船舶润滑脂的监测研究

王国松，刘云涛，吴向君，田洪祥

(1.91287部队，上海 200083;2.海军工程大学，湖北 武汉 430033)

润滑脂，主要由矿物油 (或合成润滑油)、稠化剂和添加剂调制而成，具有耐负荷性好、使用寿命长、密封性好、缓冲减震性好、不飞溅、不滴油、润滑设备简单、使用温度范围广等特点［1］，广泛应用于机械设备的摩擦部位，特别是轴承上，起润滑和密封作用。

常见的润滑脂品种有:锂基润滑脂、复合锂基润滑脂、钙基润滑脂、聚脲润滑脂等。其中，锂基润滑脂使用最为广泛，复合锂基润滑脂和聚脲润滑脂性能优越。某船机械设备所用润滑脂为某型多效锂基润滑脂。

1 与润滑脂相关故障及原因

润滑脂的缺点很明显，如散热性差、不能带走摩擦副产生的磨屑、设备运行的速度受限制、添加量既不能太多又不能太少等。据全球最大的轴承生产商Svenska Kullager－Fabriken(SKF)公司提供的数据显示，大约80%的在用滚动轴承是由润滑脂润滑的，大约50%的早期轴承失效是由于润滑不良引起的。

在脂润滑设备的运行过程中，常出现设备温度超限、震动异常、噪音异常、轴承滚动表面损坏;润滑脂锥入度、胶体安定性、热安定性等理化性能指标下降等故障。其可能原因除了设备本身及工况的原因外，如转速和负载过大，还包括:润滑脂选用不当、润滑脂量过多或是过少、润滑过程中进入了外来污染物、更换润滑脂的时间间隔不对。

因此，为了船舶机械设备的安全运行、避免重大事故的发生，合理的使用润滑脂维护规范和监测手段，及早的发现故障苗头、降低设备维修费用具有重要意义。

2 使用维护和监测

润滑脂工况监测为应用提供了有价值的信息。监测润滑脂性质的改变，有助于评估润滑脂的寿命、润滑脂质量、润滑脂性能、确定最佳更换润滑脂的间隔。而且，可以评估润滑部位的磨损状态，预测设备故障的发展趋势。对于润滑脂的用户而言，润滑脂常见分析有:工况信息收集、取样、目测、锥入度检测和磨损颗粒监测等。

2.1 工况信息收集

润滑脂的润滑能力依赖于润滑脂本身以及与外界的交互作用，所以需要尽可能多地收集有关应用工况、环境条件和润滑脂型号等方面的信息。比如:润滑脂软化可能是由于过度振动、润滑污染、填充过多所导致。

采集的信息应包括以下内容:应用对象，机器号码或代码，润滑脂名称、型号、批次和牌号，润滑脂技术规格书，最后一次加入润滑脂的时间和数量，轴承的类型和尺寸，轴承运行温度，负荷，转速，环境条件 (温度、湿度、污染物等)，密封类型 (机械密封、油封等)，轴承运行寿命，振动等。如有可能，使用新的未使用的同一批次的润滑脂。

2.2 取样

取样是极其重要的一步，操作时应小心谨慎。选用适当的工具和良好的操作规范将提高测试的准确性。步骤如下:①确保工具清洁。②样品瓶上贴标签或用笔做标识，信息包括取样时间、机器代码、轴承位置。③如果能接触到轴承，最佳的取样区域是保持架或滚动体旁;将润滑脂放入样品瓶中。如果以后还要用样品，可以适当多取一点。④如果不能接触到轴承，可使用干净的塑料管，打开润滑脂注入口，用注射器从内部吸润滑脂，在操作前，将表面硬的和脏的润滑脂清除掉。对于回转轴承，打开检查螺栓，插入管子，收集样品。管子中充满40～50mm的润滑脂，放入样品瓶中，等待分析，确保管中有5mm干净的润滑脂。润滑脂不能碰注射器，如果碰上了，这些样品与直接取自轴承的相比，代表性较差，但仍然有助于查找一些问题。⑤如果轴承座已经拆开，在取样前，观察润滑脂的颜色差异，要从颜色极度变化的地方取样。观察注入口的润滑脂是否与轴承的润滑脂有很大的不同。

