钻井机械液压油的污染与控制
摘要:液压油的质量和清洁度是保证液压系统正常工作的首要条件，而液压系统的污染是液压故障的一大原因。为了保证钻井机械液压系统的安全可靠运行，分析了液压系统中液压油污染的危害和原因，提出了检测液压油污染程度和控制液压油污染的方法和措施，以实现工作过程中的污染控制，包括控制油温和定期过滤等措施。
论文关键词:液压油，污染，控制
在现代传动方式中，液压传动可以很好地实现远距离控制和自动控制，并且由于其重量轻、结构紧凑、惯性小而得到了广泛的应用。但钻井设备多在室外，受外界环境影响较大。在实际使用过程中，容易被液压油污染，严重影响动力的传递。因此，液压油污染的控制尤为重要。
一、液压油概述
液压油在液压传动系统中作为中间介质，起着传递和转换能量的作用，在液压系统中还起着零件间的润滑、防腐、冷却和清洗的作用。它的主要特性是:
1.合适的粘度和良好的粘温特性粘度是选择液压油首先要考虑的因素。在相同的工作压力下，如果粘度过高，液压元件的运动阻力会增大，液压泵的自吸能力会随着温升的加快而降低，管路中的压降和功率损失也会增大；如果粘度过低，会增加液压泵的容积损失，增加部件的内漏，使滑动部件的油膜变薄，降低承载能力。
2.良好的润滑性(抗磨性)液压系统中有大量的运动部件需要润滑，以防止相对运动表面的磨损，特别是在高压系统中，对液压油的抗磨性能要求要高得多。
3.抗氧化性好的液压油在使用过程中也会被氧化。液压油氧化后产生的酸性物质会增加对金属的腐蚀性，油泥沉积会堵塞过滤器和微小缝隙，使液压系统工作不正常。因此，要求具有良好的抗氧化性。
4.良好的剪切稳定性。因为液压油经过泵和阀门的节流口和缝隙时，会受到剧烈的剪切作用，使油中的一些大分子如增粘剂发生断裂，变成小分子，使粘度降低。当粘度降低到一定程度时，油就不能用了，所以要求有良好的剪切性能。
5.好的防锈防腐液压油在使用过程中不可避免地会接触到水分和空气，氧化后产生的酸性物质会使金属生锈腐蚀，影响液压系统的正常工作。
6.良好的抗乳化性和水解稳定性。由液压油以不同方式混入的水和冷凝水会受到液压泵和其他部件的影响。
7.良好的抗泡沫性和液压油箱中的空气释放，由于混入油中的气泡随油循环，不仅会降低系统的压力，恶化润滑条件，还会产生异常的噪音和振动。此外，气泡还增加了油与空气的接触面积，加速了油的氧化，因此要求液压油具有良好的抗泡沫性和空气释放性。
8.对密封材料的适应性由于液压油与密封材料的适应性不好，密封材料会膨胀、软化或变硬，失去密封性能，所以要求液压油与密封材料能相互适应。
二、液压油的污染和危害
根据污染物的不同，液压油的污染可分为杂质(灰尘、金属颗粒、棉纱、氧化物等。)、湿气、空气、微生物和化学污染。在钻采机械的液压系统中，主要有杂质(多为金属颗粒)、水分和空气污染。
油与水混合
(1)水进入油中的方式
1)空气中的水因冷热交替而凝结成水滴，落入人体油中。
2)冷却器或热交换器密封损坏或冷却管破裂，使水漏入人油。
3)通过液压缸活塞杆进入系统的湿空气密封不严，凝结成水滴。
4)使用油时，人的湿气和暴露在潮湿环境中的油所吸收的水分都被带来了。
(2)油与水混合的危害
1)当油中混入一定量的水时，液压油会乳化成浑浊状态。如果液压油本身的抗乳化能力差，经过一段时间的静置，水无法从油中分离出来，使油始终处于浑浊状态。这种白色乳化油进入液压系统，不仅会使液压元件生锈，还会降低其润滑性能，加剧零件磨损，降低系统效率。
2)液压系统中的黑色金属生锈后，剥落的铁锈会在液压系统的管路和液压元件中流动并扩散，导致整个系统内部生锈，产生更多的剥落铁锈和氧化物。
3)水会与机油中的一些添加剂发生反应，产生沉淀、胶体等污染物，加速机油变质。
4)水与油中的硫和氯反应生成硫酸和盐酸，加剧了部件的磨损，加速了油的氧化变质，甚至产生大量油泥。
