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汽车空压机排气含油量测定方法的研究与探讨

发布人:ruitian  访问: 次 发布时间:2016-7-27 17:05:31

 1 引言
压缩空气是一种在工业生产、建筑、化学、医疗卫生甚至日常生活等领域里都被广泛需求的动力源,随着工业要求的提升及科学研究的发展,对于压缩空气含油量的测定被更多的企业及用户提上日程,从业人员也都在积极努力地研究与探索适合自身情况的测定方法。不同的行业领域,人们对压缩空气质量要求也是不相同的。汽车空压机作为汽车制动系统中的关键部件,直接影响着汽车行驶中的安全性,在空压机的众多测试项目中十分重视排气含油量测试,也叫做窜油试验。
2 窜油危害
汽车制动系统中,空压机压缩空气中的主要污染物有水蒸气、机油和未完全燃烧的碳。在正常状态下,制动系统中的干燥器能过滤掉绝大部分的机油和水蒸气,少量会进入到气筒中,对制动系统的影响不大。但过量的空压机窜油进入制动系统中,不仅会污染管路及系统零部件,还大大降低了干燥器的正常使用寿命,使其失效过快。空压机明显窜油主要表现在空气过滤器、干燥器的排气口以及储气筒有大量的油污溢出。所以如果一个空压机窜油严重,通过更换全新的干燥器也不能从根本上解决问题。
3 主要测试方法
空压机窜油的负面影响是由量变到质变的过程,而压缩气体含油浓度一般比较小,油分组成也较复杂,加之目前尚没有专门的设备仪器来直接测定含油量。所以要测试压缩空气中的油含量或者浓度,第一步便要对油分进行吸附过滤。不同的测定方法可能会选择不同的吸收方式,目前各试验中所主要采用的油汽吸收方式有吸附材料吸收、溶剂吸收、冷凝富集吸收等。在对油分的吸收中,很多方法会用到试管或者采样管,采样管中填充好一定量的吸附材料,将待测气体以较稳定的流速通过。为保精确,试验采集时间可根据压缩空气中的油浓度来定,并可分组、多次采集。油分的提取测定方法也可分成物理法和化学
法两大类,物理法主要有重量法、紫外分光光度法、红外分光光度法、比浊法、气相色谱法等;化学法主要有气体取样管比照法等。
3.1 紫外分光光度法
紫外分光光度法]现在是在国内被广泛使用的方法之一,该方法精度较好,因油类有机物中都含烃类成分,其在紫外区域都有特征吸收,可通过该类化合物的浓度来确定气体中油分的含量。
该方法的理论依据是朗伯-比尔光吸收定律,即A=εbc 式中A———吸光度
ε———吸光系数   b———光程    c———浓度
空压机窜油的主要油成分为机油,其与燃油、原油的吸收峰波长相近,故要对检测波长进行仔细地选择。被选择的波长应同时满足既是该油分的最大吸收波长,也应是该油分的最佳吸收波长,才能作为该油分的测定波长。紫外分光光度法的基本测试系统如图1所示。GJB 3403-98中油分的测定方法即为紫外分光光度法,选择的测定波长为226.2 nm。
3.2 红外光度法
红外光度法基本原理与紫外分光光度法类似,也是在国内被广泛使用的方法之一,因油类物质均由碳氢基成分组成,吸收特性也满足朗伯-比尔光吸收定律。故可以从吸光度上反应待测油品的油浓度。GB/T 16488-1996 就规定水质中的油、石油类和动植物的油测定方法采用红外分光光度法,ISO 8573-2 [5]对于压缩空气中油浓度范围在0.001耀10 mg/m3具体值的测定也选用红外光谱法。
在吸收剂的选择上,大量工作人员都使用CCl4,利用傅立叶红外光谱仪或非分散红外测油仪测定气体中的油浓度。虽然红外分光光度法也有较多的测试人员使用,但由于需要专门的测油设备,目前大部分试验室尚不具备,更何况汽车空压机的制造企业。而且该方法灵敏度较低,动植物油对其干扰也比紫外分光光度法要大。
红外分光光度法与紫外分光光度法同样的缺点都是油品预处理步骤繁琐,需要专门的设备,测试成本较高,测试效率较低;并且吸收溶剂有毒,对测试人员的身体健康存在一定的安全隐患。
3.3 比浊法
GB 10621-2006 [6]中测试油含量使用的方法即为比浊法。基本方法是先将气体中的油用吸附材料吸收,再将吸附下的油溶解于冰醋酸,然后将溶有油的冰醋酸混合物与蒸馏水混合,会形成悬浊液,而后通过目视法或仪器测定方法来测定悬浊液浓度。目视法即是将制得的悬浊液与标准比浊溶液(浊阶) 进行比较来判断油浓度,而测定仪器一般选用浊度仪、色度仪、分光光度仪来测定悬浊液的浊度或透光率来计算油浓度。目视法相对误差在5%~20% (试样与标准浊阶相近程度的误差),虽比仪器测定方式更加简便、快速,但是精度较低;而后者却也存在着步骤繁琐,效率较低,需要专业设备,精度与成本相比较低的缺点。
3.4 滤纸过滤法
在汽车行业标准QTC 29078-92汽车空压机随气排油量测试方法中,将预先称重过的3张定量干燥滤纸,卷成圆锥形置于空压机排气管末端,在标定情况下连续运转1h。为了减少水蒸气对结果的干扰,再在100益的烘箱内烘10 min后称重,计算前后的质量差即为排除的油量大小,窜油值的单位一般为mg/h或mg/m3。该方法实际归属于重量法。
在汽车行业中还经常采用滤纸比对法,试验前空压机进行模拟额定工况的3次负载循环运转,停机后清理干净空压机排气口处的油迹。再启动空压机,将干燥滤纸在距空压机排气口约5 cm处收集油气1 min时间。停机后观察滤纸上的油迹,若滤纸上的油迹轻于排油样板上的油迹,则视为空压机排气含油量没有超出标准的规定。重于排油样板油迹的视为排气含油量超标。对于固定型号的空压机而言,行业上常采用mg/min作为窜油计量单位,如图2所示,窜油量为30 mg/min左右时排油样板所显示的存油情况。

