CN116298216A - 一种齿轮油水分在线检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种齿轮油水分在线检测系统及方法，齿轮箱外齿轮油循环管道的取样口经第一油泵、密度传感器及流量传感器与真空罐的油液入口相连通，真空罐的油液出口经第二油泵与齿轮箱外齿轮油循环管道相连通；真空泵经真空压力传感器与真空罐的抽气口相连通，过滤器的出口经干燥器与真空罐的进气口相连通；在工作时，当温度恒定时，一定压力下，气相与油相水分达到平衡时，油相中水分含量、气相中的水分含量的函数关系与真空罐中的压力相关，根据湿度传感器测得油样进入真空罐前后，气体中水分含量最终稳定的结果，计算油样的含水量w，其中，w＝(w气+C1*f(p)*v)/ρv，该系统及方法能够实现齿轮油水分的在线检测。
Description
技术领域
本发明属于化学分析领域，涉及一种齿轮油水分的在线检测系统及方法。
背景技术
风力发电用齿轮油的组分含量决定了水分易于溶解于油中，污染油品。
对于设备，在运行过程中，当有少量的水分存在于润滑油中时，为设备发生腐蚀提供了条件，易于使设备发生点蚀，进而导致设备发生泄露、部件功能弱化甚至直接破坏，同时造成金属磨料进入油中，促进油品劣化加速和破坏油品的润滑功能。
对于齿轮油，当其被水分污染时，会存在以下危害：首先会影响润滑油膜的形成，破坏油品的润滑性能；其次会加速油品劣化速度，导致酸值增加、黏度增大，产生油泥；第三是会破坏添加剂在油中分散成悬浮液的稳定性，导致添加剂的功能丧失；还会在一定条件下使细菌和霉菌在油中繁殖，这些微生物一方面改变润滑油的成分，使润滑油的理化性能和使用性能恶化，另一方面能够形成油泥堵塞输送管路，并引起油品异味、接触材料腐蚀等。
故水分一旦进入齿轮油中不仅会加速油品劣化，设备磨损，更会相互影响，加速设备磨损—油品劣化的循环，会缩短润滑油的使用周期，加速设备的磨损，严重影响设备的使用寿命。
因此，对齿轮油的水分含量进行在线检测，可及时监督油中水分含量，发现水分污染油品时，可及时采取处理措施，避免对齿轮油和设备造成不可逆转的危害，可从根本上延长油品的使用寿命，降低风机产生故障频率，为设备的安全经济运行提供保障。
现有技术中，油品中水分在线检测研究主要涉及三种原理：一是采用近红外光谱技术，二是微波技术，三是电容测量技术。红外光谱技术主要是通过检测水分的红外吸收峰，进而根据模型计算水分含量，检测灵敏度低，目前在变压器油中和运行工况好、添加剂少的润滑油中有少许使用，普遍反映准确度欠佳。对于风电用齿轮油，由于添加剂众多，在水分吸收峰位置干扰峰多，另外由于水的吸收峰较宽，使得该技术不可应用于高黏度润滑油。微波技术和电容测量技术主要是利用水和被检测主体的介电常数、介损或电容差异大的原理进行检测，多用于粮食、矿产、烟草等固体物质中水分的检测，在变压器油和原油水分检测中有少许应用，亦存在准确度欠佳的问题，对于齿轮油，不仅含有大量的极性添加剂(包括酚类、酯类、胺类、盐类及其复合类)，还各种磨损金属，均会对电容、介电常数等电参数造成明显影响，对水分检测会造成严重干扰。导致现有技术从原理上不适用于直接对风力发电用齿轮油水分进行在线检测。
发明内容
本发明的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供了一种齿轮油水分在线检测系统及方法，该系统及方法能够实现齿轮油水分的在线检测。
为达到上述目的，本发明所述的齿轮油水分自动检测控制系统包括密度传感器、流量传感器、真空罐、第一油泵、第二油泵、真空泵、真空压力传感器、过滤器、干燥器、在线水分检测控制系统以及用于检测真空罐内气体中水分浓度的湿度传感器；
齿轮箱外齿轮油循环管道的取样口经第一油泵、密度传感器及流量传感器与真空罐的油液入口相连通，真空罐的油液出口经第二油泵与齿轮箱外齿轮油循环管道相连通；
