油液监测取样容器清洁度标准制定的思考

三峡大学机械与材料学院 秦红玲

武汉理工大学可靠性工程研究所 张月雷 徐春涛 王皓

在分析现有机械系统油液污染物颗粒计数分析中的取样容器清洁度标准基础上，提出存在的问题和不足，指出取样容器生产厂家、工业油品分析室、用户联手制定清洁度新标准制定的必要性，并对新标准制定过程中遇到的问题进行了思考。

油液监测技术作为机械系统状态监测的重要技术手段之一，现已被广泛应用在机械系统状态监测和故障诊断中。而油液污染度的准确评定是油液分析技术用于机械系统状态趋势分析和故障诊断的关键，也是减少因油液污染引发机械故障的基本保障。其中取样瓶的清洁度是影响油液污染度准确评定的主要因素之一。目前国家标准GB/T 17484-1998《液压油液取样容器净化方法的鉴定和控制》(等同采用ISO3722：1976) 只对有清洁度要求极高的液压油在污染度检测时规定了取样容器的清洁度要求，其他情况下都没有相关标准可遵循。然而大部分取样容器生产商也没有提供新取样容器的清洁度检验合格证书。因此，取样器生产商、商业油品分析室及工业界用户联合制定并推广取样容器清洁度标准是非常必要的。

1.现有取样容器清洁度标准及其不足。

（1）现有取样容器清洁度标准。

国家标准GB/T 17484-1998《液压油液取样容器净化方法的鉴定和控制》 (等同采用ISO3722:1976 (Hydraulic fluid power-Fluid sample containers-Qualifying and controlling cleaningmethods))给出了液压油取样容器清洁度测定和清洗方法检验规范。目前工业用取样瓶清洁度定义主要是借鉴液压传动中取样容器清洗方法的有关标准，如表1所示。

对于一般润滑油，取样容器所需的清洁度可根据样液的污染程度而定。原则上取样容器的清洁度一般应比样液的清洁度至少高2个等级。

（2）现有取样容器清洁度标准不足之处。

表1 GB/T 17484-1998（ISO3722:1976）取样容器清洁度的标准

GB/T 17484-1998（等同ISO3722：1976）主要针对粒度大于10μm的颗粒。研究表明磨粒对设备的影响程度不但与其数量有关，还取决于其磨粒分布。欲使此标准的使用不产生过分偏离实际情况的结果，必须保证颗粒粒度分布特性和标准所假设的情况一致，即粒度分布特性要符合正态分布规律。但颗粒的粒度分布特性和颗粒产生的原因有关，油液中的颗粒由于机械系统对其碾压及滤清器的过滤作用，会使颗粒粒度总体变小，峰值产生偏移，不再严格遵从正态分布。随着时间的推移，将会逐渐趋近Rossin-Rammler分布，演变规律如图1所示。

Jim Fitch在1992年时提出在进行工业油品分析时，取样容器清洁度的选择应满足最小信噪比为5∶1。但由于油液污染度标准体系的不同，且各标准之间没有换算的规则，取样容器的清洁度有时很难选取。如ISO4406：99标准中，油液的颗粒度ISO 等级由颗粒尺寸范围≥4μm，≥6μm和≥14μm来表示；NAS1638标准中，油液的颗粒度ISO等级由颗粒尺寸范围≥5μm，≥15μm，≥25μm，≥50μm和≥100μm来表示。此时，用ISO4406:99标准标注的油液如何选用以NAS1638标准标注的取样容器呢，反之存在同样的问题。

图1 大颗粒经研磨及过滤后的粒度特性分布规律变化图

另外，大部分商用取样容器的清洁度没有达到它所标注的清洁度等级。标注的清洁度只是简单引用了标准。这种清洁度水平很难满足清洁度要求高的系统油品颗粒计数分析要求。而且，这种状况使得取样瓶的清洁度选择与标准失去了直接的对应关系。

最后，清洁度等级是根据样本集的算术平均值来确定的。可假定样本颗粒粒度特性分布符合正态分布，从而计算实际清洁度处于某个值的置信区间。但这个假定有时是不成立的。因为只有在生产过程完全处于控制中时，粒度特性分布才可能是正态分布的。但是取样瓶清洁度之间差异的存在却完全是由随机因素引起的，没有特定的原因。如此一来，取样瓶的标注清洁度可能与实际清洁度存在较大的差异。

2.制定取样容器清洁度新标准的必要性。

如前所述，现有的取样容器清洁度标准存在诸多不足，不便于在实际生产中使用，迫切需要制定新的取样容器清洁度标准。从设备运行维护的经济性角度来看，制定新的取样容器清洁度标准也非常必要。

