ГОСТ Р 54013-2010 Гидропривод объемный. ИСО методы подсчета частиц в гидравлической жидкости. Стандарты на контроль загрязнения и испытания фильтров.

ГОСТ Р 54013-2010/ISO/TR 16386:1999

Группа Т58

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ГИДРОПРИВОД ОБЪЕМНЫЙ

ИСО методы подсчета частиц в гидравлической жидкости. Стандарты на контроль загрязнения и испытания фильтров

Hydraulic fluid power. Impact of changes in ISO fluid power particle counting. Contamination control and filter test standards

ОКС 23.100.60

ОКП 02 5000

   41 4000

Дата введения 2010-12-01

Предисловие

Цели  и принципы стандартизации в Российской Федерации установлены Федеральным законом от 27 декабря 2002 г. N 184-ФЗ "О техническом регулировании", а правила применения национальных стандартов Российской Федерации - ГОСТ Р 1.0-2004 "Стандартизация в Российской Федерации. Основные положения"

Сведения  о стандарте

1  ПОДГОТОВЛЕН Автономной некоммерческой организацией "Научно-исследовательский центр контроля и диагностики технических систем" (АНО "НИЦ КД") и Самарским государственным аэрокосмическим университетом им. академика С.П.Королева (СГАУ) на основе аутентичного перевода на русский язык стандарта СГАУ, указанного в пункт*

_______________

*  Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных

2  ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 184 "Обеспечение промышленной чистоты"

3  УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 30 ноября 2010 г. N 622-ст

4  Настоящий стандарт идентичен международному документу ИСО/ТО 16386:1999* "ИСО методы подсчета частиц в гидравлической жидкости. Стандарты на контроль загрязнения и испытания фильтров" (ISO/TR 16386:2009 "Impact of changes in ISO fluid power particle counting - Contamination control and filter test standards").

________________

*  Доступ к международным и зарубежным документам, упомянутым здесь и далее по тексту, можно получить, перейдя по ссылке. - Примечание изготовителя базы данных.

Наименование  настоящего стандарта изменено относительно наименования указанного международного стандарта для приведения в соответствие с ГОСТ Р 1.5 (пункт 3.5)

5  ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация  об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячно издаваемых информационных указателях "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячно издаваемом информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет

Введение

Принятие  четырех переработанных и обновленных стандартов по контролю загрязнений ИСО 11171, ИСО 11943, ИСО 16889 и ИСО 4406 привело к необходимости внесения значительных изменений в форму представления данных по уровням загрязненности гидравлической жидкости твердыми частицами и характеристикам фильтров. В ИСО 11171 установлен новый прослеживаемый метод калибровки счетчиков частиц, разработанный Национальным Институтом Стандартов и Технологии (NIST), который заменяет метод калибровки счетчиков частиц по тонкодисперсной тестовой пыли для воздухоочистителей (ACFTD)*, используемый с начала 1970-х гг. В результате размеры частиц загрязнителя, указываемые как 2, 5, 10 и 15 мкм, представляют как приблизительно 4,6; 6,4; 9,8 и 13,6 мкм(с) соответственно, где (с) означает калибровку по ИСО 11171. ИСО 11943 - это стандарт по калибровке интерактивных счетчиков частиц, используемый, в основном, для оценки характеристик фильтров. В многопроходном испытании фильтров по ИСО 16889, заменяющем исходный метод по ИСО 4572, ACFTD заменена на среднедисперсную тестовую пыль ИСО (ISO MTD)**, а для калибровки счетчиков частиц использован новый прослеживаемый метод. Для нового метода калибровки с помощью автоматических счетчиков частиц (АСЧ) в ИСО 4406 к ИСО коду уровня загрязненности гидравлической жидкости твердыми частицами добавлено классификационное число, соответствующее числу частиц размером, равным или большим 4 мкм(с). Эти усовершенствования подсчета частиц и методов испытаний фильтров оказали значительное влияние на деятельность по контролю загрязненности. Следует отметить, что ни реальные уровни загрязненности, ни характеристики фильтров или их эффективность по защите надежности компонентов не изменились. В настоящем стандарте рассмотрена суть изменений, причина их введения, влияние на уровни загрязненности и номинальные характеристики фильтра, а также их польза для промышленности.

