ISO 233692021 液压流体动力 - 在循环流动条件下评估过滤元件的过滤性能的多通道方法标准立项发展报告

ISO23369:2021《液压流体动力——在循环流动条件下评估过滤元件的过滤性能的多通道方法》标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:Hydraulicfluidpower—Multi-passmethodofevaluatingfiltrationperformanceofafilterelementundercyclicflowconditions摘要液压传动系统广泛应用于工程机械、航空航天、船舶制造及工业自动化等关键领域，其运行可靠性与液压油清洁度密切相关。过滤器作为控制液压系统颗粒污染的核心元件，其性能评估方法的科学性和准确性直接影响系统运行安全与设备使用寿命。现行国际标准ISO16889主要针对稳态流动条件下的过滤器性能评价，但实际工程应用中液压系统常处于变流量、间歇性工作等循环工况，传统稳态测试方法难以真实反映过滤器在动态条件下的实际过滤性能。为此，国际标准化组织（ISO）于2021年6月正式发布了ISO23369:2021《液压流体动力——在循环流动条件下评估过滤元件的过滤性能的多通道方法》，填补了循环工况下过滤器性能评价国际标准的空白。本标准规定了在循环流动条件下，采用多通道测试方法对液压过滤器元件过滤性能进行评估的试验原理、试验装置、试验程序及结果表达方法。本标准的发布实施为液压过滤器在动态工况下的性能表征与质量评价提供了统一的技术依据，对于提升液压系统污染控制水平、促进过滤器产品国际流通与质量提升具有重要的推动意义。本报告对该标准的立项背景、技术内容、制定过程及应用前景进行了系统分析与阐述。关键词：液压流体动力；过滤元件；多通道试验；循环流动条件；过滤性能评估；ISO23369Keywords:Hydraulicfluidpower;Filterelement;Multi-passtest;Cyclicflowconditions;Filtrationperformanceevaluation;ISO23369一、引言1.1研究背景液压技术以其功率密度大、响应速度快、控制精度高等优势，已成为现代装备制造与工程机械领域的核心传动技术。液压系统在工作过程中，油液中的固体颗粒污染物是导致元件磨损、卡滞和失效的首要因素。据统计，液压系统约75%以上的故障源于油液污染，因此高效可靠的过滤系统是保障液压装备长期稳定运行的关键环节。过滤器性能评价方法的标准制定，直接关系到过滤器的设计选型、质量控制及工程应用。长期以来，ISO16889:2008《液压流体动力——过滤器——评估过滤元件过滤性能的多通道方法》作为过滤性能评价的基准方法，在行业内得到广泛采用。该方法规定了在恒定流量条件下对过滤器元件进行多次通过试验，以确定其过滤比（β值）、纳污容量及压降特性等关键性能参数。然而，实际液压系统（如工程机械液压系统、飞机液压系统、风电变桨液压系统等）的工况特征往往表现为流量波动、间歇运行、负载变化等动态循环特征，与ISO16889规定的稳态试验条件存在显著差异。研究表明，在循环流动条件下，过滤器元件的颗粒载荷分布、滤饼结构形成及释放机制均与稳态条件不同，仅基于稳态试验数据对过滤器的动态使用性能进行预测和评价，可能产生显著偏差，导致过滤器选型不当或维护策略失准。因此，开发一种能够模拟实际循环工况的过滤器性能评价方法，成为行业发展的迫切需求。1.2标准立项的意义ISO23369:2021的制定与发布，填补了国际标准化体系中液压过滤器循环工况性能评价方法的空白，其意义体现在以下层面：工程应用层面，该标准为液压系统设计师和终端用户提供了更接近实际工况的过滤器性能数据，有助于优化过滤器选型、确定合理的维护更换周期，从而降低设备运行成本、提高系统可靠性。产业发展层面，统一的标准测试方法为过滤器制造商提供了公平、可比较的产品性能标定手段，促进产品设计和制造水平的提升，支撑国际贸易中技术壁垒的消除。