油水分離效率試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的結(jié)果比對(duì)研究

熊麗媛

(航空工業(yè)(新鄉(xiāng))計(jì)測科技有限公司，河南新鄉(xiāng) 453019)

0 引言

油水分離試驗(yàn)是有效評(píng)定燃油濾清器水分離效率的關(guān)鍵方法。目前常用的試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)包括以下4種：ISO 4020:2001[1]中的水分離效率試驗(yàn)方法、SAE J 1839-2010[2]燃油中游離水分離試驗(yàn)方法、SAE J 1488-2010[3]燃油中乳化水分離試驗(yàn)方法和ISO/TS 16332：2006[4]柴油發(fā)動(dòng)機(jī)燃油濾清器評(píng)定油水分離效率的方法。這4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的方法原理都是在指定的試驗(yàn)流量下通過離心泵、隔膜泵或其他類型的泵對(duì)注水裝置加壓，從而向試驗(yàn)系統(tǒng)燃油中注入一定比例的水珠，該混合液體經(jīng)被試燃油濾清器不斷循環(huán)后，在規(guī)定試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)在被試燃油濾清器的下游進(jìn)行多次取樣，通過測定取樣樣品的平均含水量，來評(píng)定被試燃油濾清器的水分離效率。但這4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的不同之處主要在于注入的水珠大小狀態(tài)不同，分為游離水和乳化水，其中ISO/TS 16332還會(huì)存在半乳化半游離狀態(tài)的水，并且注入的水含量百分比也各不相同。因此，對(duì)同一被試燃油濾清器選擇哪種標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行水分離效率評(píng)定至關(guān)重要，生產(chǎn)廠家需要根據(jù)其設(shè)計(jì)方案、使用途徑等條件選擇合適標(biāo)準(zhǔn)，才能保證水分離試驗(yàn)數(shù)據(jù)的可靠，以達(dá)到有效的試驗(yàn)結(jié)果。本文作者主要討論在油水分離效率試驗(yàn)中，同一類型被試燃油濾清器在不同油水分離效率試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)下的試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)，并根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果分析各標(biāo)準(zhǔn)的適用情況。

1 試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的差異比對(duì)

各油水分離效率試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的詳細(xì)差異[5]對(duì)比見表1?？梢钥闯觯哼@4項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)的試驗(yàn)溫度、試驗(yàn)泵類型、注水方式、注水量、注入水珠狀態(tài)、試驗(yàn)時(shí)間及取樣數(shù)量等試驗(yàn)條件均有不同之處，因此針對(duì)同一型號(hào)濾清器進(jìn)行試驗(yàn)比對(duì)很有必要。

表1 各油水分離效率試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)的差異比對(duì)表

2 試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

圖1所示是實(shí)驗(yàn)室油水分離效率試驗(yàn)原理示意圖。其中，可根據(jù)不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)打開或關(guān)閉調(diào)節(jié)閥4實(shí)現(xiàn)泵前或泵后注水方式，其他試驗(yàn)條件可根據(jù)要求進(jìn)行調(diào)節(jié)。

圖1 油水分離效率試驗(yàn)原理示意

試驗(yàn)樣件采用某汽車工程研究院送檢的24件濾清器，其型號(hào)相同，樣品編號(hào)分別為1號(hào)～24號(hào)。其中1號(hào)～8號(hào)濾清器選用較小的試驗(yàn)流量120 L/h，分別采用標(biāo)準(zhǔn)ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006進(jìn)行試驗(yàn)，得出第一組(8個(gè))數(shù)據(jù)；9號(hào)～16號(hào)濾清器選用試驗(yàn)流量為360 L/h，分別采用標(biāo)準(zhǔn)ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006進(jìn)行試驗(yàn)，得出第二組(8個(gè))數(shù)據(jù)；17號(hào)～24號(hào)濾清器選用較大的試驗(yàn)流量570 L/h，分別采用標(biāo)準(zhǔn)ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006進(jìn)行試驗(yàn)，得出第三組(8個(gè))數(shù)據(jù)。

3 試驗(yàn)結(jié)果比對(duì)

3.1 試驗(yàn)流量為120 L/h的試驗(yàn)比對(duì)

在120 L/h試驗(yàn)流量下，分別對(duì)被試濾清器1號(hào)～8號(hào)按照不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。表中ISO 16332(D50=30 μm)的水顆粒尺寸為30 μm，更接近乳化水分離試驗(yàn)；ISO 16332 (D50=300 μm)的水顆粒尺寸為300 μm，更接近游離水分離試驗(yàn)。為了便于對(duì)比，將各個(gè)標(biāo)準(zhǔn)得出的含水量數(shù)值均按公式(1)進(jìn)行計(jì)算，得出水分離效率η值

(1)

式中：α為各標(biāo)準(zhǔn)的注水濃度值(以10-6表示)，ISO 4020：2001為20 000×10-6(即注水濃度為2%)，SAE J 1839-2010和SAE J 1488-2010均為2 500×10-6(即注水濃度為0.25%)，ISO/TS 16332為1 500×10-6(即注水濃度為0.15%)；Eav為各試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)所取多個(gè)樣品中含水量的平均值，單位為μL/L。

表2 被試濾清器1號(hào)～8號(hào)試驗(yàn)比對(duì)結(jié)果(試驗(yàn)流量為120 L/h)

由表2可以看出：在試驗(yàn)流量為120 L/h時(shí)，游離水分離標(biāo)準(zhǔn)的效率較高：ISO 4020達(dá)到99%多，SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)達(dá)到97%多；而乳化水分離標(biāo)準(zhǔn)的效率較低：SAE J 1488和ISO 16332(D50=30 μm)均為96%左右。各組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度均在±2%以內(nèi)，重復(fù)性也僅為1.25%，這說明試驗(yàn)有效性得到驗(yàn)證。

