第3章
颗粒污染度分析技术

颗粒污染度也常被称为污染度或颗粒度，是衡量油中固体颗粒污染程度的基本指标，是油液污染控制的依据和基础，也是油液使用与维护的重要评价指标。当油液中的污染颗粒过多时，会严重影响设备的正常运行，特别是各种液压系统，颗粒污染度过高将会导致阀芯卡塞、泵阀磨损、控制系统失灵，严重影响设备安全。近年来，随着设备润滑及液压系统对油液污染控制要求的提高，油液污染度测试的场合越来越多，要求也越来越高。因此，对油液污染度测试技术的研究具有非常重要的意义。

3.1 颗粒污染度分析技术简介

颗粒污染度（以下简称污染度）分析是通过测试液体中固体颗粒污染物的浓度和尺寸分布，来判断液体的污染程度（或清洁程度）的一种定量或定性的分析方法。污染度分析技术是随着油液污染控制技术的发展而产生的一种集自动化技术、传感技术、计算机技术、化学工程及工业分析等技术与方法于一体的高新技术，目前已被广泛应用于居民生活和工业生产的各个领域中。例如，在医学领域中，可以通过检测药水的污染度，来获知药水的质量等级，并判断其是否符合相关的国家标准；在环境管理中，可以通过检测水质的污染度，来获知水质的清洁程度，并判断其是否达到相关生活和工业用水的标准；在设备维护中，可以通过检测润滑油的污染度，来获知油液的污染程度，并判断是否需要采取相关的过滤净化措施，来避免机械设备的磨损和失效。

油液的污染程度对于设备液压系统工作可靠性至关重要。通常认为，油液的固体颗粒物是造成液压元件磨损加剧、性能下降、动作迟滞的主要原因，极大地影响着设备的运行可靠性。对于伺服阀来说，污染物将使伺服阀的滞后量增加。而对于泵类元件来说，污染物会使磨损加剧、发热、效率降低，从而使寿命大大缩短。润滑油的污染程度对于汽轮机油、空压机油、齿轮油的运行也是至关重要的，若污染度等级过高，则表明油液中油泥、粉尘、磨损颗粒等颗粒物的含量过高，将会加剧摩擦副的磨损，降低设备的运行可靠性。

从摩擦学原理的角度来分析，油液的污染度等级过高对机械设备的影响，主要表现在油液中固体颗粒会破坏润滑油膜。机械设备摩擦副的润滑状态主要分为流体润滑、混合润滑、边界润滑和干摩擦这四大类，每种润滑状态对应的油膜厚度均不相同。其中，除了流体动压润滑和液体静压润滑的油膜厚度在1～100μm之外，其他润滑状态（如：弹性流体动压润滑、薄膜润滑、边界润滑）的油膜厚度均为1nm～1μm。但是，润滑油中的固体污染颗粒主要为粉尘颗粒和磨损金属颗粒，其尺寸基本分布为5～50μm。该尺寸范围的颗粒会破坏摩擦副中的润滑油膜，从而影响设备正常润滑，并加剧摩擦和磨损。主要表现为，固体颗粒进入到摩擦副中后，造成三体磨粒磨损。其机理是固体颗粒会对摩擦副金属表面产生极高的接触应力，并通过犁沟作用来产生磨损金属颗粒，从而容易造成设备的磨损失效。

油液污染度分析技术的研究和应用，已有几十年的发展历史。早在20世纪60年代，美国、英国等工业发达国家和地区根据本国工业生产（国防、航空航天、化工）、教育和科研等发展的需要，开始研究油液污染测试技术。美国军用标准MIL-STD-1246A、宇航局标准NAS 1638都是在60年代中期开始制定的。1965年，美国国家流体动力协会（NFPA）通过对全美的液压系统可靠性调查发现：液压系统的故障至少有75%是由于油液及其污染造成的。英国流体动力协会对清洁度与液压泵可靠性的关系也进行过专线调查，结果发现：当油液污染度低于NAS 9级时，液压泵基本不出现故障；当油液污染度为NAS 10～NAS 11级时，液压泵偶然出现故障；当油液污染度高于NAS 12级时，液压泵则需要经常维修。另外，类似的研究还表明，在100起飞行事故中，有20起左右是由油液污染引起的。

进入20世纪70～80年代，国外在油液污染测试技术开发上投入了大量的人力物力，并取得较大进展，光谱分析法、能谱分析法、射线分析法和颗粒计数器法都是在这一时期发展起来的。在这一时期，油液污染度测试引起了广泛的重视，国际标准化组织ISO相继发布了ISO 4021:1977《液压传动 颗粒污染物分析 从工作状态液压系统管路中心抽取液样的方法》、ISO 4406:1977《液压传动-油液-固体颗粒污染等级代号》、ISO 4406:1987、ISO 4406:1999等与油液污染度测试相关的标准。

