耿紅磊，孔垂雨，古小七

淺談加強(qiáng)對水利水電工程液壓啟閉機(jī)液壓油污染度檢測的必要性

耿紅磊，孔垂雨，古小七

（水利部水工金屬結(jié)構(gòu)質(zhì)量檢驗(yàn)測試中心，河南 鄭州 450044）

文章分析了水利水電工程液壓啟閉機(jī)液壓系統(tǒng)污染物產(chǎn)生的原因及危害性，介紹了液壓啟閉機(jī)液壓油污染度劃分標(biāo)準(zhǔn)和檢測方法，列舉了液壓油污染度檢測實(shí)例，提出了液壓啟閉機(jī)液壓油污染度檢測的建議。

液壓啟閉機(jī)；污染危害性；等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)；檢測方法

伴隨著液壓新材料、新技術(shù)的不斷創(chuàng)新和發(fā)展，液壓啟閉機(jī)應(yīng)經(jīng)廣泛的應(yīng)用于啟閉工作閘門。水利水電工程液壓啟閉機(jī)一般由液壓系統(tǒng)和液壓缸組成，液壓系統(tǒng)包括動(dòng)力裝置、控制調(diào)節(jié)裝置、輔助裝置等。液壓油污染是造成液壓系統(tǒng)的故障的最主要原因，因此對液壓油的污染度控制十分重要。

1 油液污染的危害

在液壓啟閉機(jī)液壓油污染物中，固體顆粒污染物是引起磨損的最主要的原因，固體顆粒污染物相當(dāng)于液壓油中的磨料。它隨液壓油反復(fù)摩擦元件，造成元件表面逐漸損壞，滑閥配合間隙逐步增大，液壓系統(tǒng)內(nèi)泄漏量逐漸加大；同時(shí)大顆粒污染物容易堵塞元件中的小孔和縫隙等導(dǎo)致液壓系統(tǒng)失效。污染物也會(huì)堵塞液壓泵吸油口的濾油器，造成吸油阻力過大，使液壓泵不能正常工作，產(chǎn)生振動(dòng)和噪音。根據(jù)液壓油中污染物造成的元件失效的類型，可以分為3種類型的的失效。

1.1 突發(fā)性失效

突發(fā)性失效是當(dāng)直徑較大的固體顆粒物進(jìn)入液壓系統(tǒng)時(shí)，引起的液壓系統(tǒng)控制或動(dòng)力系統(tǒng)堵塞而產(chǎn)生的失效。比如，液壓閥中的滑閥配合間隙是8～20μm，電液伺服閥和比例控制閥的配合間隙約為3μm，當(dāng)大于間歇尺寸的顆粒進(jìn)入閥運(yùn)動(dòng)的間隙時(shí)，或細(xì)小顆粒堆積到填滿間歇時(shí)會(huì)引起控制失靈導(dǎo)致突發(fā)性失效。

1.2 間歇性失效

液中的污染物堵塞了閥的控制油路、節(jié)流孔等，導(dǎo)致閥芯動(dòng)作不靈活，在閥再次打開時(shí)，閥運(yùn)轉(zhuǎn)正常，這種不斷在正常運(yùn)轉(zhuǎn)和不正常運(yùn)轉(zhuǎn)切換的失效，稱之為間歇性失效。

1.3 退化性失效

退化性失效是液壓油液中的污染物通過長期作用形成的疲勞磨損和腐蝕磨損。元件的磨損量的增大會(huì)導(dǎo)致的內(nèi)泄漏量增加，降低了液壓啟閉機(jī)的工作效率和控制精度。當(dāng)油液中的污染物通過各種控制和執(zhí)行元件時(shí)，會(huì)加劇元件的摩擦并產(chǎn)生新的污染物顆粒，使液壓油的污染越來越嚴(yán)重。

2 液壓啟閉機(jī)液壓油污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

當(dāng)前水利水電工程液壓啟閉機(jī)制造、安裝及驗(yàn)收的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中污染度等級(jí)劃分主要引用的NAS1638《液壓系統(tǒng)零件的清潔度要求》和 GB/T14039《液壓傳動(dòng) 油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)》兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。

