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油污染基础知识及过滤原理
    
工业用油品如液压油、变压器油、透平油、冷冻机油、润滑油、抗燃油等在使用过程中,由于种种原因,会混进去一些杂质,主要杂质有机械杂质、水和空气等,这些杂质会造成腐蚀加快,增加机械磨损,降低工作效率,使油品变坏降低设备使用寿命,严重时会产生油路堵塞造成生产事故。为了保证设备的安全运行,需对工业用油品定期进行净化处理,油过滤器是处理污染油液的主要净化设备。

     工业用油品如液压油、变压器油、透平油、冷冻机油、润滑油、抗燃油等在使用过程中,由于种种原因,会混进去一些杂质,主要杂质有机械杂质、水和空气等,这些杂质会造成腐蚀加快,增加机械磨损,降低工作效率,使油品变坏降低设备使用寿命,严重时会产生油路堵塞造成生产事故。为了保证设备的安全运行,需对工业用油品定期进行净化处理,油过滤器是处理污染油液的主要净化设备。

一、油污染基础知识

1.       油污染源。固有污染物:主要来自于液压缸、流体、软管、液压马达、管道、泵、油箱、阀门等元件;

内部生产污染物:主要来自系统组装、系统调试、系统运行和流体变质等;

外界侵入污染物:主要来自油箱通气、液压缸活塞杆密封、轴承密封等;

维修中造成的污染:主要来自拆装、油料补充等;

机械杂质:主要来自于机械磨损、密封磨损,不合格油品等;

油中水污染:主要来自于热交换器泄漏;密封失效;潮湿空气的冷凝;油箱顶盖和入孔盖配置的不当或损坏;被水沾湿的杠杆内缩;温度降低溶解水析出变成游离水;补充不合格成品油等;

油中空气污染:因温度和压力的变化造成空气溶解度发生变化、油氧化变质产生的气体、因腐蚀产生的气体等。

2.       油污染物的危害:

1)  机械杂质的危害:进一步加剧机械磨损,如磨料磨损、冲蚀磨损、粘着磨损和疲劳磨损等。从而导致油品的泄漏量增大和油路堵塞可能性增大。

2)  水和化学品的危害:游离水和酸可以侵蚀金属,发生锈斑、产生腐蚀麻坑,或使金属表面快速腐蚀剥落;使油液变质,添加剂沉淀、油液氧化和润滑油膜厚度减少;加快金属表面疲劳;在低温下形成的冰晶会使元件卡住;加快液压元件的磨粒性磨损;在绝缘油液中丧失介电强度;水和金属颗粒共存时,金属颗粒起催化作用,会加速油液的氧化,迅速增加酸值。

3)  溶解空气和其它气体的危害:使油液起泡沫;造成系统响应迟缓,动作不规则;使系统刚度降低;使油液温度升高;出现气蚀,使泵受损;达不到系统设定的最大压力;加速油液氧化等。

3.       油液污染度测定方法:

为了选定适合的油液净化过滤器,必须对污染油液事先进行测量,以确定污染物的种类和含量,以及准确的颗粒尺寸和颗粒分布或测定出清洁度等级。常用油污染度测定方法见表一

方法

优点

局限性

光学显微镜颗粒计数法

提供准确颗粒尺寸及颗粒分布

试样准备时间长

自动颗粒计数器法

快速、重复性好

对颗粒浓度及非颗粒性污染物:如水、空气、胶质很敏感

显微镜油液污染比较法

在现场能迅速测出系统油液清洁度等级,也可帮助确定污染物的种类

只能提供近似的污染度等级

铁谱分析法

提供基本参数。参数值反常时,表示需要做进一步的精密测试

无法检测非铁金属颗粒(青铜、黄铜、硅土等)

光谱分析法

验明污染物种类及含量

无法测污染物颗粒尺寸大小,5um 以上的粒子受仪器敏感度限制,准确性较差

重量分析法

显示污染物总重量

无法测污染物尺寸大小,两种液样进行比较时,只有当两种液样的颗粒数相差悬殊时才有意义

PCM 100

快速、可在线检测,不受气泡与水的影响

不提供具体颗粒数值

4.       除去油液中水分的常用方法:

分离式:只能除去游离水;

离心式:只能除去游离水,价格昂贵,维护繁琐;

