過濾器多次通過試驗(yàn)臺(tái)的設(shè)計(jì)

　　1．中船重工集團(tuán)第七。七研究所九江分部，江西九江332005；2．武漢鋼鐵集團(tuán)公司三煉鋼，湖北武漢430080)
　　摘 要：針對(duì)液壓系統(tǒng)過濾器多次通過試驗(yàn)臺(tái)的要求，確定了設(shè)計(jì)該試驗(yàn)臺(tái)必須遵循的一些準(zhǔn)則；同時(shí)，采用壓力罐注入系統(tǒng)代替標(biāo)準(zhǔn)推薦的泵注入系統(tǒng)，大大簡化了設(shè)計(jì)，提高了注入系統(tǒng)的可靠性。
　　關(guān)鍵詞：多次通過；注入系統(tǒng)；驗(yàn)證程序
　　中圖分類號(hào)：TH137．5 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1000—4858(2006)10—0069—03
　　1 引言
　　多次通過試驗(yàn)是用以評(píng)定過濾器過濾性能的一項(xiàng)及其重要的試驗(yàn)。目前該試驗(yàn)遵循的國際標(biāo)準(zhǔn)為IS016889：1999(等效國家標(biāo)準(zhǔn)為GB／]r 18853—2002)。在該標(biāo)準(zhǔn)中嚴(yán)格規(guī)定了進(jìn)行該試驗(yàn)所需的試驗(yàn)設(shè)備、系統(tǒng)回路、驗(yàn)證方法、試驗(yàn)步驟和數(shù)據(jù)處理等。由于進(jìn)行本試驗(yàn)時(shí)操作繁瑣苛刻，對(duì)試驗(yàn)臺(tái)本身要求也非常高，因此國內(nèi)大部分過濾器生產(chǎn)企業(yè)或研究機(jī)構(gòu)均由國外進(jìn)口該試驗(yàn)臺(tái)，一臺(tái)配置齊全的試驗(yàn)臺(tái)價(jià)格超過300萬人民幣，對(duì)各企業(yè)來說都是不小的負(fù)擔(dān)。
　　通過對(duì)多次通過試驗(yàn)的原理分析以及各條款的仔細(xì)研讀，結(jié)合目前國內(nèi)在液壓試驗(yàn)臺(tái)方面的研制水平，我們認(rèn)為國內(nèi)設(shè)計(jì)和生產(chǎn)一款符合該ISO 16889(GB／T 18853—2002)的試驗(yàn)臺(tái)是完全可行的，事實(shí)上已經(jīng)有不少國內(nèi)的**廠家生產(chǎn)出了性能良好的多次通過試驗(yàn)臺(tái)。
　　2 試驗(yàn)原理
　　如圖l所示，完成多次通過試驗(yàn)的試驗(yàn)臺(tái)由兩大部分組成，污染物注入系統(tǒng)和濾器試驗(yàn)系統(tǒng)。污染物注入系統(tǒng)的主要任務(wù)是將調(diào)和均勻呈泥漿狀的MTD試驗(yàn)粉塵加入到注入油箱，形成高污染濃度的油液，然后源源不斷地注入到試驗(yàn)回路的試驗(yàn)油箱內(nèi)，在此期間要保持注入流量和污染物濃度的穩(wěn)定。試驗(yàn)回路的主要作用是在試驗(yàn)濾器上游的污染物濃度基本保持穩(wěn)定的情況下，通過上下游的顆粒計(jì)數(shù)器連續(xù)地檢測上下游的污染物顆粒濃度，從而可以得出該過濾器的過濾效率及過濾比口。通過連接過濾器上下游的壓差變送器可以得到過濾器的壓差變化情況。當(dāng)試驗(yàn)濾器兩端的壓差達(dá)到過濾器制造商規(guī)定的數(shù)值時(shí)，試驗(yàn)結(jié)束。
　　進(jìn)行多次通過試驗(yàn)的目的是在有效縮短試驗(yàn)時(shí)間的情況下，*大可能地模擬出過濾器工作時(shí)的實(shí)際環(huán)境。同時(shí)規(guī)定使用統(tǒng)一的試驗(yàn)粉塵——MTD(中性試驗(yàn)粉塵)以及過濾器上游的顆粒污染物濃度，使不同的過濾器相互之間有了一個(gè)共同的試驗(yàn)基準(zhǔn)，這樣，測得的過濾器性能具有了可比性。
