从润滑油对设备故障的诊断
润滑油变质及携带的外来污染物均会造成设备的故障，设备有故障时产生的颗粒及泄漏物也会落在润滑油中，因此我们检测润滑油的各指标及污染物的含量，即可推测设备状况和作出故障预测，下面介绍此类诊断技术。
㈠ 润滑油常规指标变化
指标变化到一定程度后，继续使用该润滑油就会影响设备的正常工作或使设备磨损加剧而发生故障，措施就是更换新油。为了保护设备，润滑油生产厂和设备生产厂都推荐一些换油指标值，提供给设备使用者或管理者作为换油的指导。反过来，我们也可把这些值作为设备将可能发生故障的警告值，并从设备运行过程中这些值的异常变化推测设备发生故障的可能性。如某设备在运行中润滑油粘度突然快速上升，配值也随之快速上升，数值已高于换油的警告值，就可肯定润滑油在这阶段在高温下工作而剧烈氧化，应从造成油温高的原因去跟踪，检查影响温度升高的有关部位如冷却系统等的故障。又如某些柴油机油使用中粘度下降较大，其闪点也随之下降，可以肯定原因是润滑油被柴油机稀释，就应去检查柴油雾化系统有何问题。
应指出的是，在用润滑油测试出某一指标达到规定值时，表明此油已不胜任其工作而需更换新油，若继续使用，会影响设备的正常工作或对设备有损害，但与设备将发生故障并无直接关系，只有一定的因果关系。事实上，凭以上的几个常规指标对润滑油及设备状态监测已很足够，并不一定要动用很多复杂的仪器。例如在很多情况下设备会因进水而发生不正常磨损，我们只要从油中含水量即可得到警告，而不必从润滑油中颗粒分析得知异常磨损，再去进行油的常规分析，从含水量超标得知异常磨损的原因，才去寻找水的来源，这种因果倒置的思路大大增加了工作量，殆误了处理故障的时间。又如从润滑油的闪点和粘度大幅下降肯定润滑油被汽柴油稀释，必然表明此发动机燃烧不良及可能磨损大，应及时检查燃料供给系统。
㈡ 润滑油的性能指标测定
润滑油在降解后，除了各常规理化指标发生变化外，性能也随之变坏，如抗氧性、抗磨性、抗泡性、抗乳性、空气释放值等与新油比也越来越差，也预示故障的发生，因而也要定时测定。但与理化项目比，他们的测定较麻烦，有些用于新油的测定方法对在用油不适用，因而在状态监测中较少做，仅做选测项目。
㈢ 红外光谱分析
从润滑油一些常规理化指标的变化能了解润滑油降解后的外在情况，而油降解的化学组成变化要通过红外光谱分析，它可检测出油氧化后的醇、醛、酮、酸等含氧化合物及硝化物等的量，从而得知油的降解程度。此外它还可检测油中某些添加剂和污染物含量。
茂名石化公司研究院从1994年开始进行多年xx汽油机油高温性能的行车试验，试验中把油温升至150℃以强化氧化，模拟汽车在高速公路上持续行驶时润滑油的工作条件，试验后机油的粘度上升与润滑油的氧化值一致，说明粘度上升时油高度氧化所致。
由于油温特别高，润滑油高度氧化，其红外光谱的氧化值增长快，分散性能消耗不大，因而硝化值增长慢甚至负增长。红外光谱仪是一种应用范围很广的分析仪器，专用于润滑油分析时有一套软件，如美国PE公司的软件。工作过程是，先分别做出参比油和要测的在用油的谱图，除去相同的吸收峰，得出差值，找出差值的基线，就可定量得到用油中各降解产物和污染物读数。
㈣ 磨损颗粒分析
设备磨损下来的金属颗粒被流动的润滑油携带出来，我们可从润滑油中磨粒的数量和大小推测磨损程度，从磨粒的形貌推测磨损发生的类型，从磨粒的合金成分推测发生磨损的部位。原理上，润滑油的理化分析从设备故障的原因（如油降解，进污染物，进水，进燃料）进行故障诊断，颗粒分析是从故障的后果进行故障诊断。目前常用的颗粒分析有如下几种方法。
⑴ 光谱法
原子发射光谱或X荧光光谱、等离子光谱等可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，试验设备较贵而操作简便。原子吸收光谱仅能逐个对有限的几个元素测定，设备较便宜而操作较麻烦。光谱法只能测溶于油中（也可以金属化合物形式溶于油中）或以极小颗粒（＜5um）分散、悬浮于油中的元素含量，也就是添加剂中金属元素、小于5um的磨损颗粒和腐蚀的金属元素。
