• Применение для обслуживания морских дизельных двигателей

В последние годы концепция управления морскими дизельными двигателями была разработана в направлении комплексного управления, включая состояние работы дизельного двигателя, обнаружение состояния, диагностику неисправностей, прогнозирование тенденций и принятие решений по техническому обслуживанию. Ремонт дизельных двигателей также начался с раннего последующего ремонта и планового ремонта в современный, основанный на проверке состояния оборудования, предсказуемый визуальный ремонт (или прогнозный ремонт, ремонт состояния). Проверка состояния оборудования в основном включает в себя функциональную технологию мониторинга и диагностики, технологию мониторинга вибрационного шума и технологию обнаружения и анализа жидкости. Технология обнаружения и анализа нефти зарекомендовала себя как довольно экономичная технология управления обслуживанием, которая в настоящее время широко используется.

I. Краткое описание технологии обнаружения и анализа нефтяных жидкостей

Технология обнаружения и анализа масляной жидкости относится к выбору образцов смазочного масла или рабочей среды оборудования, с использованием света, электричества, магнетизма, физики, химии и других средств, анализ его физико - химических показателей, обнаружение износа и частиц загрязняющих веществ, переносимых масляной жидкостью, чтобы получить информацию о состоянии смазки и износа машины, качественное и количественное описание состояния износа оборудования, определить индуктивные факторы, оценить техническое состояние работы машины и предсказать ее неисправность, а также определить место, тип и причину неисправности.

Методы обнаружения и анализа нефти включают в себя две основные области технологии анализа нефтепродуктов и анализа частиц износа. Анализ нефтепродуктов означает обнаружение состояния смазки машин и оборудования и выявление неисправностей оборудования, вызванных плохой смазкой, путем мониторинга степени изменения физических и химических показателей свойств масла, вызванных потерей присадок и распадом основного масла; Анализ изношенных частиц обеспечивает эффективный мониторинг и диагностику износа машин и оборудования путем наблюдения размеров, формы, материала и количества изношенных частиц, переносимых в жидкости. Применение технологии обнаружения и анализа жидкости позволяет производить визуальное обслуживание дизельных двигателей, что позволяет значительно сократить потери, связанные с неисправностью и ремонтом.

Технические средства обнаружения и анализа нефти в основном включают: анализ физико - химических показателей нефти, обнаружение загрязнения нефти и жидкости, спектральный анализ нефти и железа, анализ спектральных элементов нефти и жидкости, инфракрасный спектральный анализ. Соответствующее оборудование и приборы для анализа масляной жидкости много, но в основном можно разделить на три категории: во - первых, приборы для анализа физико - химических свойств масла, такие как вискозиметр, гидрометр, быстрый анализатор физико - химических свойств масла и так далее; Во - вторых, ферроскопический спектрометр, аналитический феррограф (Analytical Ferrography), ферроскопический спектрометр прямого чтения (Direct - Reading Ferrography), вращающийся феррографический спектрометр (Rotary Ferrography), онлайн феррографический спектрометр (Online Ferrography) и т.д. В - третьих, спектрометр, эмиссионный спектрометр, атомный абсорбционный спектрометр, инфракрасный спектрометр, ультрафиолетовый спектрофотометр видимого света и так далее.

1 Анализ физико - химических показателей нефти

Механизм анализа индикаторов гидравлики нефти заключается в изменении физических и химических характеристик жидкости, отражая степень изменения ухудшения жидкости, что указывает на степень снижения производительности жидкости, превышающую определенное значение, следует заменить жидкость; Кроме того, степень загрязнения масляной жидкости, разбавленной другими масляными жидкостями, влагой или примесями, также может быть обнаружена путем изменения физико - химических свойств. Основные анализируемые физико - химические показатели: вязкость, температура вспышки, влага, механические примеси, точка застывания и наклона, антифрикционные свойства при полярном давлении, деэмульсивность, антиэмульсивность, пенорентность, низкотемпературные свойства, устойчивость к сдвигу, антикоррозионные свойства, потеря испарения, дисперсия очистки, коррозия медных пластин и так далее.

2.2 Проверка загрязнения нефтью

Загрязнение масляной жидкости связано с воздействием окружающей среды и различных измельченных частиц, образующихся в процессе работы дизеля, что приводит к загрязнению и ухудшению смазочного масла, тем самым ускоряя износ фрикционных вспомогательных поверхностей компонентов дизеля, снижая производительность компонентов дизеля, сокращая срок службы. Согласно статистике, 45% неисправностей дизельных двигателей вызваны загрязнением смазочными материалами. Наличие крупных частиц износа серьезно влияет на нормальную работу дизеля, что приводит к отказу дизельной масляной системы. Благодаря мониторингу загрязнения можно своевременно очищать загрязняющие вещества в смазочных материалах, а также рационально пополнять и менять масло, дизельное масло контролируется на хорошей чистоте, чтобы избежать различных неисправностей, вызванных загрязнением смазочных материалов.