从某种意义上说，取样容器污染造成的损失有可能远大于报废一个取样瓶。报废一个取样瓶花费大概在几块到几百块之间。但如果用户使用受取样瓶污染干扰的油液分析结果来制定设备维修决策，带来的损失有可能非常大。因为受污染的取样容器可能使油品分析结果提高1到2个ISO等级甚至更多，从而引发错误的故障预警，迫使决策者组织人力、物力进行事故原因调查分析。期间，可能需要另外取样进行油液分析，以进一步确定故障程度，从而浪费人力、物力、时间。如果取样瓶的清洁度不在控制范围之内，即便第二次取样，数据也不一定比第一次更可靠。错误的故障预警最终可能引发滤清器升级、换油甚至大修等一系列错误的维修决策，不但增加设备的运行维护成本，还降低系统的可靠性。

取样容器污染同样会导致负误识，导致决策者错失某些机会。取样瓶污染物多为灰尘，是非铁磁性颗粒，会导致油液分析结果中铁磁性颗粒含量降低，从而使决策者不能意识到故障的产生或其严重程度，导致预防性维修短路。

另外，ISO3722是最先建立取样容器清洁度分级标准的标准，但太过粗略。而且适合研究工作室用的清洁方法，有可能不适合于工业上大范围商用。取样瓶数量大，其清洁度控制需从生产的每个环节着手。由此，即便是做常规分析，成本也非常高。

因此，有必要制定工业用的油液分析颗粒计数取样容器清洁度分级标准。该标准应该具有较强的鲁棒性，且对颗粒的粒度分布特性具有较强的敏感性，适用范围广。对用户来说，它应该非常的清晰明了，知道在各种特定的场合中该如何选用取样容器。

3.取样容器清洁度标准制定的建议与思考。

要生产出符合清洁度标准的取样容器，生产商必须投入更多资金提高生产质量，在取样容器生产的各个环节都例行清洁度检查。这样必定大幅增加生产成本，从而使其价格远高于目前市场上取样容器的售价。如果用户因价格因素不选用符合清洁度标准的取样容器，必将影响生产商执行标准的积极性。因此，需要油液分析机构、研究所与取样容器生产企业三方共同努力，让用户明白使用符合标准的取样容器的优势，让他们意识到只有购买和使用这种符合标准的取样容器才能受益。这样才能形成用户和企业双赢的局面，才有利于标准的贯彻与执行。

目前油液污染度分析主要采用ISO4406：99标准，工业界用户主要关心依据ISO4406：99规定的允许的颗粒数。那么，取样瓶的清洁度按≥4μm，≥6μm和≥14μm三个尺寸范围来标定，才能和ISO4406：99标准一致，且比仅在10μm处标注更合理。

在取样容器的生产过程中，还必须控制以下因素。

（1）在一定的范围内可以接受的清洁度水平。

（2）常用的信噪比。

（3）信噪比一般多大。

（4）适合什么层次的用户使用。

其他应考虑的问题包括：生产中每一步可能产生的次品是多少；生产过程失去控制时，取样瓶的质量如何。研究表明，即使采用较高清洁度的生产线，次品率仍然高于基于正态分布计算的结果，且次品率不是固定不变的。

综上所述，估算一批商用取样容器中清洁度较低的次品数是可能的。而且这个工作很重要，如果大多数取样瓶都很清洁，在控制的信噪比范围内，将不会导致错误的故障预警。

在次品率很高的情况下，即使是多次检验，也容易得出错误的结果。那么，取样瓶清洁度最大偏移值应该如何定义；允许错误的故障预警率应该多大；针对不同的用户，是否应该制定不同的标准。这些都是应该考虑的问题。

另外，清洁度的分级定义能不能让商家在成本提高不大的情况下提高质量；能不能让用户根据需要选用相对较便宜的产品。调查数据显示，取样瓶清洁度置信区间越大，检查过程就会越复杂，成本就会越高。性价比是一个需要很好权衡的因素，不需要一个勉强及格的尝试。生产过程的每个环节最好可以调节，一方面便于监测产品清洁度，另一方面也便于根据实际需要调整生产线上产品的清洁度控制水平。

4.结语

以上介绍了取样容器清洁度现有相关标准，并对现有标准的不足之处进行了分析，分析表明取样容器清洁度新标准的制定具有紧迫性和必要性。最后提出了新标准制定过程中应思考的问题，并为新标准的顺利执行提供了参考意见。

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