_______________

*  ACFTD - Air Cleaner Fine Test Dust (тонкодисперсная тестовая пыль для воздухоочистителей).     

**  ISO MTD - ISO Medium Test Dust (среднедисперсная тестовая пыль ИСО).

     1 Область применения

Автоматические  оптические счетчики частиц в жидкости используют для контроля уровней загрязненности гидравлической жидкости, для определения чистоты узлов и гидроагрегатов и эффективности фильтров. В результате замены ИСО 4402 на ИСО 11171 (калибровка счетчиков частиц), ИСО 4572 на ИСО 16889 (многопроходное испытание фильтров) и введения ИСО 11943 (калибровка интерактивных счетчиков частиц) ожидалось улучшение качества и надежности результатов подсчета частиц и испытаний фильтров, а также их применимости в промышленности. Однако в связи с переопределением размеров частиц и использованием новой тестовой пыли данные об уровнях загрязненности гидравлической жидкости и характеристиках фильтра будут по-другому представляться и интерпретироваться. Эти изменения рассмотрены в настоящем стандарте.

     2 Предыстория

     2.1 Тонкодисперсная тестовая пыль для фильтров воздуха

Первоначально  ACFTD выпускали партиями в компании General Motors (отдел Свечей зажигания). ACFTD получали путем сбора пыли в определенном районе штата Аризона, размельчения ее в шаровой мельнице для получения однородного распределения частиц по размерам, включая размеры приблизительно от 0 до 100 мкм. Данные о распределении частиц по средним объемам в каждой партии ACFTD, полученные либо с помощью роликового анализатора, либо методом лазерной дифракции, прилагались к купленным образцам. В 1992 г производство ACFTD было прекращено.

Из-за  относительно однородного распределения частиц по размерам ACFTD использовали для калибровки АСЧ по ИСО 4572, используемых в гидравлических и других системах. Ввиду неправильной формы частиц кварцевой пыли, ACFTD считали представительной для частиц, обнаруживаемых в типовых гидравлических системах. В ИСО 4402 приведено распределение частиц по размерам для ACFTD, основанное на данных, полученных с помощью оптического микроскопа в конце 1960-х г. В то время статистический анализ неодинаковости партий ACFTD не проводили. Позже были обнаружены различия между опубликованным распределением частиц по размерам и действительными распределениями частиц по размерам в последовательных партиях ACFTD. Эти различия являются значимым источником неодинаковости результатов подсчета частиц.

     2.2 Калибровка счетчиков частиц с использованием тонкодисперсной тестовой пыли для фильтров воздуха

Считают,  что подсчет частиц является основой программ по контролю загрязнения. АСЧ используют для мониторинга уровней загрязненности гидравлической жидкости в работающем оборудовании, для разработки требований к уровням чистоты узлов и гидроагрегатов, а также для определения коэффициента фильтрования фильтров и оценки их эффективности.

Калибровку  проводят для получения зависимости порогового напряжения в АСЧ от размера частиц. Это было осуществлено путем сравнения содержания частиц, определенного экспериментально при известных значениях порогового напряжения, с опубликованным распределением частиц ACFTD по размерам. Точность калибровки зависит от точности опубликованного распределения частиц по размерам.

В  связи с отсутствием загрязнителя с более нормированным распределением частиц по размерам при калибровке АСЧ для контроля уровней загрязненности жидкостей в гидроприводах и других системах использовали ACFTD. Распределение частиц ACFTD по размерам, использованное для калибровки по ИСО 4402, было получено на основе значений длины наибольшей хорды частиц, измеренной оптическим микроскопом в конце 1960-х гг. В то время для подсчета частиц применяли оптический микроскоп. Калибровка АСЧ заключалась в том, чтобы получить наиболее точное соответствие результатов подсчета частиц с помощью АСЧ и оптического микроскопа.

Точность  опубликованного распределения частиц ACFTD по размерам и соответствующей калибровки АСЧ с 1970-х гг. начали ставить под сомнение. До тех пор, пока не была проведена оригинальная работа по некоторым партиям ACFTD, влияние неодинаковости партий на распределение частиц по размерам и калибровку АСЧ не учитывали. Несмотря на это, по ИСО 4402 от лабораторий требуется проводить калибровку на основе оригинального опубликованного распределения частиц по размерам, хотя конкретные партии ACFTD могут быть различны.

