過濾器多次通過試驗臺的設(shè)計

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　　1．中船重工集團第七。七研究所九江分部，江西九江332005；2．武漢鋼鐵集團公司三煉鋼，湖北武漢430080)
　　摘要：針對液壓系統(tǒng)過濾器多次通過試驗臺的要求，確定了設(shè)計該試驗臺必須遵循的一些準則；同時，采用壓力罐注入系統(tǒng)代替標準推薦的泵注入系統(tǒng)，大大簡化了設(shè)計，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)；驗證程序
　　中圖分類號：TH137．5 文獻標識碼：B 文章編號：1000—4858(2006)10—0069—03
　　1 引言
　　多次通過試驗是用以評定過濾器過濾性能的一項及其重要的試驗。目前該試驗遵循的國際標準為IS016889：1999(等效國家標準為GB／]r 18853—2002)。在該標準中嚴格規(guī)定了進行該試驗所需的試驗設(shè)備、系統(tǒng)回路、驗證方法、試驗步驟和數(shù)據(jù)處理等。由于進行本試驗時操作繁瑣苛刻，對試驗臺本身要求也非常高，因此國內(nèi)大部分過濾器生產(chǎn)企業(yè)或研究機構(gòu)均由國外進口該試驗臺，一臺配置齊全的試驗臺價格超過300萬人民幣，對各企業(yè)來說都是不小的負擔。
　　通過對多次通過試驗的原理分析以及各條款的仔細研讀，結(jié)合目前國內(nèi)在液壓試驗臺方面的研制水平，我們認為國內(nèi)設(shè)計和生產(chǎn)一款符合該ISO 16889(GB／T 18853—2002)的試驗臺是完全可行的，事實上已經(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臺。
　　2 試驗原理
　　如圖l所示，完成多次通過試驗的試驗臺由兩大部分組成，污染物注入系統(tǒng)和濾器試驗系統(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回路的試驗油箱內(nèi)，在此期間要保持注入流量和污染物濃度的穩(wěn)定。試驗回路的主要作用是在試驗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。當試驗濾器兩端的壓差達到過濾器制造商規(guī)定的數(shù)值時，試驗結(jié)束。
　　進行多次通過試驗的目的是在有效縮短試驗時間的情況下，*大可能地模擬出過濾器工作時的實際環(huán)境。同時規(guī)定使用統(tǒng)一的試驗粉塵——MTD(中性試驗粉塵)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共同的試驗基準，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，因此我們在過濾器下游設(shè)置一個排放口，維持一個與注入流量相同的排出流量，維持試驗系統(tǒng)內(nèi)油液的體積保持不變。
　　為了確保試驗臺能滿足以上要求，ISO 16889(GB／]r 18853—2002)標準還規(guī)定了必須對注入系統(tǒng)回路和試驗系統(tǒng)回路分別進行2項驗證程序以保證試驗的有效性(具體內(nèi)容參見該標準)。
　　3 研制難點
　　從原理上看，似乎多次通過試驗系統(tǒng)并不復雜，只有基本的泵和少數(shù)截止閥、流量計、冷卻器等，而實際情況絕非如此。
　　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改變注入系統(tǒng)中高濃度污染物的顆粒尺寸分布，即不會將大尺寸的顆粒污染物顆粒碾磨成小尺寸的顆粒污染物，從而避免試驗條件發(fā)生改變。但標準規(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)計為支路，如圖1所示，但同時帶來的弊端是管路的復雜性增加，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)管路的復雜性。
　　試驗系統(tǒng)回路的管路布置要求更高，根據(jù)驗證程序，該回路的管路安裝完成后要達到這樣的狀態(tài)：所有的污染物顆粒均由注入系統(tǒng)注入，試驗系統(tǒng)回路本身不產(chǎn)生任何污染物顆粒，也不會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。因此，油液在管道內(nèi)的流動必須在*小的試驗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)計時要充分考慮到管路的沿程壓力損失，尤其是在試驗流量較大時。國外的試驗臺根據(jù)試驗流量的范圍不同，一般采取2套試驗回路，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的紊流要求，又可以盡量減少沿程壓力損失。
