靜電濾油機在油液凈化領域的應用優勢探析

高清毅

（PCB 壓電傳感器技術（北京）有限公司，北京 100027）

潤滑油被形象地稱為工業設備運行的血液。在設備長期運行的過程中，由于潤滑油的氧化，添加劑的消耗和外界污染，可能會導致設備故障，造成重大經濟損失。采用可以最大化提高污染物捕集能力和減少維護停機時間的潤滑油凈化解決方案，對于提高設備性能、延長設備使用壽命以及減少運行成本具有重要意義。常見的油液污染物有以下幾種，即水分、固體顆粒物、氣體和潤滑油氧化物等。針對這幾種污染物,有多種不同的凈化方法：加壓機械過濾、磁性過濾、離心分離、沉降分離、平衡電荷、靜電濾油吸附、真空脫水(空氣)、樹脂吸收和吸附法除水、聚結法除水等。目前各企業針對固體顆粒物和油液氧化物等油液污染物采取的控制技術比較普遍的有加壓過濾、平衡電荷、靜電吸附等方法，加壓過濾是最傳統、應用最普遍的油液凈化方法，而采用靜電吸附原理凈化油液則是現代科技進步發展出的最新技術，目前，靜電濾油機在發達國家和我國各大工礦企業已經得到了廣泛應用，其優勢在實際應用過程中越來越受到廣大設備工作者的肯定。

1 加壓過濾、平衡電荷式濾油機和靜電濾油機的工作原理及優缺點

1.1 傳統加壓機械過濾

傳統加壓機械過濾使用歷史悠久，用戶的使用經驗豐富。過濾裝置具有過濾精度高、使用方便、自動化程度較高等優點；但是，濾芯的使用壽命比較短，工作中需頻繁更換濾芯，工作不慎時還可能造成人為污染。另外，濾芯式過濾裝置不能有效地濾除油液中的水分、油泥等液態生成物和尺寸小于濾網孔徑的顆粒物。

1.2 平衡電荷式濾油機

平衡電荷式濾油機是讓油分兩路走，分別在兩路中放置正負電極，一路加載正（＋）電荷，一路加載（－）電荷，油液中的污染物通過后會分別帶上正負電荷，分別帶上正負電荷的污染物再次進行混合并被正負電荷的顆粒互相吸引凝聚抱團長大，這些微小的不易被濾芯攔截的顆粒物尺寸長大后就輕松地被后置的壓力過濾器捕捉攔截掉（見圖1）。

平衡電荷部分只是實現微小顆粒的凝聚長大，本身不能直接去除顆粒污染物，真正地捕捉顆粒污染物工作的是安裝在充電混流后的高精度濾芯完成的。從原理上可以看出，平衡電荷濾油機除了充電混流這一環節外，其余部分與加壓機械過濾完全一樣，但是，由于其帶電顆粒相互吸引凝聚后尺寸變大，因此細小顆粒也得以去除。平衡濾油機的優點是過濾精度較高，可以達到0.1 微米附近，但是，在微尺寸污染物過濾上效果比靜電濾油機差。

1 平衡電荷式濾油機原理

1.3 靜電濾油機

靜電式濾油機的原理是電泳和介電泳現象。電泳是帶電荷的顆粒被帶相反極性電荷的表面吸引過去的現象，很容易理解，不再多加闡述。油中已經帶有電荷的顆粒會被帶有相反極性電荷的表面吸引過去得到去除。而介電泳則要復雜得多，涉及的流體和顆粒特性包括顆粒和流體（例如潤滑油）的介電常數，顆粒的尺寸和電場域的梯度（表示電場強度的不均勻度）。通過介電泳力，中性不帶電的顆粒污染物也可以被吸引到強電場域一側。靜電濾油機利用靜電發生器產生高壓，褶狀的紙濾芯設計造成非均勻的電場強度，電場域梯度很大。普通介電泳力的強度決定于在多大程度上非均勻電場域可以極化顆粒的電荷分布。均勻電場域對稱地穿過顆粒，電荷分布不發生改變，因此也幾乎沒有或者沒有介電泳力。但是，在非均勻電場域中，如圖2，距離尖銳的頂部越近則電場越強，越遠則電場越弱。不管顆粒自身極性強（潤滑油氧化物）還是被非均勻電場極性化出極性（金屬磨損顆粒物最為典型），總之將向更強的電場域移動（尖銳端）。而不帶電荷也不能顯著極性化的顆粒（非極性或者弱極性的污染物）則不受影響也不會被清除。最終使油中極性的固體污染顆粒物、強極性的懸浮態潤滑油氧化物及微量水分在電場域梯度的的作用下各自向褶狀濾芯的尖端移動（見圖2），吸附到紙濾表面得到清除。嚴格地說，靜電濾油機不是在過濾潤滑油，而是在吸附潤滑油中的強極性不溶于油的液態潤滑油氧化產物和帶電固體顆粒，屬于吸附而非過濾。