2.1 NAS1638《液壓系統(tǒng)零件的清潔度要求》

NAS1638是美國國家宇航學(xué)會(huì)于1964年制定的關(guān)于液壓系統(tǒng)零件清潔度要求標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)適用范圍為液壓系統(tǒng)的各零部件在儲(chǔ)存或裝配之前，當(dāng)液壓油流經(jīng)其內(nèi)表面時(shí)允許的清潔度。美國NAS1638污染度等級(jí)以顆粒濃度為基礎(chǔ)，按100ml油液中給定的5個(gè)顆粒尺寸區(qū)間內(nèi)的最大允許顆粒數(shù)劃分為14個(gè)等級(jí)，最清潔的為00級(jí)，污染度最高的為12級(jí)。

2.2 GB/T14039《液壓傳動(dòng) 油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)》

我國制定的GB/T14039《液壓傳動(dòng) 油液固體顆粒污染等級(jí)代號(hào)》標(biāo)準(zhǔn)等效采用ISO4406。這個(gè)污染度等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)用兩個(gè)代號(hào)表示油液的污染度。前面的代號(hào)表示100ml油液中大于5μm顆粒數(shù)的等級(jí)，后面的代號(hào)表示100ml油液中大于15μm顆粒數(shù)的等級(jí)，兩個(gè)代號(hào)間用一斜線分隔。例如，等級(jí)代號(hào)為21/18的液壓油，表示它在100ml油液內(nèi)大于5μm顆粒數(shù)在10000～20000之間，大于15μm顆粒數(shù)在1300～2500之間。這種雙代號(hào)標(biāo)志法說明實(shí)質(zhì)性的工程問題是很科學(xué)的，因?yàn)?μm左右的顆粒易堵塞元件的縫隙，而大于15μm的顆粒已對液壓元件進(jìn)行磨損。

表1 不同污染度標(biāo)準(zhǔn)對照表

3 液壓啟閉機(jī)污染度檢測方法

對液壓啟閉機(jī)液壓油中污染物的測定方法主要有以下幾種。

3.1 目測法

目測法是用人的眼睛直接觀察液壓油液污染度的方法。由于人的眼睛能見度的有限，所以這種方法只能用于對液壓油污染度要求不高的液壓系統(tǒng)。

3.2 比色法

比色法也是目測法的一種，是把定量體積的液壓油樣品中的污染顆粒物用濾紙過濾出來，然后目測過濾液壓油后的濾紙的顏色來判斷污染度。比色法主要是結(jié)合豐富的測量經(jīng)驗(yàn)，才能準(zhǔn)確的判斷油液的污染度，因而也只能用于對液壓油污染度要求不高的液壓系統(tǒng)。

3.3 顆粒重量法

顆粒重量法是通過稱重在100ml的液壓油通過微孔尺寸為0.8μm的濾紙后殘留污染物的重量來表示液壓油污染度的方法。測定方法簡單容易，但不能反映顆粒的尺寸分布，不便于污染源的分析。

3.4 淤積指數(shù)法（肖爾丁指數(shù)）

是根據(jù)液壓油中污染物堵塞濾油器的傾向來判斷液壓油污染度的方法。這種方法對5μm以下的顆粒測定頗為有效，但對污染程度的表達(dá)不直觀，又不能反映顆粒尺寸的分布，不便于污染源的分析。

3.5 顆粒計(jì)數(shù)法

顆粒計(jì)數(shù)法是通過檢測定量體積液壓油樣品中所含的不同尺寸區(qū)間的顆粒污染物的數(shù)量來測量液壓油污染程度的方面。常用的顆粒計(jì)數(shù)法有顯微鏡法、光散射法等。

目前國內(nèi)水利水電工程的液壓油污染度檢測大多采用顆粒計(jì)數(shù)法。顆粒計(jì)數(shù)法根據(jù)檢測設(shè)備是否與液壓啟閉機(jī)連接分為在線檢測和離線檢測。在線檢測是將檢測儀器與液壓啟閉機(jī)管路連接起來，液壓啟閉機(jī)運(yùn)行時(shí)讓管路中液壓油分流一部分到檢測儀器中，檢測儀器根據(jù)設(shè)定的采樣頻率對液壓油的污染度進(jìn)行檢測。離線檢測是用干凈的取樣設(shè)備從液壓啟閉機(jī)的油箱中取出定量的液壓油，再檢測實(shí)驗(yàn)室內(nèi)用檢測設(shè)備對樣品污染度進(jìn)行離線檢測。