3.2 試驗(yàn)流量為360 L/h的試驗(yàn)比對(duì)

在360 L/h試驗(yàn)流量下，分別對(duì)被試濾清器9號(hào)～16號(hào)按照不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 被試濾清器9號(hào)～16號(hào)試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)流量為360 L/h)

由表3可以看出：相比120 L/h的試驗(yàn)流量，在較大的試驗(yàn)流量360 L/h下，ISO 4020的水分離效率降低較多，從99%降到95%，SAE J 1488的水分離效率也從96%降低為91%左右，而這兩者均為泵前注水，這說明泵前注水方式受試驗(yàn)流量的影響較大；而SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)的水分離效率從97%降低到96%左右，變化很小，兩者均為泵后注水，這說明試驗(yàn)流量對(duì)泵后注水方式的影響較??；同時(shí)隨著試驗(yàn)流量的增大，ISO 16332(D50=30 μm)的水分離效率從96%降到94%左右，說明試驗(yàn)流量對(duì)乳化水分離效率的影響比對(duì)游離水分離效率的影響更大。各組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度均在±4%以內(nèi)，重復(fù)性為2.23%，這說明試驗(yàn)有效性也得到驗(yàn)證。另外水分離效率的平均值從97.27%降低為94.46%，也說明了隨著試驗(yàn)流量的增大，其水分離效率值整體處于下降趨勢。

3.3 試驗(yàn)流量為570 L/h的試驗(yàn)比對(duì)

在570 L/h試驗(yàn)流量下，分別對(duì)被試濾清器17號(hào)～24號(hào)按照不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 被試濾清器17號(hào)～24號(hào)試驗(yàn)結(jié)果(試驗(yàn)流量為570 L/h)

由表4可以看出：在更大的試驗(yàn)流量570 L/h下，ISO 4020的水分離效率從95%降到93%左右，SAE J 1488的水分離效率也從91%降低為90%左右，而SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)的水分離效率變化不足1%，這進(jìn)一步說明試驗(yàn)流量對(duì)泵前注水方式的影響較大，對(duì)泵后注水方式的影響較?。煌瑫r(shí)隨著試驗(yàn)流量的增大，ISO 16332(D50=30 μm)的水分離效率從94%降到91%左右，說明試驗(yàn)流量對(duì)乳化水分離效率的影響比對(duì)游離水分離效率的影響更大。各組數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確度均在±4%以內(nèi)，重復(fù)性為2.46%，這說明試驗(yàn)有效性也得到驗(yàn)證。另外水分離效率的平均值從94.46%降低為93.27%，同樣說明了隨著試驗(yàn)流量的增大，其水分離效率值整體處于下降趨勢。

4 試驗(yàn)比對(duì)結(jié)果分析

將表2、表3和表4中各標(biāo)準(zhǔn)下的試驗(yàn)數(shù)據(jù)分別取平均值，得出被試濾清器1號(hào)—24號(hào)試驗(yàn)比對(duì)結(jié)果，其數(shù)據(jù)比對(duì)曲線如圖2所示。

從上述被試濾清器1號(hào)～24號(hào)的水分離效率試驗(yàn)結(jié)果圖表中，可以分析得出結(jié)論：

(1)從曲線1可以看出：在小流量下各標(biāo)準(zhǔn)的水分離效率相差不大，曲線較為平滑，效率高低依次為：4020、1839、16332、1488。而標(biāo)準(zhǔn)ISO 4020的水分離效率最高，因?yàn)?020的注水量為2%，而1839和1488的注水量為0.25%，16332的注水量為0.15%，相比而言，ISO 4020的注水量為后者的8倍和13倍，注水基數(shù)大得多，因此同一批被試濾清器在同等條件下，采用標(biāo)準(zhǔn)ISO 4020比其他標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)的水分離效率更高。

圖2 被試濾清器1號(hào)—24號(hào)試驗(yàn)比對(duì)曲線

(2)從曲線2和曲線3可以看出：流量增大3～5倍后，1488和16332(D50=30 μm)的水分離效率驟然降低，說明流量大小對(duì)乳化水的分離效率影響很大；而1839和16332(D50=300 μm)的水分離效率變化相對(duì)較小，說明流量大小對(duì)游離水的分離效率影響較小。因此大流量下各標(biāo)準(zhǔn)的水分離效率高低依次為：1839、16332(D50=300 μm)、4020、16332(D50=30 μm)、1488。

(3)標(biāo)準(zhǔn)SAE J 1488采用離心泵，其泵前注水相當(dāng)于乳化作用，一般情況下，乳化水比游離水更難分離，因此乳化水分離效率較低，在同等條件下1488比其他標(biāo)準(zhǔn)的效率都要低。而4020雖然也是泵前注水，但它是采用隔膜泵來回推動(dòng)進(jìn)行注水，泵前將水珠打散為游離水，因此系統(tǒng)中游離水占主導(dǎo)地位，其水分離效率相應(yīng)較大。而隨著流量的增大，4020和1488的效率降低都比較多，說明無論乳化狀態(tài)還是游離狀態(tài)，流量大小對(duì)泵前注水的影響都比較大。

5 結(jié)論

在燃油濾清器的設(shè)計(jì)應(yīng)用與驗(yàn)收過程中，對(duì)于不同型號(hào)的濾清器需要選擇不同的試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)及其他相關(guān)試驗(yàn)條件，本文作者通過對(duì)同一批濾清器在各標(biāo)準(zhǔn)下水分離效率試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，研究得出一系列結(jié)果，對(duì)國內(nèi)當(dāng)前汽車用燃油濾清器油水分離性能試驗(yàn)具有重要的指導(dǎo)意義。