标准体系层面，ISO23369与ISO16889形成了互补的标准化格局，分别覆盖稳态与循环工况下过滤器性能评价的两大核心场景，完善了液压过滤器国际标准体系。二、标准基本信息概述2.1标准基本信息ISO23369:2021《Hydraulicfluidpower—Multi-passmethodofevaluatingfiltrationperformanceofafilterelementundercyclicflowconditions》由国际标准化组织（ISO）发布，标准发布日期为2021年6月16日，标准状态为现行有效。该标准由ISO/TC131（流体动力系统技术委员会）下属的SC6（污染控制分技术委员会）负责制定。从国际标准分类法（ICS）角度看，该标准涉及过滤器、密封垫和流体杂质等相关分类领域，对应分类号为过滤器、密封垫和流体杂质类别。2.2标准的国际地位与性质作为一项国际标准，ISO23369:2021具有广泛的国际适用性和指导性。该标准在制定过程中充分吸收了来自美国国家流体动力协会（NFPA）、德国机械制造商联合会（VDMA）等区域性和国家性标准化组织的技术成果与反馈意见，代表了国际液压污染控制领域在循环工况过滤性能评价方面的先进技术水平和共识性认识。值得注意的是，该标准在制定过程中与ISO16889保持了方法学上的延续性和术语体系的统一性，有利于不同标准之间的衔接使用，降低标准实施的技术门槛。由于涉及商业授权和版权保护，该标准的官方电子版本采用加密PDF格式发布，需通过特定插件方可访问，这一发行方式符合ISO对于受版权保护出版物的通行管理规定。三、标准制定的背景与需求分析3.1行业需求调研在ISO23369制定前期，ISO/TC131/SC6组织开展了面向全球范围的行业需求调研。调研结果表明，工程机械、农业机械、物料搬运设备、风力发电及航空航天等领域的液压系统设计和维护人员普遍反映，采用ISO16889测得的过滤器性能参数与实际应用中的过滤效果存在差异。具体表现为：部分在实际循环工况下过滤效率明显下降的过滤器产品，在稳态测试中仍表现出较好的β值；部分过滤器在循环流量冲击下压降波动较大，容易导致旁通阀频繁开启，而这一现象无法在稳态测试中体现。调研同时表明，多家国际主要过滤器制造商（如ParkerHannifin、BoschRexroth、HYDAC等）已在内部研发中建立了各种形式的循环工况测试方法，但因缺乏统一的标准方法，不同制造商之间的测试数据无法横向比较，严重影响了用户对产品性能的判断和选型决策的准确性。行业一致呼吁建立统一的国际标准测试方法。3.2现有标准体系的不足现有液压过滤器性能评价标准体系中，核心标准为ISO16889及其前身ISO4572。ISO16889规定了基于多通道法的过滤器过滤性能试验方法，是当前国际通行的过滤器性能标定基准。然而，该标准的试验条件设定为恒定流量、稳定污染注入，无法模拟液压系统中常见的以下循环工况特征：（1）流量循环变化：液压系统在作业循环中流量随负载需求周期性波动，瞬时流量变化幅度可达额定流量的50%~150%。（2）间歇运行模式：设备启停频繁，过滤器经历周期性的“运行—停机”交替过程，滤饼在停机期间可能发生松脱或重新分布。（3）冲击流量载荷：系统中的压力冲击和流量突变会在过滤器上产生瞬态高流量载荷，导致已沉积颗粒的剥离和滤饼结构的扰动。（4）变工况污染释放：循环工况下滤芯内部的污染分布和局部过载情况与稳态条件差异显著，影响过滤器的有效使用寿命。由于上述实际工况特征在ISO16889的试验方法中未得到充分体现，导致的直接后果是依据ISO16889测得的名义过滤精度和纳污容量，在实际应用中可能产生较大的偏差，过滤器的更换周期和系统污染控制策略的制定缺乏可靠的依据。3.3循环工况对过滤性能的影响机理循环流动条件对过滤器性能的影响主要体现在以下机理层面：颗粒沉积与再夹带机制。在稳态流动条件下，颗粒在滤材表面和内部形成相对稳定的滤饼层。