油水分離效率試驗標準的結果比對研究

熊麗媛

(航空工業(新鄉)計測科技有限公司，河南新鄉 453019)

0 引言

油水分離試驗是有效評定燃油濾清器水分離效率的關鍵方法。目前常用的試驗方法標準包括以下4種：ISO 4020:2001[1]中的水分離效率試驗方法、SAE J 1839-2010[2]燃油中游離水分離試驗方法、SAE J 1488-2010[3]燃油中乳化水分離試驗方法和ISO/TS 16332：2006[4]柴油發動機燃油濾清器評定油水分離效率的方法。這4項標準的方法原理都是在指定的試驗流量下通過離心泵、隔膜泵或其他類型的泵對注水裝置加壓，從而向試驗系統燃油中注入一定比例的水珠，該混合液體經被試燃油濾清器不斷循環后，在規定試驗時間內在被試燃油濾清器的下游進行多次取樣，通過測定取樣樣品的平均含水量，來評定被試燃油濾清器的水分離效率。但這4項標準的不同之處主要在于注入的水珠大小狀態不同，分為游離水和乳化水，其中ISO/TS 16332還會存在半乳化半游離狀態的水，并且注入的水含量百分比也各不相同。因此，對同一被試燃油濾清器選擇哪種標準進行水分離效率評定至關重要，生產廠家需要根據其設計方案、使用途徑等條件選擇合適標準，才能保證水分離試驗數據的可靠，以達到有效的試驗結果。本文作者主要討論在油水分離效率試驗中，同一類型被試燃油濾清器在不同油水分離效率試驗標準下的試驗結果比對，并根據試驗結果分析各標準的適用情況。

1 試驗標準的差異比對

各油水分離效率試驗標準的詳細差異[5]對比見表1?？梢钥闯觯哼@4項標準的試驗溫度、試驗泵類型、注水方式、注水量、注入水珠狀態、試驗時間及取樣數量等試驗條件均有不同之處，因此針對同一型號濾清器進行試驗比對很有必要。

表1 各油水分離效率試驗標準的差異比對表

2 試驗方案設計

圖1所示是實驗室油水分離效率試驗原理示意圖。其中，可根據不同的試驗標準打開或關閉調節閥4實現泵前或泵后注水方式，其他試驗條件可根據要求進行調節。

圖1 油水分離效率試驗原理示意

試驗樣件采用某汽車工程研究院送檢的24件濾清器，其型號相同，樣品編號分別為1號～24號。其中1號～8號濾清器選用較小的試驗流量120 L/h，分別采用標準ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006進行試驗，得出第一組(8個)數據；9號～16號濾清器選用試驗流量為360 L/h，分別采用標準ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006進行試驗，得出第二組(8個)數據；17號～24號濾清器選用較大的試驗流量570 L/h，分別采用標準ISO 4020：2001、SAE J 1839-2010、SAE J 1488-2010和ISO/TS 16332：2006進行試驗，得出第三組(8個)數據。

3 試驗結果比對

3.1 試驗流量為120 L/h的試驗比對

在120 L/h試驗流量下，分別對被試濾清器1號～8號按照不同的試驗標準進行試驗，試驗結果如表2所示。表中ISO 16332(D50=30 μm)的水顆粒尺寸為30 μm，更接近乳化水分離試驗；ISO 16332 (D50=300 μm)的水顆粒尺寸為300 μm，更接近游離水分離試驗。為了便于對比，將各個標準得出的含水量數值均按公式(1)進行計算，得出水分離效率η值

(1)

式中：α為各標準的注水濃度值(以10-6表示)，ISO 4020：2001為20 000×10-6(即注水濃度為2%)，SAE J 1839-2010和SAE J 1488-2010均為2 500×10-6(即注水濃度為0.25%)，ISO/TS 16332為1 500×10-6(即注水濃度為0.15%)；Eav為各試驗標準所取多個樣品中含水量的平均值，單位為μL/L。

表2 被試濾清器1號～8號試驗比對結果(試驗流量為120 L/h)

由表2可以看出：在試驗流量為120 L/h時，游離水分離標準的效率較高：ISO 4020達到99%多，SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)達到97%多；而乳化水分離標準的效率較低：SAE J 1488和ISO 16332(D50=30 μm)均為96%左右。各組數據的準確度均在±2%以內，重復性也僅為1.25%，這說明試驗有效性得到驗證。

