以润滑油为主体的几种

         监测方法结合对设备故障诊断

    1999年在广州召开的“99年全国铁谱技术会议”论文中除了包含很多铁谱技术的理论探讨及应用内容外，同时也有很多对油用理化分析、红外光谱、原子发射光谱等手段作故障诊断的内容，是从润滑油对设备故障作诊断的技术的汇集，集中体现在实践中应用润滑油分析对设备故障诊断的成果，在一定程度上反映了我国油液故障诊断的现况，说明从事设备故障诊断的人员已认识到润滑油也是设备诊断的组成部分。

    如何评价诊断技术在应用中的价值，应考虑以下几点。

    ① 尽早预报，在原发故障前后发出预报，及时采用措施，减少故障造成的损失，容易找到故障原因。

    ② 尽量准确，能预测其故障部位及性质。

    ③ 先简后繁，操作简单，省时间省费用的方法优先选用，再适当以其他复杂些的方法作补充。

    ④ 找出故障原因，便于明确责任和采取改进措施。

    ㈠ 现行润滑油诊断技术的缺陷

    由于从事故障诊断的人员以机械专业为主，他们对润滑油分析大多把注意力集中在油中的磨粒的检测,把润滑油当成与故障诊断及其诊断无关的仅起磨粒携带作用的介质，因而较少{sx}从润滑油的变化和其中污染物去考虑分析，只有从颗粒分析发现问题后再回过来检测润滑油本身的变化，这方面还存在明显不足。

    1. “诊断”与“预测”概念模糊，及时性差

    大多诊断仅起到“证明”作用，即从润滑油中磨粒情况“推测”设备中“已”发生了什么故障，而并未“预测”到设备“将”发生什么故障。在很多例子中，从光谱或铁谱中提出“预报”，拆机后发现不同程度的故障已发生，如拉缸、断环、断齿、烧瓦等，“证明”预报正确，避免更大事故的发生。张家界机务段对东风4机车两年多的机油监测汇总中，其中96台次的预测中除16次油粘度低并未造成故障外，其余80次均已发生了机械故障，这并不能算是预报，只能是状态监测。也就是说铁谱分析并没有预测故障的发生，仅能在不停机时从润滑油中携带出来的磨粒分析去推测机内已发生的故障，希望及时处理以避免由已发生的故障而造成后继更大故障的发生。因而这种诊断仅能做故障诊断的一部分工作，而且已是有所滞后了。

    2. 因果颠倒，多走弯路

    实际操作中很多例子是先做铁谱或光谱，发现有问题再做油的理化分析，或所有方法都做，再找出原因去排除。如某次检测中空压机油样先做铁谱，发现磨粒有氧化，再做油分析，发现含水达10%，采取措施后正常。若先做油的水含量分析，工作量会小很多，同时在水含量远未到10%即可警告，可避免已发生的故障。同时检测涡轮涡杆箱润滑油机械杂质高达5%，再做光谱发现铁、铜、硅大大超标，然后做铁谱有异常后拆机检查，涡轮磨损严重。其实仅从油的机械杂质含量超高或至多从光谱中铁等浓度异常的高足以判断应拆机检查了，后面的工作已是多余。某次检测中对减速机油样做了光谱、铁谱和理化分析，用GOAFDS系统计算得出“轴承可能异常磨损”的诊断，拆机发现巴氏合金轴承磨损严重，其实仅从光谱分析中铅含量奇高即能作出诊断，后面的工作可以节省。机械使用中经常由于冷却水泄漏造成故障，某文献中使用光谱和铁谱的监测工作内容之一是通过用光谱测油中冷却剂的元素（Si、Na、B）含量及铁谱磨粒而监测冷却液泄漏情况，若用理化方法做油中水含量又快又省又准确，何必等到由于冷冻液造成恶性磨损后反过来推测冷却系统的泄漏问题。

    上述观点是从实用出发，若作为理论研究则另当别论。

    从上述例子可以看出，现用的故障诊断手段不够理想：一是故障警告的及时性较差；二是警告不准确，无法指出事故出在哪里；三是对故障发生的原因指导不够，无法指导以后的整改措施。

