文摘
润滑剂失败或不合理的润滑是工业设备故障的根源。通过监测悬浮粒子的分布在润滑剂,可以发现隐藏的润滑问题。工业设备的润滑油样品后,油监测技术用于分析粒度分布和磨料粒子的类型和内容由电气、磁性、光学监测技术。有必要与杂质分离油中的悬浮粒子通过一些方法来消除潜在的安全隐患,确保的重用效率润滑剂。本文原理、优点和缺点的几种重要的石油监控方法,和新发展的各种方法进行了分析。悬浮粒子的几种典型方法分离纯化油了。每个流程的优缺点进行了综述。润滑油监测技术的发展方向是指出,和指导提供了分离和在线监测悬浮粒子的润滑油。最后,与类似的文章相比,本文特别指出超声分离方法具有实时、高效、无污染和微米尺寸的粒子分离的重要应用价值大精密机器。
1。介绍
润滑剂是主要用于机械和车辆来减少他们的零件之间的摩擦。它减少了噪音,在冷却过程中发挥作用。在一些重工业和制造业,维护和停机造成的经济损失高达50%的运营成本1]。美国壳牌公司的调查数据显示,(2)约35%的柴油发动机操作失败和齿轮故障是由于穿的38.5%,和40%的滚动轴承故障是由于不适当的润滑。机械部件的磨损程度可以推测的检测和研究粒子的粒径和组成的润滑控制磨损率,延长设备的使用寿命,避免灾难性事故的发生。润滑油质量检测和动态分析已经成为的重要手段之一的诊断和健康评估机械设备。人们不断努力寻找更精确的方法,特别是对于需要长期不间断的各种动力机械系统操作。润滑油检测的传统方法是抽样后实验室分析。实验室分析可以提供全面的信息设备组件的磨损。测试结果有一定程度的准确性。然而,过高的技术,严格的环境中,测试时间长,容易受到不确定性,即使是一位有经验的工程分析。测试结果仍相对离散。和这个离线实验室测试不能提供实时信息机器的卫生设备。 The lag in laboratory testing information has increased the risk of accidents in operating equipment. Research shows that [3),无论是生产设备零件磨损粒子或其他pollution-generated粒子与粒子的大小在20 - 30μ米最大的对设备的影响,小于1μ米粒子对磨损的影响甚微,和颗粒大于100μ米可以收集并被电磁铁检查。因此,固体颗粒的粒径1-60μm悬浮在润滑油成为监控的重点。
一些润滑油在线监测设备在国外已经开发出来,和实时诊断机械设备成为可能。海格(4),弗拉纳根et al。5),吴et al。6),马丁et al。7]利用声发射检测技术来判断润滑油的质量通过反射声波的振幅变化,但该方法容易受到机械背景噪音和润滑油温度变化。Khandaker et al。8),凯勒和萨巴9],弗拉纳根et al。10)使用一个电容传感器检测润滑油介电常数的变化,和测试结果经常受到油性质和环境温度的变化。它变得非常复杂,和介电常数的测量不能确定粒子的大小和浓度。弗林和惠廷顿(11)进一步提高了电阻电容式感应方法,它不仅可以检测铁粒子也有色金属粒子;然而,只有颗粒粒径大于100μm可以发现,颗粒小于100μ不能被检测到。1995年,刘等人。12)证实,散射计算光学方法可以探测粒子在润滑油,但测量的准确性受到粒子的光学性质的影响。Reintles et al。13]研究润滑油和颗粒振动之间的关系,判断设备的磨损状态与振动光谱进行比较。判断结果取决于前面研究的振动光谱。彭et al。14]使用润滑剂的实时测量,穿磨损碎片量化评估,开发了一个在线粒子计数器来定量评估设备磨损,和被认为是垃圾的总量的质量损失测试样本在评估过程中,但忽略了污染物和燃烧产物的润滑剂夸大的磨损程度。自制et al。15)使用一系列的扩张和膨胀的方法分离出9.9μ米粒子,但只集中在液体流率低于200毫升/分钟。Yilmaz和莫顿(16)使用石油碎片磁场传感器与七通道并行安排监测润滑油的金属碎片,成功分离粒子粒径为75μm - 105μ米和125μm - 150μ在不同的流率。