试验粉尘对液压过滤器性能评定结果的影响.pdf

2 0 1 3年 8月 第 4 l 卷 第 l 5期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS Au g ． 2 01 3 Vo 1 ． 41 No ．1 5 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 3 ． 1 5 ． 0 2 1 试验粉尘对液压过滤器性能评定结果的影响 郝新友 航空工业过滤产品质量监督检测中心，河南新乡4 5 3 0 1 9 摘要I S O MT D是 目前评定液压过滤器过滤性能的标准试验粉尘。论述 了采用该粉尘带来的主要问题 ，并借助国际联 合验证试验数据，详细分析了采用 I S O MT D和 I S O F T D试验粉尘对液压过滤器性能试验结果的影响，指出在评定液压过滤 器的过滤性能时，应根据其精细程度选择试验粉尘。 关键词过滤器；I S O F Y D；I S O M T D；污染控制 中图分类号T H1 3 7 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 3 1 5 0 7 9 4 I mp a c t o f Te s t Du s t o n Hy d r a ul i c Fi l t e r Pe r f o r ma n c e Te s t Re s ui t s HAO Xi n y o u F i l t r a t i o n P r o d u c t Q u a l i t y S u p e r v i s i o n a n d T e s t C e n t e r o f A V I C，X i n x i a n g H e n a n 4 5 3 0 1 9 ，C h i n a Ab s t r a c t I S O MT D i s t h e s t a n d a r d t e s t d u s t t h a t e v a l u a t e s fi l t r a t i o n p e rf o r ma n c e o f h y d r a u l i c fi l t e r p r e s e n t l y ． Ma i n p r o b l e ms b r o u g h t b y t h i s d u s t w e r e d i s c u s s e d ． B y d i m of t e s t d a t a of I S O r o u n d r o b i n， i mp a c t s o n fi l t r a t i o n p e r f o rm a n c e t e s t r e s u l t s o f h y d r a u l i c fi l t e r u s i n g I S O MT D a n d I S O F T D we r e a n a l y z e d i n d e t a i l ． I t w a s p o i n t e d t h a t t h e s e l e c t i o n o f t e s t d u s t s h o u l d b e b a s e d o n i t s fi n e d e g r e e w h i l e e v alu a t i n g fi l t r a t i o n p e rf o rm a n c e o f h y d r a u l i c fi l t e r ． Ke y wo r d s F i l t e r ； I S O fi n e t e s t d u s t ； I S O me d i u m t e s t d u s t ； C o n t a mi n a t i o n c o n t r o 1 目前 ，评定液压过滤器 过滤性 能的主要方法是多 次通过试验方 法 ，它可以同时评定 液压过滤器对不 同 尺寸颗粒的滤除能力 过滤比或JB值 、压差流量特 性和纳污容量 。这一试验方法通 过模 拟液压过滤器 的实际工况 ，在实验室稳态条件下 ，向被试过滤器的 上游连续添加污染物 试验粉尘 ，被试过滤器不断 滤除其中的部分污染物，而未被滤除的污染物又反复 多次循 环通过 被试 过滤器 ，直至被试过滤器两端 的压 差 达到极限压差 。在试验过程 中 ，采用压差表 不断 监测并绘出被试过滤器两端压差的变化曲线，即为被 试过滤器的堵塞曲线 ；同时采用在线液体自动颗粒计 数器在被试过滤器的上下游连续取样检测不同颗粒尺 寸的固体污染度，上游的颗粒浓度除以下游的颗粒浓 度 ，即为被试过滤器的过滤比；在试验过程中添加的 污染物的总量减去试验结束时系统中未被滤除的污染 物的量 ，即为被 试 过滤 器 的纳 污容 量 。