     2.3 Первоначальное многопроходное испытание фильтров

Параллельно  с разработкой метода калибровки счетчиков частиц по ACFTD создавался метод многопроходного испытания гидравлических фильтров для определения их характеристик, главным образом, эффективности и грязеемкости. В 1981 г. метод многопроходного испытания был установлен международным стандартом ИСО 4572 и с тех пор его широко применяли. Характеристики, определяющие пригодность ACFTD для калибровки АСЧ, делают ее идеальной и для испытания фильтров. При многопроходном испытании гидравлическая жидкость циркулирует через испытуемый фильтр, при этом непрерывно добавляют суспензию ACFTD в гидробак, помещенный выше по потоку от фильтра. В течение всего испытания делают отсчеты частиц до и после фильтра. Их используют для вычисления эффективности удаления частиц в зависимости от их размера. Очевидно, что результаты, выраженные через коэффициент фильтрования , зависят от калибровки АСЧ, а также от распределения частиц тестовой пыли по размерам. Определяют грязеемкость испытуемого фильтра как количество ACFTD, необходимое для достижения на фильтре максимального перепада давления. Распределение частиц тестовой пыли по размерам и их структура также оказывают значительное влияние на такие характеристики фильтров, как эффективность и грязеемкость.

     3 Новые тестовые пыли

В  1992 г. пересмотр стандартов по калибровке счетчиков частиц и испытанию фильтров был срочно продолжен, когда в отделе выпуска оборудования для очистки воздуха в г.Рочестер (бывший отдел Свечей зажигания) корпорации General Motors прекратили производство ACFTD. Техническим комитетом ИСО/ТК 22 был принят ИСО 12103-1 по пыли для испытаний фильтров, в котором установлены физические, химические свойства, а также распределение частиц по размерам для четырех типов тестовой кварцевой пыли. Новые тестовые пыли изготовляют с применением струйного измельчения вместо шаровых мельниц, использовавшихся для ACFTD. В результате распределение частиц по размерам и форма отдельных частиц новой пыли отличаются от ACFTD. Также в ИСО 12103-1 установлены электрозонные методики получения распределения частиц новых пылей по размерам вместо роликового анализатора и лазерной дифракции, применявшихся при производстве ACFTD. В результате применения ИСО 12103-1 новые тестовые пыли легче контролировать, а различия их от партии к партии меньше, чем у ACFTD.

Одна  из пылей, описанных в ISO 12103-1, среднедисперсная тестовая пыль ИСО (класс A3), ISO MTD, была выбрана ИСО/ТК 131/ПК 6 для замены ACFTD при калибровке счетчиков частиц и проведении многопроходных испытаний фильтров. ISO MTD физически и химически идентична ACFTD, но содержит меньшее число частиц размером не более 5 мкм и легче диспергируется в гидравлической жидкости. Высокое содержание мелких частиц в ACFTD может быть причиной погрешностей, связанных с совпадением частиц при подсчете. Таким образом, использование ISO MTD уменьшает этот источник погрешности при сохранении необходимых свойств ACFTD.

     4 Новый метод калибровки автоматических счетчиков частиц

Из-за  проблем с точностью распределения частиц ACFTD по размерам Национальная Ассоциация по Гидравлической Энергии (США) в 1980 г. начала разработку прослеживаемого метода калибровки АСЧ. Результатом первой попытки по созданию прослеживаемого метода был новый метод, установленный стандартом США ANSI/(NFPA) T2.9.6R1 (1990), в котором использовались частицы латекса одинаковых размеров, взвешенные в минеральном масле MIL-H-5606, с размерами, прослеживаемыми NIST. Однако использование этого метода не было одобрено, поскольку вскоре после его внедрения было обнаружено плохое соответствие между АСЧ различных типов, откалиброванных по латексу. АСЧ разных изготовителей и АСЧ с источниками света различных типов (такими, как лазерный диод или источник белого света) или принципами измерений (рассеяние или ослабление света) давали различные отсчеты частиц при анализе ACFTD или аналогичных образцов. Это обусловлено оптическими свойствами латекса и кварца. Было сделано заключение о том, что частицы для калибровки АСЧ должны быть оптически аналогичны тем, что обычно используются для испытания фильтров.

