CN108645753B - 一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置及测定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置及测定方法。目前运动粘度测定产品普遍采用水浴控温，且粘度计为固定系数，不能满足较大范围测量，误差偏大，而且绝大多数产品不能测定油品粘度指数。本发明利用郎伯‑比耳定律，通过装满油品的粘度计及润洗后空粘度计的透过率不同来判断油样过标线时刻，通过比对测试前及测量过程中透过率，实现了电力设备用油运动粘度及粘度指数高精度、全自动测量。同时，采用金属恒温浴取代传统水浴、油浴恒温池，操作及维护更加便捷，控温更精准；设置定量管及自动推进器以实现自主进样；设置压缩器加压推进填充油样，能有效减少气泡的产生；设计真空瓶排油及防倒吸挡板，排油更彻底。
Description
技术领域
本发明涉及一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置及测定方法，用于电力设备用变压器油、汽轮机油、液压油、抗燃油及齿轮油运动粘度及粘度指数的自动、准确测定。
背景技术
据中电联公布的《2017年全国电力工业统计快报数据一览表》，截止2017年末全国发电装机容量177703万千瓦，比上年末增长7.6%。其中，火电装机容量110604万千瓦，增长4.3%；水电装机容量34119万千瓦，增长2.7%；核电装机容量3582万千瓦，增长6.5%。电厂的安全运营对于经济建设有着重大影响，机组运行可靠与否直接关系电厂的安全生产和稳定供电，电力设备用油是电厂主要设备内部的血液，为设备安全运行提供绝缘、润滑、散热、调速、抗磨损等重要的作用。
粘度是当油品流动时，因油品分子间的摩擦，而产生的内部阻力的表征。通常按测定方法的不同，将其分为动力粘度、运动粘度和条件粘度三种。目前国内油品指标中普遍使用运动粘度，粘度是润滑油的一个非常重要的安全经济技术指标。油的粘度对轴颈和轴承面建立油膜和决定轴承效能及稳定特性都是非常重要的。粘度决定了油的流动能力和油支承负荷及传送热量的能力。
运动粘度通常用平氏粘度计测量，它是测定在某一恒定温度下，一定体积的油品在重力作用下，流过一个预先标定的玻璃毛细管的时间。毛细管的常数与流动时间的乘积，即为该温度下油品的粘度，以符号νt表示，单位为mm2/s。
粘度指数是表征油品粘度随温度变化特征的一个约定量值。它是通过分别测定某一油品40℃和100℃时的运动粘度，经过计算得到的一个相对值。粘度指数数值越大，表示油品粘度随温度变化越小，即粘温性越好。油品的粘温性对润滑性能有着重要的影响，因为润滑油在使用过程中，要求其粘度随温度的变化越小越好。即在高温下，能保持满足润滑需要的最低粘度；在低温时，粘度也不致过高，以免增加设备的能耗。
合适的粘度和粘度指数，是油品在设备工作温度的范围内得到良好润滑效果的可靠保证。汽轮机、发电机组所用的润滑油应具有相对低的额定粘度值，它可以减小轴承的磨擦力，并可以降低轴承的动力损失。另外，在选用汽轮机油时，不仅考虑其粘度的大小，而且在相同的条件下还应尽量选用粘度指数高的油品。即保证润滑油在转轴高速运转时，能为轴颈与轴承间提供相当丰厚的油膜，在轴颈转速低时，还应有适当的油膜强度，以最大地减小磨擦，更好地保护轴承。在发电厂中，一般3000r/min及以上的机组选用32号汽轮机油，3000r/min及以下的机组采用46号汽轮机油。汽轮机—发电机组的具体粘度等级牌号的选择、润滑系统起动前，油泵允许的最大粘度和最低油温等应遵照制造厂建议。目前，我国大机组的液压调节控制系统，一般采用机械液压和电液调节(EHC)两种工作方式，并将抗燃油作为液压调节系统、给水泵、小汽轮机、高压旁路系统的工作介质，国内外普遍使用的是46号三芳基磷酸酯抗燃油。