从 试 验 原 理 看 ，在试验过程 中连续添加 的试验粉 尘的颗粒尺寸分 布和形状将会对液压过滤器过滤性能的试验结果产生 重要影 响 。 1 I S O MT D取代 A C F I D后的问题 过 去 ，评定 液压 过滤器过滤性能采用 的试验粉尘 主要是 A C F T D A i r C l e a n e r F i n e T e s t D u s t ，空气滤清 器精细试验粉末 。然而，1 9 9 3年 A C F T D停产后， I S O M T D I S O Me d i u m T e s t D u s t ，I S O中级试验粉末 ， 以下简称 M T D 由于物理化 学特性与 A C F r D完 全相 同，批与批之间的变动性更小 ，颗粒尺寸分布更加准 确 ，同时包含 的小颗粒数量较少 ，更加易于在油 中弥 散 ，从而可以减小颗粒计数时的重合误差 ，因此被国 际标准化组织选作标准材料取代 A C F T D，用于液压 过滤器过滤性能 的评定 。 目前液压过滤器过滤性能 评定采用 的试验粉尘主要是 MT D。 从理论上分析 ，A C F I D小 于 5 ． 5 I x m 的颗粒数 量 约 占 3 8 ％ ，小 于 2 2 I x m 的颗 粒 数 量 约 占 7 1 ％ ，而 M T D小于5 m的颗粒数量约占1 7 ％ ，小于2 0 m的 颗粒数量约 占6 7 ％，I S O F I D I S O F i n e T e s t D u s t ， I S O细试验粉末，以下简称 F T D小于 5 m的颗粒 数量约占3 3 ． 5 ％，小于2 0 m的颗粒数量约占7 2 ％， 因此 ，在颗粒 尺 寸分 布 上 ，F T D更 接 近 A C F T D，而 非 M T D 。 另一方面 ，M T D由于 自身 含有 的小 尺 寸颗 粒较 少而大尺寸颗粒较多 ，在评 定液压过滤器过滤性能的 过程 中，极易出现 “ 滤饼效应 ” ，即大尺 寸颗粒堆 积 在被试过滤器 的滤层表面 ，形成一层松散的试验粉尘 结合体，相当于在被试过滤器的滤层表面复合了一层 过滤介质 ，再次起到过滤作用 。因此 “ 滤饼效应” 一 旦出现，将会使堵塞曲线的上升趋势变缓 ，人为地 收稿 日期 2 0 1 2 0 62 9 作者简介郝新友 1 9 7 1 一 ，男 ，工程硕士，高级工程师，主要从事液压系统污染控制的研究与检测工作。Ema i l z h ． k l dz 1 63 ．c o m。 8 O 机床与液压 第4 1 卷 改善被试过滤器的纳污容量和过滤效率试验结果，而 且改善的程度会随着过滤器精细程度的增加而急剧增 加。而液压过滤器在实际使用过程中，绝大多数不会 出现 “ 滤饼效应 ” 。另外 ，试 验中形 成的 “ 滤饼 ”是 一 种不稳定的结构 ，极易受到流量波动 、静电、振动 等的影响，具有很高的变动性 ，试验结果往往无法再 次复现 。多次通过试验中间不能停机 ，一旦停机后再 次启动 ，建立起来的压差将会发生急剧变化 ，其部分 原因也是 “ 滤饼效应”引起的。再者 ，“ 滤饼效应” 的出现，还会使过滤器在按I S O 2 9 4 1 进行抗破裂试验 时，压差曲线的斜率变形 ，得 出错误的压溃压差参 数。因此 ，“ 滤饼效应”的存在将会导致试验结果出 现较 高的变动性 ，甚至产生不正确的试 验结果 ⋯。过 去多次通 过试 验采用 的试 验粉尘 为 A C F T D，由于它 试验 中很少会 出现 “ 滤饼效应” 。 2粉尘对试验结果的影响分析 2 0 1 0年底至 2 0 1 1 年初，中、美、英和意大利的 4个实验室对试验粉尘对过滤器性能试验结果的影响 进行 了国际联合验证试验 。4个 实验室选 择 了 5种不 同过滤效率的液压过滤器，分别采用 MT D和 F T D按 I S O 1 6 8 8 9 2 0 0 8 进 行 了多 次通 过试 验 。为 了减少 误 差来源，同时便于展现试验粉尘的影响，纳污容量的 试验结果直接采用试验中注入的污染物的质量，而且 试验时间间隔特意进行了加长，但每次须在同一时间 采用 MT D和 F T r D对同一种过滤器进行试验。其 中， 过滤器 A 1分别采用不同的试验粉尘进行了 4次试 验 ，A 2进行 了 3 次 ，B进行 了 6次 ，C进 行 了 3次 ， D进行了6次，所有试验结果均取平均值作为最终结 含有的小尺寸颗粒数量较多， ．因此若无静电的影响， 果。其试验数据如表 1 所示 。 表 1 国 际联合验证试验结果汇总表 2 ． 