油品含水率多点实时监测系统的研制

　　众所周知,各类优良的润滑油都不允许含有水分.但是,在实际工业生产中,有一些经常与水接触的机械设备如轧钢机组、汽轮发电机组、造纸机组及船舶螺旋推进机组等,往往因密封件装配不当、磨损失效,造成冷却水侵入润滑油循环系统中导致水分进入润滑系统.如果液压循环的润滑油含有过量水分,不但会破坏油膜的形成,使循环油液搅动乳化,润滑性能下降,而且易和一些工业齿轮油中的添加剂反应而分解产生沉淀,失去了改善润滑、提高承载能力的作用,造成零件磨损加剧,甚至酿成重大设备故障,产生巨额的经济损失[1-3].

　　以钢铁公司的高速线材用精轧机和预精轧机为例,这些轧机普遍采用精密的油膜轴承作为轧辊的支承,承受繁重的轧制压力,对润滑系统的要求很高,一般都有专用的液压润滑循环站.另外,轧机轧钢过程中温度很高,需要对轧机冷却,工业上一般使用冷水冷却.又由于这类属于悬臂轧机的一对辊环在辊箱上方呈45b倾斜布置,冷却水喷淋在旋转的辊环上又飞溅在辊箱上1端面,一旦辊环轴上设置的双唇形密封圈失效,细小的水珠便渗入辊箱混入油中.在正常轧钢生产中如果不及时发现这种渗水并立刻更换密封圈,则将造成工业废水大量渗入,油液乳化,润滑状况恶化,加速油膜轴承磨损.根据钢铁生产部门估算,因上述原因所造成的经济损失每年约2 000万元.随着现代化工业日趋大型、高速、重载、自动化方向发展,对于被称为/心脏0的润滑站的管理越来越重视,要求在线、实时、准确地监测润滑系统各项技术参数日益迫切,其中包括润滑油品含水率的监测,是保证生产设备正常安全运行的重要因素.

　　1 润滑油品含水率测量原理

　　以高线轧机润滑油为例,忽略油中所含杂质的影响,含水油可近似看作纯油和纯水两种介质的混合,其有效的介电常数可用下式表示[4-6]:

　　式(1)中:Em为混合介质的介电常数;Er1为纯水的介电常数;Er2为纯油的介电常数;d为介质水的体积分数.

　　油是由多种碳氢化合物混合而成,属于非极性物质.其相对介电常数约为2.3.而水是极性物质,其相对介电常数为80左右,两者相差甚大.由式(1)可看出,混合介质的有效介电常数介于二者之间,当油中含水量变化时,混合物的介电常数将会发生变化.把电容传感器置于含水油中,且电容器的结构及外形尺寸一定时,电容量为:

　　由式(2)可知,根据测得的电容C可换算出含水率.

　　2 变介电常数式电容传感器设计

　　变介电常数式电容传感器的敏感探头为一电容器,该探头置于被测油品中,实际使用时,油品在管道中流过,将该探头作成同轴圆柱形状,设计成一段终端开路的硬同轴线.为适合测量液态物系的含水量,传感器的敏感探头的内、外电极分别作成如图所示[4,6-8]: