高清毅

（PCB 压电传感器技术（北京）有限公司，北京 100027）

润滑油被形象地称为工业设备运行的血液。在设备长期运行的过程中，由于润滑油的氧化，添加剂的消耗和外界污染，可能会导致设备故障，造成重大经济损失。采用可以最大化提高污染物捕集能力和减少维护停机时间的润滑油净化解决方案，对于提高设备性能、延长设备使用寿命以及减少运行成本具有重要意义。常见的油液污染物有以下几种，即水分、固体颗粒物、气体和润滑油氧化物等。针对这几种污染物,有多种不同的净化方法：加压机械过滤、磁性过滤、离心分离、沉降分离、平衡电荷、静电滤油吸附、真空脱水(空气)、树脂吸收和吸附法除水、聚结法除水等。目前各企业针对固体颗粒物和油液氧化物等油液污染物采取的控制技术比较普遍的有加压过滤、平衡电荷、静电吸附等方法，加压过滤是最传统、应用最普遍的油液净化方法，而采用静电吸附原理净化油液则是现代科技进步发展出的最新技术，目前，静电滤油机在发达国家和我国各大工矿企业已经得到了广泛应用，其优势在实际应用过程中越来越受到广大设备工作者的肯定。

1 加压过滤、平衡电荷式滤油机和静电滤油机的工作原理及优缺点

1.1 传统加压机械过滤

传统加压机械过滤使用历史悠久，用户的使用经验丰富。过滤装置具有过滤精度高、使用方便、自动化程度较高等优点；但是，滤芯的使用寿命比较短，工作中需频繁更换滤芯，工作不慎时还可能造成人为污染。另外，滤芯式过滤装置不能有效地滤除油液中的水分、油泥等液态生成物和尺寸小于滤网孔径的颗粒物。

1.2 平衡电荷式滤油机

平衡电荷式滤油机是让油分两路走，分别在两路中放置正负电极，一路加载正（＋）电荷，一路加载（－）电荷，油液中的污染物通过后会分别带上正负电荷，分别带上正负电荷的污染物再次进行混合并被正负电荷的颗粒互相吸引凝聚抱团长大，这些微小的不易被滤芯拦截的颗粒物尺寸长大后就轻松地被后置的压力过滤器捕捉拦截掉（见图1）。

平衡电荷部分只是实现微小颗粒的凝聚长大，本身不能直接去除颗粒污染物，真正地捕捉颗粒污染物工作的是安装在充电混流后的高精度滤芯完成的。从原理上可以看出，平衡电荷滤油机除了充电混流这一环节外，其余部分与加压机械过滤完全一样，但是，由于其带电颗粒相互吸引凝聚后尺寸变大，因此细小颗粒也得以去除。平衡滤油机的优点是过滤精度较高，可以达到0.1 微米附近，但是，在微尺寸污染物过滤上效果比静电滤油机差。

1 平衡电荷式滤油机原理

1.3 静电滤油机

静电式滤油机的原理是电泳和介电泳现象。电泳是带电荷的颗粒被带相反极性电荷的表面吸引过去的现象，很容易理解，不再多加阐述。油中已经带有电荷的颗粒会被带有相反极性电荷的表面吸引过去得到去除。而介电泳则要复杂得多，涉及的流体和颗粒特性包括颗粒和流体（例如润滑油）的介电常数，颗粒的尺寸和电场域的梯度（表示电场强度的不均匀度）。通过介电泳力，中性不带电的颗粒污染物也可以被吸引到强电场域一侧。静电滤油机利用静电发生器产生高压，褶状的纸滤芯设计造成非均匀的电场强度，电场域梯度很大。普通介电泳力的强度决定于在多大程度上非均匀电场域可以极化颗粒的电荷分布。均匀电场域对称地穿过颗粒，电荷分布不发生改变，因此也几乎没有或者没有介电泳力。但是，在非均匀电场域中，如图2，距离尖锐的顶部越近则电场越强，越远则电场越弱。不管颗粒自身极性强（润滑油氧化物）还是被非均匀电场极性化出极性（金属磨损颗粒物最为典型），总之将向更强的电场域移动（尖锐端）。而不带电荷也不能显著极性化的颗粒（非极性或者弱极性的污染物）则不受影响也不会被清除。最终使油中极性的固体污染颗粒物、强极性的悬浮态润滑油氧化物及微量水分在电场域梯度的的作用下各自向褶状滤芯的尖端移动（见图2），吸附到纸滤表面得到清除。严格地说，静电滤油机不是在过滤润滑油，而是在吸附润滑油中的强极性不溶于油的液态润滑油氧化产物和带电固体颗粒，属于吸附而非过滤。

