液压油清洁度现场检测方法及产品研究.doc

液压油清洁度现场检测方法及产品研究孙衍山1，2 邓可2( 1天津大学精密测试技术及仪器国家重点实验室, 天津300072; 2北京航峰科伟装备技术股份有限公司，北京，100141）摘要： 统总结了以液压油污染诊断及污染控制为目的进行液压油污染度现场检测的优势及挑战，针对挑战问题进行方法创新和技术改进并结合工程机械设备的实际应用设计了一套油液污染度现场快速检测系统产品。通过对产品系统组成原理和算法及软件组成的介绍，阐述了本研究方法和技术创新改进的具体内容和应用。实现的产品系统涵盖多项功能（耐高压、多通道、在线和场地检测等），已在许多大型工矿企业应用，能有效避免因油液取样而带来的二次污染与时效性不强等问题，成为大型设备主动维护的重要手段。关键词：液压油；清洁度；现场检测；污染检测；移动云端数据库1、液压油的污染及其控制的重要性液压系统中的污染物，是指包含在油液中的固体颗粒、水、空气、化学物质、微生物和污染能量等杂物，它们经常以颗粒的形式存在于液压系统中。如果液压油清洁度从ISO 4406 20/18改进到15/12时，其系统的寿命会提高5倍。原因是，在液压系统中伺服机构非常精密（间隙3m），阀芯细小，易被油中的颗粒阻塞，导致控制失灵。也就是润滑油的颗粒会大大减低设备的可靠性，清洁的油等于更长的设备寿命。随着液压设备自控程度的提高，所有设备制造商均建议使用清洁的润滑油，并对液压油的清洁度提出了要求和建议。目前，大多数抗磨液压油（新油）的清洁度NAS在10级以上，用户在使用时用各种过滤方法来解决，增加了企业负担。液压油的实时清洁及其及时监控已成为市场的新需求和发展趋势。2、液压油污染现场检测的优势及挑战现场检测是在液压设备工作的状态下进行油液检测的，检测结果能更准确的反应液压设备在其当前工作状态下当时的情况。同时由于接入液压油液油路和在设备过滤系统工作时检测，没有复杂的取样和储运过程，避免了二次污染的发生，同时避免了实验室检测周期长，结果报告很难保证及时性的问题。油液和其中的颗粒是不停流动的，液压设备压力变化和测试接入段压差变化会造成油液流过测试传感器的流速动态不停变化，动态散射造成的测量误差会在现场检测的情况下尤其突出。同时，液压油中颗粒浓度未知，当油液中颗粒浓度偏高时，会产生严重的二次散射，现场检测又无法使用实验室检测时常用的稀释方法，因此动态散射造成的误差在油液浓度越高时造成的误差越严重。液压工程设备现场环境经常复杂和恶劣，环境温度会在零下20摄氏度到零上50摄氏度间不等，环境湿度也会由于液压设备工作现场和相差很大，很多海上做业和船用设备的环境湿度甚至会达到80RH以上。而由于液压设备应用条件且设备常配备电器控制部分，因此油液检测现场的震动和电磁兼容环境也非常恶劣。对于普通的实验室用检测设备，基本无法在各种液压设备现场使用。3、本研究产品实现及方法技术创新本研究结合工程机械设备的实际应用设计了一套油液污染度现场快速检测系统，该系统涵盖多项功能（耐高压、多通道、在线和场地检测等），能充分应对现场检测油液的不确定性和现场环境的复杂性，尤其能有效避免因油液取样而带来的二次污染与时效性不强等问题，是实现主动维护的重要措施，提高了对大型设备视情维修的作用。本研究实现的油液污染度现场快速检测系统实物如图1所示，系统外部接口主要有电源接口、现场取样流速调节接口，打印机，USB接口和触摸屏人机接口，系统内部主要由硬件系统和软件系统组成。电源接口打印机显示触摸屏油路接口电源开关流速调节USB接口图1 油液污染度现场快速检测系统实物图Fig 1 Photo of oil onsite contamination rapid detection system本研究利用密封防湿防水设计和抗震及电磁兼容保护层技术解决了现场油液检测的复杂性。