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中文譯文
刮板輸送機(jī)減速器在線油潤(rùn)滑傳感器的發(fā)展
文摘：描述的是在線油污染傳感器被用于監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)減速器的N320潤(rùn)滑劑。這個(gè)傳感器可以檢測(cè)關(guān)于潤(rùn)滑劑的NAS污染水平和提示更換潤(rùn)滑油當(dāng)油污染水平超過(guò)L-ckc型工業(yè)封閉齒輪油的指標(biāo)。本文介紹了傳感器的設(shè)計(jì)要求，作業(yè)原則，波長(zhǎng)選擇，機(jī)械結(jié)構(gòu)的選擇設(shè)計(jì)和測(cè)試校準(zhǔn)。該傳感器的缺點(diǎn)和相關(guān)解決方案也都在文章中被提到。
關(guān)鍵詞：同步傳感器，機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，油污染，傳感器校準(zhǔn)，光纖，刮板輸輸送機(jī)
一、引言
磨損與潤(rùn)滑是機(jī)械設(shè)備故障或重大損害的主要原因。殼牌公司最新的研究數(shù)據(jù)顯示，約35％的運(yùn)行故障和38.5％的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)齒輪故障是由于發(fā)生不當(dāng)潤(rùn)滑. 粒子是石油污染的主要來(lái)源。在目前，檢測(cè)中的應(yīng)用中使用的油工業(yè)，是基于早期的光譜分析和鐵譜分析，并使用脫機(jī)的方法，不能滿足要求的現(xiàn)代產(chǎn)業(yè)為狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷。因此，要發(fā)展一種在線石油污染探測(cè)器，可以提醒操作人員采取過(guò)濾設(shè)備和更換油時(shí)，油污染水平高于規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。其中方面用光學(xué)方法測(cè)量多種檢測(cè)技術(shù)在石油污染，具有非接觸、實(shí)時(shí)和在線測(cè)量的優(yōu)勢(shì)。
二、工作原理
該傳感器的原理是基于光學(xué)吸收法。它使用的光纖傳輸介質(zhì)，具有許多優(yōu)點(diǎn)，如反干擾、不受溫度和電磁干擾。只有存在于油下設(shè)備的正常磨損狀態(tài)的小顆粒，在很短的期的時(shí)間大量的出現(xiàn)磨損顆粒可能損壞設(shè)備。因此，在線監(jiān)測(cè)濃度和顆粒大小的磨損潤(rùn)滑劑可以有效地防止故障發(fā)生。石油事業(yè)的性質(zhì)和顆粒在磨損方面分為三類：精神磨損顆粒，既是摩擦的設(shè)備和產(chǎn)品的一個(gè)重要故障指示；嚴(yán)重磨損；非金屬磨損和故障燃燒產(chǎn)生的粒子，在密封和過(guò)濾裝置；環(huán)境污染物顆粒，包括空氣，特別是在各種顆粒出現(xiàn)在開(kāi)放式系統(tǒng)，其中的污染水平高，污染物通常存在的氧化物。這些粒子的大小是介于1-40微米，和那些20-30微米有更大的影響設(shè)備，而那些低于1微米，沒(méi)有影響該設(shè)備。因此140微米之間的粒子的大小對(duì)傳感器應(yīng)是最敏感的。在石油的懸浮微粒對(duì)石油的光學(xué)性能有顯著影響。濁度可用于描述光線影響的粒子透光性質(zhì)的油。連接之間的濁度和污染程度允許此水平為半定量測(cè)量確定濁度。圖1顯示了光學(xué)原理圖光纖傳感器。從半導(dǎo)體光發(fā)射激光穿過(guò)光纖及光纖準(zhǔn)直器，然后進(jìn)入油池。該光子探測(cè)器收集和傳播反映和轉(zhuǎn)化，使它們成為電壓， 傳達(dá)污染，固體顆粒在油池中的信息。