5)这些水污染物和氧化产物立即成为进一步氧化的催化剂，最终导致液压元件堵塞或卡死，造成液压系统故障、配油管堵塞、冷却器效率降低、机油滤清器堵塞等一系列故障。
6)另外，在低温下，水凝结成微小的冰粒，也容易堵塞控制元件的缝隙和死口。
2.石油侵入空气
油中的空气主要来源于管接头松动、部件结合面松动、油管暴露在油面和密封失效，暴露在大气中的油也会溶解空气。另外，油箱油量少时，液压油的循环加快，气泡很难清除。同时，机油泵吸油管深度不够，也使空气容易进入。
混入液压系统的空气通常以直径为0.05 ~ 0.50 mm的气泡形式悬浮在液压油中，对液压系统中液压油的体积弹性模量和粘度产生严重影响。随着液压系统中压力的增加，一部分空气混入液压油中，其余的仍以气相存在。当混合空气量增加时，液压油的体积弹性系数急剧下降，压力波在液压油中的传播速度减慢，液压油的动力粘度线性增加。悬浮在油中的空气与液压油结合形成混合液体。这种油的稳定性取决于气泡的大小，气泡对液压系统的影响很大，如振动、噪音、压力波动、液压元件不稳定、运动部件爬行、定位不准或动作紊乱等。同时也增加了功率消耗，加速了油的氧化，降低了油的润滑性能。油中的固体污染物主要以颗粒形式存在。这些杂质有的是在元件加工和装配过程中残留的，有的是在液压元件工作过程中产生的，有的来自外界杂质的侵入，它们的危害是:
(1)油中的各种颗粒杂质会对泵和电机造成危害。当杂质颗粒进入齿轮泵或齿轮马达的齿轮端面、两个端盖侧板之间、齿尖与壳体之间、叶片泵或叶片马达的叶片与叶片槽之间、转子端面与配油板之间、定子与转子(叶片顶部)之间、柱塞泵或柱塞马达的柱塞与柱塞缸孔之间、转子与配油板、滑块与斜板、可变机构的滑动副之间时，都有可能引起卡死故障。即使不造成卡死故障，也会加重磨损。杂质颗粒也可能堵塞泵前面的进油过滤器，引起泵的气蚀或引起各种并发故障。
(2)油中的各种颗粒杂质会对液压缸造成危害。颗粒杂质会使活塞和气缸、活塞杆和气缸盖孔以及密封件变形和磨损，从而增加机油泄漏，降低容积效率和有效推力(拉力)。如果颗粒杂质堵塞活塞或活塞杆，气缸将不会移动。
(3)油中的污染颗粒会对各种阀门部件造成危害。被污染的颗粒可能导致滑阀堵塞或节流阀堵塞，导致阀门动作失败。即使没有卡阻或堵塞故障，污染颗粒也会使阀组件的运动副过早磨损，增加配合间隙，恶化性能。
(4)污染物滋生细菌，加剧油品老化，使油品发黑发臭，进一步产生污染。这种恶性循环可能会产生以下后果:
1)污染物堵塞机油滤清器，导致机油泵吸空气，产生振动和噪音。
2)污染物增加油缸或电机的摩擦力，导致爬行。
3)污垢会彻底让伺服阀等抗污染能力差的元件根本失效，至少工作不稳定，滞后增大，污垢会堵住压力表前面的同一个小孔，使压力无法正确传递和反映。
4)污染物堵塞压力表的通道，使压力不能正确传递和反应。
三、控制液压油污染的主要措施
为了保证液压系统的正常可靠运行，减少故障，延长寿命，必须采取有效措施控制液压油的污染。
1，控制油温
油温过高往往会给液压系统带来以下不利影响:
(1)油的粘度下降，破坏了运动部件中的油膜，增加了摩擦阻力，导致系统发热，执行机构(如液压缸)爬行。油液粘度的降低会导致泄漏量的增加，系统的工作效率显著降低。
(2)油的粘度下降后，通过油门时其特性会发生变化，使活塞的运动速度不稳定。
(3)油温过高引起机件热膨胀，改变运动副之间的间隙，造成动作无效或卡死，降低其工作性能和精度。
(4)油温超过55摄氏度，机油氧化加剧，使用寿命缩短。据资料显示，当油温超过55摄氏度时，温度每升高9摄氏度，油的使用寿命就缩短一半。因此，对于不同用途、不同工况的机器。应该有不同的允许工作油温。工程机械液压系统允许的正常工作油温为35-55摄氏度，最高为70摄氏度。
2.控制过滤精度
为了控制油液的污染程度，应根据系统和元件的不同要求，根据所需的过滤精度，在伺服调速阀的吸油口、压力管路和进油口处设置滤油器，以控制油液中的颗粒污染物，使液压系统性能可靠，运行稳定。机油滤清器的过滤精度一般根据系统中对过滤精度最敏感的部件来选择。
