讨论分析过滤器滤芯过滤材料的过滤精度与气泡实验

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随着现代液压技术的发展和应用，特别是航空航天等高级液压系统的不断发展，液压元件和系统对工作介质污染度提出越来越高的要求。由于工作介质的污染，使得液压元件及系统的寿命远远低于其设计寿命，系统可用性能也比固有可用性能大为降低。实践表明，百分之七十五以上的液压系统故障是由于液压油的污染所造成的。因此，就促进了过滤理论及过滤器的发展。就通常使用滤芯、过滤器及过滤材料而言，过滤精度是一项重要的技术参数。

过滤精度的测试有气泡法、吸符法和压入法，多次通过试验等多种测试方法。其中气泡试验以其仪器简单，操作方便、快捷又不破坏样件等优点而被广泛采用。气泡试验虽不能象coultermeter那样能精确测定孔径分布，做为生产上控制质量的手段气泡试验依然是可行的。

2、过滤精度概念及过滤机理

过滤精度概念

过滤精度反映了过滤介质对污物粒子的滤除能力，对过滤精度的６评定常采用以下几种方法。

A绝对过滤精度

绝对过滤精度系指通过过滤介质的最大坚硬球形粒子的直径。

多次通过试验测出的下游最大颗粒直径即绝对过滤精度。此尺寸粒子通过按过滤效率98％计算。气泡试验测得的第一个冒泡点等效毛细管直径视为绝对过滤精度。

B名义过滤精度

名义过滤精度通常有以下两种表示方法。

ａ.厂家给定的过滤精度是一种广义的名义过滤精度。如产品样本或说明书上的过滤精度。

ｂ.名次通过试验中，过滤介质能滤除某一尺寸及以上粒子的95%时，该尺寸为该过滤介质的名义过滤精度。

C平均过滤精度

样品在湿态下做气泡试验，当流量达到同一压力下干态流量的一半时，该气体压力对应的毛细管直径即为平均过滤精度。

D过滤比

过滤器上游大于某一尺寸粒子的浓度与下游大于同一尺寸粒子浓度之比。

E过滤效率

过滤介质能滤除某一尺寸粒子的百分数。

Nu－Nd1

－－－－

EC==1－（２）

－－－－

Nuβ

EC能滤除某一尺寸粒子的过滤效率

表１过滤比与过滤效率换算表

过滤比β1

2

5

10

20

50

100

1000

过滤效率EC(%)0

50

80

90

95

98

99

3、过滤介质滤除污物粒子的机理

液压系统中过滤介质滤除污物粒子的机理是非常复杂的，它不是受某一因素的制约，而往往是影响过滤的多种因素共同作用的结果。这里我们把过滤机理大致分以下几种情形:

较大颗粒被阻挡在过滤介质表面或内部狭道入口处。

因桥架被堵在毛细孔道入口处或内部。

在过滤介质中形成物理或化学的凝结。

微小颗粒因沉降、扩散、静电、水力效应等作用被吸符在过滤介质内部。

过滤介质在使用过程中收缩或膨胀。

被阻挡在过滤介质表面的污物起到类似助滤剂的作用。

4.气泡试验

气泡试验原理

把试样在试验液中浸湿充分，然后对孔壁一侧缓慢施加气压，直到第一串气泡连续的从表面逸出。测试气泡逸出时的压力，这个压力就是毛细管孔径的相应量度。过滤介质结构一般都很有规则，微孔大小不一，形状各异。为便于说明，把过滤介质结构简化成园形毛细管模型加以研究，即过滤介质由无数孔径不同的园型寻效毛细管组成，在冒泡的瞬间，表面上下作用力Ｆ1、Ｆ2的失量平衡（图２）即Ｆ1＝Ｆ2(3)。所受向下作用力由表面张力和试验液压力组成。

样品浸湿充分时，前置接触角可视为零。对于一定的试验液，表面张力Ｓ与密度Ｐ可以测得，做气泡试验时，气压Ｐ与浸入深度ｈ也是可以测定的，因此可求出等效毛细管直径。三角形孔、矩形孔等与园形形状相差较远的多孔过滤介质，根据公式（３）矢量平衡原理，同样可以求出公式（６）。不过此时的Ｄ为毛细管横截面的内切园直径。

气泡试验装置

典型的气泡试验装置如图３所示，此装置需要以下设备及元器件。

(1)气源提供清洁的压缩空气及氮气。

(2)开关用于开关气源。

(3)阀用于调节气体流量。

(4)过滤器滤除气体中的固体及液体杂质。

(5)压力调节器用于调节控制气体最终压力。

(6)流量计测试气体流量。

(7)压力计测试气体压力。

(8)油箱装盛试验介质。

(9)试验介质浸湿样件并能观察冒出的气泡。

(10)样件

(11)温度计用于测试试验介质或环境温度。

标准仲裁试验

常规气泡试验数据的处理取决于试验方法的具体规定及所采用的分析法与相关法。因此，为了保证对数据处理的统一，标准仲裁试验是必需的。

标准仲裁试验介质采用250C试剂级异丙醇，不允许使用替代品。该温度时表面张力为Ｎ/ｍ，试验装置及试验程序与常规气泡试验相同。试验结果以测得的水柱高度所表示的标准冒泡净压表示。

常规气泡试验的冒泡压力也可能换成标准冒泡压力，只是须对表面张力作较大修正。

Ｐ0=(P－(7)

5

p0标准冒泡压力

不同的非仲裁试验数据之间进行比较，须分别转换成标准冒泡压力。

5.分析与讨论

１、过滤精度是反映滤材、滤器性能的一个基本技术参数，在过滤行业被广泛应用。但也有些场合，测定了过滤效率，透过系数等参数后，无需再测定过滤精度。

２、过滤精度的高低并不能反映滤材性能的好坏，还需结合流阻、孔径分布，透过系数、过滤效率等参数对滤材综合评定。

３、通过足够多的对比试验，一种过滤介质的名义过滤精度与绝对过滤精度能够建立联系，如金属毡的名义过滤精度与绝对过滤精度之间有如下关系：

Ｄ

－－－

ｄ＝（）(8)

10

当过滤介质孔径足够大或足够小时不再适用此式。

４、过滤介质等效毛细孔愈小，等径粒子愈不容易通过，其绝对过滤精度及名义过滤精度愈远离最大孔径。

５、气泡试验作为生产上控制产品质量的一种手段是可行的，不能精确测定过滤介质的微孔尺寸及分布。

６、气泡试验测定的最大孔径可能是样件的局部缺陷，此时可增大气压或更换样件进一步判断。

７、最大孔径对应的冒泡压力是产生气泡的最小压力，随着压力的增加，微孔从大到小将依次打开，不同的气压值对应不同的微孔尺寸。

８、不同的过滤材料重叠一起无论顺序如何测得的微孔尺寸永远是细孔层的。

９、过滤器既能阻挡大于最大孔径的粒子，同时也能阻挡比最大孔径小得多的粒子。其过滤效率与工作介质污染度、过滤材料结构、工作压力等