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大連船用柴油機(jī)有限公司 質(zhì)量管理部

袁利家  張禎帥  宋一鳴

摘要：油品固體顆粒度檢測在工業(yè)生產(chǎn)中得到廣泛應(yīng)用并起動關(guān)鍵作用，它是評估油液清潔度和設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵技術(shù)，對保障設(shè)備正常運(yùn)行、延長使用壽命及保證產(chǎn)品質(zhì)量具有重要意義。本文詳細(xì)介紹了油品顆粒度檢測的重要性、主要檢測方法及其在船用發(fā)動機(jī)應(yīng)用中的關(guān)鍵作用。

關(guān)鍵詞：油品顆粒度檢測；顆粒污染物；船舶發(fā)動機(jī)

1.  引言

油品顆粒度檢測是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中不可或缺的重要環(huán)節(jié)，它直接關(guān)系到設(shè)備的運(yùn)行效率和壽命。隨著工業(yè)技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)械設(shè)備對油液清潔度的要求越來越高，微小的顆粒污染物都可能導(dǎo)致設(shè)備故障或性能下降。因此，精確檢測油品中的顆粒度成為保障設(shè)備正常運(yùn)行的關(guān)鍵。

油品顆粒度檢測的重要性主要體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，它能夠及時反映油液的污染程度，為設(shè)備維護(hù)提供重要依據(jù)；其次，通過檢測可以預(yù)測潛在故障，實現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)；最后，精確的顆粒度數(shù)據(jù)有助于優(yōu)化過濾系統(tǒng)，提高油液使用效率。本文將深入探討油品顆粒度檢測的重要性、主要檢測技術(shù)方法及其在船用發(fā)動機(jī)滑油串洗過程中的應(yīng)用。

2.  油品顆粒度檢測的重要性

1）油品顆粒的類型

液壓潤滑系統(tǒng)中的污染物是指油液中不希望有的并對系統(tǒng)產(chǎn)生危害作用的物質(zhì)。油液中的污染物根據(jù)其物理狀態(tài)可分為固體顆粒、水、空氣和其他污染。固體污染物通常以顆粒狀存在系統(tǒng)中；液態(tài)污染物主要是外界侵入系統(tǒng)的水；氣態(tài)污染物主要是空氣。實際流體系統(tǒng)中的污染物質(zhì)除了固體顆粒、水和空氣外，還有化學(xué)物質(zhì)和微生物等。在以上各種類型污染物中，固體顆粒物是流體系統(tǒng)中最普遍，危害作用最大的污染物。固體顆粒物不僅加速流體系統(tǒng)元件的磨損，而且堵塞元件的間隙和孔口，使控制元件動作失靈而引起系統(tǒng)故障。

2）顆粒污染物的危害

磨損：磨損是機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中普遍存在的一個嚴(yán)重問題， 是液壓和潤滑系統(tǒng)元件失效的主要原因。研究表明，液壓和潤滑系統(tǒng)的磨損主要是由于顆粒污染造成的，主要有切削磨損、疲勞磨損、粘著磨損、沖蝕磨損等幾種機(jī)理。

切削磨損：進(jìn)入元件運(yùn)動副間隙內(nèi)的堅硬固體顆粒嵌入在其中材料較軟的元件表面，在相對運(yùn)動中像車刀一樣將另一元件表面材料切削下來，如圖一；

圖一 切削磨損

疲勞磨損：固體顆粒進(jìn)入運(yùn)動副間隙后，在碾壓和滾動下將元件表面犁出溝槽（塑性變形）并產(chǎn)生應(yīng)力（圖二a）；然后在表面出現(xiàn)初始裂紋（圖二b）；反復(fù)作用引起裂紋擴(kuò)展，并形成空洞（圖二c）；最后表面材料剝離而損壞（圖二d）。

