聚能式超聲波清洗技術(shù)在飛機(jī)液壓過(guò)濾器中的應(yīng)用

郭利軍

摘要：液壓過(guò)濾器因孔隙率大、納污能力強(qiáng)，導(dǎo)致再生清洗時(shí)難度較大。為此，本文從結(jié)構(gòu)、工作頻率以及清洗工藝三方面提出改進(jìn)方案，并通過(guò)試驗(yàn)驗(yàn)證現(xiàn)有超聲清洗方案（振盒式超聲清洗）和改進(jìn)后超聲清洗方案（聚能式超聲波清洗）的清洗效果，結(jié)果表明：采用聚能式超聲波清洗后的液壓過(guò)濾器的結(jié)構(gòu)完整性和流阻符合循環(huán)再生使用要求，且不會(huì)損壞濾芯的原有結(jié)構(gòu)，可再次循環(huán)使用。

關(guān)鍵詞：飛機(jī)液壓過(guò)濾器;超聲波清洗;聚能式超聲波

0 引言

飛機(jī)液壓過(guò)濾器是液壓系統(tǒng)中用以控制油液污染度的重要元件，主要作用是濾除油液中的固體顆粒污染物，使油液的污染度控制在關(guān)鍵液壓元件能夠耐受的限度內(nèi)，保證了液壓系統(tǒng)的可靠性并延長(zhǎng)元件的壽命[1]。

通常，飛機(jī)液壓過(guò)濾器元件多采用不銹鋼燒結(jié)氈濾芯[2]，該濾芯具有孔隙率高、過(guò)濾面積大、納污能力強(qiáng)、再生性強(qiáng)、形狀穩(wěn)定以及抗沖擊和交變負(fù)載能力優(yōu)于其他金屬過(guò)濾材料等特點(diǎn)，但因長(zhǎng)時(shí)間經(jīng)過(guò)液壓油的過(guò)濾與分離，當(dāng)使用一定的時(shí)間后其內(nèi)外表面會(huì)吸附、滯留較多的固體顆粒、油漬，造成過(guò)濾器壓降增大、流阻升高，嚴(yán)重時(shí)導(dǎo)致系統(tǒng)無(wú)法正常工作。為此，常采用定期更換過(guò)濾器芯的方法解決上述問(wèn)題，換下來(lái)的過(guò)濾器一般被當(dāng)作廢品處理，對(duì)于裝有精密過(guò)濾器的系統(tǒng)，這種浪費(fèi)是相當(dāng)驚人的[5]。

不銹鋼燒結(jié)氈濾芯作為一種可清洗的過(guò)濾介質(zhì)有著很長(zhǎng)的使用壽命，其生產(chǎn)成本相比于其他一次性濾料更高。因此，出于環(huán)保和成本的雙重考慮，對(duì)濾芯進(jìn)行定期或不定期的清洗維護(hù)是十分必要的。

1 濾芯清洗現(xiàn)狀及改進(jìn)方案

1.1 清洗現(xiàn)狀

目前，飛機(jī)液壓過(guò)濾器清洗常采用人工清洗的方式，即將濾芯在煤油（或汽油）桶內(nèi)浸泡后，使用毛刷刷掉濾芯表面的污物，該方法不僅傷害工作人員的皮膚，還會(huì)造成煤油浪費(fèi)，甚至造成飛機(jī)油濾濾芯的二次污染。更嚴(yán)重的是，由于目前所用的不銹鋼燒結(jié)氈濾芯主要采用不銹鋼纖維燒結(jié)氈，且不銹鋼編織網(wǎng)經(jīng)折波工藝加工而成，如圖1所示，孔徑是由粗到細(xì)的多層結(jié)構(gòu)，制成的濾芯具有機(jī)械強(qiáng)度好、孔隙率高、納污能力強(qiáng)、耐高低溫、可反復(fù)使用等特點(diǎn)，但清洗難度較大，如果僅對(duì)其表面進(jìn)行刷洗，反而會(huì)將表面污物擠入濾芯孔隙內(nèi)。