我国油液污染度测试是从20世纪80年代开始的，逐步在各工业部门开展了油液污染度测试工作并采取措施控制污染水平。在航空航天、化工、医药、煤炭、船舶和机械等行业，由普及油液污染控制的基本知识到引进应用国外先进的油液污染度测试设备，开展油液污染度测试工作方面虽然做了大量的工作，但我国的污染控制技术和管理水平与国外主要发达国家相比，还有相当大的差距。我国一般液压设备的油液污染度要比国外高3～4级，造成了设备故障率高、寿命短，严重影响了设备效能的充分发挥。目前，我国的油液检测和故障诊断技术与国外的最新技术已无明显差别，油液污染的控制技术和相关的过滤净化设备也被工业企业广泛采用，但是国内企业的润滑管理经验仍有待提升，对设备润滑和污染控制仍然不够重视。

3.2 颗粒污染度的测试方法

对于油液污染程度的检测，最早是采用“目测法”“重量法”这样一类粗略的方法检测油液中的“机械杂质”。这类方法至今仍然被少数行业（如煤炭行业）采用，但其只能反映油液中是否存在肉眼可见的颗粒物或颗粒物的总量，根本无法反映颗粒物的尺寸及其分布状况。因此，之后采用的“显微镜计数法”，可以说是在油液固体颗粒污染度测定方法上的一大进步。但因其操作繁琐、无法实现结果比对且检测结果的离散性很大，所以其效果仍然不尽人意。随着科学技术的发展，自动颗粒计数器被广泛运用于油液分析的污染度检测中。本节主要介绍自动颗粒计数法的原理和检测方法，以及显微镜颗粒计数法的检测方法。

3.2.1 自动颗粒计数法

1.自动颗粒计数法仪器及原理

自动颗粒计数器具有计数速度快、精确度高和操作简便等优点，很快成为最主要的检测仪器。目前，应用的自动颗粒计数器按原理区分有遮光型、光散型和电阻型等三种类型。遮光原理和激光光源的自动颗粒计数器是油液颗粒污染度测定的主要仪器，图3-1所示为美国贝克曼库尔特公司生产的HIAC8011+遮光型颗粒计数器，遮光型颗粒计数器的主要技术关键是采用遮光型传感器，图3-2所示为遮光型传感器的原理。

自动颗粒计数器的工作原理是让被测试油液通过一个面积狭小的透明传感区，激光光源发出的激光沿与油液流向垂直的方向透过传感区，透过传感区的光信号由光电二极管转换为电信号。当流经传感区的油液中没有任何颗粒通过时，前置放大器的输出电压为一定值。当油液中有1个颗粒进入传感区时，即会有部分光被颗粒遮挡，光电二极管接收的光量减弱，于是输出电压产生一个脉冲，计数一次。由于被挡的光量与颗粒的投影面积成正比，因而输出电压脉冲的幅值直接反映颗粒的尺寸。

传感器的输出电压信号传输到计数器的模拟比较器，与预先设置的阈值电压相比较。当电压脉冲幅值大于阈值电压时，计数器即计数。通过累计脉冲的次数，即可得出颗粒的数目。计数器设有若干个通道，如6个或12个，分别对应不同的粒度区间。如一般六等级（即6通道）分为：＞2μm、＞5μm、＞15μm、＞25μm、＞50μm和＞100μm。传感器的输出信号同时传输到这些通道。根据传感器的标定曲线，预先将各个通道的阈值电压设置在与要测定的颗粒尺寸相对应的值上。这样，每一个通道对大于本通道阈值电压的脉冲进行计数，因而计数器就可以同时测定各种尺寸范围的颗粒数。这样测量结果会按照ISO或NAS污染度等级标准在显示屏上显示出来，并储存在仪器配置的计算机内。自动颗粒计数器必须经过标定后才能使用。ISO 11171:2022《液压传动-液体自动颗粒计数器的校准》详细规定了自动颗粒计数器的标定方法和步骤。需要注意的是，油液中的水分与气泡会影响自动颗粒计数器固体颗粒计数的准确性，计数时需注意消除二者的影响。

2.自动颗粒计数的测试方法

我国采用自动颗粒计数测试润滑油污染度通常依据DL/T 432—2018《电力用油中颗粒度测定方法》、GB/T 37163—2018《液压传动 采用遮光原理的自动颗粒计数法测定液样颗粒污染度》和GJB 380.4A—2015《航空工作液污染测试 第4部分：用自动颗粒计数法测定固体颗粒污染度来操作。在国际上，ISO 11500：2008《液压传动 用消光原理进行自动粒子计数测定液态样品的微粒污染程度》和ASTM D7647-10（2018）《用稀释技术通过消光除去水和干扰软颗粒影响的润滑油和液压油自动颗粒计数的标准测试方法》、IEC CEI 60970：2007《绝缘液体-颗粒计数和筛分方法》也是用得比较广泛的污染度测试标准方法。