三、原理
當(dāng)光線穿過(guò)的石油，其中包含污染物，光的一部分，得到分散， 其它吸收。當(dāng)一束平行單色光的強(qiáng)度，穿過(guò)油，其強(qiáng)度, 得到減少到作為一個(gè)L函數(shù)的穿透深度，隨著Lambert法律如下：
這是Lambert定律在媒體的數(shù)學(xué)表達(dá)式，是同質(zhì)被吸收系數(shù)。當(dāng)介質(zhì)被解決時(shí)，其吸收系數(shù)和c成正比：
凡是一個(gè)獨(dú)立的常數(shù)濃度只有決定的分子特色吸波材料 。我們可以得到以下公式：
這個(gè)公式是beer定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。 假設(shè)粒子是懸浮的，在油中分散均勻的粒子散射模型可以被看作是一個(gè)二維不透明磁盤。 所有入射光的吸收，衰減系數(shù)可寫為：
其中K是消光系數(shù)，表明是一個(gè)相對(duì)于媒體功能顆粒大小，波長(zhǎng)和折射率粒子; N是濃度，D是顆粒直徑，是光粒子面臨的截面積。
總結(jié)上面三個(gè)公式，在不同的粒子一個(gè)多粒子系統(tǒng)，可以得到：
其中m是粒子數(shù)與直徑到周圍介質(zhì)的相對(duì)折射率。表示的比例顆粒，頻率的關(guān)系重量和粒徑分布表示如下：
從而可以得到這樣的公式單一波長(zhǎng)：
從上面兩個(gè)公式中我們可以看到單分散粒子系統(tǒng)時(shí)滲透深度是固定的，其價(jià)值正比于粒子的數(shù)目濃度，從而也正比于粒子的重量濃度，即顆粒的重量濃度可以間接地通過(guò)測(cè)量和石油污染的程度再這樣來(lái)確定。
四、波長(zhǎng)選擇
光是光子某些依賴于波長(zhǎng)的能量。分子和原子對(duì)應(yīng)不同的能級(jí)構(gòu)成物質(zhì)的不同運(yùn)動(dòng)模式。當(dāng)光從油中穿行的時(shí)候，油分子吸收這些能量是量子化的水平，這樣的吸收光子可以激發(fā)分子的轉(zhuǎn)動(dòng)或振動(dòng)模式，或者電子的能量水平。該波長(zhǎng)的光應(yīng)符合適用的傳感器條件如下：（1）敏感的固體粒子在石油。（2）利用光的吸收率石油仍然基本上保持在附近一帶選定的波長(zhǎng)。（3）衰變率應(yīng)該低當(dāng)光線穿過(guò)油。
一般來(lái)說(shuō)，顆粒之間的5-30微米具有最危險(xiǎn)的污染。據(jù)光吸收和散射理論，我們可以看到，吸收和散射的石油是最強(qiáng)的光當(dāng)粒子的大小比波長(zhǎng)的光線大約是10。為了使所選擇的波長(zhǎng)光敏感，這些污染物，波長(zhǎng)0.5 -5微米應(yīng)被選中。這種輕波長(zhǎng)，透射率曲線，得到了搭配和使用不同類型的油樣340記錄分光光度計(jì)，所示圖2。左邊的面板是透光曲線5個(gè)油樣之間的波長(zhǎng)0.4-1微米而正確的對(duì)應(yīng)1.0-2.2波長(zhǎng)微米我們可以從圖中看到的透過(guò)率樣本曲線的5個(gè)石油，這是同樣的行為決定由石油共同特征。該依賴于波長(zhǎng)的透過(guò)率顯示該系數(shù)是波長(zhǎng)吸收功能。該曲線的出發(fā)點(diǎn)是從每個(gè)轉(zhuǎn)移另外，因?yàn)椴煌念伾吞砑觿┦皖悺Ｎ覀円部梢詮膱D2中看到的變化率樣品透過(guò)率時(shí)的五個(gè)石油波長(zhǎng)介于0.4 -0.7微米大，而波長(zhǎng)在0.7 - 0.9微米，透過(guò)率是相對(duì)穩(wěn)定。范圍0.9 – 1微米之間的波長(zhǎng)透光率有明顯的波動(dòng)。該透過(guò)率已在1.2微米和2的吸收峰1.4微米，這是因?yàn)槭偷墓残越Y(jié)構(gòu)，提出和由兩個(gè)元素，即碳?xì)錃?。上述分析表明，?dāng)波長(zhǎng)為0.7-0.9微米之間，透射相對(duì)穩(wěn)定和較大，結(jié)合典型轉(zhuǎn)移窗口的光纖，最終光波長(zhǎng)的測(cè)試是確定為850納米。