目前运动粘度测定国产设备普遍采用的是水浴控温，人工选择平氏粘度计，设备辅助计时最终得出结果，如申请号为201720175375.0的中国专利；有部分设备采用油浴恒温自动清洗，但需人工注油且粘度计为固定系数，不能满足较大范围测量，误差偏大；且绝大多数产品均不能测定油品粘度指数，故而开发一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置及方法是非常必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动、高精度、通用性测定的问题，而提供一种结构设计合理、测定原理可靠的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置及测定方法。
本发明解决上述问题所采用的技术方案是：一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置，包括装置本体，其特征在于，还包括电泵抽油机，微电脑控制屏，定量管及推进装置，粘度计，隔离棉及相关管道电磁阀系统，压缩瓶及推进装置，真空泵，真空瓶，排油总出口，金属恒温浴，单色光发射管，光电管接收器及信号转换系统，进样口；所述电泵抽油机、微电脑控制屏、真空泵、真空瓶、排油总出口和进样口均设置在装置本体上；所述金属恒温浴设置在装置本体内，所述隔离棉及相关管道电磁阀系统设置在金属恒温浴的外部，所述压缩瓶及推进装置与金属恒温浴相邻布置；所述粘度计位于金属恒温浴内，所述定量管及推进装置与粘度计相邻布置，所述单色光发射管设置在金属恒温浴的一侧，所述光电管接收器及信号转换系统设置在金属恒温浴的另一侧。
进一步而言，所述粘度计为平氏粘度计，所述粘度计设置有4个，4个粘度计的粘度常数均不相同。采用四根不同粘度常数的粘度计，能覆盖全部电力设备用油检测需求。
进一步而言，所述定量管及推进装置设置有4套，每一个所述粘度计均相邻布置有一套定量管及推进装置。
进一步而言，所述金属恒温浴的覆盖范围为粘度计的底部至上部扩展部分的上方。
进一步而言，所述隔离棉及相关管道电磁阀系统中包括隔离棉、管路以及阀门，所述隔离棉填充在装置本体与金属恒温浴之间；所述进样口与定量管及推进装置通过管路连接，所述定量管及推进装置通过管路分别与排油总出口以及粘度计连接，所述粘度计通过管路分别与真空泵以及压缩瓶及推进装置连接。
进一步而言，所述电泵抽油机设置在进样口处，所述电泵抽油机与定量管及推进装置之间设置有阀门，所述定量管及推进装置与排油总出口之间、以及定量管及推进装置与粘度计连接也设置有阀门；所述粘度计与真空泵之间、以及粘度计与压缩瓶及推进装置连接设置有阀门。
一种如上所述的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置的测定方法，其特征在于，所述测定方法如下：利用郎伯-比耳定律，单色光发射管将稳定的单色光穿透盛有油品的粘度计，由于充满油品的粘度计经油品润洗后透光率不同，根据测量充满油品的粘度计的透光率值，判断测试前油品是否到达粘度计的上标线以上位置；测量试验前油品润洗后粘度计的上下标线位置的透光率值，当测试时上标线透光率达到测量前透光率的98%时，开始记录时间；测试时下标线透光率达到测量前透光率的98%时，停止记录时间；以此段时间根据已选择的粘度计的粘度常数，微电脑控制屏中软件内置公式自动计算出该运动粘度值，通过上述方式测量40℃及100℃的运动粘度值，根据内置于软件中的标准计算公式自动计算出粘度指数值；同时，采用金属恒温浴更加准确的控温，采用加压及真空方式来实现自动填充油品及排油的清洗，通过多个电磁阀来改变油品流向以此实现选择不同粘度计及压力控制，采用定量管机械推拉方式进样、采用定量杯压缩加压填充油品及定量瓶抽真空排油。此外，可采用标准油进行粘度计的粘度常数校准。