（1）DL/T 432—2018

该标准规定了用自动颗粒计数仪测定磷酸酯抗燃油、汽轮机油、变压器油及其他辅机用油的颗粒污染度的方法；采用自动颗粒计数仪来测定油液的颗粒污染度。依据遮光原理，即当油样通过传感器时，油液中颗粒会产生遮光，不同尺寸颗粒产生的遮光效果不同，转换器将所产生的遮光信号转换为电脉冲信号，再划分到按标准设置好的颗粒度尺寸范围内并计数。

（2）GJB 380.4A—2015

该标准规定了用遮光、电阻、电子成像原理工作的自动颗粒计数器测定液体中固体颗粒的尺寸和数量的方法；适用于测定航空工作液的固体颗粒污染度。该方法介绍了测试准备、液样处理、液样测试等步骤，并要求使用GJB 420B—2006《航空工作液固体污染度分级》的分级方法报告结果，该分级方法与SAE AS4059F—2013《航空航天流体动力 液压流体的污染分类》中累积计数的分级标准相同。

（3）GB/T 37163—2018

该标准规定了采用遮光原理的自动颗粒计数器测定油样颗粒污染度的操作程序，修改采用了ISO 11500:2008，与DL/T 432—2018相同，该方法也是都是利用遮光原理，但对样品的要求较高，不适用于浑浊、水分含量高、有可见颗粒或含游离液体的样品。由于该标准是近几年制定的，因此目前在国内其应用的广泛程度，并不如DL/T 432—2018和GJB 380.4A—2015。

（4）ASTM D7647-10（2018）

该标准规定了用自动颗粒计数仪测定润滑油和液压油的新油和在用油中的颗粒浓度和颗粒尺寸分布的方法，适用于测定矿物型及合成型润滑剂，最高黏度等级可达1000。该方法介绍了样品检查、样品搅拌、样品稀释、样品脱气、测试步骤、结果报告等步骤，结果可使用ISO 4406《液压传动-油液-固体颗粒污染等级代号》或SAE AS4059进行报告。

（5）IEC CEI 60970：2007

该标准规定了用自动颗粒计数仪测定颗粒浓度和尺寸分布的取样程序和方法。适用于已使用和未使用的绝缘液体。该方法通过搅动样品使颗粒悬浮，然后以最佳流速通过颗粒计数器的传感器单元，在所需的流体体积通过传感器后，终止计数并记录结果。结果使用ISO 4406的分级方法进行报告。

3.2.2 显微镜颗粒计数法

1.显微镜颗粒计数法仪器及原理

显微镜分析方法是将一定体积的油液在真空条件下使用滤膜进行过滤，以收集滤膜表面的颗粒污染物。然后将滤膜安装在玻片之间，通过透射光或入射光进行显微镜检查，对颗粒进行尺寸测量和计数，从而得出油液的污染度等级。

显微镜分析法的主要仪器为过滤装置，其主要包含的部件为：滤筒、夹紧装置、砂芯滤板、锥形漏斗和真空抽滤瓶。图3-3所示为一种用于制作待测滤膜的抽滤装置。用于显微镜分析法的滤膜一般为塑料型微孔滤膜，滤膜直径为50mm，孔径为0.8μm或0.45μm。图3-4所示为制作好的油样滤膜。用于显微镜分析法的油样污染度比较显微镜，一般具有单目双物镜光学系统，左右两个光路系统的放大倍率（50倍和150倍）应一致。具有可调节的投射和反射照明系统。能同时观测到油样试片和油颗粒度分级标准模板，目镜测微尺能计量5μm以上的颗粒，具有机械式转动工作台或移动尺，可扫描观测油样试片的全部有效过滤面积。图3-5所示为显微镜下观测到的油样滤膜颗粒。

2.显微镜计数法的检测方法

显微镜颗粒污染度测试方法有两种：一是通过与标准模板对比，确立油液污染度等级，也称作“显微镜对比法”，DL/T 432—2018中规定了显微镜对比法的检测标准；二是在显微镜下对颗粒进行计数，也称作“显微镜计数法”，按照ISO 4406进行等级划分，常见的检测方法为ISO 4407：2002《流体传动-流体污染-使用光学显微镜通过计数法测定污染度》。我国也在GB/T 20082—2006《液压传动 液体污染 采用光学显微镜测定颗粒污染度的方法》中引进了该方法。

（1）DL/T 432—2018

DL/T 432—2018不仅规定了采用自动颗粒计数的操作规程，同时也提供了采用显微镜评价油中固体颗粒污染度的测量方法，其原理是采用真空抽滤设备将油样中的颗粒平均分布于微孔滤膜上，在显微镜下与油污染度分级标准模板进行比较，确定油样的颗粒污染度等级。

