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流體污染測試及過濾技術(shù)簡述
更新時(shí)間: 2016-02-01 17:27:51   點(diǎn)擊: 2073

流體污染測試及過濾技術(shù)簡述

  以流體作為工作介質(zhì)的液壓、燃油、滑油和冷氣等流體系統(tǒng)是飛機(jī)的重要組成部分。流體中的固體顆粒、水等污染物使系統(tǒng)中的元器件產(chǎn)生磨損、卡滯、銹蝕,進(jìn)而引發(fā)流體系統(tǒng)功能性的故障,這直接威脅到飛機(jī)的飛行安全。國內(nèi)外大量的研究證明,飛機(jī)流體系統(tǒng)的機(jī)械故障70%以上都是起源于工作介質(zhì)的污染。因此,開展流體污染測試是飛機(jī)流體系統(tǒng)污染控制不可或缺的有效手段。

  提高飛機(jī)流體系統(tǒng)污染控制水平的最直接辦法是在流體系統(tǒng)的管路中設(shè)置過濾器,液壓過濾器、滑油過濾器、燃油過濾器和空氣過濾器等航空過濾器產(chǎn)品在飛機(jī)管路系統(tǒng)中隨處可見。流體系統(tǒng)的管路中盡管設(shè)置了過濾器,并不意味著工作介質(zhì)中的污染物能夠被“過濾干凈”,這要取決于過濾器過濾性能的優(yōu)劣。加工生產(chǎn)過濾器并不十分困難,但是若要成批制造出過濾性能好的過濾器也非易事,過濾技術(shù)的核心是如何科學(xué)地檢測評定過濾器的過濾性能。

  流體污染測試技術(shù)

  (1)固體顆粒污染度

  固體顆粒污染是一種普遍存在的流體污染類型,由于其對流體裝備性能和功能上的顯著危害受到人們越來越廣泛的認(rèn)知和重視,所以分析油液的固體顆粒污染度對于提高設(shè)備可靠性、延長設(shè)備壽命、改善設(shè)備性能都有著重要意義,固體顆粒污染度的測量包括對單位體積液體中的顆粒質(zhì)量、顆粒尺寸分布以及污染等級的測量。目前,常用的固體顆粒污染度的測量方法主要有:重量分析法、光學(xué)顯微鏡法、電子顯微鏡法以及光阻原理自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)法等,這些不同原理的方法可滿足不同領(lǐng)域和不同應(yīng)用對象的檢測需求。該檢測項(xiàng)目曾多次開展國際聯(lián)合比對實(shí)驗(yàn),在全世界38個(gè)實(shí)驗(yàn)室參加的聯(lián)合比對試驗(yàn)中,中航工業(yè)新航顆粒度計(jì)量站的測試結(jié)果進(jìn)入了測量誤差最小的四個(gè)實(shí)驗(yàn)室之列,國際知名、國內(nèi)第一。固體污染度檢測技術(shù)結(jié)合成分分析、理化分析、油品分析等其他檢測手段,為航空產(chǎn)品故障診斷、事故分析及流體系統(tǒng)健康管理提供堅(jiān)強(qiáng)的技術(shù)支持和保障。

  (2)油中含水量

  油中含水量是衡量油品質(zhì)量的一項(xiàng)重要指標(biāo),油中的水分會(huì)導(dǎo)致流體系統(tǒng)部件銹蝕、加劇部件磨損、加速油品老化、降低油品絕緣性能、滋生微生物等,對流體裝備的正常運(yùn)行和工作產(chǎn)生一系列的不利影響。油中含水量檢測技術(shù)是油品理化分析的一項(xiàng)重要檢測技術(shù),該技術(shù)采用卡爾費(fèi)休原理,利用電化學(xué)方法,通過計(jì)算與水分反應(yīng)的滴定劑的消耗量來測定油液中的水分含量,測量范圍廣、精度高,滿足平原航空產(chǎn)品裝配試驗(yàn)所用油液的質(zhì)量控制需要。

  (3)油中含氣量

  在液壓系統(tǒng)中,當(dāng)流動(dòng)液體某處的壓力低于空氣分離壓時(shí),原先溶解在液體中的空氣就會(huì)游離出來,使液體產(chǎn)生大量的氣泡,這就是液壓中的氣穴現(xiàn)象。氣穴現(xiàn)象使液壓裝置產(chǎn)生噪聲和振動(dòng),使金屬表面受到氣蝕。避免氣穴現(xiàn)象產(chǎn)生的最好辦法就是降低油中含氣量。關(guān)于油中含氣量的檢測技術(shù),目前已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了量化測量,為掌握油液狀態(tài)和評定除氣措施的有效性提供了科學(xué)手段。該項(xiàng)檢測技術(shù)的研究無論是在國際上或是在國內(nèi)都還處于起步階段,特定液體含氣量的檢測和特殊工況下含氣量的檢測都是將來要研究的重點(diǎn)方向。

