判断润滑油及设备的健康状况。五个等级分别是：正常，警告，低报警，高报警和危险，用不同的颜色表示分别是绿色、蓝色、黄色、紫色和红色。下面两个实例是上文中提到的8台风电机组中的两台。根据两台风电机组齿轮箱润滑油的检测数据计算综合检测数据，具体分析如下。