进一步而言，所述光电管接收器及信号转换系统中包括：0.1cm光电管受光晶片的光源接收器，以及信号转换装置。
进一步而言，在测定方法中，采用特种玻璃定量杯压缩空气填充油样，具有消泡功能；采用真空隔板定量瓶抽真空进行排油、电泵抽油机进行进油的方式。
电力设备用油运动粘度及粘度指数测定的关键是温控的精准。温度控制准确性是运动粘度测量至关重要的环节，采用金属恒温浴装置能很好的解决这一难题，其控温精度达到0.01℃，超过标准要求±0.1℃。金属恒温浴采用微电脑控制，利用高纯度铝材料作为导热介质，以代替传统的水浴或油浴装置，具有外观精美、使用方便、精度高、体积小等特点。
恒温金属浴覆盖范围为粘度计的底部至最上部扩展部分的上方，在粘度计上部扩展部分的中心线位置、上标线及下标线位置以及毛细管下部位置设置有单色光发射小孔，正对侧设置有光电管小晶片，当油样填充进入粘度计内并恒温后，单色光发射管打开，光电管接收器开始接受信号，记录上述四个位置的透过率强度，油样压入上部扩展部分，上部扩展部分中心线处透过率达到毛细管处透过率强度98%时，停止压进油样，油开始向下流动，当上标线处透过率达到恒温时该位置透过率98%时，计时器开始计时，当下标线处透过率达到恒温时该位置透过率98%时，计时器停止计时，据此进行自动判断油样过标线的原理。本发明利用郎伯-比耳定律，原理可靠，判断准确，目前尚无利用此方法进行电力设备用油运动粘度及粘度指数测定的相关发明和报道。
设计有四根平氏粘度计，毛细管内径分别为0.8mm、1.2mm、1.2mm、2.0mm，粘度常数为0.05637mm2/s2，0.1581mm2/s2，0.2235mm2/s2，1.5835mm2/s2，满足电力设备用所涉及的各牌号油品检测需求，保证测量结果准确性。运动粘度测试软件系统内置计算公式按GB 265-1988 《石油产品运动粘度测定法和动力粘度计算法》标准要求编程，粘度指数测试软件系统内置公式按GB/T 1995-1998 《石油产品粘度指数计算法》标准要求编程。
装置本体中所有管道均采用聚四氟乙烯管，连接方式均采用硬连接，确保其能够承受要求的压力，进样口里端连接电泵装置，主要功能是抽取油样或清洁剂进入系统，而后管道一分为四，且各管道均设有电磁阀，控制管路流量开断，各管路连接相应的定量管及推进装置，由电动推进器和10毫升定量管组成；装置本体上部有进样口、侧面有出样口，出样口处连接三通管，一处接粘度计管身且设有电磁阀，一处接装置本体的排油总出口且设有电磁阀；粘度计管顶端用盖帽封死，支管连接三通管，一处接压缩瓶且前面设有电磁阀，压缩瓶由电动推进器、500毫升玻璃管（前端为出气口）组成，一处连接真空装置且前后端均设有电磁阀，真空装置由真空泵、防倒吸挡板，真空瓶（进口管插至瓶底，底部设有出口管路）组成，出油口连接总排油管道。金属恒温浴与管路及其他部件均通过隔热棉隔离。
装置本体在各粘度计外壁上中下三部分设有温度传感器，实时监控温度情况，各电磁阀控制程序，接光器信号，温度传感信号及金属恒温浴等均集成传输至屏幕电脑端进行分析及调控，微电脑采用安卓系统，并编有运动粘度计算程序及粘度指数计算程序，控制界面设有校准修正系统功能项，可用标油对各粘度计的粘度常数进行校准修正，提高设备精密度；设有粘度指数及运动粘度测试选择功能项；设有各粘度计通道选择功能项，可根据被测油样牌号合理选择符合的通道进行检查；设有管理清洗和检测功能项。
选择清洗模式，管道中所有电磁阀均为开路，在进样口处放置清洗液，装置本体自动吸入清洗液，对管道及粘度计进行冲洗，时间为1min，电泵抽油机结束抽取，移除清洗液，真空泵出口电磁阀关闭，真空泵开启，将管道及粘度计内清洗液吸入真空瓶里，2min后真空泵停止工作，出口电磁阀开启，清洗液排出。
