浅谈加强对水利水电工程液压启闭机液压油污染度检测的必要性

耿红磊，孔垂雨，古小七

浅谈加强对水利水电工程液压启闭机液压油污染度检测的必要性

耿红磊，孔垂雨，古小七

（水利部水工金属结构质量检验测试中心，河南 郑州 450044）

文章分析了水利水电工程液压启闭机液压系统污染物产生的原因及危害性，介绍了液压启闭机液压油污染度划分标准和检测方法，列举了液压油污染度检测实例，提出了液压启闭机液压油污染度检测的建议。

液压启闭机；污染危害性；等级标准；检测方法

伴随着液压新材料、新技术的不断创新和发展，液压启闭机应经广泛的应用于启闭工作闸门。水利水电工程液压启闭机一般由液压系统和液压缸组成，液压系统包括动力装置、控制调节装置、辅助装置等。液压油污染是造成液压系统的故障的最主要原因，因此对液压油的污染度控制十分重要。

1 油液污染的危害

在液压启闭机液压油污染物中，固体颗粒污染物是引起磨损的最主要的原因，固体颗粒污染物相当于液压油中的磨料。它随液压油反复摩擦元件，造成元件表面逐渐损坏，滑阀配合间隙逐步增大，液压系统内泄漏量逐渐加大；同时大颗粒污染物容易堵塞元件中的小孔和缝隙等导致液压系统失效。污染物也会堵塞液压泵吸油口的滤油器，造成吸油阻力过大，使液压泵不能正常工作，产生振动和噪音。根据液压油中污染物造成的元件失效的类型，可以分为3种类型的的失效。

1.1 突发性失效

突发性失效是当直径较大的固体颗粒物进入液压系统时，引起的液压系统控制或动力系统堵塞而产生的失效。比如，液压阀中的滑阀配合间隙是8～20μm，电液伺服阀和比例控制阀的配合间隙约为3μm，当大于间歇尺寸的颗粒进入阀运动的间隙时，或细小颗粒堆积到填满间歇时会引起控制失灵导致突发性失效。

1.2 间歇性失效

液中的污染物堵塞了阀的控制油路、节流孔等，导致阀芯动作不灵活，在阀再次打开时，阀运转正常，这种不断在正常运转和不正常运转切换的失效，称之为间歇性失效。

1.3 退化性失效

退化性失效是液压油液中的污染物通过长期作用形成的疲劳磨损和腐蚀磨损。元件的磨损量的增大会导致的内泄漏量增加，降低了液压启闭机的工作效率和控制精度。当油液中的污染物通过各种控制和执行元件时，会加剧元件的摩擦并产生新的污染物颗粒，使液压油的污染越来越严重。

2 液压启闭机液压油污染度等级标准

当前水利水电工程液压启闭机制造、安装及验收的行业标准中污染度等级划分主要引用的NAS1638《液压系统零件的清洁度要求》和 GB/T14039《液压传动 油液固体颗粒污染等级代号》两个标准。

2.1 NAS1638《液压系统零件的清洁度要求》

NAS1638是美国国家宇航学会于1964年制定的关于液压系统零件清洁度要求标准，该标准适用范围为液压系统的各零部件在储存或装配之前，当液压油流经其内表面时允许的清洁度。美国NAS1638污染度等级以颗粒浓度为基础，按100ml油液中给定的5个颗粒尺寸区间内的最大允许颗粒数划分为14个等级，最清洁的为00级，污染度最高的为12级。

2.2 GB/T14039《液压传动 油液固体颗粒污染等级代号》

我国制定的GB/T14039《液压传动 油液固体颗粒污染等级代号》标准等效采用ISO4406。这个污染度等级标准用两个代号表示油液的污染度。前面的代号表示100ml油液中大于5μm颗粒数的等级，后面的代号表示100ml油液中大于15μm颗粒数的等级，两个代号间用一斜线分隔。例如，等级代号为21/18的液压油，表示它在100ml油液内大于5μm颗粒数在10000～20000之间，大于15μm颗粒数在1300～2500之间。这种双代号标志法说明实质性的工程问题是很科学的，因为5μm左右的颗粒易堵塞元件的缝隙，而大于15μm的颗粒已对液压元件进行磨损。