对于趋势分析，每次从同一位置取样。如有可能，拍照，并取一份未受污染的新润滑脂油样。

2.3 目视检查

油样取到后，首先进行目视检查，这将给出润滑脂状态的第一个指示，用未使用过的润滑脂作为参考，检查以下几个方面。

1)光泽。如果润滑脂表面没有光泽，表明基础油可能用完了。

水工混凝土适当采用引气剂、优质粉煤灰及优化配合等措施，以改善拌和物性能，提高混凝土可泵性，减少水化热，减少裂缝产生的可能性，确保了工程质量。

2)颜色。润滑脂变黑源自轴承高温 (氧化、碳化)或固体污染。注意:一些润滑脂本来就是黑色的 (含二硫化钼和石墨的润滑脂)。

3)气味。气味的改变源自氧化。

4)纹理结构。润滑脂的纹理结构是轴承运行工况的指示。通常，在使用过程中，润滑脂的纹理结构改变很少，它应平滑，没有砂粒和团状物，出现两者中的任一个，表示润滑脂可能被污染了。

5)颜色、透明度、气味等方面都有不同，可能是由于润滑剂的混合使用，或者润滑剂和周围机器零部件所用的材料 (如黄铜保持架)不兼容引起的。

2.4 锥入度测试

2.4.1 锥入度变化的原因

锥入度是润滑脂的一个主要参数，决定了润滑脂的硬度。锥入度的选择取决于温度、速度、轴的准直度、泵可抽吸性等运行工况。例如:垂直轴排列需要高硬度的润滑脂;低温运行的情况下，需要低硬度的润滑脂等。

2.4.2 锥入度的检测方法

便携式润滑脂性能检测锥入度是将一定体积的润滑脂放在两玻璃片间，在玻璃片上放上一定质量的金属块，一定时间后移走金属块，润滑脂变形后具有一定的等效直径，与等效NLGI锥入度等级图相比较，得到所测润滑脂的锥入度。一旦选好一定锥入度的润滑脂，在使用的更换期和储存期内，锥入度变化不会太大，这与润滑脂的机械稳定性有关。

润滑脂变软 (NLGI值下降)的可能原因有:①选择的润滑脂锥入度偏小，或振动环境下，润滑脂机械稳定性不好;②滚动轴承中充入了过多的润滑脂，导致搅拌和过度的润滑脂剪切;③温度过高;④不合适的轴承保持架设计，有旋转环的情况下，充入了太多的润滑脂;⑤润滑脂中有水分;⑥相邻系统中润滑油的渗入;⑦混合了不相容的润滑脂;⑧超过保存期限。

润滑脂变硬 (NLGI值增大)的可能原因有:①超过了润滑期限，润滑脂失去了基础油或者由于持续高温作用导致的蒸发，如果变化太快是由于润滑脂质量差;②一些润滑脂在强机械力作用下会硬化;③混合了不兼容的润滑脂;④污染了大量的固体颗粒 (如碳化颗粒);⑤超过保存期限。

2.5 磨损颗粒及其它污染物检测

2.5.1 污染物的来源

受污染的润滑脂将减低轴承性能，寿命极大减少。污染来源于:①外界的污染，不良的密封导致污染物进入，脏的润滑脂枪和不良的轴承安装方法，这种污染有一些杂质如砂、水、碳尘、纤维、蒸汽等混入润滑脂;②润滑介质的污染 (相邻系统油的渗入或加入错误牌号的润滑脂);③污染润滑脂到了使用寿命的末期，形成了碳化粒子粘附在表面，促进了摩擦;④轴承磨损材料。