同时高动态耐压限流阀、激光源温度检测及智能补偿、气泡及流速信号特征提取及智能补偿等技术应对了现场油液检测的不确定性。对于在激光粒度分析技术中误差的主要来源且在现场检测中影响非常显著的动态散射和二次衍射效应，本系统从方法出发，不再使用基于非常理想假设的单次单球体散射的Mie散射理论和TOT理论，而是进一步引入动态多次多体散射理论，建立动态多次多体散射反演算法，使现场动态流动的、颗粒污染度高的及与理想球形极不相似的颗粒的油液检测结果更准确。4、实际实现性能和部分实测比对数据本研究实现的系统的关键参数如表1所示，系统可以及时报告来自液压和润滑系统所处的情况，使装备维护者能够在早期进行干预，以防止污染物对液压系统部件的磨损或破坏，这不但把修理费用降低到最低限度，而且减少了总的设备停机时间，提高系统的安全性，延长设备的使用寿命。以数字、表格、图形或云端诊断会诊方式显示油液污染度状况；可以检测矿物油、合成油或磷酸脂油，尤其适合测量液压油同时也能测量润滑油、变压器油（绝缘油）、汽轮机油（透平油）、齿轮油、发动机油、航空煤油等油液。可广泛应用于航空航天、电力、石油、化工、交通、港口、冶金、机械、汽车制造等领域。表1. 系统关键参数Table1 Specification of the oil onsite contamination rapid detection system颗粒尺寸4m(c)，6m(c)，14m(c)，21m(c)，38m(c)，70m(c)或2m，5m，15m，25 m，50m，100 m耐压42 MPa长期连续24小时黏度取样 2-100 cSt在线 2-320cSt数据存储8GB硬盘存储云端1T存储污染度等级范围ISO4406 0 24或NAS1638 0 12或GJB420B 0 12重复性精度0.5 ISO级别校准周期：1年本研究实现的系统已经成功应用于多个行业，其中典型的包括飞机液压系统、工程机械、电厂、钢铁厂、海洋钻井及船舶行业等。表2为典型客户引入第三方进行比对测试的数据。表2. 典型客户引入第三方进行比对测试的数据Table2 Compare test results of the system by different typical customers应用客户客户行业油液种类实测比对时间比对第三方比对结果数据三一重工工程机械46抗磨液压油12年11月国防科技工业颗粒度一级计量站计数误差最大值 -3.6%某润滑技术有限公司电厂EH 抗燃油12年12月航科测润滑技术有限公司(CMA)一致性误差0.8 NAS级别包头钢铁钢铁46 液压油12年10月航科测润滑技术有限公司(CMA)一致性误差0.5 ISO级别空军某部某场站飞机15 液压油11年10月空军某油料部一致性误差0.5 ISO级别大连造船厂海洋油井平台68 液压油12年1月大连海事大学船级社ccc实验室一致性误差1 ISO级别5、结论总结了以液压油污染诊断及控制为目的的现场检测仪器的优势及挑战，针对挑战问题进行方法和技术创新改进，应用了动态多次多体散射反演算法，气泡和流速特征提取方法和多传感器数据融合等方法解决了现场油液检测油液不确定性等关键难题，保证了现场油液颗粒污染检测的准确性。同时本研究创造性的引入使用了云存储、云计算和移动云平台技术，提高了油液诊断的可靠性。而且，本研究消化借鉴我公司在军用产品上自有的密封、抗震和电磁兼容技术结合工程机械设备的实际应用设计了一套油液污染度现场快速检测系统，该系统涵盖多项功能（耐高压、多通道、含水率监控、移动云端诊断数据库平台及在线和场地检测等），能有效避免因油液取样而带来的二次污染与时效性不强等问题，是实现主动维护的重要措施，提高了对大型设备视情维修的作用。参考文献1 谢泉，顾军慧润滑油品研究与应用指南M.北京：中国石化出版社，2011：173-1822 章宏甲，黄谊液压传动M.北京：机械工业出版社，2000： 7-153 尔瓦多.多