焦芳敏 李炎光

(河南工學院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

1 顆粒計數(shù)器

顆粒計數(shù)器現(xiàn)在廣泛應用在醫(yī)療、機械、石油、制藥、電力、電子、食品等行業(yè)。為檢測液體中含的固態(tài)顆粒提供了可靠準確的數(shù)據(jù),為產(chǎn)品的設計、研發(fā)、保養(yǎng)、維修，提供了強有力的數(shù)據(jù)支持。顆粒計數(shù)器采用光阻法原理，當液體中的微粒通過一個窄小的檢測區(qū)時，與液體流向垂直的入射光，由于被不溶性微粒所阻擋，從而使傳感器輸出信號變化，這種信號變化與微粒的截面積成正比，光阻法檢測注射液中不溶性微粒即依據(jù)此原理。本次論證使用的顆粒計數(shù)器為天津市羅根科技有限公司生產(chǎn)的KZ-3顆粒計數(shù)器。

2 油中的水存在的狀態(tài)

油液中的水分主要有3種存在方式：溶解水，乳化水，游離水。燃油中有少量以分子水平存在的水，這種水為溶解水；而乳化水在油中以水包油或油包水的形式存在；由于溫度降低或是其他的因素導致溶解水從油中析出，這時就會形成一些小水滴懸浮在油里，這就是游離水。本次檢測的主要是乳化水和游離水的數(shù)量，可以把這些水當成顆粒存在，從而用顆粒計數(shù)器來計算其數(shù)量。本試驗應用的試驗臺為新鄉(xiāng)天翼過濾技術檢測有限公司生產(chǎn)的YSFL-900。試驗臺上的水彌散裝置是從IFTS采購而來，彌散的數(shù)據(jù)穩(wěn)定且可靠，可以滿足試驗要求。

3 驗證試驗

由IFTS的數(shù)據(jù)報告可知，通過水彌散裝置可以將油中的水彌散成不同尺寸的小水珠，這樣我們通過水彌散裝置來保證油中水的分布狀態(tài)。用顆粒計數(shù)器來檢測不同顆粒尺寸的分布情況，其中的顆粒尺寸是由激光衍射法測得。從圖中可以看出當孔板兩端的壓差在260hpa時，水珠直徑為60um，當壓差為48hpa時，水珠直徑為300um，這是本次試驗的基礎。

圖1 平均小水珠尺寸D50相對于孔盤兩側壓差Δpo的典型特性曲線

圖1中D50表示的是小水珠的尺寸D，小于和大于該小水珠尺寸D的數(shù)量各占50%，即小水珠尺寸分布的平均直徑。

3.1 試驗系統(tǒng)原理圖

圖2 試驗系統(tǒng)原理圖

1.-油箱；2-油泵；3-水彌散裝置；4-顆粒計數(shù)器；5-終端油水分離器；6-水箱；7-水泵；8-水過濾器；9-水流量計；10-取樣口

3.2 相同條件下不同注水量的顆粒計數(shù)器計數(shù)情況

3.2.1 試驗條件

流量(l/min)孔板壓差(KPa)系統(tǒng)壓力(KPa)顆粒計數(shù)器背壓壓力(MPa)注水量(mg/L)系統(tǒng)流速(ml/m)試驗次數(shù)(次)試驗15.8261700.2～0.3424406試驗25.8261700.2～0.3222406

試驗1試驗數(shù)據(jù)結果圖：

圖3 424mg/L下不同粒徑下的顆粒數(shù)曲線

試驗2試驗數(shù)據(jù)結果圖：

圖4 222mg/L下不同粒徑下的顆粒數(shù)曲線

由圖3和圖4的試驗結果可知，在油水的混合油液中不同粒徑的顆粒數(shù)的分布狀態(tài)完全不同。不存在如IFTS的數(shù)據(jù)報告中所敘述的呈正態(tài)分布的曲線。不同速度下的顆粒數(shù)分布曲線沒有出現(xiàn)預期曲線。但是也有相同的規(guī)律，從15～25的顆粒數(shù)開始，隨著顆粒粒徑的增大，在油中分布的水顆粒迅速減少。我們著重分析前4種顆粒數(shù)，前4種顆粒數(shù)占顆粒數(shù)總數(shù)的80%，在424mg/L的情況下，粒徑在15～25和25～35的粒徑最多，且2種粒徑的數(shù)量相當；而在222mg/L情況下粒徑為5～10的顆粒數(shù)最多，其次是15～25的顆粒數(shù)次之，數(shù)量最多的2種粒徑的差距也比較大，這就導致了兩個曲線的走向不同。同時也說明2種注水量條件下，其中的粒徑分布不同，即不成比例存在。