現(xiàn)在普遍采用激光顆粒計(jì)數(shù)儀進(jìn)行污染度檢測，其工作原理是根據(jù)光的散射原理測量顆粒大小的，具有測量動(dòng)態(tài)范圍大、測量速度快、操作方便等優(yōu)點(diǎn)，是一種適用面較廣的粒度儀。光在行進(jìn)中遇到微小顆粒時(shí)，會(huì)發(fā)生散射。大顆粒的散射角較小，小顆粒的散射角較大。儀器能接收的散射角越大，則儀器的測量下限就越低，如圖1所示。圖2為激光顆粒計(jì)數(shù)儀結(jié)構(gòu)原理圖。

圖1 固體顆粒散射角示意圖

圖2 激光顆粒計(jì)數(shù)儀結(jié)構(gòu)原理圖

4 液壓啟閉機(jī)液壓油污染度檢測實(shí)例

某大型水庫2009年完成建設(shè)，現(xiàn)已運(yùn)行7年，其中溢洪道（6孔）、泄洪洞（1孔）和機(jī)組進(jìn)水口（1孔）均采用液壓啟閉機(jī)，抽取泄洪洞、機(jī)組進(jìn)水口和溢洪道2#、4#孔共4臺(tái)液壓啟閉機(jī)的液壓油進(jìn)行油液污染度檢測，檢測結(jié)果見表2。

表2 液壓啟閉機(jī)油液污染度檢測數(shù)據(jù)表 單位：μm

根據(jù)檢測數(shù)據(jù)分析認(rèn)為：（1）該工程液壓啟閉機(jī)除溢洪道4#外的液壓油污染度基本都處于嚴(yán)重超標(biāo)階段，影響到液壓啟閉機(jī)的安全運(yùn)行。根據(jù)現(xiàn)在水利水電工程液壓啟閉機(jī)的現(xiàn)狀，液壓啟閉機(jī)的污染度等級(jí)宜采用NAS7～8級(jí)，最低不應(yīng)低于啟閉機(jī)制造安裝驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的NAS9級(jí)，建議運(yùn)行管理單位對超標(biāo)液壓油進(jìn)行更換。（2）該工程液壓啟閉機(jī)超標(biāo)污染物顆粒大小差距很大，說明該工程中不同液壓啟閉機(jī)的污染源不同。液壓系統(tǒng)的液壓油污染物產(chǎn)生的原因主要有制造裝配時(shí)殘留、外界污染物入侵和運(yùn)行磨損生成三種。根據(jù)目前我國水利水電工程現(xiàn)狀，液壓啟閉機(jī)液壓油污染度控制的關(guān)鍵工序是工地安裝調(diào)試過程。由于現(xiàn)場沒有足夠沖洗設(shè)備以及監(jiān)督和檢測手段，同時(shí)安裝單位和建管單位也未能對油液污染度有足夠的重視，對液壓啟閉機(jī)的安全運(yùn)行構(gòu)成隱患。

5 結(jié)語

綜上所述，通過對水利水電工程液壓啟閉機(jī)油液污染產(chǎn)生的原因及危害的研究、引用等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的劃分、檢測方法的探討以及某水利工程工程實(shí)例的分析，檢測和保障液壓油污染度是保障液壓啟閉機(jī)安全運(yùn)行的重要手段。鑒于油液污染檢測的重要性，建議建設(shè)前期建設(shè)單位通過標(biāo)書等約束手段保證安裝單位具有高壓沖洗設(shè)備和濾油設(shè)備，建設(shè)過程加強(qiáng)對沖洗和濾油過程的監(jiān)督及安裝調(diào)試后請有檢測資質(zhì)單位對液壓油進(jìn)行污染度檢測。最后建議管理單位根據(jù)運(yùn)行的情況制定合理的計(jì)劃進(jìn)行污染度檢測，保證液壓啟閉機(jī)的安全運(yùn)行。

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TV34

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1008-1305（2017）05-0022-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.008

2017-01-10

耿紅磊（1985年—），男，工程師。