设备管理与改造♦Shebei Guanli yu Gaizao
陶士明
(上海展简测控设备有限公司，上海202155)
摘要：介绍了一种柴油滤油水分离效率实验系统，该实验系统按标准ISO16332—2018和SAE J1488—2010设计，采用节流孔板式水乳化装置或不锈钢离心泵的高速剪切乳化方式，集成马尔文激光粒径仪检测水滴大小，可以自动取样，并经卡尔费休滴定仪自动进样分析、自动计算油水分离效率的用该实验系统一效，可足国内科研院所三方检测和的实验。
关键词：滤清器；油水分离；水乳化装置;ISO16332；SAE J1488
0引言
发动机燃油系统中的柴油滤清器(也叫油水分离器)是发动油系统的，用柴油的水分，油系统进水的，高油系统的用，油系统的用柴油有水，可
锈，成系统动动不足
1油滤的油水分离油系统的
国内有研进口设备功能相近的柴油滤油水分离效率实验系统，国内和科研院所大多采国国或国的实验设，设采，限制了国内滤的发展。
1柴油滤清器的油水分离效率的一般实验方法及原理
柴油/油水分离器去除柴油中水分的主要材料是滤纸，按当前的技术水平，无用计或电脑软件模拟的方式评油水分离效率的高，而必须采用模拟实际运行工况的方，通过实验进行测量并分析。
目前国内外常用的实验方有：国际化标准组织的标准《柴油油滤油水分离效率的评定方法》(ISO 16332—2018)和国汽车工程师学的标准《分离燃油中乳化水的实验方法》(SAE J1488—2010)实际采用哪种方取决动研发时的技术要求。实验方的基本原理用油泵从油箱抽油，其经过被测件(实验油水分离器)、系统洁滤，然返回油箱，复循环。在经过被测件之前的管路，加入一定比例的蒸b水，并其与柴油充分混合乳化，变成非常细小的水滴状态悬浮在油ISO16332—2018标准采用节流孔板进行水乳化的方式,SAE J1488—2010标准采用离心泵高速旋转搅拌、剪切 进行水乳化的方式，两种方都经过验的、行之有效的，其原理如图1和图2所示。
综合两个标准的，其主要功能和设计要求汇总如表1所示。
水箱
6
油彳
1
背压调节喈
18下游取样点
注水腆计
5b甲
3拎
流蟲*
11
20
曰
1013
®Q
22
|□1I即
bi2
d游取样点
21
/N14
16
皱测件
实验油水分离器
15
9
节流孔板式
水乳化装置
图1ISO16332—2018实验原理图
图2S'()1*88—2010实验原理图
2实验系统的设计
根据表1中的两种标准差异，通过液压系统的整合，本文设计了一种的实验系统，既可足ISO16332标准，合SAE J1488标准。该实验系统实验油路系统实验水路系统实控系统电控系统实验激光粒径仪、自动取样系统、自动卡尔费休滴定仪8个分组成
2.1实验系统的工作原理
该实验系统的工原理图3所示该实验系统采用了油箱平油箱合的方1实验1通过门切换选择其一个油箱。根据柴油滤油水分离器的常用规格大小和客户要求，确定实验流量为50〜900L/h。
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表1ISO16332—2018与SAE J1488—2010涉及的主要部件与要求的异同部件/功能ISO16332—2018SAE J1488—2010
油箱锥形，底部出油平底，侧面出油，高出底部4cm
实验燃油体积实验流量(L/h)的20%，且最小45L、最大200L，准确度±2%5倍的实验流量(L/mi<)，最小38L
油泵泵类型无要求，但要求耐腐蚀不锈钢离心泵，型号美国1ST1E5D4
实验燃油流量1个流量计(L/h)，准确度士1%1.主实验流量计，精度±5%
2.总管路流量计(25L/mi<)，精度±5%
注水流量15001106注水浓度：流量计(L/h)，准确度±1%25003106注水浓度：流量计(mL/mi<)，准确度士5%水乳化装g孔板，通过激光粒径仪检测在不同的孔板两侧压差下的水滴大小分布离心泵，转速3500r/min
水滴大小监测激光粒径仪(激光衍射法)要求
表面张力推荐滴体积法，按ISO9101
钳金环法，按ASTM D971可选钳金环法，按ISO6889
系统过滤器—套油水分离器两套油水分离器+—套杂质滤清器
含水量分析卡尔费休库伦法，按ISO12937
卡尔费休库伦法，按ASTM D6304可选：在线水分传感器
油液处理选项配置硅藻土过滤器选项配硅藻土器
油水分离器的工作压力一般都比较低，甚至可以安装在油柴油注入卡尔费休滴定仪，用库伦法分别分析上下游的含
