评定过滤器性能的标准ISO16889、ISO19438、ISO4548

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2017-11-08 环球过滤分离技术网

前言

近几十年，中国对液压、燃油、机油系统污染的危害逐步有了深刻的认识、研究，发现污染物主要有固体污染物、水分、空气、细菌及胶状物等，但是固体污染物的危害是最大，一般为金属颗粒、氧化物、粉尘、橡胶粉末等，这些污染来源主要是：系统内部零部件磨损、密封结构的失效、外界污染物的侵入、油液本身、过滤器本身等，这些污染物怎样控制，可以通过改善零部件的本身的性能、提高密封结构的合理性，作业环境、提高油液的质量等，主要还是安装过滤器来净化系统，提高工作系统介质的清洁度。过滤器本身的设计是否能满足工作系统的要求，需要一个评定方法，本为主要围绕这三个标准：ISO16889、ISO19438、ISO4548的规定内容进行分析讨论。

三个标准的相同点

1、在固定试验流量、连续注入污染物条件下利用在线颗粒计数法进行的多次通过试验；

2、测定过滤器的纳污容量、颗粒滤除特性和压降特性的规程；

3、规定一个不受静电变化影响的、试验数据具有再现性的试验方法；

4、试验粉末：ISO MTD，试验流通介子：YH-10航空液压油。

从以上四个相同点来看，都是采用固定流量，连续注入污染物：为了更好的模拟实际工作条件；采用在线式颗粒计数法：时刻对试验数据进行监控、记录，减少了中间误差，试验结果更准确。

三个标准的不同点

标准号	适用范围	适用额定流量	适用滤除特性
ISO 16889	液压传动过滤器的滤芯	4L/min～ 1000L/min	平均过滤比β≥75
ISO 19438	内燃机柴油滤清器和汽油滤清器	50L/h～800L/h (0.83L/min～ 13.3L/min)	滤清器总效率η=99%
ISO 4548	内燃机全流式机油滤清器	4L/min～ 1600L/min	≤  99%

从表格中我们不难发现三个标准是针对三类过滤器而制定的相关验证标准。由于滑油系统的污染源与液压系统相似。一个附加的污染源是焦化物——滑油的氧化物。有些资料表明沉积物如焦化物的生成，在细小金属颗粒存在时，有所增加，所以除了众所周知的原因要滤去滑油系统中的细小颗粒外（例如小颗粒进入工作表面间隙磨损元件），除掉这些小颗粒的过滤器另一个好处就是控制了焦化。所以它们两个相关测试标准规定的适用粒径范围也是相近的，液压系统应用范围比较广泛、系统原理复杂等，它的粒径范围适用于4微米～25微米。在过滤机理方面，适用于液压系统的机理也适用于滑油系统。唯一较大的区别就是滑油系统是一个开放系统。这个特点也就造就了，它们两个标准在适用额定流量范围非常相近：4L/min～1600L/min，燃油系统的流量范围根据本身的原理要求，流量范围就较小：50L/h～800L/h(0.83L/min～13.3L/min)。在适用滤除特性方面，ISO 16889使用的是平均过滤比β，ISO 19438与ISO 4548-12 适用的是总效率η，它们为什么不同呢？液压系统的工作原理主要是自己有一个循环系统，也就是工作介质反复循环，通过液压过滤器进行净化系统油液，始终保持工作介质的洁净度符合液压元件的工作条件。它的主要污染物来源是液压元件自身摩擦产生的细小颗粒，系统中液压阀种类较多，精度层次较多，所以液压过滤器的性能指标要求较高，滤除特性明确，平均过滤比β值：10、20、75、100、200、1000等都能表示出相对应的滤除粒径；燃油系统的工作原理主要是一次性燃烧的系统，也就是工作介质不反复循环，在工作介质进入发动机前一次性进行过滤干净，它的主要污染物来源就是外界带入油箱内，过滤器主要是保护喷油嘴能正常工作，根据喷油嘴的直径大小，燃油滤清器所控制的污染颗粒粒径主要≥10微米，它用总效率η值：75%、85%、90%、99.9%、99.99%等表示显得较为适合。随着科技的发展，对燃油、滑油的系统的更高的要求，是不是有可能全部采用平均过滤比β值进行评定表示。

