液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測(cè)的多次通過試驗(yàn)方法?

劉混舉　郭瑞　李正江　劉混田　周俊麗　許聯(lián)航(.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山西省太原市,0004; .新鄉(xiāng)天翼過濾技術(shù)檢測(cè)有限公司,河南省新鄉(xiāng)市,45000; .中國神華神東煤炭分公司,陜西省神木市,796)

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液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測(cè)的多次通過試驗(yàn)方法?

劉混舉1郭瑞1李正江2劉混田3周俊麗3許聯(lián)航3
(1.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,山西省太原市,030024; 2.新鄉(xiāng)天翼過濾技術(shù)檢測(cè)有限公司,河南省新鄉(xiāng)市,453000; 3.中國神華神東煤炭分公司,陜西省神木市,719316)

摘 要針對(duì)礦用設(shè)備液壓系統(tǒng)過濾器檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)缺失的問題,首次將多次通過試驗(yàn)法引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能的檢測(cè)中,通過多次通過試驗(yàn)法對(duì)過濾器濾芯的過濾精度進(jìn)行檢測(cè),以此來評(píng)價(jià)過濾器濾芯的過濾性能。

關(guān)鍵詞液壓支架 反沖洗過濾器 精度檢測(cè) 多次通過法 乳化液 DT350型多通試驗(yàn)臺(tái)

隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展,液壓技術(shù)已得到廣泛應(yīng)用。但在實(shí)際應(yīng)用過程中,往往會(huì)遇到許許多多的故障。根據(jù)國內(nèi)外統(tǒng)計(jì)資料表明,液壓系統(tǒng)的故障大約有60%～70%是由于工作介質(zhì)受污染所引起的,液壓過濾器是液壓系統(tǒng)中不可缺少的重要液壓輔件,其性能會(huì)直接影響到液壓元件壽命以及液壓系統(tǒng)的工作可靠性。過濾器(濾芯)的技術(shù)指標(biāo)很多,其中最為重要的兩個(gè)指標(biāo)為過濾精度和納污容量。

礦用液壓支架反沖洗過濾器是支架液壓系統(tǒng)中不可缺少的重要液壓系統(tǒng)輔件,其性能的優(yōu)劣將直接影響到支架液壓系統(tǒng)的可靠性。在能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)NB/T 51016－2014“煤礦用液壓支架過濾器”中規(guī)定了過濾器及濾芯的性能參數(shù)要求,但尚未有相關(guān)的試驗(yàn)驗(yàn)證工作,也未見相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道,因此無法得知該類過濾器真實(shí)的過濾精度和納污容量。針對(duì)這一問題,現(xiàn)將多次通過試驗(yàn)法引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能的檢測(cè)中,以便對(duì)液壓支架反沖洗過濾器的性能進(jìn)行科學(xué)合理的評(píng)判,從而對(duì)其過濾性能有準(zhǔn)確的認(rèn)識(shí),便于用戶選擇合適的過濾產(chǎn)品。

1　液壓過濾器濾芯多次通過試驗(yàn)方法簡介

GB/T18853－2002液壓傳動(dòng)過濾器評(píng)定濾芯過濾性能的多通過試驗(yàn)方法(ISO16889:1999液壓傳動(dòng)過濾器)為國際上通油類過濾器普遍采用的過濾器(濾芯)過濾性能檢測(cè)國際標(biāo)準(zhǔn)。其工作原理如圖1所示,多次通過試驗(yàn)系統(tǒng)由污染物注入系統(tǒng)A和過濾器試驗(yàn)系統(tǒng)B兩部分組成,污染物注入系統(tǒng)將一定污染濃度的液體注入過濾器試驗(yàn)系統(tǒng)油箱,過濾器試驗(yàn)系統(tǒng)中的液壓泵將污染液體通過被試過濾器3,而被試過濾器3上下游的顆粒計(jì)數(shù)傳感器可檢測(cè)系統(tǒng)中顆粒污染物的數(shù)量。圖1所示系統(tǒng)可以模擬過濾元件在系統(tǒng)中的實(shí)際工作狀況,即污染物不斷地從外界浸入并在內(nèi)部產(chǎn)生,過濾元件不斷濾除其中部分污染物,而未被濾除的部分在系統(tǒng)內(nèi)循環(huán)并多次通過過濾元件。多次通過試驗(yàn)法是一個(gè)較為成熟的檢測(cè)方法,在通油類過濾器的檢測(cè)中已經(jīng)普遍使用,并且有較為成熟的標(biāo)準(zhǔn)可以參照,因此,可以將多次通過試驗(yàn)法的基本原理引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測(cè)中。