图2 介电泳原理图

静电滤油机净化油液的精度非常高，最高可达0.01μm左右，优于平衡电荷滤油机10 倍左右的精度，可去除油中的悬浮态油泥等氧化物、微量水分（500ppm 以下）等，通过除去悬浮的润滑油氧化物，延长润滑油使用寿命。其大容量滤芯使用周期长（纳垢容量2kg），并适用于各种油液的净化。但因为采用吸附原理，对油液流速有一定要求，同时，对油中含水量要进行控制。

2 加压滤油、平衡电荷滤油机和静电滤油机的对比

第一部分介绍了三种油液净化技术的技术原理，接下来在表1 中对比三种技术原理的油液净化设备的性能。静电滤油机和平衡电荷式滤油机都有过滤精度高，可以去除亚微米级颗粒污染物的能力，同时，部分没来得及吸附或没来得及抱团长大的带电荷颗粒物回到系统运行时，能对系统内部包括元器件上的油泥漆膜产生剥离吸附作用，长期在线运行可以起到清洗整个系统的效果。

表1 加压过滤、平衡电荷式滤油机、静电滤油机对比

3 静电滤油机选择性吸附带来的技术优势

静电滤油机的褶状滤芯设计在油流中建立了强大的电场域梯度，因此，同时应用电泳和介电泳实现选择性吸附，带来了以下的技术优势。

（1）吸附不带电荷但具有导电性的亚微米金属颗粒。静电滤油机不仅可以通过电泳原理吸附常规带电颗粒物，同时，靠介电泳力吸附中性不带电荷但是具有一定导电能力的颗粒物。参见1.3 部分，因此，静电滤油机对于金属磨损颗粒物的清除有特别出色的效果，特别是亚微米非铁磁性的金属磨损颗粒，比如，铜、锡等亚微米磨损颗粒，加压过滤和磁性吸附都很难清除。

（2）吸附清除强极性悬浮态的液态润滑油氧化物。静电滤油机采用的是选择性吸附原理，由于润滑油氧化物是强极性物质，只要不是溶解态而是悬浮态，即使是流体也一样可以被吸附到强电场一侧的滤纸表面。

（3）清除亚微米颗粒。基于选择性吸附原理，可以有效去除油中大于0.01μm 的固体或液体悬浮污染物。

（4）保留润滑油添加剂。润滑油是基础油和添加剂共同组成的流体，不少用户担心静电滤油机可能造成添加剂的损失。静电滤油机的吸附原理是电泳加介电泳去除不溶于油的导电或者强极性物质，具有选择性吸附的特点，无法过滤溶于油的物质或者不溶于油的非极性、弱极性的物质。基础油自身极性极弱，可以视为非极性物质，而添加剂常规设计为非极性或者很弱极性以便溶解于基础油中，因此，静电滤油机从原理上就不会去除润滑油的添加剂。即使少量添加剂析出悬浮于油中，由于添加剂的极性远弱于金属磨损颗粒或者润滑油氧化产物，也很难被静电滤油机过滤掉。与之相反，加压滤油机由于原理所限，反而存在高精度滤芯把不溶于油的添加剂过滤掉的风险。

4 结语

多家企业实践证明，静电滤油机在使用过程中不会对添加剂产生不良影响，相反，漆膜及氧化物的清除反而有利于对添加剂起到保护作用，同时，具有过滤精度高、纳垢容量大，去除油液中的亚微米固体/悬浮液体污染物彻底、耗电功率小等优点；特别是针对离心式压缩润滑油系统、液压油系统、汽轮机润滑油系统所产生的漆膜能起到特别显著的剥离效果，能预防和解决因漆膜引起的轴承、轴瓦温度波动。