⑵ 铁谱
它是20世纪70年代出现的以磁力梯度和重力梯度将金属磨粒从润滑油中分离和按大小排列的仪器，从原理上它对研究设备摩擦磨损很理想，因为它能把磨粒按大小分开和计量，而大磨粒是恶性磨损的结果，可从大磨粒的量判断磨损的严重程度；又能观察磨粒形貌，由此判别磨损的性质和类型；还可从加热后磨粒的变xx况了解是何合金，从而推测磨损的部位。但多年实践表明它也存在不可克服的缺点，一是它的取样代表性很差，因金属颗粒仅悬浮在润滑油中或被油的流动所携带，颗粒在油流动中不断沉降，颗粒越大，沉降越快，同时又把原沉降的颗粒带走，因而颗粒不可能均匀地分布在油中，这就必然造成同时取的样品间差别大，不同时间取的样检测结果规律性差，也就是样品代表性欠佳。二是做谱时大小颗粒间的相互重叠、相互阻挡不可避免，使准确性大打折扣，对非磁金属颗粒的分离和分辨力较低。三是结果的准确性与操作者的经验及水平的依赖性很大。一些铁谱数据规律性很差，就是因上述原因，而一些有规律的数据，很多也是经整理出来的，这就带很多主观性，还有对故障诊断不利的是较难给出一个可比较的定量数值，要靠描述才能成一个完整的测定结果。铁谱在对磨粒的分辨上有它的优点，但在如何把设备中产生的磨粒有代表性的携带出来上则无能为力。上述缺点大大限制了它的应用，国外20世纪90年代后关于它的研究逐渐减少，仅能做一些故障警告等用途，似乎更适用于理论研究。
⑶ 其他的颗粒分析器、计数器和磁性塞等
⑷ 磨粒分析方法的应用
从设备的典型磨损过程模式和设备故障率模式看，除了初始阶段差别大外（故障的发生除了摩擦磨损外，还有很多因素，如材料强度、安装质量、设计水平、操作失误等），后两个阶段趋势基本一致，在发生异常磨损前，应有一般磨损逐渐增加的过程，也就是在大磨粒大量产生前，小磨粒的浓度增加也预示非正常磨损即将到来，所以在磨粒分析中，以光谱法应用较多，也较有用。小磨粒及腐蚀磨损的金属化合物能均匀分布在油中，样品代表性好，其测量快速方便，在发生恶性磨损前一般有一个正常磨损增加（也就是小磨粒浓度升高）的过程，能给出一个明确的数值对故障作准确的预测。铁谱原理是搞理化研究的好工具，但由于它的先天性缺点，再加上监测时试验较麻烦，很难给出个通用的数值，限制了它在故障诊断上的应用，适合做些抽查式检查及对一些怀疑现象的验证。
某矿对大型矿井减速机用油进行监测，用了7440h的润滑油的光谱法元素含量。同时又做了铁谱、红外光谱及常规分析，然后用GOAFDS系统进行计算，得出“可能轴承存在异常磨损”的诊断，拆机后证实巴氏合金轴承磨损严重。
对宝钢蜗轮杆箱的润滑油作元素含量光谱分析。又做了铁谱，{zh1}推测涡轮磨损严重，拆机后得到证实。分析得出铜和硅含量惊人的高，即知铜涡轮磨损严重和进砂子多，应立即拆检和换油机。
从配件磨损表面状况及磨粒形态推测故障性质及原因，实际发生的磨损现象较难分辨，必需在现场作判断，才能推测故障原因，从而提出处理措施，一般从磨损的各自特征出发，抓主要矛盾推测原因。若有色金属与黑色金属配件一起工作时，情况复杂得多，这就有赖于经验及从其他方面的验证。
㈤ 机油压力
人得血液在体内流动要有一定压力以保持循环，血液过高过低不但表示血液系统可能有毛病，也表示可能其他有关器官有毛病。同样，机油泵为了保持润滑油在设备中不断循环，要有一定的油压，如果高于或低于规定范围，预示有故障发生得可能，应及时检查及排除。因此很多设备特别是车辆都设有低油压报警。
下面是典型得关于油压故障的修理过程记录，思路清楚，照抄如下。
问：一台扬子中客495柴油机，修理后试机时，油压表指针处于{zg}位置，连续冲坏3个滤芯，开始时认为滤芯质量有问题，换一新滤芯仍然被冲坏，这才断定是油压过高所致，为什么会出现油压过高的现象呢？