（2）ISO 4407：2002

ISO 4407:2002标准规定了用显微镜法来计算沉积在滤膜表面的颗粒数量，来确定液压油污染度的方法。该方法也是采用真空抽滤设备将液体中的污染物沉积在滤膜上，然后在显微镜下根据颗粒的最大尺寸确定污染物颗粒的大小并对其进行计数。该方法既可以使用人工计数方法，也可以将采集带有颗粒的滤膜图像，并利用图像分析技术来进行计数。我国GB/T 20082—2006与ISO 4407:2002等效。

3.3 颗粒污染度的评价方法

液压和润滑系统油液污染的程度可用油液污染度定量地表示。油液污染度是指单位容积油液中固体颗粒污染物的含量。油液污染度的表示方法很多，常见的有质量污染度和颗粒污染度两种表示方法。通常工业应用的质量污染度是指单位体积油液中所含的固体颗粒污染物质量，单位一般为mg/L。

为了定量地描述和评定系统油液的污染程度，实施对系统油液的污染控制，有必要制定油液污染度的等级标准。随着颗粒计数技术的发展，目前已广泛采用颗粒污染度的表示方法。颗粒污染度是指单位体积油液中所含的各种尺寸固体颗粒污染物数量。世界各主要工业国家以至各个工业部门都制定了各自的油液污染度等级标准。评价油液的污染度等级主要包含自动颗粒计数和显微镜计数两个方面，目前自动颗粒计数和显微镜颗粒计数的评价方法主要有ISO 4406、SAE AS4059、NAS 1638等三项国际标准，以及若干项国内标准。

3.3.1 ISO 4406污染度等级标准

ISO 4406污染度等级是由国际标准化组织最早于1987年提出的，受到广泛认可，我国GB/T 14039—2002《液压传动 油液 固体颗粒污染等级代号》为等同采用ISO 4406的国家标准。该标准到目前为止，先后经历了多次更新，但是总结起来，其评价方法有两个版本，即ISO 4406：1987和ISO 4406：1999，目前普遍采用的是ISO 4406：1999版本的评价方法（现已更新至ISO 4406：2021），也有企业选择沿用ISO 4406：1987的评级方法。

（1）ISO 4406：1987污染度评级标准

ISO 4406：1987污染度等级标准采用两个颗粒尺寸（5μm和15μm）作为监测污染度的特征粒度，见表3-1。一般认为5μm左右微小颗粒的浓度是引起流体系统淤积和堵塞故障的主要因素；而大于15μm的颗粒浓度对元件的污染磨损起着主导作用，以这两个尺寸的颗粒数量作为制定等级的依据，可比较全面反映不同大小的颗粒对系统的影响。因此，ISO 4406:1987污染度等级标准就是以两个数码代表油液的污染度等级，两个数码用一斜线分隔，即“××/××”的格式，前面的数码代表每毫升油液中尺寸大于5μm的颗粒数等级，后面的代码代表每毫升油液中尺寸大于15μm的颗粒数等级，例如ISO 16/13。

ISO 4406:1987的污染度等级评价标准同时适用于显微镜颗粒计数和自动颗粒计数，尺寸等级是依据被测量颗粒的长轴尺寸来划分的，但是现在已被ISO 4406:1999标准替代。

（2）ISO 4406:1999和ISO 4406:2021污染度等级标准

随着自动颗粒计数仪校准方法的更新，国际标准化组织于1999年依据更新后的校准方法ISO 11171：1999《液压传动液体自动颗粒计数器的校准》制定了新的固体颗粒污染度评级标准，即ISO 4406:1999，以替代ISO 4406:1987。ISO 4406:1999污染度等级标准见表3-2。在此后数年，国际标准化组织先后多次对该标准进行了确认，最新版本为ISO 4406:2021，但污染度等级划分还是沿用ISO 4406:1999的规则。

ISO 4406:1999与ISO 4406:1987的污染度等级代码存在明显差异，ISO 4406:1999国际标准采用三个代码表示油液固体颗粒污染度等级，三个代码间用斜线隔开，即用“××/××/××”的形式表示。与ISO 4406:1987相比，ISO 4406:1999新增了第一位代码，表示尺寸≥4μm颗粒数量等级；第二位码表示尺寸≥6μm颗粒数量等级，对应ISO 4406:1987中＞5μm颗粒数量等级；第三位码表示尺寸≥14μm颗粒数量等级，对应ISO 4406:1987中＞15μm颗粒的等级。例如，颗粒污染度等级22/18/13表示在每毫升油液中，尺寸≥4μm的颗粒数高于20000但低于40000个，尺寸≥6μm的颗粒数为高于1300但低于2500个，尺寸≥14μm的颗粒数为高于40但低于80个。

ISO 4406:1999的污染度等级评价标准仅适用于自动颗粒计数，尺寸等级是依据被测量颗粒投影面积的等效圆直径来划分的。我国现行的污染度评级标准GB/T 14039—2002就修改采用了ISO 4406:1999。