近年來(lái)，相關(guān)單位開(kāi)始配備超聲波清洗機(jī)（功率密度約0.3～0.5W/cm2），雖然超聲波清洗的清洗效果較人工清洗方式有了大幅度的提升，但由于濾芯長(zhǎng)期工作在高溫、高壓和高粘的環(huán)境中，對(duì)過(guò)濾精度、潔凈度的要求高[3]且具有柔性吸聲等特點(diǎn)，使其對(duì)清洗槽內(nèi)單位面積超聲的功率密度要求較高，現(xiàn)有的振盒式超聲波聲強(qiáng)較低、穿透力弱，使濾芯內(nèi)部顆粒污染物無(wú)法徹底清除，清洗效果無(wú)法得到保證，難以滿(mǎn)足再生要求。因此，需要一種安全、高效、環(huán)保且經(jīng)濟(jì)的清洗設(shè)備來(lái)解決這一問(wèn)題。

1.2 改進(jìn)方案

本文結(jié)合實(shí)際工程應(yīng)用，從結(jié)構(gòu)、工作頻率以及清洗工藝三方面提出改進(jìn)方案。

1）結(jié)構(gòu)優(yōu)化

一般認(rèn)為，穩(wěn)定的混響場(chǎng)有利于提高清洗工件的潔凈度，若清洗槽中形成駐波場(chǎng)，會(huì)因聲壓分布不均而使工件得不到均勻的清洗。為此，提出將現(xiàn)有振盒式超聲清洗裝置結(jié)構(gòu)改為可移動(dòng)振頭清洗結(jié)構(gòu)，以避免清洗槽中形成駐波場(chǎng)。圖2所示為聚能式超聲波清洗裝置的示意圖。

2）工作頻率調(diào)整

一方面，超聲頻率越低，在液體中越容易產(chǎn)生空化，作用力也越強(qiáng)，適用于較難清洗的污垢;另一方面，超聲頻率越高穿透能力越差。綜合考慮不銹鋼燒結(jié)氈納污能力強(qiáng)、柔性吸聲等特點(diǎn)，提出采用更低頻率、功率密度更大（15～20W/cm2）的超聲波清洗燒結(jié)氈濾芯。

3）清洗工藝改進(jìn)

目前，不銹鋼燒結(jié)氈濾芯在進(jìn)行超聲清洗時(shí)，通常是將若干濾芯放在一個(gè)清洗槽內(nèi)，先浸泡鼓泡（去除大顆粒污垢），再進(jìn)行超聲清洗（小顆粒污垢），即浸泡鼓泡和超聲清洗由同一臺(tái)設(shè)備完成，最后再配置一臺(tái)精密過(guò)濾隔膜泵過(guò)濾循環(huán)系統(tǒng)（細(xì)微顆粒過(guò)濾）。但浸泡鼓泡與超聲清洗在同一設(shè)備完成，很容易造成二次污染。

為此，提出將浸泡鼓泡、超聲清洗分為兩臺(tái)設(shè)備進(jìn)行，浸泡槽配備粗過(guò)濾系統(tǒng)，超聲槽配備精密過(guò)濾系統(tǒng)，之后增加一臺(tái)噴淋系統(tǒng)并配備超精密過(guò)濾，且單次清洗1根過(guò)濾芯。改進(jìn)后的方案不僅可避免工藝流程的相互污染，后一步精細(xì)工序所用到的清洗介質(zhì)可以重復(fù)給前一步精細(xì)工藝循環(huán)使用，如超聲清洗后的介質(zhì)可以返回給浸泡鼓泡重復(fù)使用。圖3為改進(jìn)后的超聲清洗工藝流程圖。

2 超聲清洗試驗(yàn)

2.1 試驗(yàn)設(shè)備

分別采用振盒式超聲波清洗機(jī)（DH25-4000）和聚能式超聲波清洗機(jī)（ATLAS-2040S）清洗濾芯，兩種超聲波清洗設(shè)備的基本參數(shù)見(jiàn)表1。其中，聚能式超聲波清洗機(jī)采用高低頻結(jié)合、上下聯(lián)合清洗的方式，通過(guò)特殊結(jié)構(gòu)的換能器（夾心式振子加變幅桿加振子），對(duì)超聲波進(jìn)行多級(jí)變幅放大，能量進(jìn)行聚焦，功率密度高達(dá)2 0W/cm2。

2.2 試驗(yàn)對(duì)象和方法

隨機(jī)選取12根標(biāo)準(zhǔn)濾芯，分兩組，每組6根。濾芯型號(hào)為YL35-200A，尺寸為中35mm×80mm，過(guò)濾精度為5μm。

測(cè)試并記錄濾芯在使用前（新濾芯）和使用后（分別用振盒式超聲波清洗機(jī)和聚能式超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗）的流阻和初始泡點(diǎn)的氣壓值，并以新濾芯的測(cè)量數(shù)據(jù)作為參考值，對(duì)振盒式超聲波清洗機(jī)和聚能式超聲波清洗機(jī)的清洗效果進(jìn)行比對(duì)。