　　由此可見，多次通過試驗(yàn)的關(guān)鍵是要維持注入油液的污染物顆粒濃度和保持流量恒定，在此基礎(chǔ)上，要確保試驗(yàn)回路濾器上游的顆粒污染物濃度保持不變。
隨著注入油液的增加，試驗(yàn)回路系統(tǒng)內(nèi)的油液也將越來越多，這勢必降低濾器上游的污染物濃度，因此我們?cè)谶^濾器下游設(shè)置一個(gè)排放口，維持一個(gè)與注入流量相同的排出流量，維持試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)油液的體積保持不變。
　　為了確保試驗(yàn)臺(tái)能滿足以上要求，ISO 16889(GB／]r 18853—2002)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了必須對(duì)注入系統(tǒng)回路和試驗(yàn)系統(tǒng)回路分別進(jìn)行2項(xiàng)驗(yàn)證程序以保證試驗(yàn)的有效性(具體內(nèi)容參見該標(biāo)準(zhǔn))。
　　3 研制難點(diǎn)
　　從原理上看，似乎多次通過試驗(yàn)系統(tǒng)并不復(fù)雜，只有基本的泵和少數(shù)截止閥、流量計(jì)、冷卻器等，而實(shí)際情況絕非如此。
　　首先，注入泵的選型應(yīng)該采用非嚙合型輸入泵，如離心泵和單螺桿泵等，原因是這種類型的泵不會(huì)改變注入系統(tǒng)中高濃度污染物的顆粒尺寸分布，即不會(huì)將大尺寸的顆粒污染物顆粒碾磨成小尺寸的顆粒污染物，從而避免試驗(yàn)條件發(fā)生改變。但標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的注入流量很小，一般為0．25 L／min左右，上述類型的泵很少有如此小的排量，因此我們通常將注入流量設(shè)計(jì)為支路，如圖1所示，但同時(shí)帶來的弊端是管路的復(fù)雜性增加，主回路增加了調(diào)節(jié)流量用的節(jié)流閥，系統(tǒng)發(fā)熱較快，必須加上冷卻器，否則溫度升高后油液的黏度下降將使注人流量不穩(wěn)定，但這又增加了系統(tǒng)管路的復(fù)雜性。
　　試驗(yàn)系統(tǒng)回路的管路布置要求更高，根據(jù)驗(yàn)證程序，該回路的管路安裝完成后要達(dá)到這樣的狀態(tài)：所有的污染物顆粒均由注入系統(tǒng)注入，試驗(yàn)系統(tǒng)回路本身不產(chǎn)生任何污染物顆粒，也不會(huì)將注入的污染物顆粒存留于某些區(qū)域，而是使含有污染物顆粒的油液在系統(tǒng)中能夠充分且均勻地流動(dòng)。因此，油液在管道內(nèi)的流動(dòng)必須在*小的試驗(yàn)流量下都能呈紊流狀態(tài)，管路的通徑一般比其他的液壓系統(tǒng)要小很多，設(shè)計(jì)時(shí)要充分考慮到管路的沿程壓力損失，尤其是在試驗(yàn)流量較大時(shí)。國外的試驗(yàn)臺(tái)根據(jù)試驗(yàn)流量的范圍不同，一般采取2套試驗(yàn)回路，其流量分別為5～50 L／min以及50～150 L／min，這樣既滿足了油液流動(dòng)的紊流要求，又可以盡量減少沿程壓力損失。