　　本試驗臺的電控系統(tǒng)相對其他的液壓試驗臺來說是比較復雜的，需要控制的物理量有：試驗泵電機的變頻控制(控制試驗流量)，顆粒計數(shù)器計數(shù)功能的啟閉，冷卻水閥的啟閉(試驗油溫的控制)，注人流量的控制等；需要利用傳感器或儀表進行監(jiān)測及采集的物理量有：系統(tǒng)壓力，試驗流量，注人流量，試驗濾器壓差，試驗油溫，試驗容器液位變化，顆粒計數(shù)器計數(shù)數(shù)據(jù)。涉及到了強電、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)
　　采用標準推薦的方式進行注入系統(tǒng)的設(shè)計是比較復雜的。我們知道，設(shè)計注入系統(tǒng)的*終目的是為了給試驗系統(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現(xiàn)這個目的。在某位學者的《測定液壓過濾器特性的國際標準“多次通過試驗法”的系統(tǒng)應(yīng)該簡化》一文中，也很明確地提出了這個思路。
　　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。開啟攪拌器運行2～4 h，使顆粒污染物在油液中得到均勻的擴散，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)過流量計和節(jié)流閥，以恒定的流量和污染物濃度向試驗系統(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)點非常明顯：
　　(1)沒有了復雜的注入泵系統(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。因為油液在注入系統(tǒng)管路中的流動也要求紊流，注人流量又很小，一般在0．25 L／min左右，因此管路就會被設(shè)計得特別細，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)注入到試驗系統(tǒng)回路中的油液體積可以通過流量計積算得出，也可以通過稱量壓力罐試驗前后的重量計算出。盡管壓力罐注入系統(tǒng)管路非常簡單，但也要按試驗要求進行驗證程序。
　　5 其他需要考慮的問題
　　(1)要使試驗回路系統(tǒng)順利通過驗證程序，必須避免管路中出現(xiàn)盲區(qū)和死角，試驗管路的內(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)如果試驗系統(tǒng)回路已經(jīng)有很多次滿足了驗證程序的要求，而且管路結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生改變，則不必每次試驗前均執(zhí)行驗證，特別是進行批量濾芯的試驗時，但前提是試驗回路內(nèi)的精細過濾器能有效濾除管路內(nèi)殘留的顆粒污染物；
　　(3)試驗系統(tǒng)回路中的冷卻器不能采用市售的成品，因為這些產(chǎn)品內(nèi)部管路彎曲復雜，容易藏污納垢，應(yīng)自行設(shè)計；
　　(4)試驗臺可以采用工控機(IPC)進行控制。包括試驗泵電機的變頻調(diào)速，各種物理量的采集，顆粒計數(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系統(tǒng)原理圖進行顯示，這樣各個位置的數(shù)據(jù)非常直觀，如在泵出口壓力表符號處顯示泵出口壓力值，試驗濾器上下游處均可表示出實時的顆粒污染物濃度，以及過濾比、壓差等，流量計處顯示流量，試驗容器可以顯示油液的液面高度和溫度；
　　(6)顆粒計數(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進行連接，可以實現(xiàn)同時控制試驗濾器上下游的顆粒計數(shù)器進行計數(shù)，且檢測數(shù)據(jù)可以及時被IPC存儲及處理；
　　(7)在試驗濾器沒有安裝濾芯的情況下，同時檢測試驗濾器上下游的顆粒污染物濃度，理論上濃度應(yīng)該相同，但由于顆粒計數(shù)器個體上的差異，只要數(shù)據(jù)相差小于2倍關(guān)系，一般都認為正常，但在計算試驗濾器的過濾比值時要考慮這個差異，進行補償計算。
　　6 結(jié)束語
　　多次通過試驗臺是一種比較復雜的液壓試驗臺，但只要我們設(shè)計的試驗臺能夠滿足ISO 16889的驗證程序要求，那么它就是合格的，而不必拘泥于標準所推薦的結(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，便于實現(xiàn)普及。
    參考文獻：
    [1] 雷天覺．液壓工程手冊[M]，北京，機械工業(yè)出版社，1990．
    [2] 戴天翼．測定液壓過濾器特性的國際標準“多次通過試驗法”的系統(tǒng)應(yīng)該簡化[J]．液壓與氣動，2001(10)．

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