试验设备及材料要求

1、在整个结构都包含：试验系统、污注系统、颗粒计数器/系统及稀释系统，并且对各个系统所要求功能的都是一样的；例如：试验系统都有一个夹角不大于90°的油箱，不能改变油液中污染颗粒大小的泵，能净化试验系统中油液达到试验要求精度的净化过滤器，符合GB/I17486的测压点，符合GB/17489规定的被试过滤器上、下游取样部分，都要求管路尺寸确保在整个过滤器试验回路中为紊流混合状态，也就是所设计的管路不能改变试验油箱初始时的污染浓度，等等有好多功能要求都是相同的。

2、污注系统：都有一个夹角不大于90°的油箱，不能改变污染物颗粒粒径分布的机油泵，都要求管路尺寸确保在整个过滤器试验回路中为紊流混合状态。

3、颗粒计数器及稀释系统：在校准要求方面都是按照GB/T 18854校准。

这个三个标准对实验设备整个结构方面的要求及原理，我们认为基本都是相同的，只不过ISO16889要求的更细致一些。

4、试验杂质及杂质制备：都是符合ISO12103-A3，重量200g内105℃±5℃的温度下干燥1小时。只不过ISO16889要求的更细致，详细一些，我认为另外两个标准也可采用。

5、对仪表准确度和试验条件的变化范围基本相同。

6、试验系统中试验油液的上游基本重量污染度：ISO16889要求的是试验条件3±0.3mg/L,10±1.0mg/L，15±1.5mg/L,ISO19438要求的是试验条件5mg/，ISO4548要求与ISO19438相同。

7、系统净化过滤器：由于上面刚说过的上游基本重量污染浓度不同，但是它们是靠净化过滤器来保证的，这也就导致了它们的不同。

8、稀释系统：这个标准都有提到，但是这方面是要根据颗粒计数功能能不能满足试验系统里的污染度而实际做的。

9、试验台布置图：大部分是相同的，不同地方是ISO16889未绘制出稀释系统，排出体外油箱回路，净化系统，试验系统所画的阀的符号是普通两通球阀，被试过滤器没有直通管路，而ISO19438与ISO4548标示的有稀释系统，试验系统所画的阀的符号是三位球阀，被试过滤器有直通管路，我们认为ISO19438与ISO4548所表示的更合理一些，合理地方对试验系统，污注系统的体积要求更准确，方便更换被试过滤器的滤芯。

试验台试验系统的验证

1、验证目的相同：都是揭示了过滤器性能试验回路能否有效地防止污染物的沉淀和污染物尺寸的改变；

2、验系统时都是采用最小流量，直管代替被试过滤器；

3、验系统验证时流量与体积的之间的关系,由于液压过滤器与机油过滤器的工作原理相似，流量范围都比较广，所以它们在验证时流量与体积的关系是相同的：调节试验系统（不包括净化过滤器回路）的油液总体积，使其介于咋最小流量下每分钟流过体积的1/4—1/2之间，但不能低于5（6）L，如果流量小于等于60L/min，建议验证系统的油液总体积等于在最小流量下每分钟流过体积的50%。如果流量大于60L/min，建议验证系统的油液总体积等于最小流量下每分钟流过体积的25%。而ISO19438要求的就不用它们两个；

