舰艇装备油液取样技术研究

张金山，刘东风，石新发

(海军工程大学 青岛油液检测分析中心， 山东 青岛 266012)

舰艇装备油液取样技术研究

张金山，刘东风，石新发

(海军工程大学 青岛油液检测分析中心， 山东 青岛 266012)

文章结合舰艇工作环境的特殊性和舰艇装备开展油液监测工作的特点，研究了舰艇装备油液取样的基本原则，现行的取样方法以及取样位置和取样时机的确定，介绍了当前取样工作中存在的主要问题，并提出相应的解决方法，阐述了取样问题的研究方向。

舰艇装备;油液监测;润滑油取样

0 引言

油液监测技术是将采集到的设备润滑油或工作介质样品，利用光、电、磁学等手段，分析其理化指标、检测所携带的磨损和污染物颗粒，从而获得机器的润滑和磨粒状态的信息，定性和定量地描述装备的磨损状态，找出诱发因素，评价机器的工况和预测其故障，并确定故障部位、原因和类型［1］。目前油液监测实验室配有铁谱分析仪、原子发射油料光谱仪、傅立叶变换红外光谱仪及X荧光能谱仪等先进精密的仪器，形成了比较完整的仪器设备体系。但是由于摩擦学系统存在时变性和随机性，反映机械状态的代表性油样的提取会对监测结论有很大的影响，任何仪器和专家都不能对错误的油样得出装备运行状态的正确分析结果。因此，油液取样关系到油液监测的成败，需要对取样技术进行更加深入的研究。

1 取样基本原则

舰艇装备油液监测工作的开展有其特殊性:首先，舰艇长期在高温、高湿、高腐蚀的恶劣环境下工作，装备出现故障的概率相对较高;其次，航行中受到风浪的影响，船体摇晃剧烈，限制了很多精密仪器在舰艇上的使用［2］;再次，舰艇结构紧密，空间狭小，部分装备取样部位布置不合理，给监测工作造成不便;最后，出于执行任务的需要，对使用的润滑油、液压油的质量要求较高。所以在舰艇上进行取样工作既要正确反映装备运行状况，又要贴合实际，保障任务顺利完成，应该符合以下基本原则。

1)代表性原则。

取样问题的核心是油样的代表性问题，所谓油样的代表性，是指油样中固体颗粒的浓度、大小分布，油液性质与它们在装备油液系统中一致［3］。要保证取出的油样能够代表舰艇装备真实的状况，包含监测对象最大的信息量，同时尽量减少干扰性因素。

2)经济性原则。

舰艇装备对在用油质量要求高，相应价格较高，检测分析本身的成本也很高。一方面，如果取样频率过大，取样量过多，势必造成检测人力物力的浪费，甚至会影响装备的正常运行;另一方面，如果取样频率太低，取样量太少，难以及时反映舰艇装备存在的问题，不但会造成油液大量污染或品质快速下降而需大量换油，而且已有的故障会对装备造成更大的损害，导致更严重的损失。

3)协调性原则。

润滑油取样工作的进行要融入到舰艇装备使用的整个过程中，综合考虑装备运行、检修、管理等多方面因素，要与装备的使用管理规程结合起来，争取在不影响舰艇执行任务的情况下完成取样工作［4］。一般情况下取样操作可以在船坞或码头进行，取样周期可以随修程而定，但是在有故障征兆时，则要及时取样。在装备运转中取样时，要防止取样造成装备润滑系统油压的变化，避免造成不必要的损害。

2 舰艇装备油液取样实施现状

多年以来，对取样问题的研究缺乏理论数据的支撑，部分舰艇装备没有对取样点的布置进行充分论证，给日后监测造成很大不便，人员培训忽视取样知识和技能方面的培训，使很多人对取样存在错误认识。美国材料实验协会 (ASTM)制定了取样标准standard practice for manual sampling of petroleum and petroleum products和standard practice for automatic sampling of petroleum and petroleum products，国内也相应出台了《石油液体手工取样法》，这些标准对油液取样过程中涉及到的基本概念、原则、仪器设备、注意事项、不同取样方法的操作和样本处理方法等作出了十分详细的规定。