　　本試驗(yàn)臺(tái)的電控系統(tǒng)相對(duì)其他的液壓試驗(yàn)臺(tái)來說是比較復(fù)雜的，需要控制的物理量有：試驗(yàn)泵電機(jī)的變頻控制(控制試驗(yàn)流量)，顆粒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)功能的啟閉，冷卻水閥的啟閉(試驗(yàn)油溫的控制)，注人流量的控制等；需要利用傳感器或儀表進(jìn)行監(jiān)測及采集的物理量有：系統(tǒng)壓力，試驗(yàn)流量，注人流量，試驗(yàn)濾器壓差，試驗(yàn)油溫，試驗(yàn)容器液位變化，顆粒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)數(shù)據(jù)。涉及到了強(qiáng)電、弱電、數(shù)據(jù)采集處理以及通信等內(nèi)容，工作量很大。
　　4 壓力罐注入系統(tǒng)
　　采用標(biāo)準(zhǔn)推薦的方式進(jìn)行注入系統(tǒng)的設(shè)計(jì)是比較復(fù)雜的。我們知道，設(shè)計(jì)注入系統(tǒng)的*終目的是為了給試驗(yàn)系統(tǒng)提供恒定流量和恒定污染物濃度的污染油液，我們完全可以考慮采取其他的方式來實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的。在某位學(xué)者的《測定液壓過濾器特性的國際標(biāo)準(zhǔn)“多次通過試驗(yàn)法”的系統(tǒng)應(yīng)該簡化》一文中，也很明確地提出了這個(gè)思路。
　　我們選取了一種密閉的壓力罐注入系統(tǒng)來取代上述的泵注入系統(tǒng)。壓力罐系統(tǒng)的原理如圖2所示。首先將清潔的油液加入壓力罐中，配以調(diào)和均勻呈泥漿狀的MTD污染粉塵形成規(guī)定濃度的污染油液。開啟攪拌器運(yùn)行2～4 h，使顆粒污染物在油液中得到均勻的擴(kuò)散，然后在密閉的壓力罐內(nèi)通人穩(wěn)定壓力的潔凈壓縮空氣，注入油液經(jīng)過流量計(jì)和節(jié)流閥，以恒定的流量和污染物濃度向試驗(yàn)系統(tǒng)回路注油，在此期間，攪拌器應(yīng)一直工作。
　　采用壓力罐注入系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)非常明顯：
　　(1)沒有了復(fù)雜的注入泵系統(tǒng)，管路異常簡單，避免了污染物顆粒沉積的可能性，清洗更加容易。因?yàn)橛鸵涸谧⑷胂到y(tǒng)管路中的流動(dòng)也要求紊流，注人流量又很小，一般在0．25 L／min左右，因此管路就會(huì)被設(shè)計(jì)得特別細(xì)，無論是注入系統(tǒng)中元件的選擇還是管路的連接都比較麻煩，所以要求管路越簡單越好；
　　(2)流量易于控制。只要保證壓力罐內(nèi)的氣壓穩(wěn)定，注入的流量就可以保持恒定，而這并不難做到；
　　(3)系統(tǒng)無發(fā)熱部件，溫度容易控制，無需冷卻器；
　　(4)使用維護(hù)簡單，壽命長。而再好的注入泵，由于長期工作于超高污染濃度的環(huán)境中，壽命始終有限；
　　(5)結(jié)構(gòu)簡單、成本低廉、容易普及。在壓力罐注入系統(tǒng)的研制過程中，也要注意如下問題：
　　(1)依然要采用底部錐形的結(jié)構(gòu)，避免顆粒污染物沉積；
　　(2)攪拌器的選擇。攪拌器可以買成品，也可以自制。關(guān)鍵是要保證倒裝于壓力罐蓋板上時(shí)能保證密封不漏氣。攪拌器的大小可以根據(jù)壓力罐的大小合理選擇；
　　(3)壓力罐內(nèi)壓力值的選擇。具體壓力值可以控制在0．2～0．5 MVa左右，關(guān)鍵是一旦選定就要努力維持該壓力值保持不變。進(jìn)入賀德克濾芯的壓力氣體除了要預(yù)**行過濾以外，還要通過一個(gè)精度較高的調(diào)壓閥，并利用精確度較高的壓力表監(jiān)測該壓力值；
　　(4)注入到試驗(yàn)系統(tǒng)回路中的油液體積可以通過流量計(jì)積算得出，也可以通過稱量壓力罐試驗(yàn)前后的重量計(jì)算出。盡管壓力罐注入系統(tǒng)管路非常簡單，但也要按試驗(yàn)要求進(jìn)行驗(yàn)證程序。