五、該傳感器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
該傳感器主要是用于在線監(jiān)測(cè)煤礦石油污染的刮板輸送機(jī)減速器。為此，傳感器嵌入在減速器的箱體，為了防止在粒子石油從時(shí)間上積累的玻璃擋板可能導(dǎo)致不準(zhǔn)確的測(cè)量，內(nèi)部玻璃擋板必須定期清理。 該傳感器的機(jī)械結(jié)構(gòu)如下：
1-纖維 2-光電探測(cè)器線程 3-拉澤 4-法蘭 5-內(nèi)芯 6-外壁上鞘 7-密封套 8-緊固螺母 9-密封環(huán) 10-緊固帶 11-石英玻璃擋板 12-密封圈 13-引線腔14-石英玻璃 15-探測(cè)器16-下壁的外觀 17-方向鞘18-內(nèi)芯19-鞘 20-內(nèi)芯
解釋了傳感器的結(jié)構(gòu)： 1.該傳感器的主要結(jié)構(gòu)是由內(nèi)核心，外鞘和密封護(hù)套; 2.內(nèi)在的核心是由緊固螺栓連接起來(lái)四個(gè)部分。 石英玻璃擋板構(gòu)成左，右擋油池是安裝在內(nèi)部的核心; 3.外部護(hù)套是由上下;外部油可以流過(guò)洞池測(cè)量外部護(hù)套成油。通過(guò)在與結(jié)合下壁的外部護(hù)套，密封鞘內(nèi)核可以是分開(kāi)外國(guó)的石油，使內(nèi)核可以取出了石英玻璃擋板被清潔。
六、試驗(yàn)標(biāo)定
使用顆粒計(jì)數(shù)器校準(zhǔn)不同油污染的程度是同位根據(jù)該方法重量法。把油到傳感器和測(cè)量輸出信號(hào)對(duì)應(yīng)于不同程度的石油和信號(hào)油點(diǎn)改變。
由于N320潤(rùn)滑劑廣泛用于減速機(jī)重型機(jī)器的煤礦，它可以用來(lái)作為不同配置的基潤(rùn)滑劑油污染的程度。目前NAS1638污染標(biāo)準(zhǔn)被廣泛使用。首先，它可以從表1可見(jiàn)，該上限的固體石油污染粒子在百分之0.5。根據(jù)表2，我們也可以看到，重量百分之0.5對(duì)應(yīng)NAS18污染程度。共13種石油與石油從NAS8污染度NAS20是搭配。
NAS1638污染標(biāo)準(zhǔn)完全有14個(gè)污染程度由NAS00到NAS12;的比例顆粒濃度水平相鄰的兩個(gè)是2。所以當(dāng)污染水平高于12，外推法可用于決定它的污染水平和機(jī)械設(shè)備中使用的石油開(kāi)采遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于NAS12，所以我們可以只使用方法解決這個(gè)問(wèn)題[8]。
表一. L-CKC工業(yè)閉式齒輪油的交換標(biāo)準(zhǔn)（SH/T0586）
項(xiàng)目
交換石油標(biāo)準(zhǔn)
儀表
異常
運(yùn)動(dòng)粘度（40 °）的變化率/％>
+15或-20
水分/％
0.5
機(jī)械雜質(zhì)/％
0.5
銅片腐蝕（100,3h）/程度大等于
3b
可行值
133.4
表二.重污染標(biāo)準(zhǔn)
污染程度（NAS1638）
12
13
14
15
16
mg/1000ml
50
100
200
400
800
污染程度（NAS1638）
17
18
19
20
mg/1000ml
1600
3200
6400
12800
12800
七、油校準(zhǔn)
校準(zhǔn)樣品的潤(rùn)滑油與反粒子重量法搭配并得到了他們準(zhǔn)確的污染程度。但校準(zhǔn)將有以下問(wèn)題：
