英文原文中文譯文刮板輸送機減速器潤滑油傳感器檢測裝置的應用摘要：新開發(fā)的運行傳感器是用于檢測刮板輸送機減速器中的 N320 齒輪潤滑油的污染程度。該傳感器可檢測潤滑油 NAS 的污染程度，并能及時的更換潤滑油，檢測油污染水平超過了縱橫交換標準指標的 L–CKC 工業(yè)封閉齒輪油。本文介紹了傳感器的設計要求，工作原理，波長，機械結構設計和測試校準的選擇。在傳感器和存在的不足并提出相應的解決方法。關鍵詞：傳感器，機械結構設計，油污染，傳感器標定，光纖，刮板輸送機。一 引言磨損與潤滑不良是直接導致機械設備故障或重大損害的主要原因。殼牌公司的最新研究數(shù)據(jù)顯示，大約 35％運行故障和 38.5％的柴油機齒輪故障是由于不正確的潤滑[1，2]的結果產(chǎn)生。磨損顆粒是潤滑油污染的主要來源。目前，應用檢測用于工業(yè)是基于早期的光譜分析方法和鐵譜分析技術對潤滑油進行的分析，并使用離線的方法，不能滿足現(xiàn)代工業(yè)設備的狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的要求。因此，有必要開發(fā)一個在線油污染檢測器，可以提醒操作者采用過濾裝置，根據(jù)油污染的程度，并及時的跟換潤滑油，比規(guī)定的標準更高。在許多類型的油污染檢測技術，利用光學測量方法具有非接觸的優(yōu)點，實時性和在線測量接觸。二 工作原理該傳感器的原理是基于光學吸收的方法。它使用的傳動系統(tǒng)中的光學纖維，具有許多優(yōu)點，如被抗干擾，無溫度和電磁等。只有小顆粒存在的油設備是正常磨損狀態(tài)。磨損粒子大量的出現(xiàn)可能會在一很短的時間內損害設備。因此，在線監(jiān)測可以觀測潤滑油磨損的濃度和顆粒大小并能有效地防止發(fā)生故障.自然引起的磨損顆粒在潤滑油分為三類[3,4]：粘磨損顆粒，是產(chǎn)品設備的摩擦嚴重磨損和破壞的重要標志;非金屬磨損顆粒的結果是從燃燒失敗的密封和過濾裝置故障;環(huán)境污染物微粒，包括空氣中的各種粒子，尤其是在開放系統(tǒng)，那里的污染程度較高，通?？吹酱嬖诘奈廴疚镅趸?。這些粒子的大小介于 1 - 40μm 之間，以及 20 - 30μ m 之間對于設備有最大的影響，而低于 1μm 者沒有任何效果影響在設備 [5]中。因此傳感器應是最敏感的的粒子介于 140μm 之間?；椭械膽腋☆w粒對潤滑油的光學性能產(chǎn)生重大影響。濁度可以用來描述透光性質的粒子對油的影響。這一水平之間的濁度和污染程度是通過半定量測量濁度確定。圖 1 顯示了光纖傳感器的原理圖。由半導體激光器發(fā)出的光穿過光纖和光纖準直器，然后進入油池中。該探測器收集和反映光子傳輸并轉換成電壓，把固體顆粒污染的油的信息傳遞出來。圖一光纖傳感技術的原理圖三 系統(tǒng)的實現(xiàn)方案原理當光纖通過含有污染物的油，通過光纖的一部分得到分散，其他吸收。當一束平行單色光的強度 I0通過油時，其強度會降低到它的穿透深度，作為一個深度 L 函數(shù)，繼蘭伯特[6，7]的公式如下：（1）t0eI??這是蘭伯特法，在均勻介質的數(shù)學表達式，τ 是吸收系數(shù)。當媒介溶解在油中，它的吸聲系數(shù)是成正比的濃度 c：（2）ac?在一個連續(xù)溶解的濃度中，分子特征是取決于分子不斷的吸收材料分子決定的。從（1） ， （2） ，中我們可以得到以下公式：（3）acL0eI??這個公式是比爾定律數(shù)學表達式。假設這個顆粒懸浮分散在油的散射模型和均衡的粒子那就可以被看作是一個二維的不透明磁盤。所有的入射光被吸收，衰減系數(shù) τ 可寫為：（4）NKD2????消光系數(shù) K 表明,各個微粒分散的相對媒介體積是由一個函數(shù)的粒徑、不同波長和折射率的粒子乘積；N 是粒子的濃度；D 是粒子直徑；σ 是粒子所面臨截面的光。