选择检测模式，进入运动粘度及粘度指数检测选项，选择运动粘度模式，进入粘度计及温度选择项，选好相应粘度计及设置温度为40.0℃，即可点击开始按键，开始测量，将被测油样放置进样口，设备自动抽取油样，首先进行系统润洗，步骤和清洗模式一样但只针对选择的粘度计管道进行，结束后进行定量管填充及润洗，然后停止进样，定量管推进器工作，将油样送入粘度计内，恒温20min，单色光发射管及光电管接收器开启，真空装置前电磁阀关闭，压缩瓶前阀门开启，推进装置启动，油样开始缓慢进入粘度计上部扩展部分，当中心线接光器透光率达到要求，所有电磁阀均开启，压缩瓶的推进器恢复原来位置，油样开始从上部扩展部分向下流动，当上标线光电管接收器的透光率达到要求，开始计时，当下标线光电管接收器的透光率达到要求，结束计时，按上述步骤，重复测量四次，测量结束，自动算出运动粘度值。
选择检测模式，进入运动粘度及粘度指数检测选项，选择粘度指数模式，进入粘度计选择项，选好相应粘度计，即可点击开始按键，步骤与运动粘度检测一致，指数增加100℃运动粘度检测流程，结束后系统会根据40℃、100℃下的运动粘度值通过内置计算程序得出粘度指数结果。
实验全过程采用计算机控制系统对电磁阀、金属浴恒温器、单色光灯、光电管晶片、推进器、电泵、真空泵、显示屏、功能键等进行自动控制。检测过程实现自动清洗，自动进样及自动检测。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：1、开发了全新的通过透光率来判断油流动状态进行自动测定油品运动粘度及粘度指数的装置和方法。2、在同一台设备上实现四种不同粘度范围的粘度计选择，可覆盖全部电力设备用油检测要求，测量更精准。3、首次采用金属浴加热恒温技术，替代传统型水浴、油浴恒温池，具有操作简单，控温准确，体积小等优点。4、采用定量管进样装置，进样更合理，精准控制每一次进样量，实现进样全自动。5、首次采用压缩瓶增压方式填充油样，达到消泡的目的。6、采用真空排液方式，清理粘度计内液体更彻底，且设有防倒吸隔板。
附图说明
图1是本发明实施例的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置的管路布置示意图。
图2是本发明实施例的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置结构示意图。
图3是本发明实施例的平氏粘度计与金属恒温浴的位置关系结构示意图。
图1中：V-1~V-20为电磁阀；E-1~E-4为定量管及其相应的推进装置；N1~N4为平氏粘度计。
图2中：电泵抽油机1；微电脑控制屏2；定量管及推进装置3；粘度计4；隔离棉及相关管道电磁阀系统5；压缩瓶及推进装置6；真空泵7；真空瓶8；排油总出口9；金属恒温浴10；单色光发射管11；光电管接收器及信号转换系统12；进样口13。
图3中：毛细管41、上部扩展部分42、下部扩展部分43、中心线44、底部扩展部分45、管身46、支管47。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
实施例
参见图1至图3，一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置，包括装置本体，还包括电泵抽油机1，微电脑控制屏2，定量管及推进装置3，粘度计4，隔离棉及相关管道电磁阀系统5，压缩瓶及推进装置6，真空泵7，真空瓶88，排油总出口，金属恒温浴10，单色光发射管11，光电管接收器及信号转换系统12，进样口13；电泵抽油机1、微电脑控制屏2、真空泵7、真空瓶88、排油总出口和进样口13均设置在装置本体上；金属恒温浴10设置在装置本体内，隔离棉及相关管道电磁阀系统5设置在金属恒温浴10的外部，压缩瓶及推进装置6与金属恒温浴10相邻布置；粘度计4位于金属恒温浴10内，定量管及推进装置3与粘度计4相邻布置，单色光发射管11设置在金属恒温浴10的一侧，光电管接收器及信号转换系统12设置在金属恒温浴10的另一侧。