吸附式:可除去游离水;

真空分离式:可除去游离水、溶解水,适合单价及大批量处理;

高真空分离式:除水使用最方便,性能价格比最优,用该方法除水,不会改变原油液的物理化学性能。

     二、油过滤器的基本原理

(1)过滤精度。公称过滤精度:是由过滤器制造厂商给定的任意微米值,由于测试结果的重现性差,这种过滤精度已渐渐不再使用了。

                 绝对过滤精度:在一定的试验条件下,能通过过滤器的最大球形颗粒直径,代表该过滤器过滤介质(滤芯)的最大孔径尺寸。

(2)过滤比β值。过滤器的过滤能力用过滤比βx来表示,定义为过滤器上游油液单位体积中大于某一给定尺寸(×μm)的颗粒数,与下游油液单位体积中大于同一尺寸(×μm)的颗粒数的比值。即:

       

   β值与颗粒尺寸如图1所示。

图1 β值与颗粒尺寸

图中曲线越陡,表示滤材孔径结构越稳定一致,在指定的颗粒范围内过滤比越好。较平缓的曲线表示滤材孔径不均,对指定颗粒尺寸范围内的污染物滤除效果不好。要确定过滤精度,需要在多项通过实验中,对不同尺寸的颗粒进行多次计数,标出每种尺寸颗粒的β值,连成一条平滑的曲线。该曲线上β值等于200μm的颗粒尺寸,就定义为该过滤器的过滤精度。

β值和下游流体质量的关系如图2

图2 β值和下游流体质量的关系

图中βx≥200(过滤效率99.5%)过滤器的下游流体比βx≥75(过滤效率98.7%)过滤器的下游流体洁净2.67倍。即β值越高其下游流体质量越好,所含有的给定的某一尺寸的颗粒越少。过滤比βx≥200 的滤芯可以最大限度地满足系统流体清洁度的要求,同时成本较低。

另外,周期性的流量变化和过滤器压降的增大,对β值的影响较大,均会降低过滤器的性能。要消除这一影响,在过滤器的设计中,应考虑滤材的支撑和树脂对纤维的粘接。另外,过滤孔径选择要尽量小一些。

(3)额定流量:在额定工作压力下,过滤器每分钟的出液量,用L/min表示。

(4)水的汽化温度与油温、真空度的关系对照表及水的饱和曲线图。

表1是水的汽化温度与油温及真空度的关系,表2是海拔高度与真空度换算关系图3 所示为水的饱和曲线

表1 水的汽化温度与油温及真空度的关系

真空度/MPa

水的汽化温度/℃

油温/℃

0.1000

10

≥20

0.0989

20

≥30

0.0969

30

≥40

0。0952

35

≥45

表2海拔高度与真空度换算关系

真空度/MPa

海拔高度/m

0.1013

0

0.0990

200

0.0968

400

0.0957

500

0。0902

1000

0。0846

1500

0.07908

2000

 

图3 水的饱和曲线

 

(5)使用油液滤油机的好处:

1)  延长油液使用寿命;

2)  可以收集净化的油液;

3)  提供设备的可靠性;

4)  提供生产率;

5)  缩短换油周期;

6)  减少油液系统中的腐蚀、磨损;

7)  使用高效油液滤油机可以减少油液处理的次数。
国际上对液压系统中带有伺服机件等精密元件的油液清洁度采取严格的控制,对加入的新油清洁度要求达到美国宇航标准NAS1638的5级,以确保系统稳定、可靠运行。但从液压油油桶中取样分析,新油的清洁度一般只有NAS1638的10~11级.如此污染严重的新油,若不经过严格的过滤净化就使用,将对整个系统精密元件的寿命、工作的可靠性带来严重的危害。
  要从根本上解决液压系统清洁度的问题,光靠换油是不行的,因为即使抽光液压系统油箱的油,仍然会有30%以上的旧油存在液压系统中,当新油注入后,必然受到系统里残留旧油的污染,从而大大降低液压油的清洁度,因此换油是解决不了提高清洁度的问题,只有在液压系统操作的同时进行循环过滤,才能从根本上提高液压油的清洁度。

可见清晰污染

过滤后放大100倍


过滤前的脏油

过滤后的净油

 

 
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