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流体污染测试及过滤技术简述
更新时间: 2016-02-01 17:27:51   点击: 1925

流体污染测试及过滤技术简述

  以流体作为工作介质的液压、燃油、滑油和冷气等流体系统是飞机的重要组成部分。流体中的固体颗粒、水等污染物使系统中的元器件产生磨损、卡滞、锈蚀,进而引发流体系统功能性的故障,这直接威胁到飞机的飞行安全。国内外大量的研究证明,飞机流体系统的机械故障70%以上都是起源于工作介质的污染。因此,开展流体污染测试是飞机流体系统污染控制不可或缺的有效手段。

  提高飞机流体系统污染控制水平的最直接办法是在流体系统的管路中设置过滤器,液压过滤器、滑油过滤器、燃油过滤器和空气过滤器等航空过滤器产品在飞机管路系统中随处可见。流体系统的管路中尽管设置了过滤器,并不意味着工作介质中的污染物能够被“过滤干净”,这要取决于过滤器过滤性能的优劣。加工生产过滤器并不十分困难,但是若要成批制造出过滤性能好的过滤器也非易事,过滤技术的核心是如何科学地检测评定过滤器的过滤性能。

  流体污染测试技术

  (1)固体颗粒污染度

  固体颗粒污染是一种普遍存在的流体污染类型,由于其对流体装备性能和功能上的显著危害受到人们越来越广泛的认知和重视,所以分析油液的固体颗粒污染度对于提高设备可靠性、延长设备寿命、改善设备性能都有着重要意义,固体颗粒污染度的测量包括对单位体积液体中的颗粒质量、颗粒尺寸分布以及污染等级的测量。目前,常用的固体颗粒污染度的测量方法主要有:重量分析法、光学显微镜法、电子显微镜法以及光阻原理自动颗粒计数法等,这些不同原理的方法可满足不同领域和不同应用对象的检测需求。该检测项目曾多次开展国际联合比对实验,在全世界38个实验室参加的联合比对试验中,中航工业新航颗粒度计量站的测试结果进入了测量误差最小的四个实验室之列,国际知名、国内第一。固体污染度检测技术结合成分分析、理化分析、油品分析等其他检测手段,为航空产品故障诊断、事故分析及流体系统健康管理提供坚强的技术支持和保障。

  (2)油中含水量

  油中含水量是衡量油品质量的一项重要指标,油中的水分会导致流体系统部件锈蚀、加剧部件磨损、加速油品老化、降低油品绝缘性能、滋生微生物等,对流体装备的正常运行和工作产生一系列的不利影响。油中含水量检测技术是油品理化分析的一项重要检测技术,该技术采用卡尔费休原理,利用电化学方法,通过计算与水分反应的滴定剂的消耗量来测定油液中的水分含量,测量范围广、精度高,满足平原航空产品装配试验所用油液的质量控制需要。

  (3)油中含气量

  在液压系统中,当流动液体某处的压力低于空气分离压时,原先溶解在液体中的空气就会游离出来,使液体产生大量的气泡,这就是液压中的气穴现象。气穴现象使液压装置产生噪声和振动,使金属表面受到气蚀。避免气穴现象产生的最好办法就是降低油中含气量。关于油中含气量的检测技术,目前已经实现了量化测量,为掌握油液状态和评定除气措施的有效性提供了科学手段。该项检测技术的研究无论是在国际上或是在国内都还处于起步阶段,特定液体含气量的检测和特殊工况下含气量的检测都是将来要研究的重点方向。

  液相颗粒标准物质

  是量值传递的载体

  液相颗粒标准物质是以标准颗粒为固态相、以颗粒尺寸和数量为特性量值的一类标准物质,其主要应用于遮光型液体自动颗粒计数器的校准、固体污染度测量方法有效性评定以及实验室间量值比对、测量审核等,是颗粒度量值传递的载体。该类标准物质的量值通过新航颗粒度计量站“十一五”科研成果“新粒度定值系统”进行定值,该定值系统包括扫描电子显微镜、标准测微尺和数字化图像分析仪,其定值的原理是通过测微尺对扫描电镜的放大倍数进行标定,得到相应倍数数字化图像中每个像素代表的实际面积,然后又通过统计颗粒图像所包含的像素数量计算得到颗粒图像面积,计算得出等效圆面积直径,该定值方法将过去的颗粒最大弦长直径转变为等效圆面积,将我国颗粒度量值成功溯源至国际最高标准,实现了颗粒度量值与国际接轨。目前,颗粒度计量站成功研制各类油基颗粒标准物质30种,其中国家一级标准物质2个,国家二级标准物质28个,有球形颗粒的、有不规则形颗粒的,有油基的、有水基的,其粒径范围覆盖了1~100μm,为国家、国防颗粒度量值统一和准确可靠提供了量值溯源标准。随着技术的发展和应用需求的变化,液相颗粒标准物质也在不断丰富,技术水平不断提高,蓝油颗粒标准物质已经研制成功并已提交申请,超细颗粒标准物质和特殊介质颗粒标准物质已经提上研究日程。