3.3.2 SAE AS4059污染度评级标准

SAE AS4059《航空航天流体动力 液压油的污染分级》是美国汽车工程师学会制定的航空液压油污染度分级标准，最早于1988年提出，后来进行了多次更新和确认，先后经历了A、B、C、D、E、F和G等多个版本，最新版本为2022年11月发布的SAE AS4059G版。

SAE AS4059G—2022的颗粒数量的统计方式有两种，差分计数法和累积计数法，分别见表3-3和表3-4。差分法对某一尺寸范围的颗粒数进行统计，并按照颗粒数量划分为00级～12级，共14个等级，累积法是对大于等于某个尺寸范围的颗粒数进行统计，并按照颗粒数量划分为000级～12级，共15个等级，表3-3和3-4中列举了每个等级的颗粒数上限。与ISO 4406不同的是，SAE AS4059G中不同尺寸的颗粒数量的评级规则并不相同，即同一等级、不同尺寸段的颗粒数上限并不相同。

SAE AS4059G—2022要求对每个尺寸段的颗粒数分别进行评级，记录每个尺寸段的颗粒数等级，并以斜杠分隔开，记作“SAE AS4059G代码”，同时取最大的那个等级作为样品的“SAE AS4059G污染度等级”。结果报告时需同时报告“SAE AS4059G代码”和“SAE AS4059G等级”。例如，100mL样液的颗粒计数结果见表3-5，那该样品的SAE AS4059G代码为“8/8/8/7/7”，SAE AS4059G等级为8级。

SAE AS4059G评级方法同时适用于显微镜计数法和自动颗粒计数法，但值得注意的是，适用于显微镜颗粒计数的尺寸等级，是依据颗粒的最长尺寸来划分的；适用于自动颗粒计数的尺寸等级，是依据被测量颗粒投影面积的等效圆直径来划分的。

3.3.3 NAS 1638污染度等级标准

NAS 1638污染度等级是由美国航天学会在1964年提出的。它源自20世纪60年代美国对飞机液压系统污染控制的需求。NAS1638的等级划分规则与SAE AS4059F相似，有5个颗粒尺寸范围，每个颗粒尺寸范围的污染度等级都有14个等级，用代码00～12来表示。污染度代码每升高一级，颗粒数范围上限就升高一倍，见表3-6。依据表3-6对5个尺寸区间的颗粒浓度进行评级，得到5个污染度代码，然后选取最高的那个代码作为该油样的污染度等级。

NAS 1638标准是根据20世纪60年代飞机液压系统润滑油内的固体颗粒颁布统计特征制定的。随着高效精细过滤器的应用，液压系统润滑油中固体颗粒的分布已不再具备当时使用粗过滤器时的颗粒尺寸特征。特别是>15μm的大颗粒减少，导致大颗粒尺寸段的设定毫无必要，也正是基于此考虑，国际标准化组织据此制定了ISO 4406:1987。

2001年和2011年，美国航天学会两次确认了NAS1638污染度等级划分标准，污染度划分等级划分仍是按表3-6执行，但在NAS 1638：2001和NAS 1638：2011中均已规定，该标准不再应用于自动颗粒计数。因此，国内使用自动颗粒计数进行油液污染度监测的企业单位，也应该与国际接轨，选择最新的ISO 4406或SAE AS4059标准。

3.3.4 GJB 420B污染度评级标准

GJB 420是为我国军用飞机液压系统用油的污染度等级评价标准，已在我国军队、航空航天和民航系统普遍应用。该标准先后经历了三个版本，分别是GJB 420A—1996、GJB 420B—2006和GJB 420B—2015，现行版本为GJB 420B—2015。

我国GJB 420B—2015《航空工作液固体污染度分级》采用的分级方法与SAE AS4059相同，并在SAE AS4059的基础上，对每个尺寸范围赋予了代码，即将颗粒尺寸分为A、B、C、D、E和F 6个类别，见表3-7。

采用GJB 420B—2015污染度等级的确定原则有以下两种。

1）按（B～E）尺寸范围中颗粒数最高等级确定污染度等级，结果表示为GJB 420B—×级。

2）按任意一个或若干个特定尺寸范围中颗粒数确定污染度等级，结果应表示为GJB 420B—×A/×B/×C/×D/×E/×F级中测试尺寸所对应的污染度等级。

实际测试时，可根据需要，选用其中一种确立油品的固体污染度等级。表3-8为按照第一种原则确定的颗粒污染度等级，测试了油样的（B～E）尺寸范围的颗粒数，选取等级最高者作为该油样的污染度等级，报告结果为”GJB 420B—9级”。

表3-9为按照第二种原则确定的颗粒污染度等级，按1个特定尺寸范围中颗粒数确定污染度等级，该油样选择的尺寸范围代码为B，即颗粒尺寸为＞5μm或＞6μm（c），对应该尺寸段的固体颗粒数量超过了GJB 420B—2015污染度等级中该尺寸段固体颗粒数量的最大值，因此该油样的固体颗粒污染度等级报告为GJB 420B—3B级。

