濾清器多次通過試驗中系統背壓對試驗結果的影響

梁濤，黎永富，郭鵬鹍，郭偉林

(廣州機械科學研究院有限公司，廣東廣州 510535)

0 引言

用顆粒計數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、外大部分企業已認同并采用ISO 19438:2003[1]、ISO 4548-12:2017[2]、ISO 16889:2008[3]、GB/T 8243.12-2007[4]、GB/T 18853-2015[5]等基于顆粒計數法的濾清器過濾效率檢測標準。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油液時，粒子計數效率和濾清器壓差隨雜質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，根據不同試驗標準，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到或者增加了一定數值或達到一定時間。

國內學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，然而系統中背壓對試驗結果影響規律的研究還未見報道。文中通過調節3種不同類型濾清器的系統背壓，研究不同的調節壓力對多次通過試驗中總效率和容灰量的影響規律。

1 試驗原理及方法

系統背壓調節的作用：多次通過試驗中要求試驗液處于紊流狀態，以防止試驗雜質出現沉降對接管道，因此試驗系統中管道內徑比較小，造成了系統壓力比較大(100～1 000 kPa)。多次通過試驗臺用的顆粒計數器為了保護自身的油泵不受到試驗系統壓力的影響，因此都在顆粒計數器內部裝了減壓閥，使得進入顆粒計數器的油壓不超過0.3 MPa。在線顆粒計數器內部原理圖見圖1。為了保證顆粒計數器油泵能夠正常工作，多次通過試驗系統壓力必須要達到廠家要求的值，一般為400～800 kPa。當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壓力而達到400 kPa，因此多次通過試驗系統中需要增加一個壓力調節閥，一般是背壓閥來調節系統背壓，使得系統壓力提高到要求值以上。

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

圖1 在線顆粒計數器內部原理圖

圖2 多次通過系統工作原理圖

機油濾清器A機油濾清器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ISO 12103-1 A3試驗雜質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樣品數量3樣品數量2

表2 紙質濾紙C主要試驗參數

2 試驗結果分析

2.1 壓差的影響

機油濾清器A雜質注入質量與壓差關系見表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1.5 g前，壓差的差距很小；但是隨著試驗達到終止條件，升到相同條件的壓力條件下，最高需要添加5.13 g雜質，最小需要添加4.22 g雜質，差值有0.91 g。背壓越高，需要添加的雜質質量就越少，試驗時間就越短，導致了濾芯容塵結果的差異。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 機油濾清器A注入質量與壓差關系

機油濾清器B雜質注入質量與壓差關系見表4。可以看出：當上游基本濃度降低后，背壓產生的影響更加顯著。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，甚至還到達了樣品安全閥打開的壓力。因此，當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 機油濾清器B注入質量與壓差關系

濾紙C雜質注入質量與壓差關系見表5。可以看出：濾紙也有同樣的規律，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濾紙。

表5 濾紙C注入質量與壓差關系

2.2 總效率的影響

機油濾清器A的過濾效率與粒徑關系見表6。可以看出：3條關系曲線趨勢一致，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 機油濾清器A總效率與粒徑關系

機油濾清器B總效率與粒徑關系見表7。由于背壓為400 kPa試驗中發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據點。可以看出：兩條關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 機油濾清器B總效率與粒徑關系

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

表8 濾紙C總效率與粒徑關系

2.3 容灰量的影響

表9是背壓壓力對機油濾清器A容灰量的影響。可以看出：隨著背壓壓力增大，濾清器A的容灰量逐漸下降，最大降幅達到20%。

表9 機油濾清器A容灰量

3 結論

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

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

(2)系統背壓對濾清器的濾清效率影響不明顯，但是當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，最大降幅達到20%。

參考文獻:

[1]Technical Committee ISO/TC 22 SC 7.Diesel Fuel and Petrol Filters for Internal Combustion Engines-Filtration Efficiency Using Particle Counting and Contaminant Retention Capacity:ISO 19438:2003[S].Switzerland:2003.

[2]Technical Committee ISO/TC 70 SC 7.Methods of Test for Full-flow Lubricating Oil Filters for Internal Combustion Engines:Part 12:Filtration Efficiency Using Particle Counting,and Contaminant Retention Capacity:ISO 4548:2017[S].Switzerland:2017.

[3]Technical Committee ISO/TC 131 SC 6.Hydraulic Fluid Power——Filters——Multi-pass Method for Evaluating Filtration Performance of a Filter Element:ISO 16889:2008[S].Switzerland:2008.

[4]全國內燃機標準化技術委員會.內燃機全流式機油濾清器試驗方法 第12部分采用顆粒計數法測定濾清效率和容灰量：GB/T 8243.12-2007[S].北京：中國標準出版社，2007.

[5]全國液壓氣動標準化技術委員會(SAC/TC 3).液壓傳動過濾器 評定濾芯過濾性能的多次通過方法：GB/T 18853-2015[S].北京：中國標準出版社，2015.

[6]于林軒,董錟.不同定標方法的多次通過試驗結果分析[J].汽車零部件,2016(6):82-84.

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[7]馬鵬杰.不同粒徑分布的粉塵對濾清器過濾比與納污容量的影響分析[J].汽車零部件,2015(10):72-74.

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[8]曹建軍.多次通過試驗意外中斷對濾芯總壓差的影響[J].液壓與氣動,2012(1):26.

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