尤麗霞

(上海閏銘精密技術(shù)有限公司)

0 引言

近代工業(yè)高度發(fā)達，但隨之而來的環(huán)境污染問題卻異常嚴峻。固液分離技術(shù)及其設(shè)備已經(jīng)滲透到能源、環(huán)境、生物、新材料、信息等高技術(shù)領(lǐng)域以及新興工業(yè)領(lǐng)域，并已成為這些領(lǐng)域以及許多工業(yè)部門，包括現(xiàn)代化工、石油化工、制藥、輕工、食品、礦產(chǎn)品加工、農(nóng)副產(chǎn)品加工、水資源開發(fā)與再生利用等工業(yè)不可或缺的技術(shù)[1]。全球水資源急劇短缺，生存環(huán)境日益惡化，人們因此對固液分離工藝也提出了更高的要求[2]。過濾元件是過濾系統(tǒng)的核心組成部分，從某種意義上來說對整個過濾系統(tǒng)的成敗起決定性的作用，因此對過濾元件的檢測顯得至關(guān)重要。

ISO 16889：1999闡述了以液壓油過濾器多次通過法評定液壓油濾芯過濾元件的性能，其中包括過濾芯壓降、納污量等參數(shù)的測定。但以水作為試驗液體來評定過濾元件的性能，不論在國內(nèi)還是在國際上都尚無標準可依。掌握過濾元件各項性能參數(shù)是過濾器及其元件生產(chǎn)企業(yè)進行產(chǎn)品創(chuàng)新所必需的。目前國內(nèi)很多過濾元件都缺乏數(shù)據(jù)支持。本文介紹了一套通水過濾元件綜合測試系統(tǒng)，該系統(tǒng)主要是應用單次通過法測試常規(guī)過濾原件的流量壓差特性、過濾效率、容塵量和極限壓差等性能參數(shù)，可為過濾元件的自主研發(fā)和選型提供定量的數(shù)據(jù)支持。

1 測試系統(tǒng)的設(shè)計制造

1.1 測試系統(tǒng)介紹

對于過濾元件的測試，常用的方法有多次通過法和單次通過法。多次通過法由標準ISO 16889：1999《液壓傳動過濾器——評定濾芯過濾性能的多次通過方法》作了詳細的規(guī)定，內(nèi)容包括模擬液壓油和潤滑油的工作環(huán)境，對過濾元件進行評估測試，以及評定液壓過濾器的各項性能等。

單次通過法強調(diào)的是粉塵顆粒組分注入的一致性，更接近于大多數(shù)實際生產(chǎn)過濾工藝過程。單次通過法可以較容易地考察一些重要變量對過濾器性能的影響，例如過濾材料搭配、結(jié)構(gòu)設(shè)計、工藝等。容塵量的測試在該測試設(shè)備上實施起來也很簡單[3]。

本文所述的單次通過法測試系統(tǒng)流程如圖1所示。

圖1 過濾元件綜合測試系統(tǒng)流程

1.2 供水模塊

圖1中模塊A為供水模塊，由純水制造設(shè)備和一個水量1 m3的儲水罐組成。

1.3 水處理模塊

圖1中模塊B為水處理模塊，使用變頻離心泵調(diào)節(jié)系統(tǒng)流量。容塵量測試時，濾后液經(jīng)過多級凈化過濾，可保證儲水罐中水的潔凈度，實現(xiàn)單次過濾。

1.4 顆粒注入模塊

圖1中模塊C為顆粒注入模塊，測試時一般選用國際通用標準粉塵Arizona實驗粉末，粉塵在攪拌池中充分分散。高精度的計量泵以穩(wěn)定的流速把分散好的粉塵注入測試系統(tǒng)。

1.5 測試、取樣模塊

測試過濾元件安裝于測試過濾器中，包括各種濾芯和濾袋。讀取測試過濾器前后壓力表和微壓差表，獲得過濾元件壓差值。通過分別在測試過濾器前后取液體樣品，利用微粒檢測儀檢測，計算過濾效率。