3 Методы анализа железа

Технология спектрального анализа жидкого железа состоит в том, чтобы использовать высокоградиентное сильное магнитное поле для упорядоченного разделения механических изношенных мельниц (ферромагнитных), содержащихся в пробах масла, по размеру их частиц, путем качественного и количественного наблюдения за формой, размером, составом, количеством, распределением частиц, чтобы определить состояние и тенденцию износа различных частей дизеля, проверить рабочее состояние дизеля, предсказать или диагностировать неисправность.

(1) Механизм механического износа

Износ стружек

Такой износ возникает в результате проникновения одной поверхности в другую. Его эффект измельчения частиц аналогичен резанию, производимому при обработке токарным станком, только на микроуровне. Этот эффект может возникать следующим образом: во - первых, более жесткие детали могут быть из - за плохой установки или трещин, что приводит к тому, что жесткий край лезвия проникает в более мягкую поверхность, в результате чего образующиеся мельницы обычно толстые, их средняя ширина составляет 2 - 5 мкм, длина 25 - 100 мкм; Другой - твердые абразивные частицы в масляной жидкостной системе, будь то загрязненные частицы, такие как кварцевый песок, или измельченные детали из системы, могут быть встроены в мягкую поверхность (износ двухгранного абразива), абразивные частицы простираются с мягкой поверхности и проникают в относительно изношенную поверхность, размер абразивных частиц такого износа пропорционален размеру абразивных частиц в системе, а также могут образовывать очень тонкие линейные абразивные частицы толщиной всего 0,25 мкм, общая ширина абразивных частиц составляет менее 1 мкм.

Усталость при прокрутке

Этот тип износа обычно возникает из подшипников качения и имеет три типа измельчения: усталостное отслаивание, шаровое измельчение и слоистое измельчение. Усталость отслаиваются гранулы образуются в электрической эрозии или точке конопли, такие измельченные гранулы могут достигать 100 мкм крупнозернистости, начальное аномальное состояние может быть выведено из постоянного увеличения количества измельченных частиц более 10 мкм, усталость измельчения является плоской, размер длинной оси к толщине около 10: 1, как правило, имеет гладкую поверхность и случайные извилистые контуры; Шаровая мельница возникает внутри усталостной трещины подшипника, усталостная отслаивание подшипника качения предопределяется появлением большого количества стальных шариков диаметром 1 - 5 мкм, усталость от качения почти не производит более 3 мкм шаров, а сварка, шлифование и кавитация часто производят шары более 10 мкм; Слоистое измельчение представляет собой чрезвычайно тонкую свободную металлическую мельницу, размер частиц которой составляет от 20 до 50 мкм, а отношение размера и толщины длинной оси составляет около 30: 1.

3) Скользящий комбинированный износ

Такой износ часто происходит в системе шестерни, тип износа шестерни - усталость, склеивание, царапины на узле. Измельчительные частицы, образующиеся от зубчатых узлов, имеют много общего с усталостными мельницами подшипников качения, которые обычно имеют гладкую поверхность и часто нерегулярную форму. Измельчение может иметь отношение длины оси к толщине 4: 1 - 10: 1, а более толстое измельчение является результатом растягивающего напряжения на поверхности шестерни. Шестерни вызывают склеивание из - за высокой скорости или высокой нагрузки поверхности, в состоянии склеивания отношение большого измельчения к мелкому измельчению очень мало, все измельченные частицы, как правило, имеют вытянутую поверхность и нерегулярный профиль, мелкие измельченные частицы также могут быть дифференцированы в соответствии с их характеристиками и нормальным измельчением; Некоторые крупные мельницы имеют поверхностные скольжения, указывающие на скользящий контакт, и из - за теплового эффекта склеивания обычно присутствует большое количество оксида, а некоторые мельницы проявляют признаки местного окисления, то есть имеют коричневый или синий цвет отжига.

Сильный скользящий износ

В основном из - за нагрузки и скорости, когда изношенная поверхность слишком высока, возникает серьезный скользящий износ, в это время разрез смеси становится нестабильным и имеет отслаивание крупных измельченных частиц, что ускоряет износ. Количественное соотношение такого износа между крупными и мелкими мельницами зависит от степени превышения поверхности, и чем выше значение напряжения, тем выше это соотношение.