答：拆下限压阀螺丝，取出限压阀弹簧，但怎么也取不下柱塞阀体，估计是柱塞被卡所致。启动发动机，想借助机油压力冲出柱塞，可发动了足有8min，柱塞仍无动于衷，洞口也无机油渗出，将发动机提至高速，滤芯又被冲变形且渗出了机油，柱塞阀体还是没有动静。再次更换滤芯，一边用中速运转，一边用细钢棒敲击振动阀体，运转15min后，限压阀才有机油渗漏出来，这才将柱塞阀体取了出来。原来是修理工修发动机过程中冲洗主油道时，用高压水枪冲洗，冲洗完未干就装上了限压阀，阀体遇水形成铁锈层，导致限压阀体锈死在里面不能活动，过高的机油压力就是这样形成的。将限压阀体除锈后装复，油压才低下来，经重新调整油压才正常，故障彻底排除。
问：一台大修后不久的4102扬柴发动机，刚开始时机油压力正常，约半个月后，机油压力变低，中高速时为300～400kPa.随后不久，怠速时油压为200kPa，提高转速后，机油压力表指示油压为零。
答：检查机油压力表和机油压力感应塞，结果表明工作可靠，指示准确。拆下机油泵限压阀检查有没有卡滞，检查机油泵进油管路有没有堵塞，结果也没有发现问题。接着，拆下发动机机油盘，对机油泵和集滤器进行检查，分解检查机油集滤器时发现，其滤网密度过高，中间部分几乎被细小得纤维堵死，且滤网中间没有安全孔。因此，故障的原因是装上了不合格的机油集滤器造成，更换带有安全孔的集滤器滤网后，发动机机油压力正常，故障消失。
原来，当发动机熄火时，滤网的中间部分抵在机油集滤器的底板上，机油只能从滤网周围进入过油管路及机油泵，发动机启动后怠速运转时，由于机油泵过油量较少，滤网周围通过的油量可以满足过油的需要，所以机油压力正常，随着发动机转速提高，机油泵的吸油量增加，但由于滤网中没有设置安全孔，且滤网被细小纤维堵住，故当吸力增加时，滤网被进油口处的低压吸上而将进油口堵住，从而导致机油泵和过油管路缺油，使润滑油路中出现低压或无压想象。
有一个常见的问题是同一发动机用单级油（粘度指数较低）时油压正常，换用多级油（粘度指数较高）或较低粘度的润滑油后油压偏低，有的低于报警值而亮红灯，于是用户怀疑多级油的质量有问题，担心供油不足。这种担心是多余的，原因：一是多级油粘度指数高，在油箱中油温低于100时其粘度也就低，粘度低油压就低；二是多级油含的粘度添加剂受到剪力时会产生“瞬间粘度损失”，也使油压低。也就是多级油的低油压是由于它的流动性好，油泵无需用太高的压力即可保证油的循环，已测试过，在发动机中用20号油时油压虽然比40号油时低，但流速反而高，无需担心供油不足。我们注意到，有这种情况的往往是发动机机内摩擦副配合间隙大的老设备，解决办法一是维修设备，把间隙大的部件换掉，二是通过调压阀把压力调高，三是换用高一级粘度的润滑油。
㈥ 润滑油消耗量
设备设计水平高，制造精度越高，其润滑油消耗量越小。许多设备特别是发动机都把机油耗作为一个指标列在规格上。设备的油耗随着运行时间加长，运动件不断磨损使配合间隙加大，油耗就会不断增加，若有油耗异常变化，也预示将出现有关故障，这些故障可能是：
① 油路漏油或密封件失效；
② 运动件间隙过大造成窜油;
③ 发动机活塞环搭口排成一线;
④ 活塞上的刮油环坏；
⑤ 活塞上的回油孔堵塞；
⑥ 油温过高；
⑦ 活塞顶环岸积炭堆积
我国的平均设备管理水平不高，设备更新慢，设备状况不够良好，表现之一是漏油窜油严重，而没有引起管理者足够重视。漏窜的油量（等于补加的油量）远大于换油量！如不认真对待，又是故障之源。
中石化系统多个单位进行几年油料试验中，从试验看出途中补加的油量大大高于换油量。一方面浪费油，另一方面危害环保，还使发动机的性能下降。应提高设备的制造工艺水平和加速设备的更新。
漏油的严重性，治漏不但节费用和节油，还改善环境，同时避免油漏光缺油而造成设备故障。
㈦ 几种简易机油分析方法及在线监测
从润滑油对设备故障诊断较为全面，不但能从故障的后果（产生磨粒和漏损物）上监测，还能从故障的原因（润滑油的降解及其有害物）上监测，但缺点是需专用的试验室，不能在线监测，给诊断带来不便。为此又发展了一些快速简易便携性化验箱，可在现场监测但xx度比试验室稍低，同时还开发一些对润滑油某些指标敏感的传感器，安装在润滑油系统中，可在线监测油的变化值，下面作简单介绍。