表3-10也是按照第二种原则确定的颗粒污染度等级。该油样按3个特定尺寸范围（代码B、C、E）中颗粒数确定污染度等级。对应各尺寸段的污染度等级分别为＞12级、11级、10级，因此该油样的固体颗粒污染度等级报告为“GJB 420B—＞12B/11C/10E级”。

3.4 润滑及液压系统的污染控制及方法

润滑及液压系统在工作时，外界的污染物会不断浸入系统，而系统内部也会不断地产生污染物。颗粒污染的危害已引起世界各国的高度重视，大量实践表明：只要控制液压和润滑系统的污染度，就能保证液体工作介质在清洁度方面的质量，预防类似磨料磨损这样有害类型的机械磨损发生，从而可以延长设备的使用寿命。根据美国Noria公司的试验和统计，降低齿轮油的污染度，可以将齿轮箱的寿命提高3～5倍。

润滑油或液压油在一个使用周期后，往往各种理化指标都还正常，只是污染度超标。经过精细净化后，润滑油液的使用周期可得到延长，再“服役”一个或若干个周期都是可能的，由此可节约大量的油液使用资金。监测油液污染度的目的也就是对油液进行污染控制，采取各种措施以保证油液必需的清洁度。

润滑及液压系统中油液的污染控制一般分为四步，即建立目标清洁度、污染预防范、油液的净化处理和系统污染度的实时监测。通过这些控制措施和方法，可以使油液的污染度保持在设备运行要求的范围内，从而延长润滑油的使用周期和设备的使用寿命。

3.4.1 建立目标清洁度

建立目标清洁度是润滑污染控制的一个关键步骤。目标清洁度的确定要综合考虑设备特征，如机械摩擦副间隙、颗粒污染的敏感性和压力，设备和润滑油寿命延长的期望值，以及达到维持目标清洁度所需的成本等。

JB/T 10607—2006《液压系统工作介质使用规范》推荐了不同系统和元件使用油液的污染度等级，见表3-11。

值得指出的是，目标清洁度不是用于油液监测机器和润滑剂失效的极限值。通常，润滑油的污染度超过目标清洁度并不影响设备的正常操作，更不会立即造成设备故障。例如，一个液压系统的目标清洁度定为—/14/11，当污染度超出目标清洁度达到—/16/13时，该液压系统仍然运转正常。但是，污染度超过目标清洁度意味着出现了以下三种情况。

1）某个环节的污染控制出了问题。如果及时纠正，系统将可以恢复到原来的最佳状态。换言之，一个尚处在萌芽状态的故障，在尚未对设备和润滑油造成任何危害之前就被发现和消除，这就是主动性润滑维修的精髓。

2）如果继续在超过目标清洁度的状态下运行，则该系统将达不到在目标清洁度设定下的期望寿命值。

3）如果数量增加的颗粒是金属磨损颗粒，则意味着机器出现了不正常磨损。

因此，建立目标清洁度主要用于主动性润滑状态控制和机械磨损监测，通过始终保持油液高度清洁和及时了解磨损状态来达到设备的高可靠性运转的目的。

3.4.2 污染预防范

设备润滑及液压系统的污染来源（见图3-6）可以说是全方位的，如油液储存污染、油箱加油污染、系统内部磨损污染、油液氧化污染，以及外界污染物的侵入污染等，都对润滑油产生严重的侵蚀作用，缩短其使用寿命。污染控制的关键在于污染预防范，从源头上解决污染问题。

污染预防范可以从新油储存及使用、维护及维修和密封件的维护等几个方面来进行。

（1）新油储存及使用

实施污染控制的第一步就是防止新润滑油在加入设备前受到污染。有调查表明，阻止污染物进入油液中的成本仅为其进入油液后所造成损失的1/10，做好新油储存和使用过程的污染防范，可以避免很多故障的发生。为此需要做到以下几点。