(2) Анализ износа

Классификация ферроскопических мельниц и их характеристики

В зависимости от механизма образования измельченных частиц можно видеть, что различные формы износа производят различные типы измельченных частиц, которые имеют свои собственные очевидные характеристики. Измельчительные зерна в зависимости от их состава можно разделить на оксиды красных металлов, оксиды черных металлов, цветные металлы, черные металлы, неметаллы и так далее. В соответствии с механизмом и формой износа делится на нормальное скользящее измельчение, шаровое измельчение, слоистое измельчение, усталостное измельчение, твердоповерхностное измельчение, измельчение измельченного зерна, серьезное скольжение измельченного зерна и так далее. Цветные металлические мельницы в основном включают белые цветные металлы, медные сплавы, свинцово - оловянные сплавы измельчения и так далее. Белые цветные металлические мельницы имеют очевидные нетерромагнитные осадочные характеристики, проявляющиеся в случайном направлении осаждения, направлении длинной оси и направлении магнитной линии не обязательно совпадают, могут осаждаться между цепями осаждения ферромагнитных мельниц, не подчиняясь закону распределения ферромагнитных мельниц, белые цветные металлические мельницы в основном происходят из поверхности деталей, содержащих Al, Ag, Cr, Cd, Mg, Mo, Ti, Zn и другие элементы; Мельница из медного сплава имеет ярко - красный желтый цвет при белом отражательном освещении, более равномерный, чем коричневый отжиг, образующийся при нагревании других металлических мельниц, а мельница из медного сплава в основном поступает из фрикционных пар, содержащих медь, таких как подшипники скольжения, опоры подшипников, цилиндры гидравлического насоса и так далее; Молота из свинцово - оловянного сплава темно - черная под микроскопом с низким увеличением, голубая или оранжево - желтая под микроскопом с высоким увеличением, как правило, образуется в расплавленном состоянии, без четкого контура края, мельница из свинцово - оловянного сплава обычно происходит из свинцово - оловянного покрытия поверхности подшипника. Металлоксидное измельчение состоит из красного оксида железа, черного оксида железа и темного оксида металла. Красные мельницы оксида железа в плохих условиях смазки производят плоские скользящие изношенные мельницы, серые при отраженном белом свете, бесцветные красные и коричневые при белом свете, имеют высокий светоотражающий эффект, но плохой блеск, а также часть ржавых частиц, оранжевый при отраженном белом свете, насыщенный оранжевый при отраженной поляризации, парамагнитный, осаждается вдоль всего спектра железа; Черные оксидные мельницы из - за сильной смазки, неровная поверхность, очень мелкие синие и оранжевые пятна, черные при вибрации света, являются эффективными светопоглощающими телами, имеют характеристики магнитного осаждения; Тёмные частицы оксида металла измельчаются из - за серьезной нехватки масла, высокой температуры, вызванной высокотемпературным окислением, темно - серым, цвет при нагревании не меняется.

Идентификация ферроскопических частиц

Целью идентификации ферроскопических мельниц является выявление основных форм износа, определение эксплуатационного состояния дизеля, определение места неисправности, выбор способа ремонта. Форма износа в основном определяется путем извлечения геометрических характеристик, цвета и текстуры измельченных частиц на изображениях измельченных частиц; Рабочее состояние дизеля в основном определяется статистическими характеристиками изображения измельчения, распределением измельченных частиц, формой износа и так далее; Место отказа в основном определяется распределением и цветом измельченного зерна, чтобы определить материал измельченного зерна, тем самым определяя специальную часть материала, вызванную износом. Основными этапами идентификации измельченных частиц ферроскопического спектра являются: подготовка ферроскопических полос, получение измельченных частиц; Получение, сохранение и передача изображений измельченных частиц в микроферроскопическом спектре; Цифровизация изображений ферроскопического спектра; Предварительная обработка изображений ферроскопического спектра; Сжатие и хранение изображений ферроскопического спектра; 2 - мерное преобразование изображений ферроскопического спектра; Удаление фона изображения ферроскопического спектра, разделение измельченного объекта, извлечение края измельченного зерна и так далее; Извлечение характеристик измельчения; Используйте нейронные сети или искусственный интеллект, чтобы сравнить характеристики измельчения частиц на изображении вместе и сравнить их с типами в заранее зарезервированной базе данных характеристик, чтобы всесторонне определить тип износа.