粘度计4设置有4个，4个粘度计4的粘度常数均不相同。定量管及推进装置3设置有4套，每一个粘度计4均相邻布置有一套定量管及推进装置3。金属恒温浴10的覆盖范围为粘度计4的底部至上部扩展部分的上方。
隔离棉及相关管道电磁阀系统5中包括隔离棉、管路以及阀门，隔离棉填充在装置本体与金属恒温浴10之间；进样口13与定量管及推进装置3通过管路连接，定量管及推进装置3通过管路分别与排油总出口以及粘度计4连接，粘度计4通过管路分别与真空泵7以及压缩瓶及推进装置6连接。
电泵抽油机1设置在进样口13处，电泵抽油机1与定量管及推进装置3之间设置有阀门，定量管及推进装置3与排油总出口之间、以及定量管及推进装置3与粘度计4连接也设置有阀门；粘度计4与真空泵7之间、以及粘度计4与压缩瓶及推进装置6连接设置有阀门。
上述电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的装置的测定方法如下：
1、运动粘度检测：打开设备电源，进入操作界面，选择检测模式，界面有运动粘度及粘度指数检测选项，选择运动粘度模式，进入粘度计4及温度选项，根据样品选择相应平氏粘度计N1及设置温度为40.0℃，点击确定，进入检测界面，点击开始按键，金属恒温浴10开始升温，将被测油样放置进样口13，电泵抽油机1启动，自动抽取油样，电磁阀V-1、电磁阀V-5、电磁阀V-13、电磁阀V-19和电磁阀V-20打开，其他电磁阀均关闭，进行设备管路及粘度计4的润洗，结束后电磁阀V-5关闭，电磁阀V-6开启，进行定量管填充及润洗，结束后电泵抽油机1关闭，电磁阀V-5开启，电磁阀V-6关闭，定量管及推进装置E-1中推进器启动，将油样送入平氏粘度计N1内，恒温20min，单色光发射管11及光电管接收器及信号转换系统12开启，系统自动记录各点透过率，真空泵7前电磁阀V-19关闭，压缩瓶前电磁阀V-17开启，压缩瓶及推进装置6中推进器启动，油样开始缓慢进入平氏粘度计N1的上部扩展部分42，当中心线44处接光器透光率达到毛细管41底部透过率98%时，所有电磁阀均开启，压缩瓶及推进装置6中的推进器恢复原来位置，油样开始从上部扩展部分42向下流动，当标线a接光器透光率达到开始时此处透过率98%，开始计时，当标线b接光器透光率达到开始时此处透过率98%，结束计时，按上述步骤，重复进行四次，测量结束，系统自动计算出运动粘度值。
2、粘度指数检测：打开设备电源，进入操作界面，选择检测模式，界面有运动粘度及粘度指数检测选项，选择粘度指数模式，进入粘度计4选项（粘度指数无温度选项，系统默认为40℃+100℃两种温度模块开展），根据样品选择相应平氏粘度计N1，点击确定，进入检测界面，点击开始按键，金属恒温浴10开始升温，开始40℃恒温状态下运动粘度测试，步骤同上述运动粘度检测，检测结束后，金属恒温浴10升温至100℃，恒温20min后，开始运动粘度测试，步骤同上述运动粘度检测，检测结束后系统根据测量40℃、100℃运动粘度值判别自动套用公式计算出粘度指数。
3、清洗模式：打开设备电源，进入操作界面，选择清洗模式，管道中所有电磁阀均为开启，在进样口13处放置清洗液（石油醚），电泵抽油机1启动，自动吸入清洗液，对管道及粘度计4进行冲洗，时间为1min，电泵抽油机1停机，移除清洗液，真空泵7出口电磁阀V-20关闭，真空泵7开启，将管道及粘度计4内清洗液吸入真空瓶8里，2min后真空泵7停止工作，出口电磁阀V-20开启，清洗液从排油总出口9流出。