所述真空罐的外侧设置有金属浴加热装置，真空泵经真空压力传感器与真空罐的抽气口相连通，过滤器的出口经干燥器与真空罐的进气口相连通；
在线水分检测控制系统与湿度传感器、第一油泵及第二油泵相连接。
齿轮箱外齿轮油循环管道的取样口经第一油泵、密度传感器、流量传感器及第一电磁控制阀与真空罐的油液入口相连通，密度传感器、流量传感器及第一电磁控制阀与在线水分检测控制系统相连接。
真空泵经第二电磁控制阀及真空压力传感器与真空罐的抽气口相连通，真空压力传感器、真空泵、第二电磁控制阀与在线水分检测控制系统相连接。
过滤器的出口经干燥器及第三电磁控制阀与真空罐的进气口相连通，第三电磁控制阀与在线水分检测控制系统相连接。
真空罐的油液出口经第四电磁控制阀及第二油泵与齿轮箱外齿轮油循环管道相连通，第四电磁控制阀与在线水分检测控制系统相连接。
真空罐内设置有温度传感器，金属浴恒温控制系统与金属浴加热装置的控制端相连接，温度传感器及金属浴恒温控制系统与在线水分检测控制系统相连接。
真空罐的一侧设置有透光窗口，真空罐的另一侧设置有反光镜，其中，湿度传感器正对所述透光窗口。
真空罐相对于水平面倾斜50～100。
还包括进样管，其中，进样管的一端与第一电磁控制阀的出口相连通，进样管的另一端插入于真空罐内部，且进样管上位于真空罐内部分长度为1cm，端部密封，侧面水平向下100-600开孔。
本发明所述的齿轮油水分自动检测控制方法包括以下步骤：
1)通过金属浴加热装置将真空罐内部的温度加热至预设温度；通过真空泵将真空罐内的真空度控制在预设真空度后，关闭第二电磁控制阀及真空泵；
2)通过湿度传感器检测进样前真空罐内气体中的水分浓度C0；
3)通过第一油泵抽取齿轮箱外齿轮油循环管道内的油样，并经密度传感器及流量传感器输入到真空罐内，根据密度传感器及流量传感器所得数据计算进入到真空罐内油样的质量，当进入到真空罐内油样的质量m达到预设质量后，则关闭第一油泵及第一电磁控制阀；
4)真空罐内油样中的水分挥发至气相中，当湿度传感器所测气体中水分浓度稳定后，记录当前真空罐内气体中水分的浓度C1，将真空罐中气相体积与(C1-C0)相乘的结果作为油样中水分扩散到气相中的质量w气；当温度恒定时，预设压力下，气相与油相水分达到平衡时，油相中水分含量、气相中的水分含量的函数关系与真空罐中的压力相关，根据湿度传感器测得油样进入真空罐前后，气体中水分含量最终稳定的结果，计算油样的含水量w，其中，w＝(w气+C1*f(p)*v)/ρv。
本发明具有以下有益效果：
本发明所述的齿轮油水分在线检测系统及方法在具体操作时，在一定真空罐内温度及真空度下，真空罐内油样中的水分挥发至气相中，在温度和体积不变的情况下，水分在气液两相的分布关系为压力的函数，通过平衡时气相中的含水量获得液相中的含水量，并以此计算油样中水分的总量，进而结合进入真空罐的油样的质量获得齿轮油样的水分含量，实现在线自动检测齿轮油中的水分，对齿轮油的水分进行实时的在线监督，保证齿轮油中的水分含量异常时，可以及时的采取措施，避免因水分的存在导致齿轮油中的添加剂加速分解、油品劣化加速，设备腐蚀加剧等危害产生。同时也解决了风电场齿轮油取样困难，及从取样到检测过程中油样中水分易变化，测试结果不能代表本体油等问题。同时可将检测结果实施传入风电场的信息控制系统，为风电实现智慧化管理提供条件，因此本发明不仅可实现风电齿轮油中水分的在线检测，解决风电场齿轮油取样困难，从取样到实验室检测周期长导致齿轮油水分含量变化，检测结果不能代表油品运行实际的问题，而且可提高风电设备运行的安全性，大幅度降低成本和节约人工，还可为风电智慧化管理提供线上数据，实现智慧化决策。