　　5 其他需要考慮的問題
　　(1)要使試驗(yàn)回路系統(tǒng)順利通過驗(yàn)證程序，必須避免管路中出現(xiàn)盲區(qū)和死角，試驗(yàn)管路的內(nèi)壁也要盡可能的光滑，使得污染物顆粒不易在系統(tǒng)內(nèi)滯留；
　　(2)如果試驗(yàn)系統(tǒng)回路已經(jīng)有很多次滿足了驗(yàn)證程序的要求，而且管路結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，則不必每次試驗(yàn)前均執(zhí)行驗(yàn)證，特別是進(jìn)行批量濾芯的試驗(yàn)時(shí)，但前提是試驗(yàn)回路內(nèi)的精細(xì)過濾器能有效濾除管路內(nèi)殘留的顆粒污染物；
　　(3)試驗(yàn)系統(tǒng)回路中的冷卻器不能采用市售的成品，因?yàn)檫@些產(chǎn)品內(nèi)部管路彎曲復(fù)雜，容易藏污納垢，應(yīng)自行設(shè)計(jì)；
　　(4)試驗(yàn)臺(tái)可以采用工控機(jī)(IPC)進(jìn)行控制。包括試驗(yàn)泵電機(jī)的變頻調(diào)速，各種物理量的采集，顆粒計(jì)數(shù)器數(shù)據(jù)的處理等；
　　(5)電控系統(tǒng)的操作界面采用多次通過試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖進(jìn)行顯示，這樣各個(gè)位置的數(shù)據(jù)非常直觀，如在泵出口壓力表符號(hào)處顯示泵出口壓力值，試驗(yàn)濾器上下游處均可表示出實(shí)時(shí)的顆粒污染物濃度，以及過濾比、壓差等，流量計(jì)處顯示流量，試驗(yàn)容器可以顯示油液的液面高度和溫度；
　　(6)顆粒計(jì)數(shù)器可采用國外相應(yīng)公司的產(chǎn)品。利用RS232串口通信功能與IPC進(jìn)行連接，可以實(shí)現(xiàn)同時(shí)控制試驗(yàn)濾器上下游的顆粒計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，且檢測數(shù)據(jù)可以及時(shí)被IPC存儲(chǔ)及處理；
　　(7)在試驗(yàn)濾器沒有安裝濾芯的情況下，同時(shí)檢測試驗(yàn)濾器上下游的顆粒污染物濃度，理論上濃度應(yīng)該相同，但由于顆粒計(jì)數(shù)器個(gè)體上的差異，只要數(shù)據(jù)相差小于2倍關(guān)系，一般都認(rèn)為正常，但在計(jì)算試驗(yàn)濾器的過濾比 值時(shí)要考慮這個(gè)差異，進(jìn)行補(bǔ)償計(jì)算。
　　6 結(jié)束語
　　多次通過試驗(yàn)臺(tái)是一種比較復(fù)雜的液壓試驗(yàn)臺(tái)，但只要我們?cè)O(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)能夠滿足ISO 16889的驗(yàn)證程序要求，那么它就是合格的，而不必拘泥于標(biāo)準(zhǔn)所推薦的結(jié)構(gòu)形式。通過采用壓力罐注入系統(tǒng)，可以大大簡化系統(tǒng)，降低研制成本，提高系統(tǒng)的可靠性和延長使用壽命，便于實(shí)現(xiàn)普及。
    參考文獻(xiàn)：
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    [2] 戴天翼．測定液壓過濾器特性的國際標(biāo)準(zhǔn)“多次通過試驗(yàn)法”的系統(tǒng)應(yīng)該簡化[J]．液壓與氣動(dòng)，2001(10)．

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