    ㈡ 几种方法的比较及合理配置

    在润滑油对设备故障诊断技术中，常规理化分析、光谱和铁谱的合理配合很重要。设备故障的发生是设备本身的质量（设计、材质、加工精度）、操作、管理、环境及润滑油质量的综合结果，相互影响，情况复杂，只有几种方法从不同角度分析，才能提高诊断的准确性，我们从该次会议论文，看到如下些规律。

    ① 在正常情况下，光谱中磨损颗粒浓度与铁谱结果有大致一致关系。据资料记载在研究了发动机、液压系统及变速箱等大量油样数据后得出结论：在正常磨损期，大磨粒与小磨粒变化速率之比保持不变，在研究的11例中，有4例二者预测一致，其他则是某一种方法预测有故障，拆机后均得到证实。也就是说作为磨粒浓度测定，在大多情况下不必二者都做，仅做其一即可，当然{sx}油样品均匀、操作简单而易于定量的光谱法。

    ② 铁谱与光谱预测不一致得也有很多例子，这里面有仪器本身性能的局限和取样的代表性的问题，同时也反映了故障的复杂性。也就是说不同的磨粒分析仪器从不同方面检测磨粒情况，互相替代不了。

    从例子可看到，几种方法各有优缺点，以理化分析最为简单、节省、分析结果便于诊断，光谱次之。因此在把润滑油分析作为工作主体时可分为如下几类。

    ① 必做项目：润滑油的主要理化指标，含粘度、酸值、碱值（发动机油）、水分、机械杂质、不溶物、闪点，上述指标的变化表示油的降解，油降解到一定程度会引发故障，另一方面也反映设备运转状态，如泄漏等本身就是故障或很快就会由泄露物造成故障，若不处理将引起更大故障，因此原则上超标即停机检查、拆检或换油。这类项目的仪器较便宜，设置容易，操作费低，技术难度不高，省时省事，都有标准方法，分析结果都有明确且通用得数值。

    ② 次必做项目:这类项目检测的频率较①疏，接近油降解后期或污染物量接近警告值时加密，它们包括发射光谱、红外光谱等，这些项目反映了故障发生前夕或初期的后果，应及时检测。这类仪器价格较贵，但操作简便，能给出定量数据。由于设备较贵，配置不普遍。

    ③ 选做项目：这类项目在①和②项目接近警告值或需要明确时做检测，主要指铁谱。它能使人们更清楚认识到故障的发生及磨损性质，在不停机拆机的情况下，通过铁谱能从更深层次了解机器内发生的摩擦磨损情况，因而在光谱测出某些有关金属元素浓度到一定值后，按需要或抽检做铁谱是必要的。选做项目还包括某些油的性能指标，如抗泡、抗乳化、剩余抗氧化能力等，需要时才做。

    ④ 观察项目：油压、油耗等的异常也是故障的征兆。

    在实际的设备故障中，有40%～60%与润滑直接有关，其余虽与润滑油无关，但其信息可从润滑油中检出，因而从对在用油的监测作故障诊断已包含绝大部分而且是最主要的故障面。虽然行业相差很大，使用油的品种也不同，但故障原因惊人的相似，其中杂质污染高踞榜首，加上水污染占了故障的大部分，而这些故障可从油的理化指标如机械杂质、粘度、酸值、水分等的监测方便而定量的测出，并在接近临界值前发出警告或及时采取措施，因此{sx}油的常规理化分析很有必要：一是它可作为以后跟踪油质变化比较时的基础值;二是对用油的质量作检查，如新油质量低劣或用错油，就易于造成故障，查出后立即换用就避免了故障；三是它的费用及时间花费相对低，试验室配置容易。

    在我们做润滑油的质量跟踪工作中，有多例从油中水含量和铁颗粒浓度超标而提示用户及时处理，从而避免了事故。对比从铁谱分析中发现有异常磨粒，找出原因是油中有水造成，拆机后已发生了故障（只有发生了故障才有异常磨粒）。二者相比，从故障诊断的角度，从油的常规理化分析入手的做法更合理更方便。