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中，1为在线水分检测控制系统、2为齿轮箱外齿轮油循环管道、3为第一油泵、4为密度传感器、5为流量传感器、6为第一电磁控制阀、7为第二油泵、8为第四电磁控制阀、9为透光窗口、10为真空罐、11为反光镜、12为金属浴加热装置、13为湿度传感器、14为第三电磁控制阀、15为干燥器、16为过滤器、17为温度传感器、18为金属浴恒温控制系统、19为真空压力传感器、20为第二电磁控制阀、21为真空泵。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，不是全部的实施例，而并非要限制本发明公开的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要的混淆本发明公开的概念。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
在附图中示出了根据本发明公开实施例的结构示意图。这些图并非是按比例绘制的，其中为了清楚表达的目的，放大了某些细节，并且可能省略了某些细节。图中所示出的各种区域、层的形状及它们之间的相对大小、位置关系仅是示例性的，实际中可能由于制造公差或技术限制而有所偏差，并且本领域技术人员根据实际所需可以另外设计具有不同形状、大小、相对位置的区域/层。
本发明的工作原理为：在一定体积的真空度和温度下，将油样中的水分挥发到一定真空度下的密闭体系中，同时保证因油样中水分的挥发对密闭体系真空度的影响微弱，不影响水分在体系内液相和气相之间的分布。通过实验室检测油样的总水分含量、真空体系注入试样前气相的水分含量、一定量样品进入真空体系且水分在气液两相达到平衡后气相和液相的水含量，得出真空体系中，气相水分含量增量与齿轮油样总水分含量的关系，通过湿度传感器在线检测真空体系下一定量样品引起的体系中气相水分含量的增量，利用气相水分含量增量和平衡时气相水分含量与齿轮油样总水分含量的关系得到齿轮油水分含量，实现齿轮油水分含量的在线检测。
参考图1，本发明所述的齿轮油水分自动检测控制系统包括在线水分检测控制系统1、齿轮箱外齿轮油循环管道2、第一油泵3、密度传感器4、流量传感器5、第一电磁控制阀6、第二油泵7、第四电磁控制阀8、透光窗口9、真空罐10、反光镜11、金属浴加热装置12、湿度传感器13、第三电磁控制阀14、干燥器15、过滤器16、温度传感器17、金属浴恒温控制系统18、真空压力传感器19、第二电磁控制阀20及真空泵21；
齿轮箱外齿轮油循环管道2的取样口经第一油泵3、密度传感器4、流量传感器5及第一电磁控制阀6与真空罐10的油液入口相连通，真空罐10的油液出口经第四电磁控制阀8及第二油泵7与齿轮箱外齿轮油循环管道2相连通；
所述真空罐10的外侧设置有金属浴加热装置12，真空罐10内设置有温度传感器17，金属浴恒温控制系统18与金属浴加热装置12的控制端相连接，真空泵21经第二电磁控制阀20及真空压力传感器19与真空罐10的抽气口相连通，过滤器16的出口经干燥器15及第三电磁控制阀14与真空罐10的进气口相连通，真空罐10的一侧设置有透光窗口9，真空罐10的另一侧设置有反光镜11，其中，湿度传感器13正对所述透光窗口9。
在线水分检测控制系统1与湿度传感器13、第三电磁控制阀14、温度传感器17及金属浴恒温控制系统18相连接。
需要说明的是，真空罐10的体积与真空罐10进油量的体积比大于等于50，真空罐10相对于水平面倾斜50～100。
还包括进样管，其中，进样管的一端与第一电磁控制阀6的出口相连通，进样管的另一端插入于真空罐10内，且进样管上位于真空罐10内部分长度约为1cm，端部密封，侧面水平向下100-600开孔。另外，在工作时，第四电磁控制阀8及第二油泵7每次持续开启60s后自动关闭，第三电磁控制阀14每次持续开启30s后自动关闭。