2.3 清洗效果檢測(cè)

參照標(biāo)準(zhǔn)GB/T 14041.1-2007/ ISO2942：2004[4]. GB/T 17486-2 006/ISO3968-2001[5]對(duì)清洗后濾芯的結(jié)構(gòu)完整性和流阻進(jìn)行測(cè)試，綜合評(píng)估清洗效果。

1）濾芯結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)

測(cè)試要求：將被試濾芯放入汽油內(nèi)浸泡5min，軸線與液面平行，最高點(diǎn)距液面20mm，緩慢加壓通入干凈的空氣，濾芯旋轉(zhuǎn)360°，記錄初始泡點(diǎn)產(chǎn)生時(shí)相應(yīng)的壓力值，產(chǎn)生第一個(gè)泡點(diǎn)時(shí)的氣壓應(yīng)大于0.83kPa，如圖4所示。

2）流阻測(cè)試

測(cè)試要求：由試驗(yàn)接嘴代替油濾接頭測(cè)試油濾流阻，當(dāng)流量為2 0L/min、油溫20±5℃時(shí)，進(jìn)口壓力為1.96～2.94MPa（20～30kgf/cm2），流經(jīng)油濾前后的壓差應(yīng)小于等于0.176MPa（l.8kgf/cm²）。

3）濾芯分別由振盒式超聲波清洗機(jī)和聚能式超聲波清洗機(jī)進(jìn)行清洗后，參數(shù)的對(duì)比見(jiàn)表2、表3。

由表2和表3可以看出，在相同試驗(yàn)條件下，經(jīng)振盒式超聲波清洗機(jī)清洗過(guò)的樣品第一泡點(diǎn)檢測(cè)數(shù)據(jù)基本滿(mǎn)足技術(shù)要求，表明濾芯完整性檢測(cè)合格，但是流阻試驗(yàn)數(shù)據(jù)并未達(dá)到技術(shù)要求（≤0.176MPa），而經(jīng)聚能式超聲波清洗機(jī)清洗后的樣品第一泡點(diǎn)試驗(yàn)和流阻試驗(yàn)測(cè)量結(jié)果均滿(mǎn)足技術(shù)要求。

除對(duì)清洗后的濾芯進(jìn)行結(jié)構(gòu)完整性檢測(cè)和流阻檢測(cè)外，還采用機(jī)器視覺(jué)方法對(duì)長(zhǎng)時(shí)間清洗的濾芯進(jìn)行了破損檢測(cè)，圖5為聚能式超聲波連續(xù)超聲清洗50小時(shí)前后的圖像對(duì)比。從中可以明顯看出，經(jīng)聚能式超聲波長(zhǎng)時(shí)間清洗的濾芯的結(jié)構(gòu)仍然保持完好，完全符合熔體過(guò)濾器濾芯通用技術(shù)條件，檢測(cè)符合要求的濾芯可以進(jìn)行下一周期的使用，且使用性能不會(huì)受到影響。

3 結(jié)論

針對(duì)目前飛機(jī)液壓過(guò)濾器再生清洗難度大的問(wèn)題，進(jìn)行了以聚能式超聲波清洗機(jī)對(duì)液壓過(guò)濾器進(jìn)行清洗的試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)果表明：與振盒式超聲波清洗機(jī)相比，該清洗機(jī)因其功率密度大，空化效果好，清洗效果得到大幅度提升，能有效解決飛機(jī)液壓過(guò)濾器清洗難度大的問(wèn)題。經(jīng)其清洗后的過(guò)濾器符合循環(huán)再生利用條件，能大幅度節(jié)省資源，減少污染，降低成本。

參考文獻(xiàn)

[1]馬書(shū)根.國(guó)內(nèi)外過(guò)濾器及相關(guān)產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀和發(fā)展[J].液壓氣動(dòng)與密封2007，27（5）：19-22.

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[4] GB/T17486-2006 /IS03968-2001液壓過(guò)濾器壓降流量特性的評(píng)定[S].

[5]路紅.飛機(jī)液壓系統(tǒng)污染控制研究驗(yàn)證實(shí)例 過(guò)濾器污染控制能力[J].液壓與氣動(dòng)，2010，12：41-43.

[6] Q/3D0320-2013熔體過(guò)濾器濾芯通用技術(shù)條件[Z].