濾清器多次通過試驗中系統(tǒng)背壓對試驗結(jié)果的影響

梁濤，黎永富，郭鵬鹍，郭偉林

(廣州機(jī)械科學(xué)研究院有限公司，廣東廣州 510535)

0 引言

用顆粒計數(shù)的方法來測試濾清器的過濾效率和納污容量稱為濾清器多次通過試驗。目前，國內(nèi)、外大部分企業(yè)已認(rèn)同并采用ISO 19438:2003[1]、ISO 4548-12:2017[2]、ISO 16889:2008[3]、GB/T 8243.12-2007[4]、GB/T 18853-2015[5]等基于顆粒計數(shù)法的濾清器過濾效率檢測標(biāo)準(zhǔn)。多次通過試驗的原理是在模擬濾清器不斷添加一定濃度雜質(zhì)油液時，粒子計數(shù)效率和濾清器壓差隨雜質(zhì)添加量或者試驗時間變化的情況。試驗中的一定濃度為上游基本濃度，根據(jù)不同試驗標(biāo)準(zhǔn)，一般上游基本濃度包括3、5、10、15、50、100 mg/L等，試驗終止條件大多為壓差達(dá)到或者增加了一定數(shù)值或達(dá)到一定時間。

國內(nèi)學(xué)者對多次通過試驗的影響因素開展了一些研究，主要集中在定標(biāo)方法[6]、不同粒徑分布的粉塵[7]、試驗意外中斷對濾芯總壓差的影響[8]、極限壓差對玻纖液壓濾芯多次通過試驗平均過濾比的影響[9]等，然而系統(tǒng)中背壓對試驗結(jié)果影響規(guī)律的研究還未見報道。文中通過調(diào)節(jié)3種不同類型濾清器的系統(tǒng)背壓，研究不同的調(diào)節(jié)壓力對多次通過試驗中總效率和容灰量的影響規(guī)律。

1 試驗原理及方法

系統(tǒng)背壓調(diào)節(jié)的作用：多次通過試驗中要求試驗液處于紊流狀態(tài)，以防止試驗雜質(zhì)出現(xiàn)沉降對接管道，因此試驗系統(tǒng)中管道內(nèi)徑比較小，造成了系統(tǒng)壓力比較大(100～1 000 kPa)。多次通過試驗臺用的顆粒計數(shù)器為了保護(hù)自身的油泵不受到試驗系統(tǒng)壓力的影響，因此都在顆粒計數(shù)器內(nèi)部裝了減壓閥，使得進(jìn)入顆粒計數(shù)器的油壓不超過0.3 MPa。在線顆粒計數(shù)器內(nèi)部原理圖見圖1。為了保證顆粒計數(shù)器油泵能夠正常工作，多次通過試驗系統(tǒng)壓力必須要達(dá)到廠家要求的值，一般為400～800 kPa。當(dāng)多次通過試驗流量比較小的時候，很難靠自身流量形成的系統(tǒng)壓力而達(dá)到400 kPa，因此多次通過試驗系統(tǒng)中需要增加一個壓力調(diào)節(jié)閥，一般是背壓閥來調(diào)節(jié)系統(tǒng)背壓，使得系統(tǒng)壓力提高到要求值以上。

按照GB/T 8243.12-2007《內(nèi)燃機(jī)全流式機(jī)油濾清器試驗方法 第12部分采用顆粒計數(shù)法測定濾清效率和容灰量》，試驗系統(tǒng)原理圖見圖2。試驗選用的濾清器為2款旋裝式紙質(zhì)濾芯的機(jī)油濾清器和1款紙質(zhì)濾紙，系統(tǒng)背壓為：0 (即背壓閥全開)，400 kPa(顆粒計數(shù)器要求的最低壓力)，800 kPa(試驗系統(tǒng)能達(dá)到的最高壓力)。其余試驗參數(shù)見表1和表2。

圖1 在線顆粒計數(shù)器內(nèi)部原理圖

圖2 多次通過系統(tǒng)工作原理圖

機(jī)油濾清器A機(jī)油濾清器B試驗流量/(L·min-1)10試驗流量/(L·min-1)15上游基本濃度/ (mg·L-1)10上游基本濃度/ (mg·L-1)3注污流量/(L·min-1)250注污流量/(L·min-1)100試驗雜質(zhì)ISO 12103-1 A3試驗雜質(zhì)ISO 12103-1 A3試驗液10號航空液壓油試驗液10號航空液壓油試驗液黏度/(10-6 m2·s-1)15±1試驗液黏度/(10-6 m2·s-1)15±1終止條件/kPa壓差達(dá)50+初始終止條件/min試驗時間180稀釋比1∶Null稀釋比1∶Null試驗油箱體積/L6試驗油箱體積/ L7.5樣品數(shù)量3樣品數(shù)量2