在工作时，根据真空压力传感器19检测真空度与预设真空度的阈值进行比较，以控制第二电磁控制阀20及真空泵21；根据进样前湿度传感器13所测湿度与预设湿度的阈值进行比较，以控制第一电磁控制阀6和第一油泵3，启动进样过程；根据密度传感器4及流量传感器5所测数据计算样品的质量，根据样品的质量与预设进样质量进行比较，以控制第一电磁控制阀6和第一油泵3，停止进样过程；根据进样后湿度传感器13所测数值的变化与预设数值变化限值进行比较，以控制第三电磁控制阀14、第四电磁控制阀8及第二油泵7，排出油样。
本发明所述的齿轮油水分自动检测控制方法包括以下步骤：
1)开启在线水分检测控制系统1，打开第一油泵3，向真空罐10注入油样，再关闭第一油泵3；打开第四电磁控制阀8及第二油泵7将真空罐10内的油样排出；
重复上述步骤，以冲洗管路，排除残留油样；
2)打开金属浴加热装置12，根据温度传感器17所测温度通过金属浴恒温控制系统18控制金属浴加热装置12，使得真空罐10内的温度在预设范围内；
3)打开第二电磁控制阀20和真空泵21，通过真空压力传感器19检测真空罐10内的真空度，并以此控制第二电磁控制阀20及真空泵21，使得真空罐10内的真空度在预设真空度范围内，然后关闭真空泵21及第二电磁控制阀20，其中，当真空压力传感器19所测真空度在5min内保持稳定后，再转至步骤4)；
4)通过湿度传感器13检测进样前真空罐10内气体中的水分浓度C0；
5)打开第一电磁控制阀6及第一油泵3，通过第一油泵3抽取齿轮箱外齿轮油循环管道2内的油样，并经密度传感器4及流量传感器5后输入到真空罐10内，根据密度传感器4及流量传感器5所得数据计算进入到真空罐10内油样的质量，当进入到真空罐10内油样的质量m达到预设质量后，则关闭第一电磁控制阀6及第一油泵3；
6)真空罐10内油样中的水分挥发至气相中，当湿度传感器所测气体中水分浓度稳定后，记录当前真空罐内气体中水分的浓度C1，将真空罐10中气相体积与(C1-C0)相乘的结果作为油样中水分扩散到气相中的质量w气。当温度恒定时，一定压力下，气相与油相水分达到平衡时，油相中水分含量、气相中的水分含量的函数关系与真空罐10中的压力相关，根据湿度传感器13测得油样进入真空罐前后，气体中水分含量最终稳定的结果，计算油样的含水量w，其中，w＝(w气+C1*f(p)*v)/ρv；
7)打开第三电磁控制阀14，使得空气通过过滤器16及干燥器15后进入真空罐10中，持续30s后，关闭第三电磁控制阀14；开启第四电磁控制阀8及第二油泵7，持续60s后，自动关闭。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求保护范围之内。
Claims (10)
1.一种齿轮油水分在线检测系统，其特征在于，包括第一油泵(3)、密度传感器(4)、流量传感器(5)、真空罐(10)、第二油泵(7)、真空泵(21)、真空压力传感器(19)、过滤器(16)、干燥器(15)、在线水分检测控制系统(1)以及用于检测真空罐(10)内气体中水分浓度的湿度传感器(13)；
齿轮箱外齿轮油循环管道(2)的取样口经第一油泵(3)、密度传感器(4)及流量传感器(5)与真空罐(10)的油液入口相连通，真空罐(10)的油液出口经第二油泵(7)与齿轮箱外齿轮油循环管道(2)相连通；
所述真空罐(10)的外侧设置有金属浴加热装置(12)，真空泵(21)经真空压力传感器(19)与真空罐(10)的抽气口相连通，过滤器(16)的出口经干燥器(15)与真空罐(10)的进气口相连通；
在线水分检测控制系统(1)与湿度传感器(13)、第一油泵(3)及第二油泵(7)相连接。
2.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，齿轮箱外齿轮油循环管道(2)的取样口经第一油泵(3)、密度传感器(4)、流量传感器(5)及第一电磁控制阀(6)与真空罐(10)的油液入口相连通，密度传感器(4)、流量传感器(5)及第一电磁控制阀(6)与在线水分检测控制系统(1)相连接。