圖二 疲勞磨損

粘著磨損：固體顆粒與元件表面相互作用使元件表面材料發(fā)生塑性變形，產(chǎn)生凸起和凹坑，凸起部分破壞了潤滑，使運(yùn)動副表面產(chǎn)生金屬與金屬的直接接觸，接觸點在負(fù)載下造成局部高溫而發(fā)生熔合粘著，當(dāng)運(yùn)動副作相對運(yùn)動時發(fā)生剪切，材料從屈服強(qiáng)度較小的表面上剝落而形成磨粒，進(jìn)一步加劇磨損，形成惡性循環(huán)，如圖三。

圖三 粘著磨損

沖蝕磨損：固體顆粒隨著高速流動的液流，猶如“吹沙”或“噴丸”一樣，不斷向暴露在流道中元件的棱邊和表面噴射沖刷，如此長期反復(fù)作用下，可使被沖刷部位收到磨損，如圖四、圖五

圖四 棱邊的沖蝕磨損

圖五 表面的沖蝕磨損

淤積：固體顆粒隨液流流經(jīng)運(yùn)動副時，在縫隙流動的附加作用下，顆粒小于配合間隙的顆粒交易進(jìn)入間隙內(nèi)，在油膜附面層的吸附和阻滯下被淤積在間隙內(nèi)，隨著淤積量的加大，縫隙流動可能被大量小顆粒阻斷，導(dǎo)致突發(fā)性故障，如圖六。

圖六 顆粒的淤積

堵塞：堵塞一般發(fā)生在節(jié)流孔、阻尼孔、噴嘴和油濾等處，導(dǎo)致突發(fā)性故障，如圖七。

圖七 顆粒的堵塞

卡滯：卡滯一般發(fā)生在滑閥機(jī)構(gòu)的閥芯與閥套配合面，造成配合面劃紋和劃傷、閥芯運(yùn)動受阻甚至卡死，導(dǎo)致突發(fā)性故障，如圖八。

圖八 顆粒滾動引起的卡滯

3）顆粒污染導(dǎo)致的故障模式

突發(fā)性故障：表現(xiàn)為故障部位和時機(jī)是隨機(jī)的，沒有征兆，元件突然工作不穩(wěn)定，工作失靈甚至損壞，故障難以模擬復(fù)現(xiàn)。這種故障有時可能造成嚴(yán)重后果；有時故障能自動消失，系統(tǒng)工作又恢復(fù)正常，停機(jī)后往往無法檢查。顆粒淤積、堵塞和卡滯往往導(dǎo)致這種故障模式。

漸進(jìn)性故障：這種故障模式主要是磨損引起的，一般是逐漸發(fā)生并可預(yù)料的。例如液壓元件由于受污染物的磨損和侵蝕后，運(yùn)動副間隙增大或密封面破壞，內(nèi)泄露隨著增大，從而導(dǎo)致性能逐漸衰降，當(dāng)元件的工作性能降低到容許的最低限度一下是，則元件喪失正常的工作性能而報廢

綜上所訴，顆粒污染物是導(dǎo)致設(shè)備磨損和故障的主要原因之一。微小的固體顆粒進(jìn)入潤滑系統(tǒng)或液壓系統(tǒng)后，會在運(yùn)動部件表面造成磨粒磨損，加速零件老化，嚴(yán)重時甚至導(dǎo)致設(shè)備卡死或損壞，因此對液壓潤滑系統(tǒng)油品進(jìn)行顆粒度檢測，及時采取措施，對設(shè)備的正常運(yùn)行、降低故障率及提高性能起到至關(guān)重要的作用。通過定期檢測油品中的顆粒度，可以及時發(fā)現(xiàn)油液污染問題，采取相應(yīng)措施，從而有效預(yù)防設(shè)備故障。

