淺談加強對水利水電工程液壓啟閉機液壓油污染度檢測的必要性

耿紅磊，孔垂雨，古小七

淺談加強對水利水電工程液壓啟閉機液壓油污染度檢測的必要性

耿紅磊，孔垂雨，古小七

（水利部水工金屬結構質量檢驗測試中心，河南 鄭州 450044）

文章分析了水利水電工程液壓啟閉機液壓系統污染物產生的原因及危害性，介紹了液壓啟閉機液壓油污染度劃分標準和檢測方法，列舉了液壓油污染度檢測實例，提出了液壓啟閉機液壓油污染度檢測的建議。

液壓啟閉機；污染危害性；等級標準；檢測方法

伴隨著液壓新材料、新技術的不斷創新和發展，液壓啟閉機應經廣泛的應用于啟閉工作閘門。水利水電工程液壓啟閉機一般由液壓系統和液壓缸組成，液壓系統包括動力裝置、控制調節裝置、輔助裝置等。液壓油污染是造成液壓系統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于液壓油中的磨料。它隨液壓油反復摩擦元件，造成元件表面逐漸損壞，滑閥配合間隙逐步增大，液壓系統內泄漏量逐漸加大；同時大顆粒污染物容易堵塞元件中的小孔和縫隙等導致液壓系統失效。污染物也會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，產生振動和噪音。根據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 突發性失效

突發性失效是當直徑較大的固體顆粒物進入液壓系統時，引起的液壓系統控制或動力系統堵塞而產生的失效。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，當大于間歇尺寸的顆粒進入閥運動的間隙時，或細小顆粒堆積到填滿間歇時會引起控制失靈導致突發性失效。

1.2 間歇性失效

液中的污染物堵塞了閥的控制油路、節流孔等，導致閥芯動作不靈活，在閥再次打開時，閥運轉正常，這種不斷在正常運轉和不正常運轉切換的失效，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導致的內泄漏量增加，降低了液壓啟閉機的工作效率和控制精度。當油液中的污染物通過各種控制和執行元件時，會加劇元件的摩擦并產生新的污染物顆粒，使液壓油的污染越來越嚴重。

2 液壓啟閉機液壓油污染度等級標準

當前水利水電工程液壓啟閉機制造、安裝及驗收的行業標準中污染度等級劃分主要引用的NAS1638《液壓系統零件的清潔度要求》和 GB/T14039《液壓傳動 油液固體顆粒污染等級代號》兩個標準。

2.1 NAS1638《液壓系統零件的清潔度要求》

NAS1638是美國國家宇航學會于1964年制定的關于液壓系統零件清潔度要求標準，該標準適用范圍為液壓系統的各零部件在儲存或裝配之前，當液壓油流經其內表面時允許的清潔度。美國NAS1638污染度等級以顆粒濃度為基礎，按100ml油液中給定的5個顆粒尺寸區間內的最大允許顆粒數劃分為14個等級，最清潔的為00級，污染度最高的為12級。

2.2 GB/T14039《液壓傳動 油液固體顆粒污染等級代號》

我國制定的GB/T14039《液壓傳動 油液固體顆粒污染等級代號》標準等效采用ISO4406。這個污染度等級標準用兩個代號表示油液的污染度。前面的代號表示100ml油液中大于5μm顆粒數的等級，后面的代號表示100ml油液中大于15μm顆粒數的等級，兩個代號間用一斜線分隔。例如，等級代號為21/18的液壓油，表示它在100ml油液內大于5μm顆粒數在10000～20000之間，大于15μm顆粒數在1300～2500之間。這種雙代號標志法說明實質性的工程問題是很科學的，因為5μm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行磨損。

表1 不同污染度標準對照表

3 液壓啟閉機污染度檢測方法

對液壓啟閉機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。

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。比色法主要是結合豐富的測量經驗，才能準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。

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 淤積指數法（肖爾丁指數）

是根據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 顆粒計數法

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

目前國內水利水電工程的液壓油污染度檢測大多采用顆粒計數法。顆粒計數法根據檢測設備是否與液壓啟閉機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管路連接起來，液壓啟閉機運行時讓管路中液壓油分流一部分到檢測儀器中，檢測儀器根據設定的采樣頻率對液壓油的污染度進行檢測。離線檢測是用干凈的取樣設備從液壓啟閉機的油箱中取出定量的液壓油，再檢測實驗室內用檢測設備對樣品污染度進行離線檢測。

現在普遍采用激光顆粒計數儀進行污染度檢測，其工作原理是根據光的散射原理測量顆粒大小的，具有測量動態范圍大、測量速度快、操作方便等優點，是一種適用面較廣的粒度儀。光在行進中遇到微小顆粒時，會發生散射。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為激光顆粒計數儀結構原理圖。

圖1 固體顆粒散射角示意圖

圖2 激光顆粒計數儀結構原理圖

4 液壓啟閉機液壓油污染度檢測實例

某大型水庫2009年完成建設，現已運行7年，其中溢洪道（6孔）、泄洪洞（1孔）和機組進水口（1孔）均采用液壓啟閉機，抽取泄洪洞、機組進水口和溢洪道2#、4#孔共4臺液壓啟閉機的液壓油進行油液污染度檢測，檢測結果見表2。

表2 液壓啟閉機油液污染度檢測數據表 單位：μm

根據檢測數據分析認為：（1）該工程液壓啟閉機除溢洪道4#外的液壓油污染度基本都處于嚴重超標階段，影響到液壓啟閉機的安全運行。根據現在水利水電工程液壓啟閉機的現狀，液壓啟閉機的污染度等級宜采用NAS7～8級，最低不應低于啟閉機制造安裝驗收標準中規定的NAS9級，建議運行管理單位對超標液壓油進行更換。（2）該工程液壓啟閉機超標污染物顆粒大小差距很大，說明該工程中不同液壓啟閉機的污染源不同。液壓系統的液壓油污染物產生的原因主要有制造裝配時殘留、外界污染物入侵和運行磨損生成三種。根據目前我國水利水電工程現狀，液壓啟閉機液壓油污染度控制的關鍵工序是工地安裝調試過程。由于現場沒有足夠沖洗設備以及監督和檢測手段，同時安裝單位和建管單位也未能對油液污染度有足夠的重視，對液壓啟閉機的安全運行構成隱患。

5 結語

綜上所述，通過對水利水電工程液壓啟閉機油液污染產生的原因及危害的研究、引用等級標準的劃分、檢測方法的探討以及某水利工程工程實例的分析，檢測和保障液壓油污染度是保障液壓啟閉機安全運行的重要手段。鑒于油液污染檢測的重要性，建議建設前期建設單位通過標書等約束手段保證安裝單位具有高壓沖洗設備和濾油設備，建設過程加強對沖洗和濾油過程的監督及安裝調試后請有檢測資質單位對液壓油進行污染度檢測。最后建議管理單位根據運行的情況制定合理的計劃進行污染度檢測，保證液壓啟閉機的安全運行。

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TV34

B

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。