输出检测是7倍单通道,粒度是监控。杜和哲17)提出了一种新的不对称锐化边缘的高通量粒子浓度监测的方法。这种方法对油流敏感度低,可以单独的粒子为9.94μm。该方法需要安排一系列的尖角,和监控结构更为复杂。风扇等。18)使用频分复用技术使用多个通道impedance-pulsed传感器分流术,但是每个频率必须对应一个单通道。近年来,超声驻波粒子分离技术(19- - - - - -24)出现了。使用超声驻波场的横向移动液体悬浮粒子产生的声辐射,将微米大小的悬浮粒子在连续流体,实现粒子连续分离模式使用库尔特计数方法,分离金属粒子,并满足在线监测的实时性和不要求,哲et al。25- - - - - -27)初步应用超声悬浮粒子的分离技术分离润滑油和在线监测。任等。28)用弯曲的叉指式换能器产生一个更强大和更集中的声表面波,减少能量损失的声表面波在传播。同时,这种技术已经取得了实验的成功在聚苯乙烯粒子的分离/聚酰胺(约5μ米)(29日)和血液中的细胞(10 - 100μ米)(30.在液体,但不考虑粘性对声辐射的影响,和只有两个粒子大小需要分离。我们的研究团队也开始研究气溶胶粒子的作用在微流体通道之间的声辐射和粒子(31日- - - - - -34]。朱et al。35]研究了单个属性传感器如穿传感器和监控传感器(36在线润滑油状态监测。
各种特殊功能的石油综合监测传感器提供了条件。上述工作提供新的思路和方法,研究监测和润滑油分离理论。本文的目的是分析传统和先进的监控和分离方法的进展。加上这个研究小组的研究成果,研究的重点和方向油分离工作提出了相应的研究人员提供一个指导。
2。主要监测方法的悬浮粒子的润滑油
目前,使用最广泛和有效的油监测技术是润滑油的理化指标分析(37,38)和磨损粒子分析(39]。润滑油的理化指标分析是监控设备的润滑状态监测的物理化学性质的变化程度的石油由于添加剂的丧失和衰减的基础油。根据不同的油指标,该方法主要包括原子光谱和红外光谱的方法。磨损颗粒分析方法监测润滑油的使用寿命和诊断设备故障通过改变参数,比如外观,尺寸,数量,和颜色的磨损颗粒进行润滑油,从而确定润滑油的污染程度。最后,监控设备的摩擦和故障诊断的目的。根据不同的物理参数监测粒子,该方法主要包括粒子计数方法,铁粉记录术法,电磁铁和磁检测方法。常见的润滑油监测方法及其优缺点如表所示1。
从文献分析、润滑油在线监测和实时诊断设备的健康逐渐改变从定性到定量,间接分析润滑油质量的碎片粒子的精确测量,和静态检测大流动的动态监测。从发展的角度的方法,新方法的出现主要是两个不同的路径。一个是改善现有方法,另一种是提出新的概念或原则。关键问题在润滑油在线监测技术的发展是准确测定悬浮粒子的润滑油,这促进了实时信息的获取操作的机器。测量精度取决于粒子的收集和分析。这些悬浮粒子的操纵可以基于其他相对成熟的技术,结合润滑油和悬浮粒子的特点,理论研究和实验验证,形成了一个新的在线监测理论和方法。
3所示。润滑油的分离方法
在航空航天和机械领域,外国粒子的机油会导致引擎磨损,降低引擎的生命,甚至造成重大事故。这个问题需要更有效的去除或外国粒子在石油的检测。根据不同的净化方法,传统的方法净化油主要分为物理方法、化学方法和结合方法(46]。物理方法主要包括沉积(47),过滤48],蒸馏[49),和离心50]。化学法主要是硫酸acid-bearing白土精制技术(51]。结合的方法主要是指结合的优势集成的物理方法和化学方法,可以减少污染,提高效率52]。
3.1。硫酸Acid-Bearing粘土炼油和分离