其次，油品顆粒度檢測對于延長設(shè)備使用壽命具有重要意義。清潔的油液能夠為設(shè)備提供良好的潤滑和冷卻效果，減少摩擦和熱量積累，從而延長設(shè)備的使用壽命。通過持續(xù)監(jiān)測油品顆粒度變化，可以優(yōu)化換油周期和維護(hù)計劃，避免不必要的維護(hù)成本，提高設(shè)備運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性。

此外，精確的顆粒度檢測數(shù)據(jù)還可以為設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷提供重要依據(jù)。通過分析顆粒度變化趨勢，可以預(yù)測潛在故障，實現(xiàn)預(yù)防性維護(hù)，減少意外停機(jī)時間，提高生產(chǎn)效率。因此，油品顆粒度檢測不僅是保障設(shè)備正常運(yùn)行的必要手段，也是實現(xiàn)設(shè)備智能化管理的重要基礎(chǔ)。

3.  油品顆粒污染檢測的主要方法

目前，常用的油品顆粒度檢測方法主要包括重量分析法、顆粒計數(shù)法及顯微鏡對比法、電磁法、光電法等其它分析法。隨著流體污染檢測技術(shù)的飛速發(fā)展，液體顆粒計數(shù)器由于計數(shù)速度快、準(zhǔn)確度高、重復(fù)性好、操作簡便且結(jié)果不受人為因素的影響，既可以在線用于現(xiàn)場工作，又可以離線用于試驗室分析，因此在流體顆粒污染分析中獲得了廣泛應(yīng)用，現(xiàn)主要介紹利用遮光型臺式顆粒計數(shù)器測量顆粒度的原理和方法。

1) 遮光型顆粒計數(shù)法器的結(jié)構(gòu)與工作原理

遮光型顆粒計數(shù)器主要由取樣系統(tǒng)、遮光型顆粒傳感器、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)三部分組成。其中遮光型顆粒傳感器主要由光源、傳感區(qū)、光電二極管和前置放大器等組成，如圖九。

1-光源  2-平行光管  3-傳感區(qū)  4-窗口  5—光電二極管 6-前置放大器

圖九 遮光型顆粒傳感器結(jié)構(gòu)原理圖

從光源發(fā)出的平行光束通過傳感區(qū)的窗口射向一光電二極管。傳感區(qū)部分由透明的光學(xué)材料制成，被測試液樣沿垂直方向從中流過，在流經(jīng)傳感區(qū)的窗口時被來自光源的平行光束照射，光電二極管將接受的光轉(zhuǎn)換為電信號，經(jīng)前置放大器放大后傳輸?shù)接嫈?shù)器。當(dāng)流經(jīng)傳感區(qū)窗口的液樣中沒有顆粒時，前置放大器的輸出電壓為一定值；當(dāng)液樣中有一個顆粒進(jìn)入傳感區(qū)的出口時，一部分光被顆粒遮擋，光電二極管接受的光量減弱，于是輸出電平產(chǎn)生一個脈沖。由于被遮擋的光量與顆粒的投影面積成正比，因而輸出電平脈沖的幅值直接反映顆粒的尺寸，通過累計輸出電壓脈沖的個數(shù)，即可得到不同尺寸顆粒的數(shù)量。

2）顆粒度計數(shù)器檢測污染度程度的表示方法

目前采用固體顆粒污染度等級來表示系統(tǒng)的污染程度，根據(jù)ISO4406等級標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,采用三個污染度等級代碼來表示顆粒計數(shù)結(jié)果，第一個代碼表示每毫升油液中尺寸≥4μm（c）的顆粒數(shù)對應(yīng)的污染度等級，第二個代碼表示每毫升液樣中尺寸≥6μm（c）的顆粒數(shù)對應(yīng)的污染度等級，第三個代碼表示每毫升液樣中尺寸≥14μm（c）的顆粒數(shù)對應(yīng)的污染度等級。