泵的吸油侧，且外壳强度普遍比较弱，在标准中要求其背压保持在50kPa以上即可。因此，本次设计选用外径18mm 的BA级卡套不锈钢钢管作为油泵出口后的主管路，实验段的管径按实际需求可选择外径6mm、10mm或15mm，而净化系统1之后的管路，选用外径更大的22mm的不锈钢钢管以获得更小的流动阻力。的选用计算见下一节内容。
在该实验系统中，通过自动取样系统，在油路系统压力的作用下，从上游取样点和下游取样点，分别取出1mL 水量，然后通过计算得出油水分离效率
!=(CuhCug』)"100%
!U,up
式中：CU，如尸如厂!b；CU,W为实验件上游浓度，在测试前取样验证，按ISO16332要求体积分数控制在(1500+100)X 10%6，计算时直接取1.5X10%3，按SAE J1488要求体积分数控制在(2500土300)X10%6，计算时直接取2.5X10%3或按实际测量值;C t，论'为实验件下游取样浓度；C b为基准水浓度，是经净化系统预处理循环后测得的油箱出口的实验燃油
调节阀
冷冻水进电磁帽
上游取样点自动取样系统丄談專
K F 〉
注水流量计
三通阀
流量计1
图3燃油滤油水分离效率实验系统工作原理图
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中水的浓度。2.2液压元件及仪表选型和计算
2.2.1实验油路系统的主流量计选型
实验流量最小50 L /h ，最大900 L /h ，测量的跨度很大, 而测量准确度要求！土1%。因此选用德国进口的科氏质 量流量计，口径DN8，介质为专用实验柴油CEC RF -06-03, 工作压力0.4 MPa ，温度30 ?，密度820.4 kg /m 3，粘度
2.59 mPa ・s 。经流量计的选型软件计算，该流量计符合项
目要求，结果如表2所示。
表2实验主管路科氏质量流量计的参数计算
最小值
标准值最大值
设计流量/(L/h )50700900
流速/(m/s )0.276 3.868
4.974压损/kPa
02032体积流量测量误差/%
0.810.15
0.15
雷诺数
314
7 3299 423
2.2.2实验水路注射系统的流量计选型
(1)按ISO 16332实验标准，准确度1%，注水的最小体
积分数为1.5$ 10-3，换算成流量为：
30 L/hX 1.5X10-3=0.75 mL/min 900 L/hX 1.5 X 10-3 = 22.5 mL/min
因此选用德国进口的微小科氏质量流量计，量程范围
0〜2 000 g/h ，相当于0〜33 mL/min ，其测试误差如图4所
示，符合ISO 16332的实验标准要求。
(2)按SAE J1488实验标准，准确度土 5%，注水的流量
固定为63 mL /min ，总流量为25 L /min ，相当于体积分数 为2.5X10-3的注水浓度，因 选用国产的
轮流量计,
精度为土0.5%，量程为3-300 mL /min ，符合SAE J1488实
验准要求。
2.2.3实验油路系统的油泵选型
根据项目要求，实验流量最小50 L/h ，最大900 L/h ，考虑
到柴油的粘度相对比较低，因此选用2级(2 900 r/min )的三 相380 V
流变频电机驱动的不锈钢齿轮油泵，排量
为9 mL/rev ，换算成单位流量为：9 mL/revX2 900 r/min =
26.1 L/min=1 566 L/h 〉900 L/h ，满足最大流量要求。
当流量为50 L/h 时，油泵的输出相当于最大流量的
50/1 566"3.2%。因此，选用磁力耦合连接的变频电机进
油泵速。
2.2.4油箱的
量的确定ISO 16332和SAE J1488对油箱几何尺寸的规定完全不
同，因此采用 油
的 ，
换 的实验 求，油滤油水分 实验
系统的 结图如图5所示。
图5燃油滤油水分离效率实验系统的外形结构图
油箱容量是油箱主要的技术参数，油箱必须有一定的
容量，才能实现基本功能。油 量与实验燃油体积有关,
根据表1 的 准中的数要求，油 量计算如：
选择ISO 16332的实验，流量范围在50〜900 L/h 时，最
小实验燃油体积=50 X 20%=10 L ，最大实验燃油体积=
900X20%=180 L ?因此，锥底油箱的总容量设计为220 L ,
有效容量为180 L ?