表1 不同污染度标准对照表

3 液压启闭机污染度检测方法

对液压启闭机液压油中污染物的测定方法主要有以下几种。

3.1 目测法

目测法是用人的眼睛直接观察液压油液污染度的方法。由于人的眼睛能见度的有限，所以这种方法只能用于对液压油污染度要求不高的液压系统。

3.2 比色法

比色法也是目测法的一种，是把定量体积的液压油样品中的污染颗粒物用滤纸过滤出来，然后目测过滤液压油后的滤纸的颜色来判断污染度。比色法主要是结合丰富的测量经验，才能准确的判断油液的污染度，因而也只能用于对液压油污染度要求不高的液压系统。

3.3 颗粒重量法

颗粒重量法是通过称重在100ml的液压油通过微孔尺寸为0.8μm的滤纸后残留污染物的重量来表示液压油污染度的方法。测定方法简单容易，但不能反映颗粒的尺寸分布，不便于污染源的分析。

3.4 淤积指数法（肖尔丁指数）

是根据液压油中污染物堵塞滤油器的倾向来判断液压油污染度的方法。这种方法对5μm以下的颗粒测定颇为有效，但对污染程度的表达不直观，又不能反映颗粒尺寸的分布，不便于污染源的分析。

3.5 颗粒计数法

颗粒计数法是通过检测定量体积液压油样品中所含的不同尺寸区间的颗粒污染物的数量来测量液压油污染程度的方面。常用的颗粒计数法有显微镜法、光散射法等。

目前国内水利水电工程的液压油污染度检测大多采用颗粒计数法。颗粒计数法根据检测设备是否与液压启闭机连接分为在线检测和离线检测。在线检测是将检测仪器与液压启闭机管路连接起来，液压启闭机运行时让管路中液压油分流一部分到检测仪器中，检测仪器根据设定的采样频率对液压油的污染度进行检测。离线检测是用干净的取样设备从液压启闭机的油箱中取出定量的液压油，再检测实验室内用检测设备对样品污染度进行离线检测。

现在普遍采用激光颗粒计数仪进行污染度检测，其工作原理是根据光的散射原理测量颗粒大小的，具有测量动态范围大、测量速度快、操作方便等优点，是一种适用面较广的粒度仪。光在行进中遇到微小颗粒时，会发生散射。大颗粒的散射角较小，小颗粒的散射角较大。仪器能接收的散射角越大，则仪器的测量下限就越低，如图1所示。图2为激光颗粒计数仪结构原理图。

图1 固体颗粒散射角示意图

图2 激光颗粒计数仪结构原理图

4 液压启闭机液压油污染度检测实例

某大型水库2009年完成建设，现已运行7年，其中溢洪道（6孔）、泄洪洞（1孔）和机组进水口（1孔）均采用液压启闭机，抽取泄洪洞、机组进水口和溢洪道2#、4#孔共4台液压启闭机的液压油进行油液污染度检测，检测结果见表2。

表2 液压启闭机油液污染度检测数据表 单位：μm

根据检测数据分析认为：（1）该工程液压启闭机除溢洪道4#外的液压油污染度基本都处于严重超标阶段，影响到液压启闭机的安全运行。根据现在水利水电工程液压启闭机的现状，液压启闭机的污染度等级宜采用NAS7～8级，最低不应低于启闭机制造安装验收标准中规定的NAS9级，建议运行管理单位对超标液压油进行更换。（2）该工程液压启闭机超标污染物颗粒大小差距很大，说明该工程中不同液压启闭机的污染源不同。液压系统的液压油污染物产生的原因主要有制造装配时残留、外界污染物入侵和运行磨损生成三种。根据目前我国水利水电工程现状，液压启闭机液压油污染度控制的关键工序是工地安装调试过程。由于现场没有足够冲洗设备以及监督和检测手段，同时安装单位和建管单位也未能对油液污染度有足够的重视，对液压启闭机的安全运行构成隐患。

5 结语

综上所述，通过对水利水电工程液压启闭机油液污染产生的原因及危害的研究、引用等级标准的划分、检测方法的探讨以及某水利工程工程实例的分析，检测和保障液压油污染度是保障液压启闭机安全运行的重要手段。鉴于油液污染检测的重要性，建议建设前期建设单位通过标书等约束手段保证安装单位具有高压冲洗设备和滤油设备，建设过程加强对冲洗和滤油过程的监督及安装调试后请有检测资质单位对液压油进行污染度检测。最后建议管理单位根据运行的情况制定合理的计划进行污染度检测，保证液压启闭机的安全运行。

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TV34

B

1008-1305（2017）05-0022-02

10.3969/j.issn.1008-1305.2017.05.008

2017-01-10

耿红磊（1985年—），男，工程师。