4.  滑油顆粒度檢測在船用發(fā)動機(jī)試驗階段的關(guān)鍵作用

船用發(fā)動機(jī)在裝配完成后，因加工、裝配連接、運(yùn)輸?shù)冗^程會導(dǎo)致液壓潤滑系統(tǒng)管路中產(chǎn)生大量污染物。這些污染物若不清理干凈，試車時會造成液壓潤滑系統(tǒng)中液壓執(zhí)行元件動作異常引發(fā)故障，甚至損傷發(fā)動機(jī)軸瓦等運(yùn)動部件，延長產(chǎn)品試驗臺周期，影響產(chǎn)品質(zhì)量，增加成本，因此發(fā)動機(jī)動車試驗前，需要快速、準(zhǔn)確檢測液壓潤滑系統(tǒng)管路中油液污染度等級，使其滿足MAN B&W 潤滑油清潔度規(guī)范（見表一）要求。

表一 污染度等級要求

1) 縮短發(fā)動機(jī)試驗臺周期

我司引進(jìn)德國PAMAS SBSS-C型液體顆粒度計數(shù)器，該設(shè)備利用遮光型顆粒傳感器原理，采用離線測量方式，檢測速度快，精度高，（1—100）μm顆粒正好與污染度等級的顆粒尺寸范圍對應(yīng)，檢測結(jié)果直接能判斷油液顆粒污染度等級。隨時滿足系統(tǒng)油液污染度檢測需求，檢測周期由原來的5小時縮短至0.5小時，提高生產(chǎn)效率，2024年總計縮短檢測時長約800小時。

2) 保障發(fā)動機(jī)試驗階段運(yùn)行可靠性

實時監(jiān)測液壓潤滑系統(tǒng)油液中金屬顆粒、灰塵等顆粒污染物的濃度和粒徑分布，及時發(fā)現(xiàn)異常磨損或外來雜質(zhì)侵入；避免顆粒堵塞油路、濾清器，防止因潤滑不良導(dǎo)致閥件、軸瓦等部件磨損，引發(fā)嚴(yán)重故障。

3) 優(yōu)化維護(hù)成本

通過污染度趨勢分析，針對性優(yōu)化輔機(jī)潤滑系統(tǒng)過濾裝置維護(hù)及發(fā)動機(jī)潤滑系統(tǒng)管路沖洗工藝，實現(xiàn)預(yù)測性維護(hù)，減少不必要的油品更換和零件更換，縮短滑油沖洗時長，2024年我司60余臺船用發(fā)動機(jī)滑油沖洗時長由48小時縮短至24小時，助力船用發(fā)動機(jī)試驗臺平均周期達(dá)到23.5天，節(jié)省設(shè)備運(yùn)行成本近50余萬元。

5.  結(jié)束語

油品顆粒度檢測作為保障設(shè)備正常運(yùn)行、延長使用壽命的關(guān)鍵技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的作用。通過重量分析法、顆粒計數(shù)法及顯微鏡對比法、電磁法、光電法等檢測手段，可以準(zhǔn)確評估油液清潔度，為設(shè)備維護(hù)和故障預(yù)防提供重要依據(jù)。在船舶、航空航天、能源電力和機(jī)械制造等領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用并起到關(guān)鍵作用。

隨著工業(yè)技術(shù)的不斷進(jìn)步，對油液清潔度的要求將越來越高，油品顆粒度檢測技術(shù)也將朝著更高精度、更快速度和更智能化的方向發(fā)展。未來，結(jié)合大數(shù)據(jù)分析和人工智能技術(shù)，油品顆粒度檢測有望實現(xiàn)更精準(zhǔn)的故障預(yù)測和更優(yōu)化的維護(hù)策略，為工業(yè)生產(chǎn)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益和安全保障。

參考文獻(xiàn)：

[1]金濤，郝新友，杜立鵬. 《顆粒度計量測試技術(shù)》.國防科技工業(yè)顆粒度一級計量站

[2]0743604-8.5 2017    MAN B&W 潤滑油清潔度規(guī)范

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來源：船柴