3.加强现场维护管理
加强现场维护管理是防止外界污染物侵入系统，过滤掉系统中污染物的有效措施。
(1)检查油的清洁度。
设备管理部门在检查设备清洁度时，还应检查系统油、油箱和滤油器的清洁度，并建立液压设备清洁度三级评分制度。检查关键设备的液压系统。
(2)建立液压系统一级维护制度。
设备管理部门在制定设备一级维护内容时，应增加液压装置的具体维护内容。
(3)定期油样取样和化验。
应定期定量取油样，检查单位体积油样中杂质颗粒的大小、数量或重量，并进行定性和定量分析，以确定是否需要更换机油。
A.取样时间:对于有规定换油周期的液压设备，在用油可在换油前一周取样化验；新换的油，连续运转1000h后，应取样化验；企业大型精密液压设备用油应在使用600小时后取样化验。
b、取油样时，应先清洗油容器，不允许使用脏容器，以保证数据准确。取油样的具体方法如下:
当液压系统不工作时(即处于静止状态)，可从油箱的上、中、下三个部位分别取等量的油样，搅拌后再进行试验；液压系统工作时，油样可从系统的主回油管中取出；测试所需油样数量一般为300-500mL/次；按照试油规程进行试验，将试验结果填写在试油单上，并存入设备档案。
4、定期清洗
控制油液污染的另一个有效方法是定期清除滤网、滤芯、油箱、油管和部件内部的污垢。在拆卸部件和油管时也要注意清洁，所有的油口都要用塞子或塑料布封住，以防脏物侵入系统。
5.定期过滤机油并控制其使用寿命。
油的使用寿命或更换周期取决于许多因素，包括环境条件和设备的维护、液压系统中油的过滤精度和允许的污染水平。因为机油使用时间长，油、水、灰尘、金属磨损等。会把油变成含有多种污染物的混合液体。如果不及时更换，会影响系统的正常工作，导致事故发生。是否更换机油取决于机油污染的程度。目前，确定换油周期有三种方法:
(1)目视换油法。它是根据维修人员的经验，根据油的一些常规状态变化(如黑油、臭油、乳白色油等。)，来决定是否换油。
(2)定期换油法。根据设备所在场地的环境条件和工作条件，以及所用机油的换油周期，到期更换。这种方法非常适合液压设备较多的企业。
(3)抽样检验法。定期对油进行取样和测试，确定必要的项目(如粘度、酸值、水分、粒度和含量、腐蚀等。)和指标，并将油质实测值与规定的油品劣化标准进行比较，以确定是否应更换油品。取样时间:一般工程机械液压系统应在换油周期前一周进行，关键设备液压系统每500小时取样检测一次，检测结果应填入设备技术档案。抽样检验方法适用于关键设备和大型液压设备。
换油时注意清洁，防止赃物侵入液压系统，不要混装、换错。主要要求如下:
(1)要更换的新油或要添加的新油必须是本系统规定的油，只有在实验室试验确认其油质达到规定的性能指标后才能添加。
(2)为了保持新油的清洁，在换油时，应将油箱和主管道内的旧油放掉，并清洗油箱、滤网和软管。加油时一定要过滤机油，已经疲劳损坏的滤网要更换。
(3)加入的油量应达到油箱的油标位置。加油方法如下:首先加油至油箱最高油标，启动油泵电机，向系统所有管路供油，加油至油箱油标，然后启动电机，如此反复多次，直至油量保持在油标内。
因此，在日常使用和设备维护过程中，要非常注意观察油的质量，避免油污染对设备造成的损害。
参考
1詹丛昌编辑。液压可靠性和故障诊断。北京:冶金工业出版社，1995。
2潘舒叶。液压油劣化现场检测方法。建筑机械，2001(5)
3、陈。液压系统的污染与控制[J].机械制造及其自动化，2003，(01)
4王俊义。液压系统油液污染的危害及控制[J].山西建筑，2002，(09)
5童安德宇。工程机械液压系统的污染控制[J].上海铁道科技，2001，(04)
6王俊义。液压系统油液污染的危害及控制[J].山西建筑，2002，(09)
7张其仁。液压系统的温升控制[J].甘肃科技，2004，(04)
；