公式(3)是對顆粒大小不同的多粒子系統(tǒng)中得到：（5）????????mi iiLN120 ),(4ILn??其中 m 是粒子相對折射率對周圍介質; 是粒子的直徑 。ρ 表示粒子的iNiD比例關系，建立了重量之間的頻率 W 和粒度分布的關系表示如下：（6）i3iiND6W???由（6）到（5）可以得到在一個單一波長計算公式：（7）????????mi iK1i0 ),(CILn?從（3） ， （4） ，我們可以得到單分散粒子系統(tǒng)，當穿透深度是固定的，其值是正比粒子數(shù)濃度，從而也得到粒子的質量濃度，即粒子的重量是間接??????Iln0通過測量獲得的。通過這種方式，來確定油被污染的程度。四 波長選擇燈光是由某些光子能量依賴的波長。這些分子和原子構成的物質是在不同的運動方式分別對應不同的能量水平。當光在油運輸時，油分子所吸收的能量被量子化，這樣可以吸收光子激發(fā)分子的旋轉或振動方式，或電子的能量水平。光的波長傳感器應符合下列條件：（1）敏感的固體粒子在油中。 （2）在油中光吸收率基本保持在選定的波長附近不變。 （3 ）光線穿過油時，這個能量衰變率應該是低谷。1-20 號工業(yè)油，2-真空泵油，3-MD 1130,4-HL110,5-32 號液壓油圖 2. 油的透射特性曲線一般來說，固體顆粒的尺寸介于 5-30μm 之間的是最危險的污染物。 根據(jù)光吸收和散射理論，我們可以看到，吸收和散射光的油時，最強的粒子尺寸與光的波長約為 10。為了使選波長的光線敏感，這些污染物的波長選擇會在 0.5-5μm 波長中被選。隨著這樣波長的光，透光率曲線，得到了搭配不同類型的油樣品和使用高齒 340 記錄分光光度計，如圖 2 所示。左邊的圖板是五個波長在0.4-1μ m 之間的油樣品透過率曲線，而正確的對應應在 1.0-2.2μm 波長。我們從圖中可以看到，此五種油樣品的透過率曲線相同的跡象表明，這是由油的共性決定。從波長的透過率表明吸收系數(shù)是一種波長依賴的功能。因為顏色和油添加劑的類別不同，決定該曲線的出發(fā)點是從對方身上開始的。我們也可以從圖 2 中看到五個油樣品的透射率變化，波長在 0.4-0.7μm 時變化大，而波長在 0.7-0.9μm，透光率相對穩(wěn)定。 波長在 0.9 -1.0μm 之間的范圍內透光率有明顯的波動。有兩個透光率在 1.2μm 和 1.4μm 的吸收峰，這是因為油的結構由兩種元素組成，即碳和氫。上述分析表明，當波長在 0.7-0.9μm 之間，透光率相對穩(wěn)定和大的，結合典型的光纖傳輸窗口，最終的測試光的波長為 850nm。五 傳感器的結構設計該傳感器主要用于在線監(jiān)測煤礦刮板輸送機減速器的油污染。為此，傳感器嵌入在減速的內壁。為了防止油中的粒子顆粒長時間積累玻璃擋板，可能會導致測量不準確，因此，內部的玻璃隔板必須定期清理。該傳感器的機械結構如下：圖 3 傳感器的機械結構1-纖維 2-光電探測器，3-拉澤 4-法蘭 5-芯鞘 7-密封套 8-緊固螺母 9-密封環(huán) 10-緊固螺栓 11-石英玻璃擋板 1 12-密封的圓圈在石英玻璃 13-引線腔 14 - 石英玻璃擋板 2 15 -探測器 16-下層外鞘室 17-向鞘 18-內芯 4 19-內芯 2 20-內芯 3傳感器的結構解釋：1、該傳感器是主要結構的核心，是由內鞘外鞘和密封組成；2、內部的核心是由四個緊固螺栓連接部分。石英玻璃擋板組成左，右邊并把擋板安裝在油池內部;3、外部護套是由上下兩件，外部的油可以通過在外部護套的孔流入油側量池中。通過降低外鞘和內鞘室的密封間距就可以脫離外部的油，使內核可以取出和石英玻璃隔板分開清洗;六 試驗標定使用顆粒計數(shù)器校準不同污染的配置，依照定律規(guī)定使用重力的方法。