Для  создания прослеживаемого метода калибровки АСЧ в 1993 г. обратились в NIST с целью аттестации распределения по размерам частиц ISO MTD в суспензиях. Аттестованные суспензии, стандартный образец NIST (SRM) 2806, представляют собой суспензии ISO MTD в гидравлической жидкости MIL-H-5606 с массовой концентрацией 2,8 мг/л. Методы сканирующей электронной микроскопии и статистического анализа были использованы для измерения эквивалентных диаметров проекций частиц ISO MTD и для определения распределения частиц SRM по размерам. Эквивалентный диаметр проекции используют для определения размера частицы, поскольку он более близок к размеру, реально измеряемому АСЧ, чем длина наибольшей хорды, которая использовалась при получении распределения частиц ACFTD по размерам. Датчик частиц измеряет изменение интенсивности света, вызванное присутствием частицы в его чувствительной зоне. В известном смысле, датчик ослабления света измеряет размер тени, отбрасываемой частицей. Длина наибольшей хорды и эквивалентный диаметр проекции частицы показаны на рисунке 1.

1 - действительное изображение частицы; 2 - изображение частицы по ИСО 4402 (распределение частиц ACFTD по размерам); 3 - изображение частицы по NIST, эквивалентный диаметр проекции (распределение частиц по размерам, полученное в NIST); 4 - размер наибольшей хорды 13 мкм; 5 - площадь частицы = 78,5 мкм; 6 - эквивалентная площадь = 78,5 мкм; 7 - эквивалентный диаметр частицы 10 мкм

Рисунок 1 - Схема определения размера частицы по размеру наибольшей хорды и эквивалентному диаметру проекции частицы

Как  показано на рисунке 2 для ISO MTD, распределение частиц по размерам, полученное по результатам калибровки NIST, значительно отличается от распределения, полученного с помощью АСЧ, откалиброванного по ACFTD. Результаты, приведенные на рисунке 2, представляют собой распределения частиц по размерам для проб ISO MTD с массовой концентрацией 2,8 мг/л, проанализированных институтом NIST и АСЧ, откалиброванными по ACFTD. Последние результаты были получены в рамках международного анонимного исследования, проведенного при содействии ИСО ТК 131/ПК 8/РГ 9. При размере частиц не более 10 мкм в NIST наблюдалось значительно большее число частиц, чем с помощью АСЧ, откалиброванного по ACFTD. Более высокая чувствительность сканирующей электронной микроскопии по сравнению с оптической микроскопией позволяет получить отсчеты, соответствующие высокому содержанию мелких частиц. При размерах более 10 мкм в NIST наблюдалось меньшее число частиц. Это главным образом связано с тем, что в NIST определяли эквивалентный диаметр проекции частиц, а этот диаметр меньше, чем длина наибольшей хорды, используемой для построения опубликованного распределения частиц ACFTD по размерам (рисунок 1).

1 - калибровка, полученная в NIST; 2 - калибровка по ACFTD.

Примечание  - Распределения частиц по размерам получены для проб ISO MTD массовой концентрацией 2,8 мг/л.

Рисунок 2 - Распределения частиц ISO MTD по размерам, полученные с использованием метода калибровки по ACFTD (по ИСО 4402) и нового прослеживаемого метода калибровки NIST (по ИСО 11171)

При  внесении изменений в ИСО 4402 (калибровка счетчиков частиц), ИСО 4572 (многопроходные испытания фильтров) и ИСО 11943 (калибровка интерактивных счетчиков частиц) было предусмотрено использование ISO MTD и обеспечение прослеживаемости к NIST SRM 2806. Ожидалось, что в результате внесения изменений повысятся качество и надежность как счетчиков частиц, так и результатов испытаний фильтров. В 1995 г. это предположение было подтверждено в рамках ряда международных анонимных исследований, проведенных с целью оценки влияния этих изменений на результаты измерений. Результаты этих исследований подробно описаны в справочных приложениях соответствующих стандартов ИСО.