圖1　多次通過試驗(yàn)系統(tǒng)原理圖

2　液壓支架反沖洗過濾器濾芯多次通過試驗(yàn)條件的確定

2.1試驗(yàn)參考標(biāo)準(zhǔn)

液壓支架反沖洗過濾器濾芯多次通過試驗(yàn)所參照的標(biāo)準(zhǔn)為GB/T18853－2002以及NB/T51016 －2014,GB/T18853－2002標(biāo)準(zhǔn)為液壓傳動(dòng)過濾器評(píng)定濾芯過濾性能的多次通過方法,NB/T 51016－2014標(biāo)準(zhǔn)為中華人民共和國能源行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—煤礦用液壓支架過濾器,其規(guī)定了液壓傳動(dòng)濾芯在連續(xù)污染物注入條件下測(cè)定濾芯過濾精度(過濾比)及其納污容量的規(guī)程等。

2.2試驗(yàn)設(shè)備

本次試驗(yàn)設(shè)備所選用的是新鄉(xiāng)天翼過濾技術(shù)檢測(cè)有限公司所生產(chǎn)的DT350型多通試驗(yàn)臺(tái),試驗(yàn)流量范圍為30～350 L/min,額定壓力可達(dá)2MPa。該試驗(yàn)臺(tái)符合ISO16889以及GB/T18853中所規(guī)定的驗(yàn)收條件,且該產(chǎn)品較為成熟,在市場(chǎng)上得到了廣泛的認(rèn)可。

2.3試驗(yàn)介質(zhì)

標(biāo)準(zhǔn)GB/T18853－2002中并未強(qiáng)制規(guī)定試驗(yàn)所用的介質(zhì),但要求油液黏度需保持在15±1.0mm2/s,確保試驗(yàn)系統(tǒng)在試驗(yàn)過程中處于紊流狀態(tài),這樣才能防止試驗(yàn)粉塵顆粒在試驗(yàn)系統(tǒng)中大量沉降,進(jìn)而得到較為準(zhǔn)確的試驗(yàn)結(jié)果。通油類過濾器的試驗(yàn)介質(zhì)國內(nèi)常用YH15油液(40℃下的運(yùn)動(dòng)黏度值為15±1.0mm2/s,符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定要求;油液呈紅色,易于試驗(yàn)觀測(cè)),而支架反沖洗過濾器的工作介質(zhì)為乳化液,在相同溫度下,運(yùn)動(dòng)黏度值大約5.0～6.0mm2/s,顯然無法滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。同時(shí),顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)對(duì)試驗(yàn)介質(zhì)的要求很高,其試驗(yàn)介質(zhì)的折射率將直接影響到顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)的計(jì)量結(jié)果。YH15在40℃時(shí)的運(yùn)動(dòng)黏度接近15mm2/s,滿足相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的要求,且YH15油液在多次通過試驗(yàn)臺(tái)中已有較多的應(yīng)用,技術(shù)相對(duì)成熟,在后期調(diào)試時(shí)容易與顆粒計(jì)數(shù)系統(tǒng)配合完成多次通過試驗(yàn),所以最終決定選用YH15作為液壓支架反沖洗過濾器濾芯的試驗(yàn)介質(zhì)。

2.4試驗(yàn)流量

本次試驗(yàn)所選用的多通試驗(yàn)臺(tái)流量范圍為30 ～350L/min?，F(xiàn)行多次通過標(biāo)準(zhǔn)推薦在做多次通過試驗(yàn)時(shí),試驗(yàn)時(shí)間建議在30～120min為最佳。由于液壓支架反沖洗過濾器濾芯過濾面積較小,相比通油類過濾器壓力上升很快,容易堵塞,為了達(dá)到良好的試驗(yàn)效果,經(jīng)過多次試驗(yàn),最終的試驗(yàn)流量選擇為30L/min。