1 对 纳 污容 量试 验结 果 的影 响 试验粉尘对液压过滤器纳污容量试验结果的影响 如表 2所 示 。可 见 相 对 于采 用 F T D 的试 验 结果 ， 当采用 M T D时 ，5种过滤器 的纳污容量均 明显变 大 ， 变大的 程 度 不 一 ，最 小 的增 加 1 8 ％ ，最 大 的增 加 5 9％ 。 表 2 试验粉尘对过滤性能的影响数据表 另外，当采用 MT D时，纳污容量试验结果随着 过滤器精细程度的变化，出现基本一致的变化趋势， 即过滤器越精细，纳污容量试验结果的增加量越 大；而过滤器越粗糙，纳污容量试验结果的增加量越 第 l 5期 郝新友试验粉尘对液压过滤器性能评定结果的影响 8 1 小。由图 1可见，对应于过滤 比JB2 0 0的尺寸点 ， 当采用． MT D时，5 m c 过滤器的纳污容量试验 结果约增加 5 0 ％ ，而 1 1 m c 过滤器的纳污容量 试验结果仅约增加 2 0 ％。理论上 ，如果试验中没有 出现 “ 滤饼效应” ，对于滤材相同的液压过滤器，排 除结构因素，若过滤精度越高，则纳污容量应越低 ， 反之亦然 。因此，对于滤材相同的液压过滤器 ，若 过滤效率试验结果提高的同时，纳污容量试验结果不 降反升，必然说明在试验中产生了 “ 滤饼效应” 。 尺 寸 MTD，口 2 0 0 ／ m c 图 1 试验粉尘对纳污容量试验结果的影响 由上可见 相对于采用 F T D的试验结果 ，当采 用 MT D时，过滤器的纳污容量试验结果将会明显变 大，是由试验过程中的 “ 滤饼效应”引起的。而且，纳 污容量试验结果增加的程度将会随着过滤器精细程度的 改善而增大，因此，对于精细的液压过滤器，当评定其 纳污容量时 ，试验粉尘应当采用 F I T ，而非 M T D 。 2 ． 2 对过 滤 比试 验 结果 的影 响 由表 2可见相对于采用 F T D的试验结果，当 采用 MT D时，5种过滤器过滤比的试验结果均明显 改善，改善的程度不一 ，最小 的改善 5 ％，最大的改 善 2 1 ％，而且改善 的程度基本上与过滤器的精细程 度成反比，即过滤器越精细，采用 M T D时，过滤 比试 验结果的改善程度越小 ；而过滤器越粗糙 ，采用 M T D时，过滤比试验结果的改善程度越大。这一变 化趋势也可 由图 2明显可出 。图 2为不同试验粉尘对 过滤器过滤比试验结果 的影响趋势图，为便于 比较， 图中过滤 比对应尺寸的变化量采用绝对值表示 。由图 2可见 ，对应于过滤 比 2 0 0的尺寸点，当采用 M T D时 ，过 滤器 C由 1 3 ． 5 m C 改变 为 了 1 0 ． 5 m C ，改善量为 2 1 ％；而过滤器 D 由 4 ． 2 m C 改变为了约 4 m C ，改善量仅约为 5 ％。 尺 寸 MT D ，口 2 0 0 ／ 1．t m c 图 2 试验粉尘对过滤比试验结果的影响 由上述分析可见对于越精细的液压过滤器，相 对于采用 F T D的试验结果，当采用 M T D时，其纳污 容量的试验结果急剧增加，而过滤比的试验结果改善 趋缓 ，这主要是 由于 M T D的大颗粒含量较多，在试 验中产生 了 “ 滤饼效应”引起 的；从纳污容量试验 结果随过滤器精细程度增加的趋势可知，过滤器越精 细， “ 滤饼效应”越严重；对于越粗糙 的液压过滤 器，当采用 M T D时，其纳污容量的试验结果增加趋 缓 ，而过滤比的试验结果急剧改善 ，说明在试验过程 中， “ 滤 饼效应 ” 不 明显 ，主要是 由于 M T D的颗粒 尺寸分布比 F r D较粗引起的。因此，在评定精细液 压过滤器的性能时，应当采用 F T D，而在评定粗糙液 压过滤器的性能时，应当采用 M T D，其分界点以 1 5 m C 为宜，即对于平均过滤比为 2 0 0对应的尺 寸小于或等 于 1 5 m C 的液压过滤器 ，宜采用 F T D；而对 于 尺 寸大 于 1 5 m C 的 液压 过 滤 器 ， 宜采用 M T D 。 2 ． 3 对过滤器堵塞曲线的影响 过滤器的堵塞曲线是指在试验过程中，过滤器两 端的压差随试验时间或加入污染物量的变化曲线。根 据试验中达到各个压差值的污染物的注入质量 ，可以 绘出过滤器采用不同试验粉尘时的堵塞曲线 ，如图3 所示 。可 见 相 对 于 采 用 F T D 的试 验 结 果 ，采 用 M T D时，两只过滤器堵塞曲线的形状均相对变得 比 较平坦，压差上升趋势变缓，斜率变低；对于压差上 升 8 0 ％ 一 9 0 ％的区间，斜率约降低 1 0 ％ ～5 0 ％，而 且过滤器越精细，其堵塞曲线上升的趋势变得 越平 缓。从图中可 以明显 看出采用 F T D的堵塞 曲线 ， 更接近于指数曲线 。 1 一 过滤 器 C F T D 2 一 过滤 器C MT D 3 一 过滤 器 D F TD 4 一 过滤 器D MTD 0 ．