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大連船用柴油機有限公司 質量管理部

袁利家  張禎帥  宋一鳴

摘要：油品固體顆粒度檢測在工業生產中得到廣泛應用并起動關鍵作用，它是評估油液清潔度和設備運行狀態的關鍵技術，對保障設備正常運行、延長使用壽命及保證產品質量具有重要意義。本文詳細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動機應用中的關鍵作用。

關鍵詞：油品顆粒度檢測；顆粒污染物；船舶發動機

1.  引言

油品顆粒度檢測是現代工業生產中不可或缺的重要環節，它直接關系到設備的運行效率和壽命。隨著工業技術的不斷發展，機械設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致設備故障或性能下降。因此，精確檢測油品中的顆粒度成為保障設備正常運行的關鍵。

油品顆粒度檢測的重要性主要體現在以下幾個方面：首先，它能夠及時反映油液的污染程度，為設備維護提供重要依據；其次，通過檢測可以預測潛在故障，實現預防性維護；最后，精確的顆粒度數據有助于優化過濾系統，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、主要檢測技術方法及其在船用發動機滑油串洗過程中的應用。

2.  油品顆粒度檢測的重要性

1）油品顆粒的類型

液壓潤滑系統中的污染物是指油液中不希望有的并對系統產生危害作用的物質。油液中的污染物根據其物理狀態可分為固體顆粒、水、空氣和其他污染。固體污染物通常以顆粒狀存在系統中；液態污染物主要是外界侵入系統的水；氣態污染物主要是空氣。實際流體系統中的污染物質除了固體顆粒、水和空氣外，還有化學物質和微生物等。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故障。

2）顆粒污染物的危害

磨損：磨損是機器運轉中普遍存在的一個嚴重問題， 是液壓和潤滑系統元件失效的主要原因。研究表明，液壓和潤滑系統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、沖蝕磨損等幾種機理。

切削磨損：進入元件運動副間隙內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：固體顆粒進入運動副間隙后，在碾壓和滾動下將元件表面犁出溝槽（塑性變形）并產生應力（圖二a）；然后在表面出現初始裂紋（圖二b）；反復作用引起裂紋擴展，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生塑性變形，產生凸起和凹坑，凸起部分破壞了潤滑，使運動副表面產生金屬與金屬的直接接觸，接觸點在負載下造成局部高溫而發生熔合粘著，當運動副作相對運動時發生剪切，材料從屈服強度較小的表面上剝落而形成磨粒，進一步加劇磨損，形成惡性循環，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運動副時，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入間隙內，在油膜附面層的吸附和阻滯下被淤積在間隙內，隨著淤積量的加大，縫隙流動可能被大量小顆粒阻斷，導致突發性故障，如圖六。

圖六 顆粒的淤積

堵塞：堵塞一般發生在節流孔、阻尼孔、噴嘴和油濾等處，導致突發性故障，如圖七。

圖七 顆粒的堵塞

卡滯：卡滯一般發生在滑閥機構的閥芯與閥套配合面，造成配合面劃紋和劃傷、閥芯運動受阻甚至卡死，導致突發性故障，如圖八。

圖八 顆粒滾動引起的卡滯

3）顆粒污染導致的故障模式

突發性故障：表現為故障部位和時機是隨機的，沒有征兆，元件突然工作不穩定，工作失靈甚至損壞，故障難以模擬復現。這種故障有時可能造成嚴重后果；有時故障能自動消失，系統工作又恢復正常，停機后往往無法檢查。顆粒淤積、堵塞和卡滯往往導致這種故障模式。

漸進性故障：這種故障模式主要是磨損引起的，一般是逐漸發生并可預料的。例如液壓元件由于受污染物的磨損和侵蝕后，運動副間隙增大或密封面破壞，內泄露隨著增大，從而導致性能逐漸衰降，當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，顆粒污染物是導致設備磨損和故障的主要原因之一。微小的固體顆粒進入潤滑系統或液壓系統后，會在運動部件表面造成磨粒磨損，加速零件老化，嚴重時甚至導致設備卡死或損壞，因此對液壓潤滑系統油品進行顆粒度檢測，及時采取措施，對設備的正常運行、降低故障率及提高性能起到至關重要的作用。通過定期檢測油品中的顆粒度，可以及時發現油液污染問題，采取相應措施，從而有效預防設備故障。