    总的说来，设备故障的原因多种多样，还相互作用，因此其诊断是一个综合的体系，从润滑油对设备故障作诊断同样也是一个综合体系，从事此项工作的人应拓宽知识面，不应把油液故障诊断局限在油中磨粒的问题中，它不但不是全部，而且也不是最主要的部分。磨粒仅是“果”，只有从润滑油本身才能找出一些“因”，因果印证，才能提高诊断的预知性和准确性。

    ㈢ 润滑油对设备故障诊断的实施形式

    一般有自助式、独立化验室两种形式，简述如下。

    1. 自助式

    是我们当前的情况，也是我们传统企业的“小而全，大而全”模式的体现。就是各使用或生产大设备的公司自立油料化验室，对各自的设备及使用的油料质量作监测把测得的结果提供给有关部门作诊断。这种形式缺点很多：一是它们仅为主体的辅助部门，各个试验室仪器配置不可能很齐全，利用率较低，工作饱满程度低；二是人员技术素质不易保证，因这些化验室归属非润滑油行业，方法标准的制定和修改是润滑油行业是事情，这些结果的校验，数据准确度难保证。优点是较及时，与各公司自身具体设备结合好。

    2. 独立化验室

    这是现行国外流行的模式，一般为跨国连锁式。它专为社会上的用户作油品化验服务。收取化验费为经济来源，它通过严格的管理及人员定期培训和交流，仪器定期检验，以保证数据质量。它一般是石油行业协会标准分会的成员，信息畅通，再加上它不属于任何有产品经营的企业，故又能起仲裁作用。它的存在使各公司不必自建化验室，省了人员和资金，方便了企业，同时它专业化程度高，设备利用率高，工作人员技能熟练，劳动生产率高，因而其化验费用肯定比自助式要低，数据可靠，受到企业欢迎。应指出，我国目前也有大型石油企业由于其仪器配置较齐全，技术力量强，被有关部门任命为可服务于社会的“检测中心”，其性质与本形式不相同，由于这些中心的母体也生产或经营石油产品，从理论上失去了它的公正性，这些“中心”也不以服务社会为生。

    如美国PDMA公司的润滑油分析部门提供的服务就包括：24～48h内得到分析结果；监测机器和润滑剂状态；每个报告有有用的解释和推荐；省费用的预测技术；电子数据传递等。他们除了提供分析结果外，还根据此结果给出对设备和油的状态得出的初步判断和提出建议。另一个例子是美国石油化验有限公司（Analysts,INC),1960年在加州建化验室，现在美国有5个化验室（分别在加利福尼亚，得克萨斯，新泽西，佐治亚及伊利诺斯州）每天完成约3500个油品化验，它给用户的广告词是“这张纸（油品化验诊断单，付费用700元港币）如何替你省回一百万。”这是应大力创造条件，促进先进形式的发展。我国有人提出搞“油液诊断医院”的建议，是没搞清楚医院主要内容是治病，诊断仅是其中一个环节，而上述化验室是根据油的分析结果提出诊断意见，还要结合其它背景资料（如操作、设备原来情况和环境等）作{zh1}诊断，因此从润滑油的诊断仅是初诊断，与维修（治病）还有一大段距离。

    ㈣ 设备故障诊断技术的应用和实例

    具备扎实的润滑油和机械原理的基本知识对故障原因分析是必不可少的，，掌握了本书内容也等于为诊断打下了基础，上述很多例子是各种故障诊断技术的应用。归纳起来，应用中应注意下例几点。

    1. 信息准确最重要

    保证信息准确迅速的传递最为重要，设备发生故障后，一定要尽量和及时到现场调查研究，收集一手资料。实践证明，传递过来的故障信息与实际发生的情况往往相差甚远，根据传递过来的信息会得出错误结论。一般造成信息传递失真的原因有：

