從多次通過試驗看液壓濾芯的結構設計

梁艷

（新鄉市東風過濾技術有限公司測試中心）

從多次通過試驗看液壓濾芯的結構設計

梁艷*

（新鄉市東風過濾技術有限公司測試中心）

提高各類液壓機械的液壓系統可靠性，很重要的工作就是有效地控制液壓系統的污染物，而過濾器就是控制污染物的很重要的一環。通過相當長一段時間對液壓濾芯的多次通過試驗，取得了許多頗有價值的試驗數據，并得到了一些關于濾芯結構設計的有益的認識。

過濾 多次通過試驗 液壓濾芯 過濾性能 結構設計

1 濾芯的選擇

通常，在液壓系統中濾芯性能的優劣以下述三項指標來衡量：

①凈化效果。要求過濾污染物速度快，可以有效控制污染等級。

②壓降。要求壓降低，壓降上升平穩。

③使用壽命。要求納污量大，且使用前后結構完整，即使用壽命長。

理想的過濾性能如圖1所示。

這三項理想的過濾性能能同時實現嗎？在實際工作環境中不可能有一種濾芯能同時完全滿足這三項性能指標。但是這三項性能指標可以優化組合，優先選擇某些性能指標，以趨利避害。

圖1 理想的過濾性能

2 過濾試驗

幾種濾芯設計例子如表1所示，其中，過濾精度A＞B＞C，納污量A＞B＞C（相同的標稱精度），濾材層數A＞B＞C。表1是筆者所進行的多次通過試驗中積累的關于濾芯設計的例子和數據，在這里作一簡要介紹，與大家共同討論。

由表1可見，濾芯A、B、C三種不同的設計，造就了三種不同的結果。好濾芯需要好濾材，好濾材需要好設計。濾芯A就是成功的典型例子，濾芯B是將國產濾材巧妙地進行粗、精優化組合，能起到絕佳的過濾效果。不是有了進口濾材就能保證過濾性能，濾芯C就說明了這點。過濾器的設計要與其工作環境、過濾對象及凈化等級相適應，但有些濾芯的設計卻違背了實際要求，走入了誤區。

2.1 單層濾材的表現

先將兩種標稱精度等同的濾材一上一下 （國產5 μm玻纖在上、進口5 μm玻纖在下）放置于濾材單次通過試驗臺上循環60 min，然后取下濾材，對國產、進口濾材的過濾性能作一比較，可見兩種濾材有明顯差異，如圖2所示。

表1 幾種濾芯設計例子

圖2 濾材性能差異

2.2 過濾結構

過濾結構可以用 “表面型濾材+深度型濾材+最后機會濾材”來描述。

表面型濾材靠的僅僅是網孔的攔截，粗大的顆粒攔截于濾材的表面，隨著污染物的累積，流量依然不變，污染物可能會突破網孔而逃逸。

深度型濾材過濾比單層濾材過濾效果好。因為深度型濾材厚度大，孔道錯綜復雜，造成了攔截和各種吸附效應，即使是小于孔徑的顆粒也能被攔截或吸附在濾材的表面或濾層的纖維網中，納污量大，凈化效果好。

最后機會濾材，采用精度不高的金屬網置于精度較高的濾材之后，其作用是攔截油液中的逃脫顆粒。它的物理性能也很好，強度高，能起到一定的支撐保護作用，故而置其于后。

圖3為濾芯A的剖開圖，多層結構設計巧妙的配合使得濾芯的過濾性能得以發揮到極致。試驗前后其結構完整度相同、性能相同，單位面積納污量大，壓降上升平緩，濾芯壽命長。

圖3 典型濾芯結構

表2 關于濾芯C的分析

表2為對濾芯C的分析。由表2可見，濾芯C的壓降上升速度過快，使得試驗時間縮短，納污量少，過濾精度也無法顯現，這也是濾芯設計的典型例子。進口5 μm玻纖濾材屬深度型濾材，納污容量大，油液凈化效果好，能過濾掉小于5 μm的顆粒。但是它的纖維特別纖細，制作成的濾芯易脆斷，因此需要其它強度好的粗過濾介質來增強其挺度及韌性，以減輕5 μm玻纖的負擔 （污染物、壓降），這樣才能達到優化組合的理想效果。