4、验证试验系统的合格指标。ISO16889要求满足一下条件，认为合格：①每一取样间隔内的给定尺寸颗粒数，都不得偏离所有取样间隔内这个尺寸颗粒数的平均值的15%；②每毫升所有尺寸颗粒的累计数平均值都应在表3允许的范围之内。ISO4548要求符合下列情况认为合格：①每次在10um和20um测取的颗粒计数与相应的粒径的平均颗粒计数之差不得超过10%；②所有在大于10um通道内测取的颗粒计数平均值每毫升不小于750，且不大于1000；③所有在大于20um通道内测取的颗粒计数平均值每毫升不小于70，且不大于120；ISO19438要求达到以下条件认为合格:①测得的5um,10um和20um的每种粒子计数不能超过这些平均计数的10%。②大于或等于5um粒子的通道，每毫升全部粒子数的平均值不少于6000个，也不能多于7000③大于或等于10um粒子的通道，每毫升全部粒子数的平均值不少于815，不多于1015；④大于或等于20um粒子的通道，每毫升粒子数的平均值不少于77，也不多于106，大家有可能从以上表述看有可能说这个三个标准对试验系统合格的条件是不同的，可是我们再好好看看ISO16889的表3中试验条件2规定相应的值，我认为其它两个标准被包含。也可以说对试验系统要求合格的条件是相同的。只不过ISO16889更细致一些。

在验证试验系统方面这三个标准规定是基本相同的，细小的差别是①ISO16889在查颗粒计数位置是上游，而ISO19438与ISO4548在查颗粒计数位置是下游；②ISO16889规定的上游和G80取样位置比ISO19438与ISO4548更严谨一些。我们认为这些细小的差别是要根据在验证试验系统时，反复验证达到适合各自试验台的要求就行

试验台污染物注入系统的验证

1、在流量与污染物质量方面，都是采用最大流量，最大重量污染物度，都是要求有足够的时间进行搅拌，使污染物充分混合，搅拌时间为15min；

2、时间方面，都是要求两个小时，并且取样都是以30分钟抽取1次，对油样进行分析。同时还要验证取样流量；

3、对每次取样油的杂质质量浓度要求都是4次样油平均值在±5%以内，且各次测量的注入流量之间的偏差不超过平均值的±5%。

试验的操作程序

实验前的准备工作

1、在被试过滤器方面，都是要求确保试验液不能旁通被试滤芯，滤芯做完整度试验，如果被试过滤器滤芯的完整度压力不符合厂商和用户商定的要求，测不能做多次通过试验；

2、试验时间方面，这三个标准规定的计算公式是一样的，只不过由于上面我们提过由于他们的上游基本杂质质量浓度不同，通过计算公式得出的数值不一样，所以ISO16889推荐时间是1h---2h，ISO19438与ISO4548推荐的时间是大于30分钟；

3、在计算最小体积Vmin,重量污染浓度预定值Gi，注入的污染质量M方面，它们规定的计算公式一样的。可是在具体试验中由于我们选择的被试过滤器的性能指标不同，导致得出的数值不同。

4、试验系统的温度，都是要求温度稳定，目的保证试验油液的粘度始终一致。

综上所述，这三个标准在实验前要求的基本上是一样的，不同是在做试验时，要很好收集被试过滤器的性能指标，然后通过所规定计算公式计数出相应的数值，然后做实验。

被试过滤器试验系统

1、在装配方面，ISO16889要求的是将滤壳（不装试验滤芯）安装到过滤器试验系统中，并将空气排尽，而ISO19438与ISO4548要求的是用直管代替滤清器安装到试验台上。从表面看是不一样的，但是实际操作中不难发现，在后面的操作都是净化试验系统油液污染度达到各自的试验要求，调节试验流量达到各自的规定值，每次实验前都要测量油液的电导率，并且电导率规定值也都是一样的，我们认为操作所得到的结果是一样的。