     5 Обоснование необходимости изменений

ИСО  и другие организации, занимающиеся разработкой общетехнических стандартов, должны разрабатывать технически обоснованные стандарты, позволяющие проводить достоверное сравнение данных, полученных из различных источников. Эти стандарты дают возможность сравнивать результаты, полученные на различных предприятиях или в лабораториях, которые проводят испытания по одному и тому же стандарту на методы испытаний. Поэтому ИСО одобряет использование для калибровки стандартных образцов. Ранее для многопроходных испытаний фильтров и для калибровки АСЧ использовали неаттестованные образцы ACFTD. Хотя метод калибровки по ACFTD длительное время использовали для проведения обычной калибровки в лабораториях, он имеет недостатки, влияющие на точность результатов и на согласованность результатов между лабораториями. Еще большей проблемой является то, что ACFTD больше не выпускают серийно.

С  точки зрения калибровки АСЧ, метод калибровки по ACFTD имеет ряд недостатков, самым существенным из которых, возможно, является то, что распределение частиц ACFTD по размерам неаттестовано и непрослеживаемо. Точность калибровки зависит от точности эталонного распределения частиц по размерам. Известно, что распределения частиц по размерам, полученные современными методами электронной микроскопии и электрозонного подсчета, отличаются от опубликованного распределения частиц ACFTD по размерам (по ИСО 4402), полученного методом оптической микроскопии, особенно для частиц размером менее 10 мкм. Опубликованное распределение частиц ACFTD по размерам основано на анализе, проведенном в конце 1960-х годов для конкретных партий ACFTD, без учета их неодинаковости. Кроме того метод калибровки по ACFTD не требует аттестации используемых АСЧ и аналитических методик. Новый метод калибровки устраняет многие из этих неопределенностей за счет применения для калибровки стандартных образцов состава (суспензий). Кроме того использование нового метода калибровки позволяет установить минимальные требования к характеристикам АСЧ и использовать статистические методы для оценки данных и аналитических методик. Одним из следствий изменения метода калибровки является переопределение размеров частиц, рассмотренное ниже.

С  точки зрения испытания фильтров, переход к новой тестовой пыли и новому методу калибровки для многопроходного испытания фильтров был необходим в связи с прекращением производства ACFTD. Как упоминалось выше, замена ACFTD на ISO MTD дает несколько преимуществ при испытании фильтров. Свойства и распределение частиц ISO MTD по размерам более воспроизводимы, она лучше охарактеризована и ее проще диспергировать по сравнению с ACFTD. ISO MTD содержит значительно меньшее число частиц размером менее 5 мкм. Это снижает вероятность погрешностей совпадения при подсчете частиц и особенно важно для интерактивных систем подсчета частиц, используемых при проведении многопроходных испытаний. Кроме замены тестовой пыли в ИСО 16889 были установлены улучшенные методы многопроходных испытаний и представления данных. Из-за разных распределений частиц по размерам ACFTD и ISO MTD и их разной структуры, а также изменений методов испытаний и способов представления данных, результаты многопроходных испытаний фильтров отличны от тех, что получены по ИСО 4572. Однако, в целом, повторяемость результатов многопроходных испытаний должна была улучшиться. Влияние изменений рассмотрено ниже.

     6 Влияние изменений на измерения размеров частиц и концентрацию загрязнителя

     6.1 Переопределение размеров частиц

Информация  по размерам частиц и их содержанию необходима при контроле загрязненности гидравлической жидкости. Замена метода калибровки АСЧ приводит к непосредственным изменениям представляемых размеров частиц и их содержания. Величина изменения зависит от размера частиц, представляющего интерес. В связи с заменой метода калибровки, по ИСО 11171 размеры частиц записывают с использованием символа мкм(с), где (с) означает, что калибровку проводили по ИСО 11171. В таблице 1 приведены размеры частиц, полученные с использованием различных методов калибровки по ACFTD и NIST. При размере частиц 10 мкм различие представляемых размеров составляет приблизительно 2%. Размеры частиц 15 и 5 мкм для ACFTD, полученные методом оптической микроскопии, будут по новому методу NIST приблизительно 13,6 и 6,4 мкм(с) соответственно. Наибольшее изменение размера наблюдается при очень малых размерах частиц. Размер 1 мкм для ACFTD будет приблизительно 4,2 мкм(с) по новому методу. Это изменение представляемых размеров может привести к некорректному представлению уровней загрязненности жидкости или сравнению коэффициента фильтрования и эффективности фильтров.

Таблица 1 - Размер частиц, полученный с использованием различных методов калибровки АСЧ