    ① 责任因素。找故障原因首先的任务是分清责任，是设备质量、润滑油质量还是操作失当的问题。每方面都希望不是自己的责任，而故障的在场者一般是操作者，他在反映情况时，自觉或不自觉的有所偏向。

    ② 多重环节因素。信息要经几层传递（先是由现场人员传到发生故障的设备管理者或{ldz}，再到设备使用者的润滑油采购部门，{zh1}才到润滑油或设备的生产经营者），后面几个传递环节都没有在故障现场，每个环节得到信息后再加上自己的理解后再传递至下一环节，每层都有信息丢失和误传的可能。

    ③ 专业知识因素。操作者和信息的传递者并不是润滑油方面的行家，对设备的熟悉程度远低于设备生产厂家，因专业敏感性而具有该了解的细节未注意，会忽略一些重要情况。

    ④ 认为因素。因事故而涉及到经济处罚或赔偿问题时，有时反映者会故意隐瞒一些对已不利的事实或提供假信息。

    因此只有亲临现场，通过询问，察看故障现场，查阅有关运行及维修记录等，才能了解到真实情况，从而找出真正原因。

    2. 比较法

    比较本行业或本单位用同一类设备或油料有无出现较多的同类故障，若没有或大家都有则可排除其责任。

    某厂有12台不同产地的进口柴油机供发电用，其中一台用国产润滑油，另11台分别用几个牌子的进口润滑油，厂方投诉国产油质量差，表现是机油滤清器经常堵塞使油压力升高而报警，需停机清洗滤网。国产润滑油方派人调查其操作记录，发现其他柴油机也有超压报警情况，但严重情况参差不齐，由于操作人员对进口油质量无怀疑，不予反映其他柴油机的超压报警的压力数值高低不一，原来他们在柴油机安装使用时并未按说明书要求调整此值，原来多大就有多大，结果有的堵得很大未报警，有的稍堵即报警（很不巧，用国产油的那台属于稍堵即报警），与润滑油质量无大关系。原因查清后厂方把各柴油机的滤清器油压超低报警压力调整一致，再无此类事发生。

    某塑料制品厂有40台注塑机，用同一品牌同一品种的液压油，发现有3台的润滑油箱的油泡沫很大，厂方投诉油的抗泡性差。供油方觉得，若抗泡性差应40台全部或大部分的油均起泡，而不光是3台，肯定这3台有其他问题。经现场检查是这3台机器轴承末端密封失效而不断窜进空气，致使油起泡，xx故障后油再无泡。

    3. 注意惯性思维的误区

    用户的习惯或先入为主的印象，使他们对所有由此发生的事情会孰视无睹，习以为常，换了一种新产品或对其质量有怀疑的产品后，对发生的所有事情都很注意，一切被认为是异常情况的责任都算在它的头上，尤以用国产油代替质量等级相当的进口油时这种情况最普遍，往往要作对比试验进行验证才能解决。

    某汽车运输公司所有的进口豪华客车全用进口润滑油，为了降低成本，考察了某国产品牌油的质量后，经领导研究决定各车队均要改用国产品牌的润滑油。实行后其中有些用惯进口油的司机用国产油时，发现了几个被认为的质量问题，联名上书反映此油质量差，xx用国产油。为了弄清是非，公司既与此润滑油生产厂家联合在反映问题的司机们的车上做两种油的使用对比试验，发现用国产油时发现的问题用进口油也同样存在，有些甚至更严重，但在未用国产油前未注意，说明并非国产油质量问题。通过对比，司机们xx了怀疑，也增长了不少认识。

    某矿区一台载重卡车发动机大修后换用与原用油不同品牌的润滑油，不久有两个缸的连杆瓦烧死，考虑到用原来的油时从未发生此类故障，就认为是新品牌油质量差造成，要求赔偿。到现场了解，观察到烧瓦的瓦面有部分合金已熔化有流动痕迹，润滑油生成的沉积物多，而另外部分则未磨到，刮瓦痕仍可见，显然瓦面处于少部分接触状态，在高负荷下压强过大致使接触面温度高至合金熔点，使之熔化，润滑油也生成沉积物。讨论后各方认定原因一是大修挂瓦质量不高，接触面过小，二是大修后未适当磨合即超载运行，不是润滑油质量的问题。