  液相顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

  是量值傳遞的載體

  液相顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)是以標(biāo)準(zhǔn)顆粒為固態(tài)相、以顆粒尺寸和數(shù)量為特性量值的一類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì),其主要應(yīng)用于遮光型液體自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)器的校準(zhǔn)、固體污染度測量方法有效性評定以及實(shí)驗(yàn)室間量值比對、測量審核等,是顆粒度量值傳遞的載體。該類標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)的量值通過新航顆粒度計(jì)量站“十一五”科研成果“新粒度定值系統(tǒng)”進(jìn)行定值,該定值系統(tǒng)包括掃描電子顯微鏡、標(biāo)準(zhǔn)測微尺和數(shù)字化圖像分析儀,其定值的原理是通過測微尺對掃描電鏡的放大倍數(shù)進(jìn)行標(biāo)定,得到相應(yīng)倍數(shù)數(shù)字化圖像中每個(gè)像素代表的實(shí)際面積,然后又通過統(tǒng)計(jì)顆粒圖像所包含的像素?cái)?shù)量計(jì)算得到顆粒圖像面積,計(jì)算得出等效圓面積直徑,該定值方法將過去的顆粒最大弦長直徑轉(zhuǎn)變?yōu)榈刃A面積,將我國顆粒度量值成功溯源至國際最高標(biāo)準(zhǔn),實(shí)現(xiàn)了顆粒度量值與國際接軌。目前,顆粒度計(jì)量站成功研制各類油基顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)30種,其中國家一級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)2個(gè),國家二級標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)28個(gè),有球形顆粒的、有不規(guī)則形顆粒的,有油基的、有水基的,其粒徑范圍覆蓋了1~100μm,為國家、國防顆粒度量值統(tǒng)一和準(zhǔn)確可靠提供了量值溯源標(biāo)準(zhǔn)。隨著技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的變化,液相顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)也在不斷豐富,技術(shù)水平不斷提高,藍(lán)油顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)已經(jīng)研制成功并已提交申請,超細(xì)顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)和特殊介質(zhì)顆粒標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)已經(jīng)提上研究日程。

  油液過濾性能檢測技術(shù)

  (1)多次通過試驗(yàn)技術(shù)

  過濾效率和納污容量是反應(yīng)過濾器過濾性能優(yōu)劣的主要技術(shù)指標(biāo),多次通過試驗(yàn)是評定過濾性能的關(guān)鍵技術(shù)手段,該試驗(yàn)技術(shù)通過模擬過濾器在流體系統(tǒng)內(nèi)的工作條件,使試驗(yàn)油液以額定流量循環(huán)通過過濾器,同時(shí)保持一定速率連續(xù)不斷地向試驗(yàn)系統(tǒng)注入污染物,記錄產(chǎn)品壓差隨時(shí)間的變化,并且以規(guī)定時(shí)間間隔從過濾器產(chǎn)品的上下游取樣進(jìn)行顆粒計(jì)數(shù),直到被試過濾器產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的極限壓差。通過產(chǎn)品上下游單位體積油液中顆粒數(shù)可以計(jì)算出過濾器對不同尺寸污染物的過濾效率,根據(jù)污染物的加注量和系統(tǒng)殘余量可計(jì)算出過濾器的納污容量。該項(xiàng)技術(shù)為新航航空過濾產(chǎn)品的研發(fā)和質(zhì)量控制提供了有力的技術(shù)支持。目前,顆粒度計(jì)量站可利用該項(xiàng)技術(shù)對燃油濾、滑油濾、液壓濾等各類過濾器和濾材進(jìn)行過濾性能評定,流量范圍可覆蓋1~200L/min,并實(shí)現(xiàn)了在線取樣、自動(dòng)顆粒計(jì)數(shù)和試驗(yàn)過程的全自動(dòng)化。

  (2)油水分離試驗(yàn)技術(shù)

