Приборы физико-химического анализа смазочного масла

Лекция 8 Приборы физико-химического анализа смазочного масла Важной функцией системы мониторинга КЭО является контроль состояния смазочного масла. Связано это с тем, что качественное смазочное масло обеспечивает: - уменьшение трения кинематических узлов; - охлаждение и отвод тепла от трущихся деталей кинематических узлов; - удаление загрязнений и продуктов износа из этих узлов; - защиту от коррозии и пр. Выполнение перечисленного возможно только в том случае, если смазочное масло в процессе эксплуатации КЭО сохраняет свои физикохимические показатели. Неконтролируемое изменение показателей масла может существенно повлиять на эффективность смазки и явиться причиной изменения работоспособности объекта. Для контроля физико-химических показателей смазочных масел в бортовых условиях применяют переносные диагностические приборы и датчики, встроенные в масляные трубопроводы. Самым простым средством определения содержания в смазочном масле продуктов износа типа ферромагнитных частиц является датчик «магнитная пробка», установленный на масляном трубопроводе. Датчик периодически вывинчивается и взвешивается, а по приращению его массы судят о процессе интенсивности износа кинематических пар. Данный метод мониторинга практически не автоматизируем. Более предпочтительным в этом отношении являются переносные приборы. Ферроиндикатор ФМЧ-П. Ферроиндикатор (рис.23) предназначен для оперативного определения содержания ферромагнитных продуктов износа в рабочих маслах различного механического КЭО. Принцип работы индикатора заключается в измерении разницы частот резонансного RLC-контура измерительного генератора с помещёнными последовательно в него пробирками с чистым маслом и отработанным маслом. В качестве датчика применяется катушка индуктивности с полым сердечником. При внесении в датчик пробирки с маслом изменяется его индуктивность и соответственно резонансная частота измерительного генератора. Полученные показания с помощью тарировочной таблицы пересчитываются из значений по напряжению в величину содержания железа значением в млн-1 (ppm) и отображаются на индикаторном устройстве. Рис.23 Упрощённая блок-схема ферроиндикатора на рис.24. Проба Д ОЗУ ИГ БПУ СУ ЖКИ КУ Рис.24 На рис.24: Д – датчик; ИГ – измерительный генератор; БПУ – блок программного управления; СУ – сравнивающее устройство; ОЗУ – оперативное запоминающее устройство; КУ – кнопки управления; ЖКИ – жидкокристаллический индикатор. В ОЗУ хранятся тарированные значения, которые в СУ сравниваются с измеренными значениями и результат выдаётся на ЖКИ. Портативная лаборатория анализа масел (ПЛАМ) Данная лаборатория предназначена для определения измеряемых показателей рабочих масел таких как: содержание воды в масле (от 0 до 3% и выше); общее щелочное число (от 0,7 до 70 мгКОН/г масла); вязкость масла (в % от вязкости свежего масла); загрязненность масла, диспергирующую способность, окисление (по эталонам цветной фотографии); плотность ( от 750 до 990 кг/м3 ); кислотное число (от 0,04 до 2 мгКОН/г масла). На рис. 25 показан внешний вид ПЛАМ. Рис.25 В комплектацию переносной лаборатории входят необходимые приспособления и реагенты для выполнения конкретного экспресс-анализа выбранного образца масла. Например, постановка диагноза «Вода в смазочном масле» базируется на введении в образец масла соответствующего химиката, что вызывает тепловыделение, т.е. происходит переход химической энергии в тепловую с сопутствующим газовыделением: 𝐶𝑎𝐻2 + 2𝐻2 𝑂 → 𝐶𝑎(𝑂𝐻)2 + 2𝐻2 + 243,6 кДж . Количественно данную реакцию можно зарегистрировать посредством термометра и/или манометра. На рис. 26,а показана зависимость давления газа в сосуде от неисправности «Вода в масле». Загрязненность масла, диспергирующая способность, степень окисления определяется путём сравнения с эталонами цветной фотографии, что достаточно трудоёмко и не даёт количественной оценки. Более предпочтительным в данном случае является дополнительный фотометрический анализ. На рис. 26,б показана зависимость влияния степени загрязнения плёнки масла на поглощение света. Из рис. следует, что до степени загрязнения порядка 1,5% с достаточной точностью допустимо линейное приближение. 60 40 100 30 Поглощение,% Давление газа, кПа 50 20 10 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Водосодержание,% а 0,7 50 1 2 3 Загрязнение,% б 4 5 Рис.26 ИК-спектрометры Существенно более точный и комплексный анализ химического состояния масла выполняется на базе инфракрасной спектроскопии. По сути инфракрасный спектр образца отработанного смазочного масла является аддитивной величиной (лат. additivus — прибавочный) всех составляющих компонент и состоит из огромного числа перекрывающихся полос, которые невозможно зрительно разрешить даже специалисту, т.к. зрительно спектр воспринимается как сплошной, что проиллюстрировано рис.27. На рисунке показан обобщённый ИК-спектр рабочего масла с характерными диагностическими показателями наличия обводнения, сажи, окисления, топлива и пр. в зависимости от частоты (волнового числа). Следует заметить, что в спектрометрии принято частоту представлять волновым числом. Данная величина обратна длине волны (1/λ) и измеряется в обратных сантиметрах (см−1). Как видно отдельные диагностические показатели занимают вполне определённые диапазоны волнового числа и характеризуются соответствующим поглощением ИК. Рис.27 Для анализа спектра масла применяют портативные инфракрасные фурьеспектрометры, оснащенные компьютерными программами обработки спектров. С их помощью можно определить такие показатели масла, как содержание воды, сажи, общее кислотное/щелочное число, нитрование, сульфирование, остаток противоизносных/противоокислительных присадок и наличие «неправильного» масла. Один из представителей серии портативных ИК фурье-спектрометров ( FluidScan® Q1100) показан на рис.28,а. а б Рис.28 Устройство данного прибора показано на рис.28,б. Капля пробы масла помещается в защёлкивающуюся кювету и «просвечивается» ИКизлучателями. Параболический концентратор направляет прошедшее пробу ИК-излучение на дифракционную решётку — оптический прибор, действие которого основано на использовании явления дифракции света и представляет собой совокупность большого числа регулярно расположенных штрихов (выступов), нанесённых на некоторую поверхность. Дифракционная решётка «проецирует» излучение на матричный детектор принимающий и преобразующий энергию оптического излучения ИК-спектра в электрический сигнал, пропорциональный мощности поглощенного ИК-излучения их чувствительными элементами. Полученный сигнал представляет собой своеобразную осциллограмму – спектр работающего масла. Если вычесть из спектра работающего масла спектр аналогичного свежего масла (калибровку), то разность будет представлять собой спектр того, что накопилось и израсходовалось в масле за время работы. Портативный ИКанализатор имеет библиотеку калибровок на 540 типов масел. На рис.29 представлена иллюстрация последовательности экспресс-анализа пробы работающего масла. ИК-спектр ИК-источник Образец пробы Детектор Встроенная библиотека образцов-калибраторов Результат анализа Рис. 29 Программное обеспечение Fluid Manager позволяет : - создание отчета на ПК; - резервное копирование баз данных; - создание базы данных по диагностируемому оборудованию.