    4. 一定要取得润滑油样

   故障发生后应及时取得发生故障的设备在用润滑油及其新油样品（若找不到新油，可从其包装物上的批号查到制造厂的保留油样及数据），通过两个油样的分析数据的对比，得知其中重要指标的变化和异物含量，对查清故障原因十分有用。尤其是设备在运行途中补加润滑油时错加入另外品种或低质油品，或超期不换油等极易造成事故，此时检查油品指标寻找原因更显得重要。

   5. 了解故障前后润滑油和设备的背景资料

   此举对找出真正原因帮助很大，如故障前有无同类故障前科，中途加油有无问题，加新油前系统的清洁程序等。如有些液压设备维修后，用金属清洗剂或把肥皂水清洗系统，再加液压油进行试机，发现泡沫大，油压不稳，认为该品牌的液压油质量差，把油排净后换另一品牌的油工作正常，就断定前一油差后一油好。其实这是冤案，前油替后油“受了过”，由于系统中残存的金属清洗剂中的表面活性组分污染了前油而使其抗泡性变差，使设备工作异常，前油排净时也同时把系统冲刷干净，后油也就正常了。类似情况我们碰到多次。

   6. 着力寻找故障主体或原发性故障

   有的故障主体很明显，有的很模糊，如有些看起来是机械问题引起的故障有可能含有润滑油质量的原因，有些看起来由润滑油质量造成的故障中也可能含有机械原因，应仔细分析，切勿仅从表面现象就匆匆下结论。例如很多设备的橡胶密封件易损坏而漏油，一般都归因于密封件的质量问题而从其材质和结构设计上去改进，忽略了 润滑油的因素，一些油（如液压油、自动传动液和欧洲规格的内燃机油等）的规格中都有“密封件或弹性体相容性”指标，要求把几种指定的密封件材料试件泡在特定油温的油中经规定的时间后，其硬度、体积和弹性变化都要在要求范围内。而一般机械工程师不注意用的油有无此指标要求，若用油的无此指标要求，可能因油的橡胶相容性差而泡坏密封件，不应把责任算到密封件质量问题上。又如液力传动器有时“换挡感觉”差，动作滞后，一般认为是传动器质量问题，并不清楚使用液力传动油大有学问。绝大多数润滑油都努力提高其润滑性能，摩擦力越低越好，而液力传动油除了有好的润滑性能外还要有一定的摩擦性能，才能适应高低速间的频繁和及时变换，也专有一摩擦试验机作控制项目，这是其他润滑油不具有的，因此若用了不合格液力传动油，肯定会有上述现象，不能怪罪于传动器质量。至于由于机械原因而归罪于润滑油的例子更是比比皆是，如前文中润滑油在短期中粘度及酸值上升快，是由风冷效果变差使油温过高而致；润滑油中杂质堵塞滤网是报警油压调节不当造成的等。

   下面是近期笔者在工作中遇到的两个案例。

   ① 收到润滑油用户的一份“发电机组检修报告”，原文称：“故障情况：机组排放蓝烟，无法使用。检查结论：将机组拆除检查发现：凸轮轴磨损，凸轮轴锁位磨损外移，造成机组正时偏差，故凸轮轴摇臂断裂，将其中一缸缸套打裂，引起机油进入燃烧室而排放蓝烟。故障所产生的铁屑进入增压器内，造成增压器损毁。以上故障原因据我公司技术人员判断：因机油润滑不良造成不当磨损所引发。建议：贵公司更换润滑油品牌，以免以后再发生类似故障。”从此份报告可看出，该维修公司的“技术人员”连柴油机的基本构造也没搞清楚：{dy}，断了的摇臂在气缸外面，决没有通道进到缸中把缸套打裂；第二，缸套外部被冷却水包围，缸套裂了冷却水进入，与润滑油进入燃烧室并无关系；第三，进入增压器的是大气中的空气和柴油机的排气，磨损的铁屑不可能进入这两类气体中，铁屑有可能进入机油中，但由于进入增压器中的机油从机油滤清器来，里面的铁屑已被滤去，也不会进增压器中。由于报告内容错误，所得结论及建议自然也是错误的。