1.6 過濾元件電氣控制模塊

該系統(tǒng)電氣控制部分集中在控制柜中，采用西門子PLC S7-200作為主控單元，聯(lián)想計算機作為工程師站。具有友好的人機界面，可方便地顯示操作現(xiàn)場泵、閥門等設(shè)備的參數(shù)以及設(shè)定的采樣點壓差值、采樣次數(shù)、采樣時間等參數(shù)，也可顯示設(shè)備的實時運行狀態(tài)、運行參數(shù)、數(shù)據(jù)報表等，還可選擇測試模式、趨勢圖等，方便研發(fā)人員根據(jù)不同的過濾器及測試結(jié)果隨時調(diào)整采樣點壓差參數(shù)、監(jiān)控設(shè)備運行狀態(tài)。

該系統(tǒng)具有五種測試模式，模式變量mode值0～4分別對應五種不同的測試模式：

手動模式 mode=0

過濾器極限測試模式 mode=1

過濾器流量與壓差測試模式 mode=2

過濾器過濾效果測試模式 mode=3

過濾器納污量測試模式 mode=4

在PLC及上位計算機的控制下，測試控制系統(tǒng)可自動完成以上模式的自動運行、自動采樣，并自動記錄測試參數(shù)到數(shù)據(jù)庫；操作者可啟動、停止數(shù)據(jù)記錄，可查詢歷史記錄，可選擇性地統(tǒng)計數(shù)據(jù)并出具測試報表。

2 試驗方法討論

2.1 流量壓差曲線

流量壓差曲線是過濾元件的主要參數(shù)之一，該曲線描述的是過濾元件潔靜壓差隨流量的變化規(guī)律。目前，在許多行業(yè)中過濾元件的使用壽命大多是通過終止壓差來判定的，所以過濾元件的初始壓差參數(shù)就顯得至關(guān)重要。本文以濾芯J為例，用該測試系統(tǒng)測得流量壓差曲線，如圖2所示。圖2所示的濾芯流量壓差曲線幾乎呈線性，與理論值相符，這也間接說明該測試系統(tǒng)的可靠性。此項參數(shù)可為過濾元件的研發(fā)和選型提供重要的數(shù)據(jù)支持。

圖2 J濾芯流量壓差曲線

2.2 過濾效率和容塵量測試

過濾效率即過濾元件對指定粒徑顆粒的攔截效率。確定過濾效率通常需要測試過濾元件的初始效率，初始效率為過濾元件在潔凈狀態(tài)下的起始攔截效率。對于非絕對攔截的過濾元件而言，特別是實際應用為采用單次通過法的場合，初始效率值是選型的關(guān)鍵參數(shù)。HB 7669—2000航空液壓過濾器標準中用單次通過法測得初始過濾比[4]。圖3是J濾芯初始效率的測試結(jié)果。

圖3 J濾芯過濾效率

過濾效率計算公式：

式中 ηi——對特定粒徑di顆粒的過濾效率；

Ai——上游特定粒徑di顆粒的個數(shù)；

Bi——下游特定粒徑di顆粒的個數(shù)。

上下游粒子個數(shù)由實驗室微粒檢測儀測試，該儀器半年校準一次。

容塵量測試通常采用烘干稱重法。容塵量就是達到某一壓差值時，過濾元件能夠承載雜質(zhì)的質(zhì)量。容塵量越大，過濾元件的使用壽命就越長。過濾效率和容塵量測試通常同時進行。

2.3 極限壓差

極限壓差為過濾元件能承受的最大壓差，超過極限壓差繼續(xù)使用的話，過濾元件會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)上的破壞。一般建議，達到更換壓差時即應更換過濾元件，以免過濾元件在超過極限壓差時損壞而影響過濾效果。

3 結(jié)論

（1）過濾元件測試系統(tǒng)由四大測試模塊和電氣控制系統(tǒng)構(gòu)成。通過計算機程序控制，能有效控制和操作各測試模塊，為測試帶來高效和便利。

（2）測試系統(tǒng)能測試不同過濾元件的流量壓差特性、過濾效率、容塵量和極限壓差等性能參數(shù)，為過濾器的研發(fā)和實際應用選型提供有力依據(jù)。

[1] 拉什頓，等.固液兩相過濾及分離技術(shù) [M].第2版.朱企新譯.北京：化學工業(yè)出版社，2005.

[2] 姚公弼.固液分離的應用和發(fā)展概況 [J].過濾與分離,1994 （2） ：1-4.

[3] Ken Sutherland.Filters and filtration handbook[M].2008：45-46.

[4] HB 7669—2000航空液壓過濾器單次通過試驗方法[S].