1.該原油粘度用于粒子計(jì)數(shù)器應(yīng)介于10和15，而N320不符合本規(guī)定的粘度
2.上限的測(cè)試油污染程度由粒子計(jì)數(shù)器是NAS12。這個(gè)問(wèn)題是可以解決的污染低的油，但是這可能會(huì)導(dǎo)致高污染程度的油有較大的誤差。
對(duì)于問(wèn)題1，搭配的石油和石油醚按不同比例，用粘度計(jì)測(cè)量混合物粘度得出結(jié)論，當(dāng)石油和石油醚滿足3:1的比例，混合粘度符合粒子計(jì)數(shù)器的要求。
對(duì)于問(wèn)題2，選擇四個(gè)13號(hào)污染程度為NAS12，NAS14，NAS16，NAS18的樣本，使用粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量。，如果污染程度粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量是它的標(biāo)稱水平，同樣它表明，使用粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量的石油搭配的污染與重量法測(cè)定一致。否則，如果某些規(guī)則可以被測(cè)量結(jié)果證明，其他油樣的實(shí)際污染程度可以推測(cè)使用這個(gè)法則。
從4油樣品的測(cè)量結(jié)果，我們可以看到，污染程度由粒子計(jì)數(shù)器測(cè)量的結(jié)果比重量法搭配的油樣高兩個(gè)水平。按照13種潤(rùn)滑油污染實(shí)際水平的法則，可知是從NAS22到NAS10相應(yīng)的換油點(diǎn)的污染程度是NAS20。
用傳感器衡量搭配使用的油污染。在測(cè)量過(guò)程中，從半導(dǎo)體激光通過(guò)光纖傳播，光纖準(zhǔn)直器，油和最后到達(dá)該探測(cè)器表面。?通過(guò)測(cè)量光探測(cè)器輸出的電壓，我們可以得到從NAS10信息NAS22污染程度，如表3所示。
表三.透光試驗(yàn)數(shù)據(jù)
NAS污染程度
10
11
12
13
14
15
16
輸出電壓（mv）
402
401
401
401
401
401
400
NAS污染程度
17
18
19
20
21
22
輸出電壓（mv）
398
392
390
368
357
338
338
數(shù)據(jù)分析可以看出從圖4：
1.該探測(cè)器的輸出電壓值基本不變，是同一個(gè)比較干凈的油。這表明，石油的粒子阻斷光線當(dāng)油污染程度低于NAS16可以忽略不計(jì)的。
2.該探測(cè)器的輸出電壓明顯下降時(shí)測(cè)量上述NAS17油污染程度。這表明，這個(gè)污染程度光明顯被阻塞。對(duì)不斷變化的油污染的程度的臨界點(diǎn)就是NAS20點(diǎn)，所以時(shí)用這點(diǎn)來(lái)衡量的。
圖4. 該探測(cè)器對(duì)應(yīng)到NAS污染程度的輸出電壓
八、結(jié)論
以上描述了油潤(rùn)滑的傳感器。測(cè)量原理，波長(zhǎng)，機(jī)械設(shè)計(jì)特點(diǎn)，試油，傳感器的校準(zhǔn)和標(biāo)定數(shù)據(jù)分析進(jìn)行了說(shuō)明。可以從數(shù)據(jù)看到，改變油點(diǎn)是衡量標(biāo)準(zhǔn)它是證明該傳感器能否滿足刮板輸送機(jī)齒輪減速器同步油污染檢測(cè)的關(guān)鍵。不過(guò)，該傳感器也有一些缺點(diǎn)，例如，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期使用油的顏色會(huì)改變會(huì)影響透光率，導(dǎo)致測(cè)量誤差。該測(cè)試是在室溫下進(jìn)行，與實(shí)際狀況不符，由于油溫的變化影響了傳輸速率。因此，下一步將是研究如何消除油溫度和顏色的影響，以提高傳感器的精度。