硫酸acid-bearing白土精制技术(53- - - - - -55]再生废油与更深的恶化,可以去除含硫化合物,在废油和氮的化合物,和牙龈,沥青质和沥青在使用过程中产生。再生后的石油质量改善,达到标准的基础油,但这项技术产生大量的2、酸渣、酸水,白泥渣在废润滑油的再生和带来了严重的环境污染。为了解决这些问题,国际奖学金的过程(56)通过添加丙烷用于净化油之前硫酸酸化,从而减少硫酸和粘土的数量和减少生产成本和环境的压力。白色的粘土高温精炼过程有大量白粘土等缺点,采油速度低,设备腐蚀严重,和苛刻的操作条件。针对浪费粘土土壤污染的问题,加氢补充精制技术应运而生,替换原有的硫acid-bearing粘土精制过程,已成为当前主流的废润滑油的再生过程。使用加氢补充精制技术优势,如高采油率和良好的产品质量废润滑油再生,但这项技术操作条件要求苛刻,设备投资巨大,和一个合适的氢源;因此,它的应用是有限的。目前,废润滑油再生技术主要用于修改硫酸粘土技术(57),如回收酸渣和硫酸的进给速率的变化。同时,润滑油的炼油废润滑油检测,利用一种新型的混合溶剂萃取和活性氧化铝吸附剂58),已证实,溶剂混合物可以给好效率最高的百分比。
3.2。真空蒸馏
减压蒸馏的方法(59- - - - - -62年]删除水首先通过减压蒸馏和获得一定量的润滑油馏分通过金属包含元素添加剂通常是谁的沸点高于润滑油馏分,光油和沥青等,但其闪点、粘度、酸值仍不听从医生的指导。因此,第二步需要精炼。NMP或糠醛用于删除不良组件胶体和酸性氧化物等;因此,提取更好的基础油。然而,这种方法需要很高的操作真空和高温在精馏过程中,石油是容易开裂,导致设备腐蚀造成的精制添加剂。尽管许多变量研究了在这个研究中,等其他变量混合、压力、沉降时间,温度会影响净化效果。进一步的研究需要采取这一过程来补偿。
3.3。离心分离的方法
离心方法分离提取纯油的悬浮粒子润滑剂的离心分离机(63年- - - - - -65年]。它使用一种液体分离援助有密度高于石油的密度来吸引和结合悬浮粒子。如图1受污染的石油供应,旋转离心机分离室。中央出口排放净化油分离室,和液体分离援助和分离颗粒排放的出口外分离室位于径向在中间的出口。图1显示了一个离心管的数学模型。””区域的半径决定了沉降速度。”1”和“2“液体层表面的半径在缸筒的内壁,分别。液相可以不断引入底部的入口。圆筒的转动使液相在相同的角速度旋转,和流体均匀轴向方向和外层形成。一层旁边的圆柱体,内层是一种“液相表面”,不与空气接触。离心机的加速度的作用下,输入材料的运动约束,粒子悬浮在连续液相分散在强劲的剪力和失去了专注的状态。然而,它的主要弱点在于分离效果有密切的关系与离心机转子的半径和溶剂的组成和颗粒;因此,它主要适用于离线分离。
3.4。膜分离
膜分离技术(66年- - - - - -68年使用选择性渗透膜作为分离介质。两边的驱动力的作用下的膜,在原材料方面的组件可以选择性渗透膜达到浓度、分离和纯化的润滑油。其具体的加工工艺如图2。膜分离技术(69年)是广泛应用于先进的水质和水的重用。由于杂质的润滑油粘度大,粒子穿过膜的数量非常小。在应用过程中,通常使用超滤去除水溶性盐的生产消费相同的添加剂,胶体粒子,沥青质,炭黑在浪费润滑油。近年来,聚合物有机膜由宫城et al。70年可以减少14%的极性物质和32%的氧化物在废润滑油,有效提高石油产品的质量。Bart Van der Bruggen [71年]无人机膜技术用于去除金属颗粒的含量,比美国国家基础油清洁标准。此外,增加温度和添加有机溶剂、超临界流体技术、等通常用于减少润滑油的粘度,从而增加膜过滤润滑油的浪费。虽然膜处理技术的优点少污染、操作简单、能耗低、堵塞和低效的分离通常由大型废润滑油的粘度和低过滤量。
传统分离方法只能去除杂质粒子在石油在某种程度上。然而,对于大型精密机器(如汽车引擎和战斗机),机油中的杂质粒子需要几微米;因此,传统的分离方法难以去除润滑油在真实的意义。超声分离或聚合技术有可能获得更高的选择性,准确、可靠的分析结果。因此,它具有重要意义等石油样品采用预处理技术分离和聚合。
3.5。超声分离技术
与传统的净化方法相比,超声分离技术在这一领域有广阔的应用前景的优势连续,效率高,低接触,和低污染。然而,超声分离技术不能应用微流控芯片,声辐射理论的力量;因此,有必要开发一个传感器,可以产生超声波。为了准备一个传感器能产生一个合格的声表面波的驻波场和微米大小的颗粒分离的石油,我们的团队进行相关研究和实验31日- - - - - -34]。