2.5.2 磨损颗粒的目视检测

将少量润滑脂置于两块洁净的玻璃之间，按压玻璃片使润滑脂膜变得很薄 (大约100μm)，再用便携式100倍显微镜观察。使用显微镜前，观察玻璃板，人的裸眼可以观察到40μm的颗粒。观察时，可旋转方向，在不同的位置观察。可用显微镜压住玻璃板一起转动，在润滑样上，造成剪切运动，使粒子移动或旋转。

2.5.3 磨损颗粒的发射光谱分析

文献 ［2，3，4］针对润滑脂的磨粒分析，开发出专用溶剂，建立了润滑脂的光谱分析方法。在发射光谱分析中，以铁元素浓度表征轴承的总磨损，通过连续监测，当浓度数据急剧升高时，代表滚动轴承存在异常磨损。为进一步确定磨粒的来源，将润滑脂中分离的大磨粒，进行能谱分析，通过元素浓度比，确定磨粒来源于滚道。

分析润滑脂的发射光谱仪可以是RDE(转盘电极)型，也可以是ICP(感应耦合等离子体)型。对于前者，润滑脂由于流动性差，无法直接测量，需要将其中的颗粒溶解于润滑油中;对于后者，可以将其中的颗粒溶解于水中，再分析。

2.5.4 磨损颗粒的铁谱分析

文献［5］介绍了润滑脂铁谱分析的稀释剂，分别有甲苯和异丙烷 (3∶7)混合液，甲苯、甲醇乙烷基酮和异丙烷 (1.5∶3.5∶5) 混合液，甲苯和乙烷 (3∶7)混合液，石油醚和无水乙醇 (5∶5)混合液及石油醚和甲苯 (7∶3)混合液。

上海宝钢的刘仁德对润滑脂铁谱分析进行了研究，在实际工作中，发现有不少润滑脂不能利用常见的稀释剂来溶解，无法将其中的絮状固体全部溶解，这样制出来的铁谱片的金属磨粒基本上都被絮状物覆盖，无法对其进行观察。其具体方法是:首先用玻璃棒将润滑脂混合均匀，称取1 g左右的润滑脂放入锥形瓶中，再往瓶中倒入40ml甲苯，并加入玻璃珠，在旋涡振荡器上振荡使之分散均匀，然后将锥形瓶放到磁铁上，静置一段时间后，在不使磁铁脱离瓶底的情况下倾滗出上层溶液，再依次加入甲苯、环己烷等溶剂重复以上操作，直至瓶中只剩下金属颗粒，再往瓶中加入40ml液体石蜡，振荡，使金属颗粒分散在液体石蜡中，这样就可以参照润滑油的分析方法进行铁谱分析了。因为润滑脂中磨粒的复杂性，建议联合应用分析式铁谱和旋转铁谱分析经过处理的润滑脂油样。

3 结论

润滑脂在船舶机械上的应用比较广泛，必须给予足够的重视，为更好地发挥润滑脂作用，必须注意以下几点:①添加的数量，一般为2/3至3/4之间，过多和过少均会导致不良的润滑。②定期取样，进行检查和监测。根据条件的不同，可进行简单的目视检查或复杂的光铁谱监测。③润滑脂的理化性能检测很重要，条件允许时，应进行锥入度和渗油性的检查。

［1］朱廷彬.润滑脂技术大全［M］.北京:中国石化出版社，2005:1－18.

［2］刘仁德，梁敬辉.大包回转台轴承的故障诊断研究［C］.武汉:2008青年摩擦学与表面保护学术会议，2008(05):60－62.

［3］陶德华，刘仁德.浅谈如何利用光谱和铁谱分析技术对脂润滑滚动轴承进行状态监测 ［C］.北京:第七届全国设备与维修工程学术年会，2003:406－408.

［4］刘仁德，倪正.低速重载滚动轴承的状态监测 ［J］.润滑与密封，2006(7):171－173.

［5］萧汉梁.铁谱技术及其在机械监测诊断中的应用［M］.北京:人民交通出版社，1993:71－76.