3.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，真空泵(21)经第二电磁控制阀(20)及真空压力传感器(19)与真空罐(10)的抽气口相连通，真空压力传感器(19)、真空泵(21)及第二电磁控制阀(20)与在线水分检测控制系统(1)相连接。
4.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，过滤器(16)的出口经干燥器(15)及第三电磁控制阀(14)与真空罐(10)的进气口相连通，第三电磁控制阀(14)与在线水分检测控制系统(1)相连接。
5.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，真空罐(10)的油液出口经第四电磁控制阀(8)及第二油泵(7)与齿轮箱外齿轮油循环管道(2)相连通，第四电磁控制阀(8)与在线水分检测控制系统(1)相连接。
6.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，真空罐(10)内设置有温度传感器(17)，金属浴恒温控制系统(18)与金属浴加热装置(12)的控制端相连接，温度传感器(17)及金属浴恒温控制系统(18)与在线水分检测控制系统(1)相连接。
7.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，真空罐(10)的一侧设置有透光窗口(9)，真空罐(10)的另一侧设置有反光镜(11)，其中，湿度传感器(13)正对所述透光窗口(9)。
8.根据权利要求1所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，真空罐(10)相对于水平面倾斜50～100。
9.根据权利要求2所述的齿轮油水分自动检测控制系统，其特征在于，还包括进样管，其中，进样管的一端与第一电磁控制阀(6)的出口相连通，进样管的另一端插入于真空罐(10)内部，且进样管上位于真空罐(10)内的部分长度为1cm，端部密封，侧面水平向下100-600开孔。
10.一种齿轮油水分自动检测控制方法，其特征在于，基于权利要求2所述的齿轮油水分自动检测控制系统，包括以下步骤：
1)通过金属浴加热装置(12)将真空罐内部的温度加热至预设温度；通过真空泵(21)将真空罐(10)内的真空度控制在预设真空度后，关闭第二电磁控制阀(20)及真空泵(21)；
2)通过湿度传感器(13)检测进样前真空罐(10)内气体中的水分浓度C0；
3)通过第一油泵(3)抽取齿轮箱外齿轮油循环管道(2)内的油样，并经密度传感器(4)及流量传感器(5)输入到真空罐(10)内，根据密度传感器(4)及流量传感器(5)所得数据ρ及v计算进入到真空罐(10)内油样的质量，当进入到真空罐(10)内油样的质量m达到预设质量后，则关闭第一油泵(3)及第一电磁控制阀(6)；
4)真空罐(10)内油样中的水分挥发至气相中，当湿度传感器(13)所测气体中水分浓度稳定后，记录当前真空罐(10)内气体中水分的浓度C1，将真空罐(10)中气相体积与(C1-C0)相乘的结果作为油样中水分扩散到气相中的质量w气；当温度恒定时，在预设压力下，气相与油相水分达到平衡时，油相中水分含量、气相中的水分含量的函数关系与真空罐(10)中的压力相关，根据湿度传感器(13)测得油样进入真空罐前后，气体中水分含量最终稳定的结果，并以此计算油样的含水量w，其中，w＝(w气+C1*f(p)*v)/ρv。
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