2.5試驗(yàn)污染濃度選擇

根據(jù)GB/T18853－2002標(biāo)準(zhǔn)所推薦的最低污染濃度值3mg/L進(jìn)行試驗(yàn)時(shí),由于液壓支架反沖洗過濾器濾芯的過濾面積較小,導(dǎo)致過濾器濾芯兩端壓差上升過快,試驗(yàn)時(shí)間過短;再加之試驗(yàn)正式開始時(shí)的前3min所得到的數(shù)據(jù)屬于不可靠數(shù)據(jù),一般不予采用,所以在標(biāo)準(zhǔn)推薦的最低污染濃度下進(jìn)行試驗(yàn),無法采集到有效可信的試驗(yàn)數(shù)據(jù),因此在進(jìn)行了多組試驗(yàn)比較后,最終將試驗(yàn)污染濃度值設(shè)定為0.7mg/L。在該濃度下,所測(cè)得的濾芯過濾比數(shù)值較為可靠。

2.6極限壓差選擇

本次選用的多次通試驗(yàn)臺(tái)的極限壓差最高可以達(dá)到800kPa,然而隨著試驗(yàn)時(shí)間的增加,過濾器兩端的壓差會(huì)在短時(shí)間內(nèi)急速攀升,如果將極限壓差設(shè)定為800kPa,會(huì)大大提高試驗(yàn)臺(tái)的負(fù)擔(dān),而且對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響并不顯著。經(jīng)過多組試驗(yàn)比較后,最終將極限壓差設(shè)定為400kPa。

3　液壓支架反沖洗過濾器濾芯的多次通過試驗(yàn)

本次試驗(yàn)設(shè)備為DT－350型多次通過試驗(yàn)臺(tái),配套試驗(yàn)材料為YH－15油液、KZD－3顆粒計(jì)數(shù)器、ISO MTD試驗(yàn)粉塵等,試驗(yàn)流量為30L/min,試驗(yàn)溫度為40±1℃。試驗(yàn)時(shí)油液監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)如表1所示,試驗(yàn)選取了某國產(chǎn)濾芯和某進(jìn)口濾芯,并采用同一過濾器殼體,在相同試驗(yàn)條件下進(jìn)行試驗(yàn),其試驗(yàn)結(jié)果見表1和表2。

表1　試驗(yàn)油液監(jiān)測(cè)記錄數(shù)據(jù)

表2　反沖洗過濾器濾芯過濾性能測(cè)試結(jié)果

3.1試驗(yàn)結(jié)果分析

在通油類濾芯中,過濾精度是指過濾比β≥75時(shí)所對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸。參加試驗(yàn)的兩組濾芯的標(biāo)稱精度均為25μm,但從最終的試驗(yàn)結(jié)果來看,無法確定過濾比在5以上時(shí)的顆粒尺寸,這是由于濾芯的過濾精度較低,而所用的標(biāo)準(zhǔn)粉試驗(yàn)塵的大尺寸顆粒較少,且尺寸在50μm以上的顆粒很少見到,因此無法準(zhǔn)確測(cè)試過濾比在5以上的顆粒尺寸,同樣β為10、75、100的試驗(yàn)數(shù)值更難以測(cè)得。而在NB/T51016－2014標(biāo)準(zhǔn)中所定義的濾芯的過濾精度為過濾比β≥5時(shí)所對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸,從試驗(yàn)結(jié)果可以看出,國產(chǎn)濾芯在過濾比值為2時(shí)所對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸是30.2μm,進(jìn)口濾芯在過濾比值為2時(shí)所對(duì)應(yīng)的顆粒尺寸是31.1μm。試驗(yàn)結(jié)果表明國產(chǎn)濾芯的過濾精度略優(yōu)于進(jìn)口濾芯,但兩組濾芯的過濾精度都未達(dá)到其標(biāo)稱的過濾精度25μm。

在GB/T18853－2002中規(guī)定濾芯納污容量的計(jì)算公式:

式中:CR——納污容量,g;

Mi——注入的污染物質(zhì)量,g;

G80——在過濾器極限壓差的80%時(shí),試驗(yàn)油箱的重量污染度,mg/L;