  油液过滤性能检测技术

  (1)多次通过试验技术

  过滤效率和纳污容量是反应过滤器过滤性能优劣的主要技术指标,多次通过试验是评定过滤性能的关键技术手段,该试验技术通过模拟过滤器在流体系统内的工作条件,使试验油液以额定流量循环通过过滤器,同时保持一定速率连续不断地向试验系统注入污染物,记录产品压差随时间的变化,并且以规定时间间隔从过滤器产品的上下游取样进行颗粒计数,直到被试过滤器产品达到规定的极限压差。通过产品上下游单位体积油液中颗粒数可以计算出过滤器对不同尺寸污染物的过滤效率,根据污染物的加注量和系统残余量可计算出过滤器的纳污容量。该项技术为新航航空过滤产品的研发和质量控制提供了有力的技术支持。目前,颗粒度计量站可利用该项技术对燃油滤、滑油滤、液压滤等各类过滤器和滤材进行过滤性能评定,流量范围可覆盖1~200L/min,并实现了在线取样、自动颗粒计数和试验过程的全自动化。

  (2)油水分离试验技术

  燃油在运输、流通和贮存的过程中,水会以各种途径混入油中,其中的水分对发动机的运行可靠性和使用寿命存在诸多不利影响,如滋生微生物堵塞喷嘴、溶解硫化物产生酸性物腐蚀机身、加剧零部件间的摩擦等,为了消除这些不利影响,具有除水功能的燃油滤清器被广泛研发和应用,油水分离性能试验随之成为评定燃油滤清器除水能力优劣的主要手段和途径。油水分离性能试验根据水在油中存在形态大致分为两类,一类是油中游离水分离性能试验,另一类是油中乳化水分离性能试验,两者在试验方法上的主要区别在于:游离水分离性能试验通常是将水以一定流量直接注入到燃油滤清器的上游油液中,而乳化水分离性能试验通常是将水以一定流量注入到油泵入口端,经过离心泵的高速剪切乳化后再经过燃油滤清器。目前,颗粒度计量站在能够满足以上试验方法的基础上,又发展了标准水珠水分离试验法,不仅将游离水的分布状态进行了标准化,而且实现了试验系统油液含水量的在线分析,消除了试验系统差异和人工取样引起的偏差,进一步提高了试验准确度和可靠性。

  空气过滤性能检测技术

  空气过滤器在系统内同油滤一样发挥着不可忽视的作用,机用空气过滤器可有效防止各类灰尘进入发动机引起早磨,延长发动机寿命,减少维护时间,降低维护成本;通风用过滤器可提高空气洁净度和空气品质,改善产品生产装配试验的洁净环境,提高人的舒适度,增进人体健康。过滤效率同样是反应其过滤性能的主要技术指标。目前,评定空气过滤器过滤效率的试验方法大致分为两类,一类是重量法,一类是粒子计数法。两类方法都是在一定流量下以一定的浓度向试验过滤器入口发出污染物气溶胶,但评定结果的方法差异较大。重量法是通过发出污染物的重量和过滤器拦截污染物的重量计算过滤效率,该方法只能看出过滤器的总效率,不能得到固定尺寸范围污染物的过滤效率。粒子计数法是通过空气粒子计数器实时测量过滤器上下游颗粒尺寸分布,通过上下游颗粒数量计算过滤效率,这种方法可以得到过滤器对不同尺寸范围颗粒的分级过滤效率,该方法通常用于高效和超高效空气过滤器。经过多年的应用实践和国家条件建设投资支持,颗粒度计量站在空气过滤器检测方面的技术能力和设备能力都取得了大幅提升,气溶胶发生技术、静电中和技术、凝结核粒子计数技术以及等速取样技术等纷纷研究并应用于空气过滤器的检测,已形成了检测对象覆盖过滤材料、内燃机及压缩机用过滤器、乘驾室过滤器、空调通风过滤器,流量覆盖1~5000m3/h,粒径范围覆盖0.01~50μm的过滤性能检测能力。

  流体污染测试和过滤技术是有效进行流体系统污染控制的技术基础,是提升流体系统“健康”水平、保证装备可靠运行的技术保障,是过滤产品研发和质量控制的技术支撑,它与流体装备技术发展相辅相成,互为促进,伴随着市场应用需求的变化和发展,流体污染测试和控制技术也必将不断取得新的突破。

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