油液監(jiān)測取樣容器清潔度標準制定的思考

三峽大學機械與材料學院 秦紅玲

武漢理工大學可靠性工程研究所 張月雷 徐春濤 王皓

在分析現有機械系統油液污染物顆粒計數分析中的取樣容器清潔度標準基礎上，提出存在的問題和不足，指出取樣容器生產廠家、工業(yè)油品分析室、用戶聯手制定清潔度新標準制定的必要性，并對新標準制定過程中遇到的問題進行了思考。

油液監(jiān)測技術作為機械系統狀態(tài)監(jiān)測的重要技術手段之一，現已被廣泛應用在機械系統狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中。而油液污染度的準確評定是油液分析技術用于機械系統狀態(tài)趨勢分析和故障診斷的關鍵，也是減少因油液污染引發(fā)機械故障的基本保障。其中取樣瓶的清潔度是影響油液污染度準確評定的主要因素之一。目前國家標準GB/T 17484-1998《液壓油液取樣容器凈化方法的鑒定和控制》(等同采用ISO3722：1976) 只對有清潔度要求極高的液壓油在污染度檢測時規(guī)定了取樣容器的清潔度要求，其他情況下都沒有相關標準可遵循。然而大部分取樣容器生產商也沒有提供新取樣容器的清潔度檢驗合格證書。因此，取樣器生產商、商業(yè)油品分析室及工業(yè)界用戶聯合制定并推廣取樣容器清潔度標準是非常必要的。

1.現有取樣容器清潔度標準及其不足。

（1）現有取樣容器清潔度標準。

國家標準GB/T 17484-1998《液壓油液取樣容器凈化方法的鑒定和控制》 (等同采用ISO3722:1976 (Hydraulic fluid power-Fluid sample containers-Qualifying and controlling cleaningmethods))給出了液壓油取樣容器清潔度測定和清洗方法檢驗規(guī)范。目前工業(yè)用取樣瓶清潔度定義主要是借鑒液壓傳動中取樣容器清洗方法的有關標準，如表1所示。

對于一般潤滑油，取樣容器所需的清潔度可根據樣液的污染程度而定。原則上取樣容器的清潔度一般應比樣液的清潔度至少高2個等級。

（2）現有取樣容器清潔度標準不足之處。

表1 GB/T 17484-1998（ISO3722:1976）取樣容器清潔度的標準

GB/T 17484-1998（等同ISO3722：1976）主要針對粒度大于10μm的顆粒。研究表明磨粒對設備的影響程度不但與其數量有關，還取決于其磨粒分布。欲使此標準的使用不產生過分偏離實際情況的結果，必須保證顆粒粒度分布特性和標準所假設的情況一致，即粒度分布特性要符合正態(tài)分布規(guī)律。但顆粒的粒度分布特性和顆粒產生的原因有關，油液中的顆粒由于機械系統對其碾壓及濾清器的過濾作用，會使顆粒粒度總體變小，峰值產生偏移，不再嚴格遵從正態(tài)分布。隨著時間的推移，將會逐漸趨近Rossin-Rammler分布，演變規(guī)律如圖1所示。

Jim Fitch在1992年時提出在進行工業(yè)油品分析時，取樣容器清潔度的選擇應滿足最小信噪比為5∶1。但由于油液污染度標準體系的不同，且各標準之間沒有換算的規(guī)則，取樣容器的清潔度有時很難選取。如ISO4406：99標準中，油液的顆粒度ISO 等級由顆粒尺寸范圍≥4μm，≥6μm和≥14μm來表示；NAS1638標準中，油液的顆粒度ISO等級由顆粒尺寸范圍≥5μm，≥15μm，≥25μm，≥50μm和≥100μm來表示。此時，用ISO4406:99標準標注的油液如何選用以NAS1638標準標注的取樣容器呢，反之存在同樣的問題。

圖1 大顆粒經研磨及過濾后的粒度特性分布規(guī)律變化圖

另外，大部分商用取樣容器的清潔度沒有達到它所標注的清潔度等級。標注的清潔度只是簡單引用了標準。這種清潔度水平很難滿足清潔度要求高的系統油品顆粒計數分析要求。而且，這種狀況使得取樣瓶的清潔度選擇與標準失去了直接的對應關系。

最后，清潔度等級是根據樣本集的算術平均值來確定的?？杉俣颖绢w粒粒度特性分布符合正態(tài)分布，從而計算實際清潔度處于某個值的置信區(qū)間。但這個假定有時是不成立的。因為只有在生產過程完全處于控制中時，粒度特性分布才可能是正態(tài)分布的。但是取樣瓶清潔度之間差異的存在卻完全是由隨機因素引起的，沒有特定的原因。如此一來，取樣瓶的標注清潔度可能與實際清潔度存在較大的差異。

2.制定取樣容器清潔度新標準的必要性。

如前所述，現有的取樣容器清潔度標準存在諸多不足，不便于在實際生產中使用，迫切需要制定新的取樣容器清潔度標準。從設備運行維護的經濟性角度來看，制定新的取樣容器清潔度標準也非常必要。