表2 紙質(zhì)濾紙C主要試驗參數(shù)

2 試驗結(jié)果分析

2.1 壓差的影響

機(jī)油濾清器A雜質(zhì)注入質(zhì)量與壓差關(guān)系見表3。可以看出：試驗初始時，不同背壓的樣品初始壓差接近，在加入雜質(zhì)1.5 g前，壓差的差距很??；但是隨著試驗達(dá)到終止條件，升到相同條件的壓力條件下，最高需要添加5.13 g雜質(zhì)，最小需要添加4.22 g雜質(zhì)，差值有0.91 g。背壓越高，需要添加的雜質(zhì)質(zhì)量就越少，試驗時間就越短，導(dǎo)致了濾芯容塵結(jié)果的差異。因此，背壓對壓差的影響很明顯，背壓越高，壓差曲線上升的趨勢越快。

表3 機(jī)油濾清器A注入質(zhì)量與壓差關(guān)系

機(jī)油濾清器B雜質(zhì)注入質(zhì)量與壓差關(guān)系見表4。可以看出：當(dāng)上游基本濃度降低后，背壓產(chǎn)生的影響更加顯著。背壓為0，在試驗180 min時，壓差上升緩慢，但是在背壓400 kPa條件時，壓差上升卻更明顯，甚至還到達(dá)了樣品安全閥打開的壓力。因此，當(dāng)上游基本濃度較低時，背壓越高，壓差上升趨勢的速度加快，差距更明顯。

表4 機(jī)油濾清器B注入質(zhì)量與壓差關(guān)系

濾紙C雜質(zhì)注入質(zhì)量與壓差關(guān)系見表5?？梢钥闯觯簽V紙也有同樣的規(guī)律，背壓越高，壓差曲線上升的趨勢越快，背壓影響顯著。因此，背壓影響的對象為過濾介質(zhì)濾紙。

表5 濾紙C注入質(zhì)量與壓差關(guān)系

2.2 總效率的影響

機(jī)油濾清器A的過濾效率與粒徑關(guān)系見表6?？梢钥闯觯?條關(guān)系曲線趨勢一致，相同粒徑下的總效率相差不大。因此，背壓對總效率影響不大。

表6 機(jī)油濾清器A總效率與粒徑關(guān)系

機(jī)油濾清器B總效率與粒徑關(guān)系見表7。由于背壓為400 kPa試驗中發(fā)生了安全閥開啟情況，效率下降。因此，該條件下的總效率計算除去安全閥開啟的數(shù)據(jù)點?？梢钥闯觯簝蓷l關(guān)系曲線的變化趨勢一致，但是相同粒徑下的總效率差別比較明顯。上游基本濃度較低時，背壓對總效率的影響程度增加。

表7 機(jī)油濾清器B總效率與粒徑關(guān)系

濾紙C的總效率與粒徑關(guān)系見表8。可以看出：濾紙也有同樣的規(guī)律，背壓對總效率影響不大。

表8 濾紙C總效率與粒徑關(guān)系

2.3 容灰量的影響

表9是背壓壓力對機(jī)油濾清器A容灰量的影響?？梢钥闯觯弘S著背壓壓力增大，濾清器A的容灰量逐漸下降，最大降幅達(dá)到20%。

表9 機(jī)油濾清器A容灰量

3 結(jié)論

通過對同批次樣品做不同系統(tǒng)背壓的多次通過試驗，研究系統(tǒng)背壓對濾清器壓差、濾清效率和容灰量的影響。經(jīng)過試驗對比分析獲得結(jié)論如下：

(1)系統(tǒng)背壓對濾清器壓差上升趨勢有較大影響，當(dāng)上游基本濃度低的時候，這種影響更加顯著；

(2)系統(tǒng)背壓對濾清器的濾清效率影響不明顯，但是當(dāng)上游基本濃度較低時，同一粒徑的濾清效率的差異增大，影響增加；

(3)隨著背壓壓力增大，容灰量逐漸下降，最大降幅達(dá)到20%。

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