4 Методы анализа спектральных элементов

Метод спектрального анализа элементов - это применение атомного абсорбционного спектрометра (AAS), атомного эмиссионного спектрометра (AES) и индукционно - связанного ионизирующего эмиссионного спектрометра (ICPES) для спектрального анализа масляной жидкости, путем анализа состава, содержания и сравнения металлических частиц в масляной жидкости, добавок, загрязняющих химических элементов и скорости увеличения содержания металлов в масляной жидкости в разные периоды, чтобы понять износ различных фрикционных пар дизеля. Метод спектрального анализа более эффективен для мелких частиц, он может анализировать размер измельчения в диапазоне 0110um, может хорошо анализировать состав различных элементов в масляной жидкости, эффект мониторинга тенденции износа дизельных деталей; В зависимости от состава материала каждой фрикционной пары в дизельных деталях и возможных источников загрязнения окружающей среды можно определить источник и возможную причину возникновения элементов в смазочных материалах, как показано в таблице 1.

Таблица 1 Источники и причины возникновения ключевых элементов в смазочных материалах

Имя элемента	Источник элементов
Железо (Фе)	Подшипник, клапан, качалка, поршневое кольцо, чашка подшипника, шестерня
Алюминий (Аль)	Прокладка, прокладка, прокладка, прокладка, поршень, корпус корпуса, держатель подшипника, планетарная шестерня, кулачковый картер, покрытие поверхности подшипника
Медь (Ку)	Утечка подшипников, втулки, масляных охладителей, шестерен, клапанов, прокладок, медных охладителей
Хром (Кр)	Хроматизация поверхности, уплотнительное кольцо, стойка подшипника, стальное покрытие, солевая коррозия, приводящая к утечке охладителя
Цинк (Зн)	Латунные компоненты, уплотнители из хлорбутадиена, жиры, утечки из системы охлаждения, масляные добавки
Магний (Мг)	Материалы корпуса авиационных двигателей, стойки узлов, масла в морскую воду, присадки
Серебро (Аг)	Покрытие поверхности сепаратора серебристых подшипников, плунжерного насоса, шестерни, шпинделя и поршневого штифта дизельного двигателя, детали из серебра
Свинец (Пб)	Подшипниковый сплав, припой, уплотнитель, лак, жир
Титан (Ти)	Износ опорных секций двигателя, диск компрессора, лопатки газовой турбины
Железо (Сн)	Подшипниковый сплав, прокладочный материал, поршневой палец, поршневое кольцо, сальник, припой
Никель (Ни)	Подшипниковый сплав, лопатки газовой турбины, клапанный материал
Натрий (На)	Утечка из системы охлаждения, попадание масла в морскую воду
Силикон (Си)	Воздух в пыль, уплотнения, добавки
Бор (B)	Воздух в пыль, уплотнения, вода, утечка из системы охлаждения
Барий (Ба)	Добавки, жиры, утечки воды
Молибен (Мо)	Поршневое кольцо, электродвигатель, присадка
Кальций (Ка)	Добавки, жиры, масла в морскую воду
Фосфор (P)	Добавки, нитратные масла, утечка из системы охлаждения
Сурьма (Сб)	Подшипниковый сплав, масло
Марганец (Мн)	Клапаны, форсунки, выхлопные и впускные системы

5 Инфракрасный спектральный анализ

Технология инфракрасного спектрального анализа нефтяных жидкостей в основном используется для качественного и количественного анализа степени старения нефтяных жидкостей и состояния загрязнения.

В широком смысле все виды электромагнитного излучения имеют спектр. Спектр, образованный внеядерным переходом электронного уровня атома, представляет собой атомный спектр, а спектр, образованный переходом уровня вибрации молекулы, представляет собой молекулярный спектр. Поскольку длина волны обычно появляется в инфракрасном диапазоне, она называется инфракрасным спектром. Технология инфракрасного спектрального анализа масляной жидкости посредством инфракрасного спектрального анализа в смазочном масле, Именно этот принцип используется для достижения оценки свойств и состояния различных молекулярных или молекулярных генов в масляной жидкости, для достижения анализа и обнаружения изменчивых внутренних причин различных молекулярных структурных веществ в масляной жидкости, его общими параметрами являются: окисление, нитрация, сульфаты, потеря антиоксидантов, потеря антифрикционного агента, общая кислотность, общее щелочное значение, разбавление топлива, загрязнение воды и углекислого загрязнения.

II. Примеры применения технологии обнаружения и анализа нефтяных жидкостей

Технология обнаружения и анализа нефти широко используется в диагностике неисправностей морских дизельных двигателей. Судно, дизельный двигатель для модели 12E390VA средней скорости дизельного двигателя мощностью 8000 л.с. с использованием мокрой системы смазки подшипника картера. Масло марки CD40.