對應不同程度的油和油點信號的改變是油放入油和測量傳感器的輸出信號決定。由于 N320 潤滑油是廣泛應用于煤礦的重型減速機中，它可以用來作為搭配不同程度潤滑劑油。目前 NAS1638 潤滑油被廣泛使用。首先，可以看出從表 1 表明，油固體顆粒污染的上限是 0.5 個百分點。根據(jù)表 2，我們也可以看到，0.5 個百分點的重量百分比對應 NAS18 污染程度。共 13 種，油污染的程度與 NAS8 、NAS20 相搭配。NAS1638 污染標準完全有 14 度從 NAS00 到 NAS12 污染，相鄰的兩層次粒子濃度比為 2。所以當污染程度高于 12，用外推法可決定它。礦山機械和設備所用的油污染的程度，遠遠超過 NAS12 甚至更大，所以我們可以只使用該方法來解決這一問題[8]。表 1. L 型縱橫交換標準工業(yè)齒輪油封閉（SH/T0586）項目 互換油標準外表 不規(guī)則出現(xiàn)異常運動粘度（40°）的變化率/％+15 或 20-水分/％ 0.5機械雜質/％≥ 0.5銅腐蝕（100°C，3h）/度≥ 3b鐵姆肯行值/否≦ 133.4表 2.重污染標準污染程度(NAS1638)12 13 14 15 16mg/1000ml 50 100 200 400 800污染程度(NAS1638)17 18 19 20mg/1000ml 1600 3200 6400 12800 12800七 油校核校準油樣品及標定法與粒子計數(shù)器搭配并得到了他們準確的污染程度。但校準將有以下問題：1 該原油粘度用于粒子計數(shù)器應介于 10 和 15，而 N320 不符合本規(guī)定的粘度2、上限的油污染程度由粒子計數(shù)器是 NAS12 測試。這個是可以解決稀釋油問題的，但是這可能會導致嚴重的污染程度。對于問題 1，根據(jù)不同比例配置的油和油醚按，測量粘度與粘度計混合物得出結論，當油和油醚滿足 3:1 的比例式，混合粘度符合粒子計數(shù)器的要求。對于問題 2，選擇四種 13 個原油樣品，污染程度NAS12，NAS14，NAS16，NAS18 使用粒子計數(shù)器測量油樣本，如果污染程度粒子計數(shù)器測量是用同一水平，同樣，它表明，使用粒子計數(shù)器測定油搭配的污染與模型法一致?；蛘撸瑥臏y量結果可以發(fā)現(xiàn)某些規(guī)則，其他油樣的實際污染程度可以推測使用這個法則。從測量結果的 4 油樣品中，我們可以看到，污染程度由粒子計數(shù)器測量的程度與樣品法搭配的油樣比高 2。按照定律規(guī)定實際水平污染的 13 種油，因此是從 NAS10 到 NAS22。這個相應的換油點的污染程度是 NAS20。測量油污染的搭配分別采用傳感器。在測量過程中，半導體激光器的光通過光纖傳輸，經(jīng)過光纖準直器、油，最后到達該探測器表面。通過測量光探測器輸出的電壓，我們可以得到從 NAS10 到 NAS22 的污染程度信息，如表 3 所示：表 3 光的侵徹試驗數(shù)據(jù)NAS 污染水平 10 11 12 13 14 15 16輸出電壓（mv）402 401 401 401 401 401 400NAS 污染水平 17 18 19 20 21 22輸出電壓（mv）398 392 390 368 357 338 338從圖 4 可以看出分析的數(shù)據(jù)1、對于同一種比較干凈的油該探測器的輸出電壓值基本不變。這表明，阻斷光線的油粒子時，油污染程度低于 NAS16 可以忽略不計。2、測量上述 NAS17 油污染程度時該探測器的輸出電壓明顯下降。這表明，光線變得明顯，污染程度明顯輕阻塞。NAS20 點是不斷變化的污染油水平，所以這點是可衡量的。圖 4 不同的輸出電壓相對應的 NAS 污染水平。