圖2 介電泳原理圖

靜電濾油機凈化油液的精度非常高，最高可達0.01μm左右，優于平衡電荷濾油機10 倍左右的精度，可去除油中的懸浮態油泥等氧化物、微量水分（500ppm 以下）等，通過除去懸浮的潤滑油氧化物，延長潤滑油使用壽命。其大容量濾芯使用周期長（納垢容量2kg），并適用于各種油液的凈化。但因為采用吸附原理，對油液流速有一定要求，同時，對油中含水量要進行控制。

2 加壓濾油、平衡電荷濾油機和靜電濾油機的對比

第一部分介紹了三種油液凈化技術的技術原理，接下來在表1 中對比三種技術原理的油液凈化設備的性能。靜電濾油機和平衡電荷式濾油機都有過濾精度高，可以去除亞微米級顆粒污染物的能力，同時，部分沒來得及吸附或沒來得及抱團長大的帶電荷顆粒物回到系統運行時，能對系統內部包括元器件上的油泥漆膜產生剝離吸附作用，長期在線運行可以起到清洗整個系統的效果。

表1 加壓過濾、平衡電荷式濾油機、靜電濾油機對比

3 靜電濾油機選擇性吸附帶來的技術優勢

靜電濾油機的褶狀濾芯設計在油流中建立了強大的電場域梯度，因此，同時應用電泳和介電泳實現選擇性吸附，帶來了以下的技術優勢。

（1）吸附不帶電荷但具有導電性的亞微米金屬顆粒。靜電濾油機不僅可以通過電泳原理吸附常規帶電顆粒物，同時，靠介電泳力吸附中性不帶電荷但是具有一定導電能力的顆粒物。參見1.3 部分，因此，靜電濾油機對于金屬磨損顆粒物的清除有特別出色的效果，特別是亞微米非鐵磁性的金屬磨損顆粒，比如，銅、錫等亞微米磨損顆粒，加壓過濾和磁性吸附都很難清除。

（2）吸附清除強極性懸浮態的液態潤滑油氧化物。靜電濾油機采用的是選擇性吸附原理，由于潤滑油氧化物是強極性物質，只要不是溶解態而是懸浮態，即使是流體也一樣可以被吸附到強電場一側的濾紙表面。

（3）清除亞微米顆粒。基于選擇性吸附原理，可以有效去除油中大于0.01μm 的固體或液體懸浮污染物。

（4）保留潤滑油添加劑。潤滑油是基礎油和添加劑共同組成的流體，不少用戶擔心靜電濾油機可能造成添加劑的損失。靜電濾油機的吸附原理是電泳加介電泳去除不溶于油的導電或者強極性物質，具有選擇性吸附的特點，無法過濾溶于油的物質或者不溶于油的非極性、弱極性的物質。基礎油自身極性極弱，可以視為非極性物質，而添加劑常規設計為非極性或者很弱極性以便溶解于基礎油中，因此，靜電濾油機從原理上就不會去除潤滑油的添加劑。即使少量添加劑析出懸浮于油中，由于添加劑的極性遠弱于金屬磨損顆粒或者潤滑油氧化產物，也很難被靜電濾油機過濾掉。與之相反，加壓濾油機由于原理所限，反而存在高精度濾芯把不溶于油的添加劑過濾掉的風險。

4 結語

多家企業實踐證明，靜電濾油機在使用過程中不會對添加劑產生不良影響，相反，漆膜及氧化物的清除反而有利于對添加劑起到保護作用，同時，具有過濾精度高、納垢容量大，去除油液中的亞微米固體/懸浮液體污染物徹底、耗電功率小等優點；特別是針對離心式壓縮潤滑油系統、液壓油系統、汽輪機潤滑油系統所產生的漆膜能起到特別顯著的剝離效果，能預防和解決因漆膜引起的軸承、軸瓦溫度波動。