3.2 試驗流量為360 L/h的試驗比對

在360 L/h試驗流量下，分別對被試濾清器9號～16號按照不同的試驗標準進行試驗，試驗結果如表3所示。

表3 被試濾清器9號～16號試驗結果(試驗流量為360 L/h)

由表3可以看出：相比120 L/h的試驗流量，在較大的試驗流量360 L/h下，ISO 4020的水分離效率降低較多，從99%降到95%，SAE J 1488的水分離效率也從96%降低為91%左右，而這兩者均為泵前注水，這說明泵前注水方式受試驗流量的影響較大；而SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)的水分離效率從97%降低到96%左右，變化很小，兩者均為泵后注水，這說明試驗流量對泵后注水方式的影響較??；同時隨著試驗流量的增大，ISO 16332(D50=30 μm)的水分離效率從96%降到94%左右，說明試驗流量對乳化水分離效率的影響比對游離水分離效率的影響更大。各組數據的準確度均在±4%以內，重復性為2.23%，這說明試驗有效性也得到驗證。另外水分離效率的平均值從97.27%降低為94.46%，也說明了隨著試驗流量的增大，其水分離效率值整體處于下降趨勢。

3.3 試驗流量為570 L/h的試驗比對

在570 L/h試驗流量下，分別對被試濾清器17號～24號按照不同的試驗標準進行試驗，試驗結果如表4所示。

表4 被試濾清器17號～24號試驗結果(試驗流量為570 L/h)

由表4可以看出：在更大的試驗流量570 L/h下，ISO 4020的水分離效率從95%降到93%左右，SAE J 1488的水分離效率也從91%降低為90%左右，而SAE J 1839和ISO 16332(D50=300 μm)的水分離效率變化不足1%，這進一步說明試驗流量對泵前注水方式的影響較大，對泵后注水方式的影響較??；同時隨著試驗流量的增大，ISO 16332(D50=30 μm)的水分離效率從94%降到91%左右，說明試驗流量對乳化水分離效率的影響比對游離水分離效率的影響更大。各組數據的準確度均在±4%以內，重復性為2.46%，這說明試驗有效性也得到驗證。另外水分離效率的平均值從94.46%降低為93.27%，同樣說明了隨著試驗流量的增大，其水分離效率值整體處于下降趨勢。

4 試驗比對結果分析

將表2、表3和表4中各標準下的試驗數據分別取平均值，得出被試濾清器1號—24號試驗比對結果，其數據比對曲線如圖2所示。

從上述被試濾清器1號～24號的水分離效率試驗結果圖表中，可以分析得出結論：

(1)從曲線1可以看出：在小流量下各標準的水分離效率相差不大，曲線較為平滑，效率高低依次為：4020、1839、16332、1488。而標準ISO 4020的水分離效率最高，因為4020的注水量為2%，而1839和1488的注水量為0.25%，16332的注水量為0.15%，相比而言，ISO 4020的注水量為后者的8倍和13倍，注水基數大得多，因此同一批被試濾清器在同等條件下，采用標準ISO 4020比其他標準試驗的水分離效率更高。

圖2 被試濾清器1號—24號試驗比對曲線

(2)從曲線2和曲線3可以看出：流量增大3～5倍后，1488和16332(D50=30 μm)的水分離效率驟然降低，說明流量大小對乳化水的分離效率影響很大；而1839和16332(D50=300 μm)的水分離效率變化相對較小，說明流量大小對游離水的分離效率影響較小。因此大流量下各標準的水分離效率高低依次為：1839、16332(D50=300 μm)、4020、16332(D50=30 μm)、1488。

(3)標準SAE J 1488采用離心泵，其泵前注水相當于乳化作用，一般情況下，乳化水比游離水更難分離，因此乳化水分離效率較低，在同等條件下1488比其他標準的效率都要低。而4020雖然也是泵前注水，但它是采用隔膜泵來回推動進行注水，泵前將水珠打散為游離水，因此系統中游離水占主導地位，其水分離效率相應較大。而隨著流量的增大，4020和1488的效率降低都比較多，說明無論乳化狀態還是游離狀態，流量大小對泵前注水的影響都比較大。

5 結論

在燃油濾清器的設計應用與驗收過程中，對于不同型號的濾清器需要選擇不同的試驗標準及其他相關試驗條件，本文作者通過對同一批濾清器在各標準下水分離效率試驗進行驗證，研究得出一系列結果，對國內當前汽車用燃油濾清器油水分離性能試驗具有重要的指導意義。