从多次通过试验看液压滤芯的结构设计

梁艳

（新乡市东风过滤技术有限公司测试中心）

从多次通过试验看液压滤芯的结构设计

梁艳*

（新乡市东风过滤技术有限公司测试中心）

提高各类液压机械的液压系统可靠性，很重要的工作就是有效地控制液压系统的污染物，而过滤器就是控制污染物的很重要的一环。通过相当长一段时间对液压滤芯的多次通过试验，取得了许多颇有价值的试验数据，并得到了一些关于滤芯结构设计的有益的认识。

过滤 多次通过试验 液压滤芯 过滤性能 结构设计

1 滤芯的选择

通常，在液压系统中滤芯性能的优劣以下述三项指标来衡量：

①净化效果。要求过滤污染物速度快，可以有效控制污染等级。

②压降。要求压降低，压降上升平稳。

③使用寿命。要求纳污量大，且使用前后结构完整，即使用寿命长。

理想的过滤性能如图1所示。

这三项理想的过滤性能能同时实现吗？在实际工作环境中不可能有一种滤芯能同时完全满足这三项性能指标。但是这三项性能指标可以优化组合，优先选择某些性能指标，以趋利避害。

图1 理想的过滤性能

2 过滤试验

几种滤芯设计例子如表1所示，其中，过滤精度A＞B＞C，纳污量A＞B＞C（相同的标称精度），滤材层数A＞B＞C。表1是笔者所进行的多次通过试验中积累的关于滤芯设计的例子和数据，在这里作一简要介绍，与大家共同讨论。

由表1可见，滤芯A、B、C三种不同的设计，造就了三种不同的结果。好滤芯需要好滤材，好滤材需要好设计。滤芯A就是成功的典型例子，滤芯B是将国产滤材巧妙地进行粗、精优化组合，能起到绝佳的过滤效果。不是有了进口滤材就能保证过滤性能，滤芯C就说明了这点。过滤器的设计要与其工作环境、过滤对象及净化等级相适应，但有些滤芯的设计却违背了实际要求，走入了误区。

2.1 单层滤材的表现

先将两种标称精度等同的滤材一上一下 （国产5 μm玻纤在上、进口5 μm玻纤在下）放置于滤材单次通过试验台上循环60 min，然后取下滤材，对国产、进口滤材的过滤性能作一比较，可见两种滤材有明显差异，如图2所示。

表1 几种滤芯设计例子

图2 滤材性能差异

2.2 过滤结构

过滤结构可以用 “表面型滤材+深度型滤材+最后机会滤材”来描述。

表面型滤材靠的仅仅是网孔的拦截，粗大的颗粒拦截于滤材的表面，随着污染物的累积，流量依然不变，污染物可能会突破网孔而逃逸。

深度型滤材过滤比单层滤材过滤效果好。因为深度型滤材厚度大，孔道错综复杂，造成了拦截和各种吸附效应，即使是小于孔径的颗粒也能被拦截或吸附在滤材的表面或滤层的纤维网中，纳污量大，净化效果好。

最后机会滤材，采用精度不高的金属网置于精度较高的滤材之后，其作用是拦截油液中的逃脱颗粒。它的物理性能也很好，强度高，能起到一定的支撑保护作用，故而置其于后。

图3为滤芯A的剖开图，多层结构设计巧妙的配合使得滤芯的过滤性能得以发挥到极致。试验前后其结构完整度相同、性能相同，单位面积纳污量大，压降上升平缓，滤芯寿命长。

图3 典型滤芯结构

表2 关于滤芯C的分析

表2为对滤芯C的分析。由表2可见，滤芯C的压降上升速度过快，使得试验时间缩短，纳污量少，过滤精度也无法显现，这也是滤芯设计的典型例子。进口5 μm玻纤滤材属深度型滤材，纳污容量大，油液净化效果好，能过滤掉小于5 μm的颗粒。但是它的纤维特别纤细，制作成的滤芯易脆断，因此需要其它强度好的粗过滤介质来增强其挺度及韧性，以减轻5 μm玻纤的负担 （污染物、压降），这样才能达到优化组合的理想效果。

表3是另一个例子。滤芯D采用的是滤芯A的设计理念，但是却没能超过滤芯A的过滤性能指标，其滤芯结构完整性试验第一冒泡点压力为4 500 Pa，但试验进行到11 min时，β值急剧下降，疑似滤层破裂。在进行多次通过试验后做完整性试验时证实了这个猜想。冒泡点均在滤材打折处。后来了解到滤芯D的制作除了加了两层材料外，牙数、牙宽完全没变。这样，在同等流量下净压降滤芯A为40 kPa、滤芯D为68 kPa，试验滤芯A进行了48 min，而滤芯D仅仅进行了28 min，滤芯D压降上升得特别快，从而缩短了使用寿命。条件变了，设计的细节也应作相应的调整。要考虑以下几点：

（1）滤芯实际使用时的最大流量和最小压差；

（2）滤芯寿命期内的最大纳污量。

表3 关于滤芯D的分析

滤芯D的设计应从实际出发，在滤材厚度加大的情况下，就要适当降低牙宽，增大牙间距，减少牙数，使油液流通阻力减小；在胶结过程中，使滤材与端盖胶结完全，保证滤芯的结构完整度，使滤芯过滤性能得到最大发挥。

3 滤芯结构完整性试验

滤芯结构完整性试验贯穿整个多次通过试验始末，在试验中起到至关重要的作用，是多次通过试验中不可或缺的部分。

从试验过程中不难发现，试验前、后滤芯结构完整性第一冒泡点压力有差异，这是普遍现象，但是相同的现象出现了不同的结果，如表4所示。

表4 同一滤芯在不同阶段的表现

通过试验，得到下面一些认识：

（1）在进行多次通过试验后，冒泡点压力降低了，但是滤芯结构依然完整 （滤芯经受流体额定流量多次的冲刷，同时其携带的尺寸不同的污染颗粒不断地挤压滤材孔道，以致孔径变大，第一冒泡点压力自然下降）。

（2）在进行多次通过试验后再进行第一冒泡点压力试验，是为了验证滤芯结构是否完整，如果从端盖、合缝或滤材打折处冒泡 （滤材打折点的破损导致滤材纤维大量脱落，从而用于过滤的材料变成了又一污染源），那么就表明滤芯结构不完整了。

（3）有些滤芯在做结构完整性试验时，第一冒泡点压力超过滤材的初始冒泡压力很多，在做多次通过试验时，清洁滤芯压降也很大。如果滤芯压降过快，寿命将缩短。这不但增加了滤芯更换的频次，还有可能致使滤芯损坏，污染下游。造成这种情况的可能：误用高精度滤材。GB/T 20080—2006液压滤芯技术条件中明确规定：在产品技术文件中应规定滤芯的初始冒泡压力。如没有规定，应不低于所采用滤材初始冒泡压力的80%。

4 总结

液压系统滤芯的设计并不简单。从事滤芯设计的工作者，应从液压系统的实际工况和需求出发，多方面考虑，结合并利用有关检测标准和试验方法，设计出合格、优质的滤芯，为液压系统安稳运行保驾护航。

[1]戴天翼.过滤器——设计、制造和使用[M].北京：化学工业出版社，2009.

[2] ISO 16889：1999.液压传动-过滤器-测定过滤特性的多次通过法[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

*梁艳，女，1982年12月生，工程师。新乡市，453002。

2011-04-18）