而在循环流动条件下，流量反复变化会引起滤饼层中剪切应力的周期性变化，当流体剪切力超过颗粒间的黏附力时，已沉积颗粒可能发生再夹带（re-entrainment），导致过滤效率的瞬时下降和压降的波动加剧。滤材深层结构变化。滤材在循环载荷作用下，纤维间的孔隙结构可能因反复的压差变化而发生微小变形和疲劳，影响过滤精度和纳污能力。同时，颗粒在滤材内部的迁移路径也更复杂，可能导致深层堵塞的加速。旁通阀行为差异。在循环流量条件下，过滤器压降波动幅度更大，可能频繁触及旁通阀开启设定值。旁通阀的反复开启和关闭不仅会导致未过滤油液直接通过，加速系统磨损，还会使滤芯受到周期性的反向压差冲击，影响滤芯的结构完整性。上述机理表明，建立专门针对循环流动条件的标准化测试方法是保障液压系统污染控制有效性的科学基础。四、标准的核心技术内容4.1适用范围与基本术语ISO23369:2021规定了在循环流动条件下采用多通道方法评估液压过滤器元件过滤性能的试验方法。标准适用于液压流体动力系统中使用的过滤器元件，包括但不限于液压油过滤器、润滑油过滤器和传动油过滤器。该标准在术语体系上与ISO16889保持一致，并新增或细化了若干特定术语，主要包括：（1）循环流动条件（cyclicflowconditions）：指在试验过程中，通过过滤器元件的流量按照预设的循环模式周期性变化的工作条件。（2）循环周期（cycleperiod）：一次完整的流量循环变化所需的时间。（3）流量循环比（flowcyclingratio）：循环过程中最大流量与最小流量之比。（4）累计循环次数（cumulativenumberofcycles）：从试验开始至某一时间点所经历的完整循环周期总数。（5）循环工况过滤比（β值，cyclicfiltrationratio）：在循环流动条件下，过滤器上游和下游颗粒数量之比，定义为特定颗粒尺寸的过滤效率指标。4.2试验原理与装置要求本标准采用的试验原理基于多通道试验方法，即在试验系统回路中持续添加标准污染物（ISO12103-1规定的试验粉尘），使含有污染物的试验液反复通过被试过滤器元件，通过在线颗粒计数和分析上下游油液中的颗粒浓度，评价过滤器在循环流动条件下的过滤性能。试验装置的核心构成包括：（1）试验油箱与循环泵：具备流量调节能力的泵系统，能够按照预设循环模式输出变化的流量。泵的输出流量调节可采用变频驱动、比例节流或伺服阀控制等方式实现，流量控制精度应满足标准规定的偏差范围。（2）流量循环控制单元：包括可编程逻辑控制器（PLC）或工业计算机，用于设定和自动执行流量循环模式。典型的循环模式包括正弦波、方波、三角波及自定义工况谱等。（3）被试过滤器壳体与安装夹具：用于安装被试过滤器元件，确保其在试验过程中安装状态与实际使用一致，防止旁通泄漏。（4）在线颗粒计数器：分别安装于过滤器上下游的采样点，用于实时监测油液中的颗粒浓度和尺寸分布。颗粒计数器应满足ISO11171规定的校准要求。（5）压差测量装置：用于连续监测被试过滤器元件进出口之间的压差变化，精度要求为满量程的±2%以内。（6）污染注入系统：连续或间歇地向试验回路中注入标准试验粉尘，维持试验液中污染物浓度和粒径分布的稳定。（7）温度控制单元：维持试验油液温度在规定范围内（通常为允许偏差±2℃），以消除油液黏度变化对试验结果的影响。4.3试验条件与循环模式设定标准对试验条件提出了明确的技术规定：试验液：推荐使用ISO11158规定的矿物油型液压油（如HV类或HM类），运动黏度在40℃时为32mm²/s或46mm²/s等级。试验液在试验前应经过过滤净化，背景颗粒浓度应低于规定限值。试验污染物：采用ISO12103-1规定的ISOMTD（中等试验粉尘）或ISOACCTD（空气净化器细试验粉尘），污染物浓度应根据被试过滤器的过滤精度和试验目标确定，通常维持在上游目标浓度（如10mg/L或50mg/L）。流量循环模式：标准推荐了若干典型的流量循环模式作为参考，包括：-恒流量-阶跃循环模式：流量在额定值和高流量值之间周期性阶跃切换，切换保持时间可根据试验需求设定。