1）加强新油验收管理。进入设备的新油清洁度应优于或等同于该设备润滑油的目标清洁度，因此在油液验收时，应注意检测新油的清洁度是否符合设备用油要求。

2）加强储存和使用管理。润滑油储存的环境应保持高度清洁。在被注入机器前应确保储存的润滑油满足要求的清洁度，否则应对油液进行过滤净化处理。

3）保证加油工具的干净无污染。加油工具使用完后，应盖好盖帽，分类存放在干燥的密闭空间中，避免被外界的固体颗粒污染。

（2）维护及维修

在日常的设备使用、维修中，也要注意减少系统污染。尤其在设备检修时，不要造成污染，这就要求在检修时处处小心，做到以下几点。

1）元件、管道装拆时，将油口包住，防止污染物进入。

2）换上的元件安装前应是清洁的。

3）大修后，内部应被彻底地冲洗，油液应达到目标清洁度。

4）加入新油时应采取过滤等措施。

不少设备检修人员对系统污染认识不足，施工中元件乱摆乱放，拆下的管道、元件也不包口，造成施工中新的污染。针对这些问题，一定要加强指导和监督，尽力避免。

（3）密封件的维护

在日常的设备运行维护中，还要注意检查机器内部各密封部位，杂质可能会从密封不良部位进入系统，而各类泵吸入管和轴密封等低于大气压的地方还会漏进气体。

对于如液压杆类的轴类零件，密封一般都包括三道密封，如图3-7所示。应使用高性能密封件，以防污染。与此同时，污染同样会造成密封件过快损伤，导致在用油的渗漏。图3-8所示为烟草行业使用的包装机推杆机构的渗漏问题，都是因烟丝对在用油的污染而引发的。对密封不良的部位，要及时处理或更换。如空气滤清器要完好、有效，油箱上的注油口，不用时要密封好，吸油管和回油管通过油箱处，也要密封好。

3.4.3 油液的净化处理

（1）选择油液净化方法

针对不同的污染物，根据不同的油液净化要求，可采用不同的净化方法。这些方法包括过滤、离心、聚结、静电、磁性、真空和吸附等方法，见表3-12。

（2）选择滤器的过滤精度

过滤器的精度一般分为四级。

1）粗滤器：能过滤的颗粒度为≥100μm。

2）普通滤器：能过滤的颗粒度为10μm。

3）精滤器：能过滤的颗粒度为1～10μm。

4）特精滤器：能过滤的颗粒度为0.5～1μm。

过滤精度是选择滤油器时第一个重要的参数，它决定着系统油液污染度水平的高低。一般来说滤油器精度越高，则系统的污染度等级也就越低。但是到目前为止，尚没有滤油器精度与油液污染度水平的对应关系，问题太复杂，因为无论是表面型还是深度型滤油器都没有可能100%地将大于该精度尺寸的颗粒截住，都有穿过网孔的机会，而随着堵截量的增大，以及系统压力流量的波动，又都不同程度地将污物释放到滤油器的下游，所以过滤精度也是个不断变化的参数。当前对于较高精度的系统应选择不低于5μm精度的滤油器。表3-13是工业液压系统推荐的清洁度和过滤精度。

（3）选择过滤比

过滤比是评定滤油机过滤精度的另一个重要指标，是反映过滤器对不同尺寸固体颗粒的过滤能力，用 β _x 表示。过滤比 β _x 的定义是滤油器上游加入的某一尺寸的污染粒子数除以下游仍存在的该尺寸的粒子数，即：

例如：当 β _x =1时，无任何效果；当 β _x =2时，过滤效率达到50%；当 β _x =75时，过滤效率达到98%；当 β _x =1000时，过滤效率达到99.99%。

β _x 值能够准确地描述过滤器的过滤能力，得到了世界上的广泛承认和推广。目前，我国国家标准GB/T 26114—2024《液体过滤用过滤器 通用技术规范》中，已将 β _x 作为过滤器精度的评价指标。而原来所谓的名义精度等是没有考虑过滤尺寸和过滤效率的，也是不准确的，必然要被逐渐淘汰。一个优质的过滤器，通常在技术指标上都会提供过滤精度与过滤效率的曲线，那么最高的过滤效率下对应的过滤精度，通常被认为是绝对过滤精度。

但是，现在使用的国产滤油器甚至国外的部分滤油器，仍然很少在性能指标中标有 β _x 值，部分滤油器标注的过滤精度实际上是名义精度，这就造成一个错觉，在不少系统就发现，虽然名义过滤精度很高，但实际上系统还是很脏，清洁度很差，系统故障频繁，其原因往往就是过滤器精度实际上很差，根本达不到系统要求。这种情况不在少数，因此在选用过滤器时，必须充分重视。

（4）保证有效的油液过滤系统

全面考虑设备和油液的运用成本，使用高性能油过滤器远比便宜而低效率的过滤器更为经济。滤芯的材料和结构是过滤器品质和效率的关键，而过滤器的位置、大小、性能，以及与设备要求的流速、流量等，共同决定了是否可以达到目标清洁度。因此，在设备已经有在线过滤的同时，采用外部循环过滤系统，是提高在用润滑油目标清洁度的重要措施，对精度要求高或污染严重的系统，更是这样。

与系统主回路上的过滤器相比，外循环过滤系统可以选用精度较高的过滤器，而不用担心过滤器精度太高造成堵塞，影响系统工作，从而可以提高整个系统的污染度控制等级。为了获得好的过滤效果，循环系统最好选用全流量过滤，过滤流量与系统工作流量相匹配，使系统工作介质能得到及时过滤。