45 0． 4O 0 ． 3 5 o ． 3 0 兰 0 ． 2 5 O． O5 0 ． 0 O 图3 不同试验粉尘的过滤器堵塞曲线图 图 4是实际监测液压系统 中某过滤器的真实堵塞 曲线。可见 液压过滤器在实际工作当中，一开始压 差上升极为缓慢，基本上长期呈现出直线状态，而在 其工作后期，堵塞曲线的斜率陡升，基本上呈现出指 数曲线形状 。从与图3中试验结果的比较来看，采 用 F T D的堵塞曲线，更接近于实际液压系统 中过滤 器的真实状况。采用 MT D的堵塞 曲线之所以形状变 8 2 机床与液压 第4 l卷 得比较平坦 ，主要是 由于试验过程 中产生的 “ 滤饼 效应” 引起的。过 滤器 越精 细 ，堵 塞 曲线 的形 状越 平坦，这也与前面分析的 “ 过滤器越精细，‘ 滤饼效 应 ’越严重 ”相一致。 0． 35 0 ． 3 O 时 O ． 2 5 a- 譬 0 ． 2 0 j I{】}0 ． 1 5 出 O ．1 0 0 ． O 5 0 图4 液压过滤器实际堵塞曲线图 2 ． 4对试 验结 果 变动 性的影 响 试 验结果 的变动性 ，相 当于重复性或复现性 ，它 是试验结果的最大值与最小值之差与平均值之比的百 分数 。表 3是 国际联合验证 中5种不 同液压过滤器试 验结果变动性的汇总表。可见 相对于采用 F T D的 结果，当采用 MT D时，纳污容量试验结果的变动性 增加 8 0 ． 0 ％ ，过滤 比 7 5对应 尺寸 的变 动性 增加 2 9 ． 2 ％ ， 1 0 0的变 动 性 增 加 1 9 ． 4 ％ ， 2 0 0的 变 动 性 增 加 1 1 ． 3 ％ ，JB1 0 0 0 的 变 动 性 增 加 0 ． 3 ％ 。因此 ，采 用 M T D时 ，由于 “ 滤 饼效 应 ” 的 存在 ，试验中不确定因素增加 ，将会使液压过滤器 性 能评 定结果 的变动性 增 大 ，不 同实 验室 间试 验结 果的一致性变差。 表 3 粉尘对试验结果变动性的影响数据表 “t i 变动性 C O V值 纳污容 尺寸／ ％ 量／ ％ 卢7 5 卢1 0 0卢 2 0 0 卢1 0 0 0 3结论 综上所述 ，若按照 目前液压过滤器的性能评定试 验方法，采用 M T D试验粉尘，在试验过程 中将有可 能产生 “ 滤饼效应” ，且 “ 滤饼”的产生与其对试验 结果的影响程度是不确定的，也是不可控的，因此 “ 滤饼”一旦产生 ，将会人为改善纳污容量和过滤效 率 的试验结果 ，造成试验结果变动性增大 ，实验室间 的一致性变差 ，且试验结果与液压过滤器的实际使用 效果不符。由此，作者建议，当前应修订液压过滤器 的性能评定试验标准 ，对于平均过滤比为2 0 0的对应 尺寸小于或等于 1 5 m C 的液压过滤器，采用 F T D试验粉尘，而对于尺寸大于 1 5 m e 的液压 过滤器 ，采用 M T D试验粉尘；同时，在将来制定或 修订液压过滤器的性能评定试验标准时，如 过滤器 的多次通过试验方法 、滤芯抗破裂性的鉴定方法等 ， 应采用 F T D完全取代 M T D，以进一步提高试验结果 的准确性和一致性。 参考文献 【 1 】陈景新． 关于液压过滤精度标称的发展与探讨[ J ] ． 液 压与气动 ， 2 0 1 1 1 1 4 0 4 5 ． 【 2 】 龚烈航． 军用机械装备液压系统质量、 污染控制及可靠 性[ M] ． 北京 解放军出版社， 2 0 0 3 ． 【 3 】I S 0 1 6 8 8 9 H y d r a u l i c F l u i d P o w e r F i l t e r s M u l t i p a s s M e t h o d f o r E v a l u a t i n g F i l t r a t i o n P e r f o r ma n c e o f a F i l t e r E l e me n t [ S ] ． 【 4 】郝新友， 路红． 标准粉末 的改变对液压系统污染控制及 过滤器测试的影响与对策[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 0 4 14． 【 5 】I S O 1 2 1 0 3 1 R o a d V e h i c l e s ． T e s t d u s t fo r F i l t e r E v al u a t i o n P a r t 1 A r i z o n a T e s t D u s t[ S ] ． 【 6 】 R U S H T O N A ， 康勇， 许莉． 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