-变幅循环模式：流量按照设定的曲线进行连续变化，如正弦波调制、梯形波等，模拟实际液压系统的工作循环特征。-启停循环模式：模拟设备间歇运行工况，流量在额定值和零之间循环切换，并在停机阶段保持一定的静态时间。各循环模式的主要参数（如流量上限、流量下限、循环周期、循环次数等）应在试验报告中明确记录，以便对不同试验结果进行比较和分析。4.4性能评价指标体系在循环流动条件下，过滤器元件的主要性能评价指标包括：循环工况过滤比（βxC）：在规定的循环流动条件下，过滤器上游油液中大于某给定尺寸（xμm(c)）的颗粒数量与下游油液中大于该尺寸的颗粒数量之比。βxC值的大小反映了过滤器在循环条件下对该尺寸颗粒的过滤效率，计算公式为：βxC=Nu/Nd其中，Nu为上游颗粒浓度，Nd为下游颗粒浓度。循环工况纳污容量（dustholdingcapacityundercyclicconditions）：在规定的循环流动条件下，从试验开始至达到规定终止压差（通常为制造商规定的最大允许压差，如300kPa或350kPa）时，过滤器元件累计截留的试验粉尘质量。由于循环工况下滤饼的反复形成与部分剥落，循环工况纳污容量通常与稳态条件下的纳污容量存在差异。循环工况压降特性（pressuredropcharacteristicsundercyclicconditions）：记录过滤器元件压差随时间的变化曲线。在循环流量条件下，压降曲线呈周期性波动特征，标准要求对压降波形的包络线、平均压差、最大压差峰值等参数进行记录和分析。抗循环疲劳性能（resistancetocyclicfatigue）：通过循环试验过程中过滤器元件是否出现结构损伤（如滤材破裂、端盖脱胶、中心骨架变形等）来评价其抗循环载荷能力。4.5试验程序与结果表达标准规定的试验程序主要包括以下步骤：第一步，试验准备阶段：按照标准要求准备试验装置、校准仪器、制备试验液和污染物悬浮液，将被试过滤器元件安装在试验壳体中，排除系统中的气泡。第二步，系统初始化：启动试验系统，调节流量和温度至规定初始条件，进行系统空白运行和背景颗粒浓度检测，确保满足试验起始条件。第三步，循环试验实施：启动循环流量控制程序，同时启动污染注入系统，使试验液中的污染物浓度达到目标值。在试验过程中，连续记录流量、温度、压差、上下游颗粒浓度等参数。第四步，试验终止条件判定：当过滤器元件压差达到规定的终止压差，或累计注入污染物量达到预定值，或过滤器元件发生结构性失效时，终止试验。第五步，数据整理与结果计算：对试验数据进行处理，计算各粒径档位的循环工况βxC值、纳污容量、压降特性参数等评价指标。第六步，试验报告编制：按照标准规定的格式编制试验报告，报告应包括试验条件、循环模式参数、被试过滤器元件信息、性能测试结果、试验曲线等完整内容，以确保结果的可追溯性和可重复性。五、主要起草单位与国际合作5.1标准制定组织架构ISO23369:2021由ISO/TC131（流体动力系统技术委员会）归口管理，具体由SC6（污染控制分技术委员会）负责起草。SC6分技术委员会秘书处长期由美国国家标准协会（ANSI）承担，主席和秘书分别来自美国流体动力领域的权威专家。SC6下设的工作组WG1（过滤器和过滤元件）具体承担了本标准的起草任务。在标准制定过程中，来自美国、德国、中国、日本、意大利、法国、英国、瑞典等主要工业国家的技术专家参与了起草和评审工作。各国专家分别代表了过滤器制造商、液压系统成套商、科研院所和用户方的利益与观点，通过多轮讨论和协商，最终形成了各方均能接受的标准文本。5.2代表性起草单位介绍ParkerHannifinCorporation（美国派克汉尼汾公司）ParkerHannifin作为全球运动与控制技术的领导者，是ISO23369制定过程中最活跃的起草单位之一。该公司总部位于美国俄亥俄州克利夫兰市，成立于1917年，是全球最大的液压与气动产品制造商之一，业务涵盖航空航天、工程机械、工业自动化、能源等广泛领域。在过滤器技术领域，ParkerHannifin旗下的FiltrationDivision在液