2、在温度方面，这个三个标准都要求温度稳定，目的为了保证油液粘度始终一致，并记录空滤壳的压差。

3、在设置颗粒计数器通道粒径方面：ISO16889要求的是使之对应选定的颗粒尺寸（见表2），ISO4548要求的是①5-（6）通道计数器：（5），10，15，20，30，40；②16-通道计数器：5，6，7、8、9、10、11、13、15、17、20、25、30、35、40、50；SO4548要求的是①5-（6）通道计数器：（4），5，10，15，20，30；②16-通道计数器：4，5，6，7、8、9、10、11、13、15、17、20、25、30、40、50；从仔细看确实有一些区别，但是我们可以再回头看开始我们所提到的三种过滤器：液压过滤器，机油过滤器，燃油过滤器，所测试的过滤精度不同，我们在分析以上数值的差别，就不言而语了。

过滤器正式性能试验

在试验程序方面，我们认为是相同的。重点都是要求调整试验温度来保证油液的粘度15mm2/s±1.0 mm2/s范围内，记录清洁滤清器总成的压差、计算清洁滤芯的压差、G80值、测量注入流量、试验结束时试验系统体积、污注系统体积、检测试验后的滤芯的完整度、得出检测报告。

试验结果的表达

1、整个计算方法：ISO16889是分别计算整个试验时间段10段不同时间的过滤比（不同粒径）；ISO19438与ISO4548是以5分钟或10分钟为时间段来计算不同时间段的中间效率，它们是计算的时间点不同，相同的是前3分钟都不要求计算，我们认为目的都是为了反应过滤器在寿命不同时期的过滤比和过滤效率更细化、更清楚的评价过程。

2、在评定精度方面。ISO16889采用的β=上游平均颗粒数÷下游平均颗粒数，而ISO19438和ISO4548采用的是总效率=（上游平均值-下游平均值）÷上游平均值×100%，ISO19438多了一项原始效率和最小效率，原始效率也就是前4、5、6分钟的效率（目的是检测清洁滤芯的过滤过滤精度），ISO4548在总效率中包含最大效率和最小效率（目的是通过对比最大效率、最小效率和平均值推算滤芯表现是否稳定变动越小越好），它们三个标准都是为了通过了解各个时间段的过滤效率或过滤比计算，才更明白、更直观、更详细的了解过滤器在初、中、晚期的过滤性能变化，在这方面的评定我们认为是相同的。

3、在纳污容量计算方面：出ISO16889与ISO19438是一样的：GR=Mi-G80×Vf/1000-qd×tf×(G80-Gb)/1000- qd×tf×(G80+Gb)/2000，而ISO4548而更简单些GR=Mi-G80×Vf/1000，我们公式中也不不难看出ISO16889比ISO4548多减去了被试过滤器下游取样口排出的污染物估计值和从上游取样口排出的污染物估计值，说明ISO16889与ISO19438规定的更详细一些，也需是ISO4548认为这个值太小了不用考虑，我们在计算过程中也确实发现这个值是非常小的，如果将最后数值圆整时，后面这两个数值显得更微不足道。

其它的就不再多举例，因为这个三个标准规定都是测定纳污容量，颗粒滤除特性和压降特性的规程，它们是在用不同的形式和计算思路来表达，所以它们在基本思路是一样的。

总结

在通过以上描述中，我们看到这三个标准有很多相同的地方，又有一些不同的地方，我们在按照这三个标准与满足不同的过滤器性能指标（其它又有设计者的不同，客户要求的不同，电器元件选择的不同等等），做出来的多次通过试验台外形大相径庭，可是它们也是万变不离其宗：通过粒子计数法评价过滤器的过滤分离特性（过滤精度、过滤级）、用重量分析法测定过滤器的使用寿命（纳污容量、容尘能力）、测试过滤器在不同寿命期间的压力损失（流量压降）变化来反映产品通油能力特性对配套系统的影响。我们可以认为，从污染控制测试的角度看，这三个标准本质是完全相同的，其区别仅仅是为了满足各自配套系统的污染控制需要。这证明了多次通过试验法在评价过滤器的性能方面具有科学性、先进性，是值得推广的试验方法。