   ② 关于压缩机油的报告称；“现有某公司使用我公司的压缩机油，用于某品牌的空压机中，一个月后，发现空压机打出大压缩空气含有水分，严重到无法生产，经此压缩机厂的技术人员检查，说是润滑油有问题。客户将油换成其指定的油后，没有出现类似情况。”众所周知，压缩空气中的水的来源，只能是空气太潮湿或冷却水泄露，润滑油不能变成水，这些水也不能跑到压缩空气中。

   由此可看出：一是部分“技术人员”素质较差，本职工作（机械）的基本知识欠缺，客观上是欺骗了对设备真正外行的用户；二是在追究责任时，把故障责任往机械技术人员和用户都不熟悉的润滑油上推是最简单也是最不负责任的处理方法，结果是并未找到故障的真正原因。

   一般寻找原发性故障大多采用倒推法，故障现场见到的情况应是最终后继故障的结果，从此故障现象和理论推测上一级后继故障，一直推测到原发性故障而找出故障原因。倒推时根据现象会有几种可能性，越往后推把某些可能性排除，可能性就越少，到{zh1}找到较肯定的原发性故障。如上述案例①原因明白简单，就是某阶段的空气潮湿度高造成压缩空气带水，后来空气干燥了，问题就解决了，与润滑油质量毫不相干。而案例②拆机后应是同时见到几个破坏性故障：摇臂断，缸套裂和增压器坏，几种情况是独立的还是有原发性和后继性关系？既然肯定原因是润滑油质量差，机械原因的可能性如何排除？此等问题技术人员都没有解决。

   ㈤ 润滑油故障诊断技术的发展构想

   设备故障诊断是设备管理一项十分重要的工作，常用的是机械方面的方法，如振动、温升等，与润滑油有关的也仅是对其携带出来磨粒的监测。本书提出的从润滑油的变化作为主体（油的降解、生成沉积物、进入异物及油压、油耗等）对设备故障诊断在机械行业还是新课题，因而有待提高和完善的地方很多，应在以后的工作中加以充实和完善。以下是几个主要方面。

   ① 警告指标的重新确定。本书引用的指标数值是润滑油行业用以控制换油期的数值，它们与故障息息相关，但并非用以作故障诊断的专用警告值，是否应有另一专用值。尚需研究。

   ② 开发用于现场的快速简易的润滑油有关项目的分析方法，以便操作更快捷及时和节省，开发传感器型的直读式油质变化仪表，做到在线监测。

   ③ 加强与其他机械方法诊断技术的互相配合的研究，提高诊断的预知性、准确性和及时性。

   ④ 加强机械行业和润滑油行业的交流和协作，发展润滑油的故障诊断技术。目前行业间交流少，人员知识面窄是主要问题。一些从业人员认为“油样分析技术”内容就是铁谱、光谱和磁塞，似乎与润滑油有关的故障诊断内容就只是识别磨粒，而识别磨粒的主要手段就只是铁谱。如此狭窄的知识面大大妨碍了从润滑油中对设备的故障诊断技术的发展。所以从事设备故障诊断的人才应具备多学科的知识，现从事此工作的人员也应“补课”，扩大思考范围；其次应组织跨行业的有关试验，达到大的共识。

   ⑤ 应在我国推广和支持先进的故障诊断的实施形式，组建独立式油料化验所等社会服务性和仲裁性机构。

   ⑥ 从全书内容可看出，要减少故障，提高效益，除了有好的硬件（高质量的设备和润滑油）外，软件（设备的操作和管理）的作用十分重要。在硬件已固定的情况下，只要我们把操作和管理搞好，就可做到高效和安全生产。

                                                                                   编著：关子杰