В прошлом в процессе регулярного мониторинга масляной жидкости производительность смазочного масла хоста судна относительно стабильна, содержание каждого элемента в пределах установленного диапазона. Однако в ходе спектрального анализа проб смазочного масла, которые были осмотрены в одном случае, было обнаружено, что в смазочном масле высокое содержание железа (42,7 ppm), меди (26,23 ppm) и содержание элементов натрия (227,87 ppm) и магния (216,92 ppm) превышают нормы. Элементы железа и меди могут поступать из пары трения хоста, элементы натрия и магния могут поступать из морской воды или добавок, и первоначально было установлено, что несколько элементов в образце масла были превышены, возможно, из - за попадания хоста в морскую воду или из - за добавления добавок.

Для дальнейшего выявления причин превышения содержания элементов в пробах масла железа (42,7 ppm), меди (26,23 ppm) и натрия (227,87 ppm) и магния (216,92 ppm) были взяты образцы новых масел той же партии, что и образцы масла, но не прошедшие цикл, для проведения спектрального сравнительного анализа данных. Аналитический прибор представляет собой гиперспектральный спектрометр для анализа топлива M - типа, аналитические данные показывают, что содержание натрия (6.55 ppm) и магния (7,82 ppm) в новом масле находится в пределах заданного диапазона, можно исключить добавки, вызывающие превышение содержания натрия (227,87 ppm) и магния (216,92 ppm) в смазочном масле главного компьютера судна. Тогда возможной причиной превышения содержания элементов железа (42,7 ppm), меди (26,23 ppm) в смазочном масле и натрия (227,87 ppm), магния (216,92 ppm) является попадание морской воды в смазочное масло.

Для дальнейшего выяснения причин был проведен анализ проб нефти в ферроскопическом спектре, включая аналитический ферроскопический спектрометр YTF - 6, цифровую камеру с микроскопом OLYMPUS DP20 и ферроскопический микроскоп OLYMPUS BX40, как показано на рисунке I.

Карта состоит из четырех небольших рисунков, которые были сделаны в 500 раз при увеличении спектра с помощью ферроскопического микроскопа. На рисунке 1 показано, что на нормальной измельченной цепи листового железа прикреплено большое количество оранжево - красных скоплений триоксида железа из - за попадания воды в смазочные материалы; На рисунке 2 показаны частицы усталости и износа меди; На рисунке 3 показаны шаровые мельницы с усталостью от качения; На рисунке 4 показано сильное скольжение и износ железа.

спектрограмма железа для смазочных материалов головного компьютера 12E390VA

Анализ ферроскопической карты показывает, что вода в смазочном масле, что затрудняет формирование стабильной масляной пленки и вызывает плохую смазку, фрикционная пара главного компьютера судна уже имеет липкий, коррозионный и усталостный износ, если не устранить опасность отказа вовремя, может привести к непредсказуемому катастрофическому повреждению хоста.

Для проверки результатов анализа был проведен анализ влаги на образце смазочного масла, и аналитическим прибором был прецизионный гидравлический тестер YPW - 32, который показал, что содержание влаги в образце масла составляет 03796%, что превышает стандарт. Тогда можно определить, что высокое содержание железа (42,7 ppm), меди (26,23 ppm) в смазочном масле, а также избыточное содержание натрия (227,87 ppm) и магния (216,92 ppm) является причиной попадания смазочного масла в морскую воду.

Определите причину высокого содержания железа (42,7 ppm), меди (26,23 ppm), натрия (227,87 ppm) и магния (216,92 ppm) в пробах масла, затем найдите систему охлаждения морской воды, а затем своевременно отремонтируйте место утечки системы охлаждения морской воды главного компьютера судна и очистите масляный отсек главного компьютера, замените смазочное масло главного компьютера; В то же время проверка и ремонт фрикционной пары хоста быстро устраняют неисправность поврежденной части и риск износа.

В этом примере мониторинга дизельных смазочных материалов, благодаря анализу спектральных элементов масляной жидкости, изучению ферроскопической спектрограммы и точному анализу влаги, был своевременно предсказан потенциальный отказ дизельного двигателя, исправлены неисправные места, успешно предотвращено катастрофическое повреждение хоста, сокращено время простоя оборудования, сэкономлено на расходах на техническое обслуживание. Из этого можно видеть, что технология обнаружения и анализа нефти играет важную роль в диагностике неисправностей морских дизельных двигателей и создает огромные экономические и социальные выгоды.