此外，还可以在循环过滤系统上安装油水分离等脱气、脱水装置，也不会对系统造成影响。

3.4.4 系统污染度的实时监测

污染状态动态监控是实现设备主动维护的基础，也是污染控制的一个重要方面。随着油液监测技术和设备的不断发展，便携式检测仪、在线监测仪等仪器的性能不断提高，应用逐渐广泛，既可用于一般油液检测，也可用于水乙二醇等介质的检测，在现场几分钟就可以按ISO或NAS标准出结果，且检测结果还可以储存、打印。同时，也可以通过专业检测公司进行多项目检查，随时了解系统的污染情况，掌握污染的变化趋势，并进行分析，有针对性地采取措施，将问题解决在起始状态。

油润滑设备的定期换油，往往会造成油液的浪费。如果能够对系统污染度进行动态监测，就能及时掌握污染情况，通过趋势分析，寻找变化的原因，在此基础上决定对系统进行处理还是更换。实际上，不同的油液使用寿命不同，同一种油液用于不同的设备、环境和维护条件下，使用的期限也有很大差异。只有对系统污染进行动态检测，才能及时了解油液污染情况的变化，保证设备始终处于受控状态，使企业的润滑技术和管理水平上一个台阶。在污染的检测分析中，还可以结合铁谱和光谱的检测，光谱可分析油液中元素含量，弥补铁谱不能分析有色金属的缺点，铁谱可以检测磨损颗粒的形状、分布，弥补光谱无法判断磨损类型的缺点，两者互补，可更准确地分析油样带来的有关污染和磨损信息。

参考文献

［1］贺石中，冯伟.设备润滑诊断与管理［M］.北京：中国石化出版社，2017.

［2］杨其明，严新平，贺石中.油液监测分析现场实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［3］董婉.基于油液多参数监测的齿轮箱运行状态评估与健康预测［D］.柳州：广西科技大学，2022.

［4］窦鹏，周义凤，黄燕，等.电力用油污染度现场检测装置的研制与应用［J］.液压气动与密封，2023，43（2）：36-38.

［5］王冰，於迪，陈炯华，等.汽轮机油颗粒污染度持续偏高原因分析及预防［J］.润滑油，2023，38（1）：44-47.

［6］王珞琪.油液中颗粒污染度测定的分析与应用［J］.石化技术，2021，28（12）：166-167.

［7］李江鹏.核电站中油品颗粒污染度标准的转换升级［J］.华东科技（综合），2021（6）：466，469.

［8］胡海豹，陈晓伟，史军.硅油添加剂对油液污染度检测影响探究［J］.润滑油，2020，35（5）：44-46.

［9］胡学超，杨文广，樊振海，等.基于油液监测的风机齿轮箱异常磨损案例分析［J］.电工技术，2021（12）：64-66.

［10］骆骏德.隧道掘进机液压油液工况监测方法与系统研究［J］.北华航天工业学院学报，2020（1）：8-10.

［11］刘享明，李洋，刘威，等.在用液压油固体污染检测技术及污染控制研究［J］.润滑油，2020，35（4）：55-59.

［12］何新荣，谭锐，林永江.电厂用矿物涡轮机油过滤系统研究［J］.东方汽轮机，2023（2）：24-27.

［13］张静茹，贺石中，丘晖饶，等.石油产品颗粒度测试影响因素的研究［J］.精细石油化工，2021，38（6）：66-70.

［14］高丽军，王雄雄.提高油品颗粒度检测准确性的方法研究［J］.山东化工，2022，51（19）：152-154.

［15］吴培伟，黄青丹，饶锐，等.油液颗粒度检测平台控制系统的设计［J］.机床与液压，2020，48（13）：106-110.

［16］陈钢，胡军，朱兵，等.三峡电站700MW发电机组润滑可靠性分析及工艺应用［J］.润滑与密封，2020，45（1）：139-143.

［17］SHAHRZAD T，MEHDI J .Compact and automated particle counting platform using smartphone-microscopy［J］.Talanta，2021，228：122244.

［18］陈希颖.变压器油中颗粒度检测结果影响因素分析［J］.电工技术，2022（9）：102-105.

［19］贾东昆，付晓先，杨淼，等.在线颗粒度监测仪在高清液压油生产过程的应用分析［J］.中国设备工程，2023（17）：267-270.

［20］王洪波，黄智鹏，张向英，等.基于加速寿命试验方法的伺服阀污染卡滞寿命分析［J］.液压与气动，2022，46（7）：131-135.

［21］PRICKETT B .Clean oil is productive oil［J］.Plant Engineering，2019，73（5）：42-44.

［22］MAO J X，ZHENG Q X，XU X，et al.Research on the influence of cosolvent on the determination of the contamination degree of jet fuel［J］.ACSOMEGA，2020，5（21）：12184-12190.

［23］赵修琪，高硕，张玉朋，等.油液污染度自动检测仪的内部流场模拟分析［J］.机床与液压，2021，49（4）：129-132. qiJ4xi/ce63sFWlTsKLuqAtbBitBmLiBIhh1XAkgCJPtUrEnGSgVDuFiCeEEhtro