1.水分
⑴声响法
把润滑油放在铝箔或锡纸做的小盘上，用酒精灯或打火机烧1～2min，若飞溅或冒泡则含水量大，若有连续爆裂声则含水大于0.03%,若一点爆裂后无声，含水小于0.03%。
⑵ 华特斯摩（Wates Mo)试纸
把此试纸侵入油中，遇水有蓝色斑点。
⑶ 汉罗铁（Hydrokit)白色分剂
与水接触呈紫色斑点。
2. 碱值
加2mL油样于试管中，加10mL指示剂（50ug/g高锰酸钾溶于50ug/g醋酸），每注入0.5mL酸性试剂（高氯酸）相当于2.5mgKOH/g总碱值，充分摇匀后若呈紫色，该油仍可用，绿色为临界状态，黄色表示碱值耗尽，需换油。
3. 斑点试验
斑点试验是应用已久的简单实用的判断在用润滑油状态的现场试验方法，方法是将几滴在用润滑油在定量滤纸中心，判别的原则是：沉积区的颜色越深，面积越大，表明润滑油中沉积物越多，降解程度越深，沉积层与扩散层间的分界线很模糊，表明润滑油的分散能力已很差。外围的油环在润滑油新鲜时为透明无色，随着油氧化的加深，由浅黄至黄至棕红色。为了操作方面，按润滑油中沉积物的多少做成几张参考图谱，沉积物从少到多分成一、二、三、四等几级，将某在用油的斑点与之比较，得出此油的降解程度。也有的把某一润滑油按运行里程或时间顺序各滴在同一张滤纸不同位置上分别扩散，其斑点比较起来非常直观，此方法简单易行，应用非常广泛，并向定量和半定量发展。下面是几个应用例子。
⑴ 壳牌润滑油公司方法
把油样加热到240℃5min,滴2mL在Durieux paper grade 滤纸上（每张可滴16个油样）让其扩散，再在烘箱中干燥（100℃，1h)，把斑点图放到专用的仪器VPH 5G中评定和照相，仪器给出两个结果，一个是污染指数（IC)，表示油中不溶物的量，表示为0、1%、2%、3%、4%，另一个为分散性（DM)，表示油的剩余分散能力，为100（新油的分散性）到0（无分散性）。总评分为:DP=(100-DM)×IC。
中国石化集团公司石油化工科学研究院研制出DSP 1000型数字化分散度测定仪，专用于定量化测斑点试验中沉积层的颜色和面积，一般以油斑的相对灰度（SRG)作比较。
SRG(%)=100(Go-Gm)/Go
式中，Gm为测出在用油样的斑点灰度，Go为0km灰度。
⑵ 润滑油现场检验法
国家标准GB8030-87润滑油现场检验法，其中的滤纸斑点试验法方法是把在用润滑油在滤纸上滴5～6滴，室温下静置0.5～1h,从扩散的斑点按四级进行评定。
一级：油斑的沉积环和扩散环间没有明显界线，整个油斑颜色均匀，油环浅而明亮，油质良好；
二级：油斑的沉积环色深，扩散环较宽，二环纹间有明显的分界线，油环呈不同程度的黄色，油质已污染，应加强机油滤清，润滑油可继续使用；
三级：油斑的沉积环深黑，沉积物密集，扩散环狭窄，油环颜色变深，油质已达劣化；
四级：油斑只有中心沉积环和油环，无扩散环，沉积乌黑，沉积环稠厚而不易干燥。
4. 润滑油污染度或老化度测定仪
它是一种对润滑油的降级程度的综合评价方法，一般新油的导电性能很差，在降解及受污染后，其导电性能会发生变化。对润滑油中的添加剂、降解产物和污染物在不同电极中的电流和电压的变化做大量的比较，得出新油和不同程度老化的油在导电性能上的差异规律，从而用以测定润滑油的剩余能力和污染度，此方法简单易用直观，适用于现场检测，但由于润滑油的降解过程较复杂，其导电性能的变化仅能反映润滑油在某种情况下的降解过程，不是在任何情况下都好用，因而应用不普遍。这类仪器结构简单，价格不贵，通常为便携型，国外内均有此类商品供应。
应说明的是上述一些快速简易现场测试方法都不是标准方法，其结果的准确性低于试验室标准方法，仅供现场判断时参考，如对数据有怀疑，应以标准方法为准。
㈧ 传感器型的在线直读油质变化仪表