选择SAE J1488的实验，流量范围在50〜900 L/h (相当
于0.83〜15 L/min )时，最大实验燃油体积= 5X15 = 75 L ，因此平底油箱的总容量设计为90 L ，有效容量为75 L ?
2.2.5 水
SAE J1488指定采用美国Goulds 品牌的1ST1E5D4柴油
输送专用离心泵，将注水口设置在离心泵入口(详见图2和 图3),
心泵的高速旋 剪 作用，将水 油 ：
乳化。
ISO 16332中，规定采用标准中指定形式的节流孔板
式的水乳化装置，如图6所示。 制加工一批(约30片/60 小孔的 格，孔径0.7〜7.0 mm )水 ，便 测
程中按选用。
A
A
双孔板
图6节流孔板式的水乳化装置
在选用孔板时，采用多大的孔径，需借助于激光粒径
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仪进行水滴大小的检测，标准要求有两种水滴大小:！3,'0*
（10土1.5）⑷和!3,'o=（150土10）pm。
2.2.6实时温控系统
该实验系统设计有实时温控系统，由加热和冷却两个
部分组成，可以有效防止实验台油路系统的油温过低或
过高。
油水分离效率测试过程中，要求不能破坏实验用油的
任何成分，因此选用间接式加热方式，用硅橡胶加热带缠
绕在钢管表面，通过可控硅功率调压控加热带的
压的小，进而实加热功率小的控制，调压
模块为4〜20mA输入式模拟量控制，由西门子PLC通过
PID实时控制。
冷却部分由不锈钢板式换热器、温度传感器和电磁阀
等组成，冷却方式水冷。实验管路中油温度超过设
温度时，，冷水板式换热器，
低实验管路中的柴油温度。实验管路中油温度低
设温度时，，冷水止板式换
热器。
2.2.7实验油路系统的管选
标准中要求实验段的>0.75m/s，而该实验系统
的要求50〜900L/h，因此，所选管
速如表3所示：
表3实验油路系统的管径与流速
管子规格管内径/流量范围/最小流速// mm(L/h)(m/s)(m/s)
X1mm450〜109 1.1 2.43 !10—1.5mm7110〜3090.79 2.24
!15X1.5mm12310〜9000.76 2.21
被测件的出口压力，即背压要求在50kPa左右，可通过压调实。该压调4〜20mA以量控制，可调的开度。
在选SAE J1488标准实验时，主路流量为25L/mi n，因此，从背压计油的油管路段的
力在这么大的，小于50kPa。计算，其管
的选：
管子规格！22X1.5mm；内部流通直径19mm；管路总长12m；90。转弯5个。
程
A"=（"X厶/d+K）p&/2
式中："为沿程阻力系数，范围为0.03〜0.07，取"=0.05；#为管长，厶=12 m；$为管径,d=19mm=0.019m；p为密度，取820.4kg/m3；"为端面平均流速，&=（25L/min）/（#X 19X19/4）mm2!1.47m/s；%为局部阻力系数，旁流三通时取％=1.5，数量为5个。
所以沿程阻力A"=（0.05X12/0.019+5X1.5）X820.4X 2.16/2!34625Pa!34.63kPa<50kPa，标准要求。2.3实验系统的实验项目及内容
2.3.1实验项目
油系统中的油水分离器。
2.3.2实验内容
检测油水分离器的油水分离效率。
3计算机数据采集及处理系统设计
油系统中的油水分离器的实
用参数，结合标准ISO16332和SAE J1488的要求，对被试油水分离器的实时和计控术设计，并开发设计出适合该实验系统的数据处理分析软件，对的分析和计算，绘实验时的特性曲线。
该实验系统设计的气控制柜集成有控脑、计算处理系统和电气按钮元，控脑由工业控计、打印以及配套的处理分析软件组成。工业控计系统如图7：系统中的'传感器、压感器、压差感器和温度传感器将被试油水分离器的流量、压、压差和温度换成4-20mA 信号，由可编程控器PLC串口送入计算机，计算机随之测试的处理和分析。激光粒仪串联在实验油路中，有独立的专有软在同一台工业控计算中全检测。卡尔费休滴仪通过USB接工业控制计算机相连，有独立的专有软件，从实验系统中的样卡尔费休滴定仪抽1mL滴仪分析，果返给工业控计处理和分析。实验及测试数据存储在硬盘上，实验果自形成报告由打印：