目前普遍应用的取样方法主要有两种，取样阀取样和取样器取样。取样阀取样是在选取的取样点安装专用的取样阀进行取样;取样器取样是使用专门的取样器材对油底壳、油箱或循环油柜取样。舰艇上需要进行取样的对象主要有动力装置及其各种辅助装置、发电柴油机、各支点轴承、减摇鳍、舵机、绞盘、空压机、锚机、调距桨、齿轮箱等。对各支点轴承、减摇鳍、绞盘、调距桨等采用取样器进行取样，对动力装置的辅助装置如循环水泵、滑油泵、燃油泵等采用取样阀取样，对部分装备如动力柴油机既可以采用取样器取样，也可以采用取样阀取样，要视具体情况而定。通过取样器取样时，要控制好抽取油样的位置，并避免取样管中残留的油液对后取油样的污染;通过取样阀取样时，要避免在长直管路中取样，同时要放出足量的死油，防止对油样的污染。

取样的关键在于取样位置和取样时机的确定。实践中，一般按照如下流程对舰艇装备实施润滑油取样工作:明确目的→确定对象→选择位置→确定取样方法→确定取样时机→取样→填写标签→封装。取样前最好保留新油和新油装机怠速运行15 min以后的油样，以供日后与在用油监测结果进行比较分析。明确目的时需要考虑的因素如图1所示。

图1 明确取样目的需要考虑因素示意图

取样位置的选择很大程度上决定了所取油样的代表性，它的确定受取样方法、检测目的和检测仪器等条件的制约。了解装备的磨损状况，理论上最佳的取样位置是润滑系统摩擦副后滤清器前的回油管路上一点，这里的油液含有从各摩擦副带出的最完整、最原始的磨粒;检验润滑油品质的变化，则无需一定选择上述位置，甚至要对取出的油样进行过滤和沉淀;利用原子发射光谱仪对油样进行分析，则在滤器前后取样的分析结果不会有明显差距，因为原子发射光谱分析对于大于10 μm的颗粒是不敏感的［5］。取样阀要安装在管路上油液处于紊流状态的位置，这些部位油样充分混合，颗粒比较均匀。取样器取样要避免在吸入管道和回流管路附近取，这些区域油液流动太频繁，容易产生不正常数量的杂质，也要避免在油箱底部取，或用底部放油口取样。取样点一经确定，日后取样都要在同一个取样点上，如图2所示。

取样周期的确定应考虑油液监测的目标、维修周期、维修策略、装备关键性、装备在其寿命周期的位置等因素。例如，对处在磨合阶段和剧烈磨损阶段的机械，以及处在恶劣工作环境或其工作状况与使用者的生命安全紧密相关的装备，要增加取样频率，缩短取样周期。原则上，在装备状态和油品状态开始异常和严重异常之间至少确保两个样品［6］，以防止严重故障的发生。而对处在稳定磨损阶段、工作环境良好和发生故障造成的危害、损失较小的装备，取样间隔可适当长一些。

图2 油池中固定取样位置示意图

依据以往经验，部分舰艇装备和系统的取样周期可参照表1，但在实践中，要依据具体情况灵活处理取样的时间。

表1 舰船部分装备取样周期

取样环境也会影响到油样的代表性，取样时周围环境要符合要求，避免在风雨中或者周围空气中有大量粉尘时取样，如果必须在环境状况不允许的时候取样，则应采取相应措施，在恶劣环境条件下，在取样瓶外套塑料袋以保证所取油液不受外界环境的污染。此外，补换油后也不要立刻取样，此时润滑系统中磨粒浓度被稀释，尤其是小磨粒的浓度受到较大的影响，油样代表性较差，要等系统中的磨粒浓度达到动态平衡后再取。每次取样前都要先放出一定体积的死油，避免取出的油样中含有长期积累的杂质和污染物。

取样器具主要有取样阀、取样器、取样容器、取样管等。取样阀的选用要依据安装位置、油压和油速来决定，常用的手动取样器是负压油品取样器;取样容器一般选择无色透明、半透明的洁净玻璃瓶或塑料瓶，取油时要留1/3到1/4的容积空间，以便于分析前进行加热摇匀等预处理操作，要严格控制取样容器本身的清洁度，Jim Fitch提出进行工业油品分析时，取样容器清洁度的选择应满足最小信噪比5:1［7］，且原则上取样容器的清洁度要比油样的清洁度高两个数量级［8］。

3 对策与研究趋势

随着油液监测技术在舰艇保障中的推广，对取样技术研究的重要性要有一个新的定位，改进和加深取样技术研究要从以下方面入手。

1)改进并灵活运用已有的取样方法。

如先在滤清器之后，进入装备之前取样，既可以考察滤清器对油的净化效果，又可以确认进入装备的润滑油是否合格;然后在经过装备各摩擦副之后，滤清器之前的回油管路上取样，这时如果出现异常大磨粒，则可断定装备出现异常磨损。