從某種意義上說，取樣容器污染造成的損失有可能遠大于報廢一個取樣瓶。報廢一個取樣瓶花費大概在幾塊到幾百塊之間。但如果用戶使用受取樣瓶污染干擾的油液分析結果來制定設備維修決策，帶來的損失有可能非常大。因為受污染的取樣容器可能使油品分析結果提高1到2個ISO等級甚至更多，從而引發(fā)錯誤的故障預警，迫使決策者組織人力、物力進行事故原因調查分析。期間，可能需要另外取樣進行油液分析，以進一步確定故障程度，從而浪費人力、物力、時間。如果取樣瓶的清潔度不在控制范圍之內，即便第二次取樣，數據也不一定比第一次更可靠。錯誤的故障預警最終可能引發(fā)濾清器升級、換油甚至大修等一系列錯誤的維修決策，不但增加設備的運行維護成本，還降低系統的可靠性。

取樣容器污染同樣會導致負誤識，導致決策者錯失某些機會。取樣瓶污染物多為灰塵，是非鐵磁性顆粒，會導致油液分析結果中鐵磁性顆粒含量降低，從而使決策者不能意識到故障的產生或其嚴重程度，導致預防性維修短路。

另外，ISO3722是最先建立取樣容器清潔度分級標準的標準，但太過粗略。而且適合研究工作室用的清潔方法，有可能不適合于工業(yè)上大范圍商用。取樣瓶數量大，其清潔度控制需從生產的每個環(huán)節(jié)著手。由此，即便是做常規(guī)分析，成本也非常高。

因此，有必要制定工業(yè)用的油液分析顆粒計數取樣容器清潔度分級標準。該標準應該具有較強的魯棒性，且對顆粒的粒度分布特性具有較強的敏感性，適用范圍廣。對用戶來說，它應該非常的清晰明了，知道在各種特定的場合中該如何選用取樣容器。

3.取樣容器清潔度標準制定的建議與思考。

要生產出符合清潔度標準的取樣容器，生產商必須投入更多資金提高生產質量，在取樣容器生產的各個環(huán)節(jié)都例行清潔度檢查。這樣必定大幅增加生產成本，從而使其價格遠高于目前市場上取樣容器的售價。如果用戶因價格因素不選用符合清潔度標準的取樣容器，必將影響生產商執(zhí)行標準的積極性。因此，需要油液分析機構、研究所與取樣容器生產企業(yè)三方共同努力，讓用戶明白使用符合標準的取樣容器的優(yōu)勢，讓他們意識到只有購買和使用這種符合標準的取樣容器才能受益。這樣才能形成用戶和企業(yè)雙贏的局面，才有利于標準的貫徹與執(zhí)行。

目前油液污染度分析主要采用ISO4406：99標準，工業(yè)界用戶主要關心依據ISO4406：99規(guī)定的允許的顆粒數。那么，取樣瓶的清潔度按≥4μm，≥6μm和≥14μm三個尺寸范圍來標定，才能和ISO4406：99標準一致，且比僅在10μm處標注更合理。

在取樣容器的生產過程中，還必須控制以下因素。

（1）在一定的范圍內可以接受的清潔度水平。

（2）常用的信噪比。

（3）信噪比一般多大。

（4）適合什么層次的用戶使用。

其他應考慮的問題包括：生產中每一步可能產生的次品是多少；生產過程失去控制時，取樣瓶的質量如何。研究表明，即使采用較高清潔度的生產線，次品率仍然高于基于正態(tài)分布計算的結果，且次品率不是固定不變的。

綜上所述，估算一批商用取樣容器中清潔度較低的次品數是可能的。而且這個工作很重要，如果大多數取樣瓶都很清潔，在控制的信噪比范圍內，將不會導致錯誤的故障預警。

在次品率很高的情況下，即使是多次檢驗，也容易得出錯誤的結果。那么，取樣瓶清潔度最大偏移值應該如何定義；允許錯誤的故障預警率應該多大；針對不同的用戶，是否應該制定不同的標準。這些都是應該考慮的問題。

另外，清潔度的分級定義能不能讓商家在成本提高不大的情況下提高質量；能不能讓用戶根據需要選用相對較便宜的產品。調查數據顯示，取樣瓶清潔度置信區(qū)間越大，檢查過程就會越復雜，成本就會越高。性價比是一個需要很好權衡的因素，不需要一個勉強及格的嘗試。生產過程的每個環(huán)節(jié)最好可以調節(jié)，一方面便于監(jiān)測產品清潔度，另一方面也便于根據實際需要調整生產線上產品的清潔度控制水平。

4.結語

以上介紹了取樣容器清潔度現有相關標準，并對現有標準的不足之處進行了分析，分析表明取樣容器清潔度新標準的制定具有緊迫性和必要性。最后提出了新標準制定過程中應思考的問題，并為新標準的順利執(zhí)行提供了參考意見。

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