油
水
分
离
效
率
实
验
系
统
H变频器=
—H压力传感器|—*■
T压差传感器卜*
T液位传感器
可
—
控
制
器
PLC
•I激光粒径仪
T卡尔费休癇定仪H
图7计算机数据采集系统
4实验系统投入应用情况
根据油水分离器产品的出厂检验大纲，利用设计的该柴油滤油水分离效率实验系统油水分离器了厂检验，实验台的液压系统稳性高且满足对各的性能测试要求，实验得到的准：
，在实验台运过程中了一些问题，本文些问题了原因分析并对系统了优化，具体如下：
4.1油路主油泵流量无法调节到设计流量
原因分析：（1）供油油泵吸；（2）杂质进入油泵齿成油泵卡：
机电信息2021年第3期总第645期
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解决办法：（1）调节吸油过滤器的过滤精度；（2）更换吸油管并卡箍锁紧。
4.2采集的节流孔板的压差数据跳变较大
原因分析：节流孔板的节流孔非常小，在相对较大的流量下对孔板表面产生冲击，并且孔板两端压差最可达0.4MPa，而所选材料是回弹性较好的0.522厚不锈钢薄板，造成孔板来回颤。
解决办换节流孔板的材料，选用高硬度、回弹性较小的不锈钢材料。
4.3计算机软件不能运行并出错
原因分析：（1）件损或部分文件丢失；（2）计算机系统故障。
解决办系统软件。
4.4采集的注水流量数据跳变较大
原因分析：注水流量数据非常小，最小只有1mL/min，因此采可器PLC的PID调节方法满足实验要求。
解决办法：（1）在注水点之前增加一个电磁阀控制注水的通断。（2）重新写的PLC程序，采集点的油压，在注水压于油压时，电磁处于态，并采用PID压；压于油压时，
开电磁，时PID为定，然后每3s检测一次流量，当流量达到设定值时，增1%，达到流量设定值。
通过对的解决与对系统的进一步优化，该实（上接第23页）
其相对长度，在系统中预设铲齿的最短长度阈值，通过图像识别得出每个铲齿的相对长度后，分别计算每个铲齿的相对长度与最短长度阈值的比值，所得比值大于1的判定为正常，若所得到的比值数据中存在小于1的，则判 定为铲齿异常（可能是铲齿断裂或者铲齿过度磨损导致其长度短于最短长度阈值），此时发出预警信息，由摄像机采集新的图像信息进行第二次图像识别，若仍然存在比值小于1的数据，则作出铲齿异常的最终判定，并发出报警信息。3结语
对于露天矿开采工艺而言，电铲装载作业中容易出现铲齿铲齿断裂，的部件带入破碎工中造成设备损的，为时发.述故并工作，系统可对铲齿断裂铲齿3进行能，时到图像中
对铲齿造判的，设次数阈值，在到异常的，在次数阈值的进行次作出最终判断，最大度铲齿造的，。验台的运行稳定性也随之增强。
5结语
油滤油分系统的设计与入，可以对油滤清器的分能进行学、可
有效的定。油滤油分系统的设计，可为油滤器生产发生产与性能油机相的油滤器学据数据，油机的油系统，长机件，油机节能
达，向量方向发展，产生好的
。，设计合理、性能定度作并安全可，达到了预期的设计目的。
汽车油箱容量[参考文献"
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收稿日期：2020T「20
作者简介：陶士明（1971—），男，上海人，工程师，研究方向：流能设备。
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收稿日期：2020-09-22
作者简介：靳海军（1986—），男，内蒙古赤峰人，机电工程师，研究方向：露天矿安全。
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