滤纸重量法和滤纸比对法虽然都具有快捷简便、成本低等优点,在汽车行业的使用也很广泛,但精确性低、误差大,受环境、试验人员等各种外在因素的影响严重,不能作为窜油定量测试的方法。

3.5 试管测试法

试管测试方法可以直接在发动机总成或直接是汽车上对空压机进行测试,也可以单独对机头进行测试,是一种非常方便的测试方式。试管测试方法是通过采样泵,采集空压机打出的气体,由于压缩气体中含有机油、水等污染物,而试管中含有相关的化学反应物质,所以通过化学反应实现对空压机窜油的测试。在测试之前首先检查测试设备装置是否含有油污,如果含有油污应经过清洗之后再进行测试,若没有清洗将影响测试结果。
测试时先将空压机油、水温度上升至发动机正常工作时温度,并使空压机运转在需要的转速下,通过调压装置使气压达到车辆的系统工作压力。待各项参数值稳定后,将排气管末端连接测试试管和采样泵。根据窜油的轻重决定采样泵的促动次数25-100次,取下测试试管,并跟对比卡片进行对比,得出测试结果。系统的连接图见图3所示。


试管测试法虽然直接简单,对使用人员的要求也较低,但受测量原理限制,测量结果容易受到气体中其他还原性杂志的干扰,它与滤纸比对法一样,都存在对测试结果误判的风险,故适于对检测要求不太高的场合,以大致确定油浓度范围。
3.6 滤芯测试法
滤芯测试法也是重量法的一种,但其测试精度较滤纸重量法却要高出许多。我院为某企业成功研制的一套滤芯法测试系统如图4所示,压缩空气会完全通过一个装有滤芯的过滤容器,即滤芯座(10),且内部滤芯对油气的过滤精度达到
100%。为了完全模拟汽车在正常行驶中的各项状态,在系统中添加空气冷却器将压缩空气温度降低至接近汽车上空气干燥器内部温度,通常保持滤芯座内部温度约70左℃右。
试验时,先将高效滤芯在恒温70℃的烘箱内放置烘烤。试验系统中电动球阀AF1开启,电动球阀AF2关闭。通过调压阀(7) 使空压机排气压力达到设定压力值,调节空气冷却器进出水流量(5、3)使得滤芯座(10) 内部气体温度稳定在70℃,待整个系统稳定后,将AF1、AF2切换过来,同时打开电磁阀(12) 排空滤芯座内部残余压力。取出烘箱内的滤芯,以精度为依1mg的仪器对其称重,再快速向滤芯座中放置好滤芯,装配好滤芯座后关闭电磁阀的同时再次将AF1、AF2切换回来。此时滤芯便可充分过滤标定条件下的压缩空气油气,一般单组滤芯试验时间为20 min,气流末端的数字流量计(14) 可记录试验期间的容积流量,到达测量时间后,AF1、AF2再次自动切换,将滤芯取出并在烘箱内放置5~10 min以消除管道冷凝水被滤芯吸收而对结果产生影响。完成后再次对滤芯称重,二次称重差值即为该段试验周期的窜油量,对于特定空压机机型,一般习惯以g/h作为窜油量单位。试验可分组重复进行,为减少测试结果的偶然性,几组试验结果差值不超过0.2 g/h才可终止试验,然后对所测结果取平均值,所得数据便为该机型在设定工况下运行的窜油值。

当气流仅通过AF2该侧支路时,为避免气流会进入滤芯而对测试结果产生负面影响,故在滤芯座末端安装合适的高灵敏单向阀,以防止气流中的油汽从反向窜入滤芯座中。整个试验的计时与阀门切换均由PLC控制完成,简单可靠。对于空气冷却器用水,如果试验室取循环水比较方便可有直接使用自来水,但考虑节约资源方面,可以通过一水冷机组来冷却循环水,以使循环水保持在一个合适的温度区间。
4 结语
随着时间推移和各项技术的发展,压缩空气含油量的测试方法也在推陈出新,呈现多样化趋势,使我们有了更多的选择。但对于汽车行业而言,无论是发动机总装配套企业还是制动系统(空压机)生产单位都要根据自身实际情况及检测要求选择合适的测定方法。分光光度法固然适用范围广泛,准确度高,但步骤繁琐,需要专业设备,测试成本高,对于汽车相关零部件生产型企业而言是否适合还值得商榷;而其他几种比对方法于汽车行业中也在普遍使用,但测试精度较差,已不符合对结果日益精细化要求的趋势。滤芯测试法相对而言简便、经济,测试精度较比对法更精准,是比较值得推广的。

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