3.2.2 試驗條件

流量(l/min)孔板壓差(KPa)系統(tǒng)壓力(KPa)顆粒計數(shù)器背壓壓力(MPa)注水量(mg/L)系統(tǒng)流速(ml/m)試驗次數(shù)(次)試驗35.8261700.2～0.3424306試驗45.8261700.2～0.3222306

試驗3與試驗4相同的流速的情況下，在2種注水量的情況下，424mg/L與222mg/L所對應的不同粒徑的顆粒數(shù)的總量做比值D，D=高注水量的值/低注水量的值，該數(shù)據(jù)取6組數(shù)據(jù)粒徑的平均值，試驗數(shù)據(jù)結果圖：

圖5 測試速度為33mL/m時不同注水濃度的比值曲線

3.2.3 試驗條件

流量(l/min)孔板壓差(KPa)系統(tǒng)壓力(KPa)顆粒計數(shù)器背壓壓力(MPa)注水量(mg/L)系統(tǒng)流速(ml/m)試驗次數(shù)(次)試驗15.8261700.2～0.3424406試驗25.8261700.2～0.3222406

試驗1與試驗2的相同的流速的情況下，在2種注水量的情況下，424mg/L與222mg/L所對應的不同粒徑的顆粒數(shù)的總量做比值D，D=高注水量的值/低注水量的值，該數(shù)據(jù)取6組數(shù)據(jù)粒徑的平均值，試驗數(shù)據(jù)結果圖：

從圖5和圖6我們可以看出在相同的測試速度下，在保證水顆粒能夠均勻分布在油液中的情況下，當注水量增加時，隨著粒徑數(shù)變大，能夠檢測到的顆粒數(shù)成倍增加。D的值從小粒徑到大粒徑的方向不斷增大，呈上升的趨勢；并不是預想中的一條直是D=2，且偏離該直線較大。D的值從0.7到64跨度比較大；最小的比例關系也比實際測得的水含量的比例關系大；每個顆粒段的總數(shù)沒有嚴格度比例關系，但是顆粒數(shù)從小到大顆粒段的顆粒數(shù)的比例逐漸增大。

圖6 測試速度為40 mL/m時不同注水濃度的比值曲線

比較圖5和圖6，在不同的測試速度下，D的值都是從小粒徑到大粒徑的方向不斷增大，兩條線基本重合。這一結果表明顆粒計數(shù)器對水顆粒有一定的識別作用。水顆粒是有規(guī)律的分布在油液中的，顆粒計數(shù)器顯示的數(shù)據(jù)也證實了水顆粒在不同的速度下也是有規(guī)律地分布在其中。同時表明速度也是影響顆粒計數(shù)器測量結果的重要原因，這給以后的試驗提供了有力的數(shù)據(jù)支撐。保證顆粒計數(shù)器的測試速度一致也對試驗結果至關重要。

從數(shù)據(jù)分析的結果來看，光阻法顆粒計數(shù)器的測量結果為以后的油中水顆粒分析提供了一定的數(shù)據(jù)支持。這一結果有利于研發(fā)油水分離過濾器中有關水含量的在線檢測裝置。

3.3 試驗結果

(1)光阻法顆粒計數(shù)器測量油中水的顆粒尺寸分布不準確。不易作為檢測油中水顆粒的準確儀器。

(2)顆粒計數(shù)器對水顆粒有一定的識別作用。顆粒計數(shù)器在一定程度上可以用來檢測油液中的水顆粒，其結果具有參考意義。

(3)顆粒計數(shù)器的測試速度也是影響試驗結果的重要原因。

4 結束語

通過該試驗得出顆粒計數(shù)器不能作為檢測油液中水顆粒的準確儀器。但其結果具有一定參考作用。利用精度更高的顆粒計數(shù)器來檢測油液中水顆粒的分布情況，也是本作者在下一步工作中重要的課題。顆粒計數(shù)器檢測的結果與實際的水顆粒分布狀態(tài)的之間是否存在一定的關聯(lián)，是怎么樣的關系，與哪些參數(shù)有關，這都有待進一步驗證。

隨著國標5的頒布，對發(fā)動機的要求也越來越嚴格，只有穩(wěn)定可靠的試驗設備，才能夠幫助企業(yè)快速地研發(fā)新產(chǎn)品，提升產(chǎn)品質(zhì)量，滿足社會要求。油水分離試驗中在線檢測含水量技術還很缺乏，這就需要投入更多的人員和經(jīng)費來研發(fā)價格低廉、功能可靠的在線檢測設備，并及時微控制器在系統(tǒng)中生成的TTL電平。本警報系統(tǒng)的功能追上國外技術的腳步，這是當務之急，也是未來發(fā)展的必然方向。