理论,粒子可以移动的声辐射强迫在超声领域是首先提出的国王72年)计算刚性球体的声辐射力量和相关条件的液体。这个理论后来被Yosioka和Kawasima73年为弹性球体)。目前,超声波分离技术已广泛应用于生物医学(74年- - - - - -76年和化工领域77年- - - - - -79年),生物医学和微量化学技术的影响力越来越大80年在人类社会,这种技术将出现巨大的潜在应用价值。
图3显示了一个示意图的设备分离粒子使用声表面驻波和我们研究小组的工作机制31日- - - - - -34]。两个相同的指状组合型(IDT)电极安装在压电基片。微流体通道的宽度等于半波长。微流控通道安装两个踊跃参与,因此只有一个节点之间的声表面波(看到)领域内形成微流体通道。包含外国的石油粒子然后送入管道一端使用压力变送器或蠕动泵。颗粒均匀分布在英吉利海峡时,看到不兴奋。当相同的射频信号应用于一对idt,两列锯的振幅和频率相同但相反的传播方向产生。在微通道区域,当两个波阵列叠加,生成一个单节点声表面驻波场。驻波场中的粒子由超声波辐射将集中力量节点,来分离杂质。数据所示的实验装置4(一)- - - - - -4 (c)演示了粒子的粒子浓度的影响观察之前和之后使用ultra-well-depth显微镜的应用电压,分别为润滑油在线监测提供技术平台。
(一)站气设备
应用SSAW之前(b)
应用SSAW后(c)
与传统方法相比,该方法分离外国粒子的声辐射力量受到超声驻波场中的粒子具有其独特的优势,如液体中的悬浮粒子可以很容易分离,持续、有效和无接触和低污染的特点。此外,由于高度的清洁机油具有保护功能的操作大型设备(汽车、飞机等)引擎;因此,它必须更换。超声分离技术不仅可以检测润滑油的质量,及时检查中的杂质粒子润滑剂的内容,但也可以取代二次清洁和重用的更换润滑油,清洗润滑剂可以完全满足使用技术要求。这不仅会减少磨损的杂质颗粒的机械设备,延长设备的工作时间,而且可以减少浪费,保护环境,减少污染,大大提高社会效益和经济效益。
4所示。前景和挑战
近年来,随着精密加工的发展过程和发展的各种分离方法的悬浮粒子,粒子分离技术取得突破的分离精度和应用范围。超声驻波分离方法在生物和工业领域的执行。潜力很大的关键技术应用前景监测和分离悬浮颗粒润滑油如下。(我)传统的物理和化学分离方法对石油通常是具有成本效益的、环境友好型由于其破坏原始油质量和感情在线操作,这可以作为补充和比较法来分离较小的磨屑。(2)宽带IDT功率损耗小的优点,更准确的定位,和强大的传播能力,可用于生成各种frequency-adjustable驻波。因此,设计和建造一个IDT结合底物可以提高分离效率与不同粒径粒子的微流控通道分离的更小的微粒,并提供担保。(3)由于大扰动粘性液体的微小粒子,粒子经历的力量在不同流政权有很大区别。在粘性流体粒子的力量和运动模型需要改进,以准确、全面分析粒子。力和运动状态的微流控通道实现微粒子的聚合和分离具有重要意义。(iv)开发一个高度集成、低能耗和低成本的气溶胶粒子控制装置建立一种机制,可用于大规模工业生产,这将大大提高发动机的使用寿命,并将环境保护具有重要意义。
5。结论
常规方法分离悬浮物从润滑油进行了综述。然而,由于这些传统方法的缺点,更受欢迎的在国内和国外使用超声波分离颗粒分离的方法。基于上述的几种常见方法分离的粒子,粒子未来的分离方法进行了展望。特别是对分离的效率改善和成就较小的粒子进行了展望,这将提供一个监控依据润滑油的在线监测。以其环保的特点,它将广泛应用于大规模生产机油中的杂质。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
这项工作是由中国国家自然科学基金(没有。11402101也没有。11520101001),江苏省博士后项目(没有。1501109 b),江苏大学基金会(没有。14 jdg022)。