摘 要

柴油机作为船舶的动力装置，其工作状态对船舶运营有非常大的影响，小则造成经济损失，大则造成严重的安全事故，因此对其进行监测非常重要。船舶柴油机机械零件的相互运动会产生摩擦，过度摩擦会造成柴油机提前报废，为了减少这种不必要的经济损失，柴油机上都装有润滑系统，润滑油的使用降低发生干摩擦的概率，大幅度提高柴油机运行的稳定性、安全性。润滑油在柴油机的油道里循环，流入摩擦运动件，由于运动零件之间的摩擦会造成磨损而产生颗粒，润滑油在这起着润滑、降温、清洗等作用，流动的润滑油会携带磨损颗粒，这些铁颗粒的产生以及润滑油的变化蕴藏着柴油机工作的信息，监测这些信息特征，可以在一定程度上诊断柴油机发生的故障原因，因此监测这些参数值就有非常重要的意义。

为了监测润滑油理化性质及铁颗粒，油液在线监测系统孕育而生。油液在线监测系统分为硬件部分和软件部分，硬件用于物理感知识别，软件用于监测读取识别，两者缺一不可。硬件部分的主要结构包括水分传感器、四合一传感器、总铁传感器、工控机等，传感器是用来感知润滑油液的水分、粘度、温度、密度、铁颗粒含量的，并将这些测量的信号转为电信号输出；工控机的作用是用于这些信号的存储、处理、记录和控制等要求的。软件部分是用C# 编程的油液监测软件，其安装在工控机上，油液监测软件具有数据录入、数据导出、历史数据查询、实时数据显示的功能，最后用网络通信技术和数据库处理技术完成油液在线监测系统的软件与硬件之间的数据通信，这样油液监测系统就可以将滑油的理化参数转化成直观的数字图像。

然而，润滑油中难免会有气泡的存在，这些气泡会影响传感器物理感知的准确性，进而影响了监测数据的真实性。目前对这种影响及其机理并没有完全了解及掌握，仍需做进一步的研究。

关键词：油液在线监测；汽轮机；传感器；气泡

Abstract

The diesel engine is responsible for the safety of the ship’s operation, so it is very important to monitor it. There will be a certain amount of friction between the mechanical parts of the diesel engine. As the number of friction increasing, there will be some damage to the integrity and service life of the diesel engine. However, the addition of a lubrication system can avoid this damage. The lubricating oil has lubrication and cleaning effect that can reduce the friction rate to a minimum, thereby assisting the more optimal operation of diesel engines and ships. The monitoring of lubricating oil and the fine particles generated by the mechanical friction carried by the lubricating oil has extremely important practical significance for the analysis of various factors that cause diesel engine failure.

Therefore, the online oil monitoring system was born to monitor the properties of lubricating oil, iron particles and other parameters. It consists of hardware and software components, which are used for physical perception recognition and monitoring reading recognition, respectively. The hardware part includes sensors, industrial control machines, etc. The sensors are used to sense the properties of the lubricating oil and the content of iron particles and convert them into electrical signals for output; the industrial control machines can store, process, record, and control information. The software part is the oil monitoring software programmed with C #, which has the functions of data entry, export, query, and real-time display. Finally, the network communication and database processing technology are used to complete the data communication between the software and hardware of the oil online monitoring system. The physical and chemical parameters of oil are converted into intuitive digital images.

However, there will inevitably be bubbles in the lubricant. These bubbles will affect the accuracy of the ship’s physical perception, which in turn will affect the authenticity of the monitoring data. At present, this effect and its mechanism are not fully understood and grasped, and further research is still needed.

Keywords:online oil monitoring; steam turbine; sensors;air bubbles

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 研究背景 1

1.2 国内外油液监测技术研究现状 2

1.3 油液监测技术的发展趋势 3

1.4 选课原因及研究内容 5

第二章 船舶柴油机油液在线监测系统设计与建造 6

2.1 摩擦磨损与故障的关系 6

2.2 油液在线监测的基本原理及常见技术 7

2.3 润滑油需要监测的参数 9

2.4 传感器介绍 9

2.4.1 水分传感器 9

2.4.2 颗粒污染度传感器 11

2.5 油液在线监测系统硬件设计 12

2.5.1 油液在线监测系统电路设计 12

2.5.2 油液在线监测系统传感器的线路连接 13

2.5.3 油液在线监测系统安装设计图 14

2.6 本章小结 15

第三章 气泡对油液在线监测系统的影响实验 16

3.1 所选油液的试验工况选择 16

3.2 进行试验 16

3.2.1 气泡形成的模拟 16

3.2.2 气泡消除装置介绍 16

3.2.3 试验过程 17

3.3 本章小结 17

第四章 实验数据记录与分析 18

4.1 介电常数的实验数据记录与分析 18

4.2 颗粒污染度的实验数据记录与分析 19

4.3 本章小结 22

第五章 总结与展望 23

5.1 总结 23

5.2 展望 23

参考文献 24

致谢 25

第一章 绪 论

1.1 研究背景

在机械设备中，有大量的摩擦副。当机械设备运行时，摩擦副之间会发生相对运动，从而导致摩擦副之间产生摩擦并进一步磨损。摩擦导致机械效率降低，其结果是能量消耗，磨损和减少了机械设备的寿命，并且材料消耗增加。Shell公司的一份报告显示，约60％的发动机机械故障和38.5％的齿轮故障是由磨损引起的，而近40％的轴承故障是由润滑不当引起的。随着现代科学和安全工程以及设备可靠性的发展，人们越来越重视。机械设备正朝着高速、重型、高性能、大型、复杂、智能、自动化设备等方向发展，这导致机械设备零件的数量显着增加和零件之间的紧密连接。提高设备可靠性和安全性的一种重要方法是减少机械设备中的摩擦副之间的摩擦和磨损，并且还通常通过用润滑油润滑机械设备的摩擦副来减少摩擦和磨损。

随着科技的进步以及生产效率的提高，在工业设备领域，人们日益希望提高机械设备的使用时间，使其维修过程更简易，提高其工作效率，正是在这种背景下，产生了油液在线监测技术。润滑油覆盖在运动部件表面产生油膜，隔开运动部件从而减轻碰撞及振动，润滑油流动时携带杂质从而清洗摩擦部件的表面。由于使用时间的增加，与空气的接触及在高温环境下工作等影响因素，都会导致润滑油液缓慢的发生氧化反应、水解反应、凝聚反应等^[1]，空气中的灰尘、微小颗粒及金属中的磨损颗粒等进入润滑油中都会使其发生变质，润滑油的粘度、闪点、酸碱性、水分值等物理化学指标都会发生变化^[2]，油液监测就是用来检测这些物理化学指标的。最初油液监测是离线式的，是在实验室完成的，而实验室通常远离油样监测地^[3]，大多数情况下，使用起来较不方便，离线式监测需要拆装设备取样油，因此耗时很长，而油液在线监测技术耗时短，和设备连接好后，短则几分钟，长则数十分钟，便解决了传统油液监测的滞后性问题，此外，在线监测方法可避免油样二次污染，例如大型柴油机需要长期工作，不能随意停机，用油液在线监测系统来分析油品的性质是很好的选择^[2]。