2)结合其他监测手段。

对当前装备润滑系统中不同的取样点进行取样，进行对比分析，判断哪个位置取出的油样较有代表性。在对某型舰船主机进行状态监测的过程中，从润滑系统的两个放油口分别取样，第一个油样的PQ值为5，第二个油样的PQ值为30，相差较大，但振动和红外监测均显示主机工作正常。经分析，第二个放油口所在位置管路冗长复杂，积存了大量死油，所得油样不能反映装备润滑油中磨损颗粒的真实情况。

3)充分发掘不断发展的新理论、新方法。

北京信息科技大学机电工程学院的王立勇等人利用灰色GM模型进行磨损量预测，形成了基于灰色建模的加密取样时刻预报方法，及时捕捉综合传动装置的异常故障征兆［9］，这种方法可以用来动态确定取样时机。程瑞琪［10］等提出了基于多元线性回归和时间序列的光谱数据处理方法，不仅有效的弥补了补换油的不确定性对光谱分析的影响，还在一定程度上为解决实践中取样时机受补换油影响提供了理论参考。对润滑系统中磨粒浓度的平衡问题研究，不仅有助于确定取样周期，也有助于寻找更合适的取样位置。

4)将润滑油取样工作与装备测试性理念统一起来。

装备测试性是指装备能及时、准确地确定其状态 (可工作、不可工作或性能下降)并隔离其内部故障的一种设计特性［11］，测试性的故障检测率、故障检测时间和虚警率等要求与油液监测对取样工作的要求本质上一致，可以把取样设计融入到装备的研制、生产和使用整个环节，并作为装备测试性度量的参考因素。

5)推进油液监测技术标准化进程，加快制定统一的取样标准，对各种装备的取样位置、取样时机及取样器材等进行统一。

由于很难存在适用于所有监测对象的通用标准，取样位置和取样时机标准的制定相对重要的是其确定方法本身而不是具体确定每型装备的取样位置和时间。随着海军舰艇装备标准化进程不断推进，针对其制定统一的取样标准具有可行性。

4 结束语

一直以来，取样技术理论的研究落后于检测仪器和监测技术手段的研究步伐，随着装备的不断发展，装备保障工作要求越来越高，油液监测准确性、有效性的要求也不断提高，取样技术作为对舰艇装备进行油液监测的前提，需要进行更加深入的研究，装备在设计生产过程中，也应当考虑到日后进行监测保障的需求，对取样位置进行充分论证，以满足装备监测的需求。

［1］杨其明，严新平，贺石中.油液监测分析现场实用技术 ［M］.北京:机械工业出版社，2006:1－2.

［2］刘东风，黎思敏，孙怡.舰用主柴油机润滑油监测技术研究与应用 ［J］.中国修船，2003(5):13－15.

［3］周文新.油液分析中的取样问题 ［J］.设备维修与管理，2008(3):51－52.

［4］杨其明.磨粒分析—磨粒图谱与铁谱技术 ［M］.北京:中国铁道出版社，2002:109－110.

［5］杨其明，严新平，贺石中，等.油液监测分析现场实用技术［M］.北京:机械工业出版社，2006:106－109.

［6］杨俊杰，陆思聪，周亚斌.油液监测技术 ［M］.北京:石油工业出版社，2009:91－94.

［7］Fitch，J.The influence of Bottle Cleanliness and Sample Agitation ［J］.Practicing Oil Analysis.1999(3):15 －18.

［8］李新国.液压系统油液取样方法 ［J］.科技创新导报，2010(17):120.

［9］王立勇，李乐.综合传动装置油液分析取样时刻预报方法 ［J］.润滑与密封，2010，35(8):84－87.

［10］程瑞琪，周美玉.基于统计与时间序列的内燃机车机油光谱数据分析与故障诊断 ［J］.铁道学报，1999，8(4):20－24.

［11］GJB 2547－1995.装备测试性大纲 ［S］.

This article introduces the basic principle of sampling，the current sampling methods，sampling location and sampling time，with the particularity working environment and the characteristics of oil monitoring for warships as well as the existing question and solutions.

vessels＇equipment;oil monitoring

U674

C

1001－8328(2012)05－0028－04

张金山 (1988-)，男，山东济南人，在读硕士研究生，研究方向为舰船动力装置状态监测、故障诊断与维修技术。

2012－04－20