其次，油品顆粒度檢測對于延長設備使用壽命具有重要意義。清潔的油液能夠為設備提供良好的潤滑和冷卻效果，減少摩擦和熱量積累，從而延長設備的使用壽命。通過持續監測油品顆粒度變化，可以優化換油周期和維護計劃，避免不必要的維護成本，提高設備運行的經濟性。

此外，精確的顆粒度檢測數據還可以為設備狀態監測和故障診斷提供重要依據。通過分析顆粒度變化趨勢，可以預測潛在故障，實現預防性維護，減少意外停機時間，提高生產效率。因此，油品顆粒度檢測不僅是保障設備正常運行的必要手段，也是實現設備智能化管理的重要基礎。

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的飛速發展，液體顆粒計數器由于計數速度快、準確度高、重復性好、操作簡便且結果不受人為因素的影響，既可以在線用于現場工作，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用，現主要介紹利用遮光型臺式顆粒計數器測量顆粒度的原理和方法。

1) 遮光型顆粒計數法器的結構與工作原理

遮光型顆粒計數器主要由取樣系統、遮光型顆粒傳感器、數據處理系統三部分組成。其中遮光型顆粒傳感器主要由光源、傳感區、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  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構原理圖

從光源發出的平行光束通過傳感區的窗口射向一光電二極管。傳感區部分由透明的光學材料制成，被測試液樣沿垂直方向從中流過，在流經傳感區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換為電信號，經前置放大器放大后傳輸到計數器。當流經傳感區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；當液樣中有一個顆粒進入傳感區的出口時，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，即可得到不同尺寸顆粒的數量。

2）顆粒度計數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的污染程度，根據ISO4406等級標準規定,采用三個污染度等級代碼來表示顆粒計數結果，第一個代碼表示每毫升油液中尺寸≥4μm（c）的顆粒數對應的污染度等級，第二個代碼表示每毫升液樣中尺寸≥6μm（c）的顆粒數對應的污染度等級，第三個代碼表示每毫升液樣中尺寸≥14μm（c）的顆粒數對應的污染度等級。

4.  滑油顆粒度檢測在船用發動機試驗階段的關鍵作用

船用發動機在裝配完成后，因加工、裝配連接、運輸等過程會導致液壓潤滑系統管路中產生大量污染物。這些污染物若不清理干凈，試車時會造成液壓潤滑系統中液壓執行元件動作異常引發故障，甚至損傷發動機軸瓦等運動部件，延長產品試驗臺周期，影響產品質量，增加成本，因此發動機動車試驗前，需要快速、準確檢測液壓潤滑系統管路中油液污染度等級，使其滿足MAN B&W 潤滑油清潔度規范（見表一）要求。

表一 污染度等級要求

1) 縮短發動機試驗臺周期

我司引進德國PAMAS SBSS-C型液體顆粒度計數器，該設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，檢測結果直接能判斷油液顆粒污染度等級。隨時滿足系統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，提高生產效率，2024年總計縮短檢測時長約800小時。

2) 保障發動機試驗階段運行可靠性

實時監測液壓潤滑系統油液中金屬顆粒、灰塵等顆粒污染物的濃度和粒徑分布，及時發現異常磨損或外來雜質侵入；避免顆粒堵塞油路、濾清器，防止因潤滑不良導致閥件、軸瓦等部件磨損，引發嚴重故障。

3) 優化維護成本

通過污染度趨勢分析，針對性優化輔機潤滑系統過濾裝置維護及發動機潤滑系統管路沖洗工藝，實現預測性維護，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余臺船用發動機滑油沖洗時長由48小時縮短至24小時，助力船用發動機試驗臺平均周期達到23.5天，節省設備運行成本近50余萬元。

5.  結束語

油品顆粒度檢測作為保障設備正常運行、延長使用壽命的關鍵技術，在現代工業生產中發揮著不可替代的作用。通過重量分析法、顆粒計數法及顯微鏡對比法、電磁法、光電法等檢測手段，可以準確評估油液清潔度，為設備維護和故障預防提供重要依據。在船舶、航空航天、能源電力和機械制造等領域的廣泛應用并起到關鍵作用。

隨著工業技術的不斷進步，對油液清潔度的要求將越來越高，油品顆粒度檢測技術也將朝著更高精度、更快速度和更智能化的方向發展。未來，結合大數據分析和人工智能技術，油品顆粒度檢測有望實現更精準的故障預測和更優化的維護策略，為工業生產帶來更大的經濟效益和安全保障。

參考文獻：

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

[2]0743604-8.5 2017    MAN B&W 潤滑油清潔度規范

作者簡介：

來源：船柴