表3是另一個例子。濾芯D采用的是濾芯A的設計理念，但是卻沒能超過濾芯A的過濾性能指標，其濾芯結構完整性試驗第一冒泡點壓力為4 500 Pa，但試驗進行到11 min時，β值急劇下降，疑似濾層破裂。在進行多次通過試驗后做完整性試驗時證實了這個猜想。冒泡點均在濾材打折處。后來了解到濾芯D的制作除了加了兩層材料外，牙數、牙寬完全沒變。這樣，在同等流量下凈壓降濾芯A為40 kPa、濾芯D為68 kPa，試驗濾芯A進行了48 min，而濾芯D僅僅進行了28 min，濾芯D壓降上升得特別快，從而縮短了使用壽命。條件變了，設計的細節也應作相應的調整。要考慮以下幾點：

（1）濾芯實際使用時的最大流量和最小壓差；

（2）濾芯壽命期內的最大納污量。

表3 關于濾芯D的分析

濾芯D的設計應從實際出發，在濾材厚度加大的情況下，就要適當降低牙寬，增大牙間距，減少牙數，使油液流通阻力減小；在膠結過程中，使濾材與端蓋膠結完全，保證濾芯的結構完整度，使濾芯過濾性能得到最大發揮。

3 濾芯結構完整性試驗

濾芯結構完整性試驗貫穿整個多次通過試驗始末，在試驗中起到至關重要的作用，是多次通過試驗中不可或缺的部分。

從試驗過程中不難發現，試驗前、后濾芯結構完整性第一冒泡點壓力有差異，這是普遍現象，但是相同的現象出現了不同的結果，如表4所示。

表4 同一濾芯在不同階段的表現

通過試驗，得到下面一些認識：

（1）在進行多次通過試驗后，冒泡點壓力降低了，但是濾芯結構依然完整 （濾芯經受流體額定流量多次的沖刷，同時其攜帶的尺寸不同的污染顆粒不斷地擠壓濾材孔道，以致孔徑變大，第一冒泡點壓力自然下降）。

（2）在進行多次通過試驗后再進行第一冒泡點壓力試驗，是為了驗證濾芯結構是否完整，如果從端蓋、合縫或濾材打折處冒泡 （濾材打折點的破損導致濾材纖維大量脫落，從而用于過濾的材料變成了又一污染源），那么就表明濾芯結構不完整了。

（3）有些濾芯在做結構完整性試驗時，第一冒泡點壓力超過濾材的初始冒泡壓力很多，在做多次通過試驗時，清潔濾芯壓降也很大。如果濾芯壓降過快，壽命將縮短。這不但增加了濾芯更換的頻次，還有可能致使濾芯損壞，污染下游。造成這種情況的可能：誤用高精度濾材。GB/T 20080—2006液壓濾芯技術條件中明確規定：在產品技術文件中應規定濾芯的初始冒泡壓力。如沒有規定，應不低于所采用濾材初始冒泡壓力的80%。

4 總結

液壓系統濾芯的設計并不簡單。從事濾芯設計的工作者，應從液壓系統的實際工況和需求出發，多方面考慮，結合并利用有關檢測標準和試驗方法，設計出合格、優質的濾芯，為液壓系統安穩運行保駕護航。

[1]戴天翼.過濾器——設計、制造和使用[M].北京：化學工業出版社，2009.

[2] ISO 16889：1999.液壓傳動-過濾器-測定過濾特性的多次通過法[S].

Discussion on Structure Design of Hydraulic Filter through Multi-pass Experiments

Liang Yan

The effective pollutants control is very important to improve the hydraulic system reliability of all kinds of hydraulic machinery,in which,the filter is the key link.Through multi-pass experiments of the hydraulic filter for a long period of time,the author got a lot of valuable experimental data,and got some useful knowledge on filter structure design.

Filtration;Mulit-pass experiments;Hydraulic filter;Filter performance;Structure design

TQ 051.8

*梁艷，女，1982年12月生，工程師。新鄉市，453002。

2011-04-18）