Vf——試驗(yàn)結(jié)束時(shí),過濾器試驗(yàn)系統(tǒng)油箱體積的測(cè)量值,L;

qd——下游排放和取樣流量,L/min;

tf——最終試驗(yàn)時(shí)間,min;

Gb——上游基本重量污染度平均值, mg/L;

qu——上游取樣流量,L/min。

即納污容量等于試驗(yàn)粉末注入總量與試驗(yàn)結(jié)束時(shí)留在試驗(yàn)系統(tǒng)中的污染物重量、從被試過濾器下游取樣口排出的污染物估值和從上游取樣口排出的污染物估值的差值。

該試驗(yàn)報(bào)告的納污容量測(cè)定結(jié)果是完全按照GB/T18853－2002標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的方法進(jìn)行測(cè)定的,最終得到的納污容量值為負(fù)數(shù),不符合常理。經(jīng)過分析認(rèn)為系統(tǒng)中不可避免的出現(xiàn)少量的污染物顆粒沉降,雖然試驗(yàn)系統(tǒng)本身符合標(biāo)準(zhǔn)中所規(guī)定的誤差,但是由于試驗(yàn)濃度過小,加之濾芯本身的納污容量過低,所以少量的污染物顆粒沉降會(huì)對(duì)試驗(yàn)產(chǎn)生較大的干擾,因此出現(xiàn)納污容量為負(fù)數(shù)值的情況。從注入污染物總量可以分析出,進(jìn)口濾芯的納污容量略高于國產(chǎn)濾芯。

3.2試驗(yàn)結(jié)論

本次試驗(yàn)所用的兩組濾芯,其標(biāo)稱精度均為25μm,經(jīng)過多次通過試驗(yàn)法對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)后表明,其實(shí)際精度達(dá)不到其標(biāo)稱的精度;且兩組濾芯的納污容量很小,用多次通過試驗(yàn)法難以準(zhǔn)確測(cè)得濾芯的納污容量。

4　結(jié)論

目前市場(chǎng)上普遍使用的液壓支架反沖洗過濾器濾芯的過濾精度還無法滿足GB/T18853－2002標(biāo)準(zhǔn)和NB/T51016－2014標(biāo)準(zhǔn)的要求,濾芯的過濾性能有待提高;與此同時(shí),濾芯納污容量的技術(shù)指標(biāo)沒有得到足夠的重視,還沒有相應(yīng)的參數(shù)要求。多次通過試驗(yàn)法是一個(gè)成熟科學(xué)的檢測(cè)方法,可以對(duì)乳化液濾器濾芯的過濾性能有一個(gè)科學(xué)合理的評(píng)判依據(jù),建議今后以乳化液為工作介質(zhì)的過濾器濾芯可以用多次通過試驗(yàn)法對(duì)其過濾精度以及納污容量技術(shù)指標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),對(duì)過濾器濾芯選型給予更好的指導(dǎo)。

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(責(zé)任編輯張毅玲)

Multi-passmethodforperformancetestexperimentofbackwashing filterelementinhydraulicsupports

LiuHunju1,GuoRui1,LiZhengjiang2,LiuHuntian3,ZhouJunli3,XuLianhang3
(1.CollegeofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China; 2.XinxiangTianyiFiltrationTechnologyTestingCo.,Ltd.,Xinxiang,Henan453000,China; 3.ChinaShenhuaShendongCoalBranchCompany,Shenmu,Shaanxi719316,China)

AbstractAimingatthelackofteststandardforhydraulicsystemfilterofmineequipment, itwasthefirsttimetointroducemulti-passtestmethodintoperformancetestofbackwashingfilterelementinhydraulicsupports.Thefilterprecisionoffilterelementwastestedtoevaluatethe filteringperformancebymulti-passtestmethod.

Keywordshydraulicsupport,backwashing,precisiontest,multi-passmethod,emulsion, DT350teststationformulti-pass

中圖分類號(hào)TD355 TD404

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A

基金項(xiàng)目:?中國神華能源股份有限公司科技創(chuàng)新項(xiàng)目(JSHT－2013－000)

作者簡介:劉混舉(1958－),男,山西河曲人,太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院教授、研究生導(dǎo)師,主要從事機(jī)電液一體化技術(shù)、機(jī)械系統(tǒng)可靠性等研究工作。