  燃油在運(yùn)輸、流通和貯存的過程中,水會(huì)以各種途徑混入油中,其中的水分對發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行可靠性和使用壽命存在諸多不利影響,如滋生微生物堵塞噴嘴、溶解硫化物產(chǎn)生酸性物腐蝕機(jī)身、加劇零部件間的摩擦等,為了消除這些不利影響,具有除水功能的燃油濾清器被廣泛研發(fā)和應(yīng)用,油水分離性能試驗(yàn)隨之成為評定燃油濾清器除水能力優(yōu)劣的主要手段和途徑。油水分離性能試驗(yàn)根據(jù)水在油中存在形態(tài)大致分為兩類,一類是油中游離水分離性能試驗(yàn),另一類是油中乳化水分離性能試驗(yàn),兩者在試驗(yàn)方法上的主要區(qū)別在于:游離水分離性能試驗(yàn)通常是將水以一定流量直接注入到燃油濾清器的上游油液中,而乳化水分離性能試驗(yàn)通常是將水以一定流量注入到油泵入口端,經(jīng)過離心泵的高速剪切乳化后再經(jīng)過燃油濾清器。目前,顆粒度計(jì)量站在能夠滿足以上試驗(yàn)方法的基礎(chǔ)上,又發(fā)展了標(biāo)準(zhǔn)水珠水分離試驗(yàn)法,不僅將游離水的分布狀態(tài)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化,而且實(shí)現(xiàn)了試驗(yàn)系統(tǒng)油液含水量的在線分析,消除了試驗(yàn)系統(tǒng)差異和人工取樣引起的偏差,進(jìn)一步提高了試驗(yàn)準(zhǔn)確度和可靠性。

  空氣過濾性能檢測技術(shù)

  空氣過濾器在系統(tǒng)內(nèi)同油濾一樣發(fā)揮著不可忽視的作用,機(jī)用空氣過濾器可有效防止各類灰塵進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)引起早磨,延長發(fā)動(dòng)機(jī)壽命,減少維護(hù)時(shí)間,降低維護(hù)成本;通風(fēng)用過濾器可提高空氣潔凈度和空氣品質(zhì),改善產(chǎn)品生產(chǎn)裝配試驗(yàn)的潔凈環(huán)境,提高人的舒適度,增進(jìn)人體健康。過濾效率同樣是反應(yīng)其過濾性能的主要技術(shù)指標(biāo)。目前,評定空氣過濾器過濾效率的試驗(yàn)方法大致分為兩類,一類是重量法,一類是粒子計(jì)數(shù)法。兩類方法都是在一定流量下以一定的濃度向試驗(yàn)過濾器入口發(fā)出污染物氣溶膠,但評定結(jié)果的方法差異較大。重量法是通過發(fā)出污染物的重量和過濾器攔截污染物的重量計(jì)算過濾效率,該方法只能看出過濾器的總效率,不能得到固定尺寸范圍污染物的過濾效率。粒子計(jì)數(shù)法是通過空氣粒子計(jì)數(shù)器實(shí)時(shí)測量過濾器上下游顆粒尺寸分布,通過上下游顆粒數(shù)量計(jì)算過濾效率,這種方法可以得到過濾器對不同尺寸范圍顆粒的分級過濾效率,該方法通常用于高效和超高效空氣過濾器。經(jīng)過多年的應(yīng)用實(shí)踐和國家條件建設(shè)投資支持,顆粒度計(jì)量站在空氣過濾器檢測方面的技術(shù)能力和設(shè)備能力都取得了大幅提升,氣溶膠發(fā)生技術(shù)、靜電中和技術(shù)、凝結(jié)核粒子計(jì)數(shù)技術(shù)以及等速取樣技術(shù)等紛紛研究并應(yīng)用于空氣過濾器的檢測,已形成了檢測對象覆蓋過濾材料、內(nèi)燃機(jī)及壓縮機(jī)用過濾器、乘駕室過濾器、空調(diào)通風(fēng)過濾器,流量覆蓋1~5000m3/h,粒徑范圍覆蓋0.01~50μm的過濾性能檢測能力。

  流體污染測試和過濾技術(shù)是有效進(jìn)行流體系統(tǒng)污染控制的技術(shù)基礎(chǔ),是提升流體系統(tǒng)“健康”水平、保證裝備可靠運(yùn)行的技術(shù)保障,是過濾產(chǎn)品研發(fā)和質(zhì)量控制的技術(shù)支撐,它與流體裝備技術(shù)發(fā)展相輔相成,互為促進(jìn),伴隨著市場應(yīng)用需求的變化和發(fā)展,流體污染測試和控制技術(shù)也必將不斷取得新的突破。

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