虽然本发明以实施例公开如上，但其并非用以限定本发明的保护范围，任何熟悉该项技术的技术人员，在不脱离本发明的构思和范围内所作的更动与润饰，均应属于本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的方法，测定装置包括装置本体，其特征在于，还包括电泵抽油机，微电脑控制屏，定量管及推进装置，粘度计，隔离棉及相关管道电磁阀系统，压缩瓶及推进装置，真空泵，真空瓶，排油总出口，金属恒温浴，单色光发射管，光电管接收器及信号转换系统，进样口；所述电泵抽油机、微电脑控制屏、真空泵、真空瓶、排油总出口和进样口均设置在装置本体上；所述金属恒温浴设置在装置本体内，所述隔离棉及相关管道电磁阀系统设置在金属恒温浴的外部，所述压缩瓶及推进装置与金属恒温浴相邻布置；所述粘度计位于金属恒温浴内，所述定量管及推进装置与粘度计相邻布置，所述单色光发射管设置在金属恒温浴的一侧，所述光电管接收器及信号转换系统设置在金属恒温浴的另一侧；
所述隔离棉及相关管道电磁阀系统中包括隔离棉、管路以及阀门，所述隔离棉填充在装置本体与金属恒温浴之间；所述进样口与定量管及推进装置通过管路连接，所述定量管及推进装置通过管路分别与排油总出口以及粘度计连接，所述粘度计通过管路分别与真空泵以及压缩瓶及推进装置连接；
所述电泵抽油机设置在进样口处，所述电泵抽油机与定量管及推进装置之间设置有阀门，所述定量管及推进装置与排油总出口之间、以及定量管及推进装置与粘度计连接也设置有阀门；所述粘度计与真空泵之间、以及粘度计与压缩瓶及推进装置连接设置有阀门；
测定方法如下：利用郎伯-比耳定律，单色光发射管将稳定的单色光穿透盛有油品的粘度计，由于充满油品的粘度计经油品润洗后透光率不同，根据测量充满油品的粘度计的透光率值，判断测试前油品是否到达粘度计的上标线以上位置；测量试验前油品润洗后粘度计的上下标线位置的透光率值，当测试时上标线透光率达到测量前透光率的98%时，开始记录时间；测试时下标线透光率达到测量前透光率的98%时，停止记录时间；以此段时间根据已选择的粘度计的粘度常数，微电脑控制屏中软件内置公式自动计算出该运动粘度值，通过上述方式测量40℃及100℃的运动粘度值，根据内置于软件中的标准计算公式自动计算出粘度指数值；同时，采用金属恒温浴更加准确的控温，采用加压及真空方式来实现自动填充油品及排油的清洗，通过多个电磁阀来改变油品流向以此实现选择不同粘度计及压力控制，采用定量管机械推拉方式进样、采用定量杯压缩加压填充油品及定量瓶抽真空排油。
2.根据权利要求1所述的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的方法，其特征在于，所述粘度计为平氏粘度计，所述粘度计设置有4个，4个粘度计的粘度常数均不相同。
3.根据权利要求2所述的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的方法，其特征在于，所述定量管及推进装置设置有4套，每一个所述粘度计均相邻布置有一套定量管及推进装置。
4.根据权利要求1所述的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的方法，其特征在于，所述金属恒温浴的覆盖范围为粘度计的底部至上部扩展部分的上方。
5.根据权利要求1所述的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的方法，其特征在于，所述光电管接收器及信号转换系统中包括：0.1cm光电管受光晶片的光源接收器，以及信号转换装置。
6.根据权利要求1所述的电力设备用油运动粘度及粘度指数全自动测定的方法，其特征在于，采用特种玻璃定量杯压缩空气填充油样，具有消泡功能；采用真空隔板定量瓶抽真空进行排油、电泵抽油机进行进油的方式。
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