近几年对此类传感器的研究工作开展较多，已接近于实用，发表了若干专利，一般是把传感器安装在油箱或主油道的油中，其相应的仪表在汽车驾驶室或设备操作室的仪表盘上，操作者从表的指针可看出油的指标变化，达到某值即要换油，几种类型介绍如下。
⑴ 特殊的油压力传感器
它带有温度修正功能，使其压力与油粘度变化成正比，在油粘度过大或过小时，油压表的指针即超过范围而需换油。
⑵ 根据油温效应
E.Sehwarty等通过数理统计得出油温与油的老化及碱值变化等有一定的依从关系，由此根据大量的数据做成数学模型，建立了由发动机转速及油温等数据进入计算机处理得出换油的指示。此法对正常运行的车有好的指导作用，但对发动机进水等其他情况无能为力。
⑶ 根据油的老化和导电性的相关性
油是电的不良导体，使用中酸碱值的变化、添加剂消耗、油生成沉淀物和异物侵入等都使导电性变化，从此原理出发研制了各种不同传感器，把电极装在油箱到主油道的油路中，驾驶室的仪表盘仪表显示电压变化，从变化平缓到突变表示某油性质变化大而需换油。此法原理简单但实用难度大。Hansheng Lee等研制的晶体管构造的指状组合型双电级做成的传感器装在油箱量油尺的位置上，不同油种、工况试验效果较好。Komatiu公司的一种由“银”、“铱”.“参考”三电级组成的传感器，认为银电极对添加剂消耗很敏感，铱电级对酸值变化敏感，传感器得到三个电压讯号：（铱/参考）、（银/参考）及（铱/银），这几个数据处理后即得到油的状态。
⑷ 汽轮机油颗粒污染物在线监测系统
用电磁阀控制使有1/3油通过在线监测装置，这些油先后通过两个孔径为10um和18um的过滤器，测量过滤器的压差以检测过滤器被某种大小的颗粒堵塞程度，算出此种尺寸颗粒在油中浓度，再换成ISO 4406标准，这些数据输入计算机处理及发出警报。下面是计算例子。
孔径10um的过滤器有5000个孔，油流量600mL/min,仪器压力降Po为40kPa,无堵塞时油流过滤孔的初压力为Pi120kPa,流过10s后压力Pf达240kPa,则堵塞比为：
（Pi-Po）/（Pf-Po）=0.4
设每个孔被一个颗粒堵塞，则10s中通过100mL油时有0.4×5000=2000孔被堵，则每毫升油中大于10um的颗粒有20个。
NAS1683是美国国家航空空间标准，用以评定油中颗粒污染程度，有计数法和重量法，技术法分6～12，级别越高，污染越大。
㈨ 有关专家系统大的一些情况
监测数据由电脑处理，使油和设备的状态监测智能化，此类软件系统作为“专家系统”。这里举两个例子，一个是用于润滑油质量状况的监测，一个是用于设备状况的监测，从这两个例子可看出思路的差异。
⑴ EXXCARE
ESSO公司用于船用润滑油状态监测的专家系统EXXCARE把数据分三类，基础试验数据：外观、闪点、40℃粘度、PH值、中和值、总碱值（TBN)、水含量、戊烷不溶物；追加试验数据：燃料稀释、100℃粘度、酸值、氯含量、苯不溶物、元素含量；选择试验数据：元素含量、颗粒计数。每个指标有个界限值，测出的指标与此界值比较后分三种情况：通过、临界、超标。超标的数据再重复并作追加试验。然后都输进计算机作趋势分析。
判断的代号301、313等为各种可能性，如316是表示“TBN低于发动机制造商要求，可能与水的存在有关”。
⑵Lube Analyst
BAIRD公司是一个制造原子发射光谱仪的公司，他们提出的系统，其专家系统软件称Lube Analyst。
作者认为，要做成一个好的专家系统，一定应具备二个起码条件：一是要有大量的实际使用数据做基础；二是由在这方面有经验的专家从这些数据中总结出若干规律，用这些规律做成有各种逻辑关系的软件，指导以后的工作。
此外，研究者还围绕铁谱的故障诊断作了很多理论探讨，如把铁谱技术用多元统计分析、函数分析、趋势分析、灰色理论等进行处理用于故障诊断。既然我们一致承认，铁谱的各环节有“随机性”，其结果与操作者关系大，说明其数据存在很大程度上的不可靠，以这些不甚可靠的数据套进上述理论中得出的规律去预测，诊断结果的可信度不太高。
