关于滤油器滤芯几个重要参数的解读-论文

1、叉 车 技 术 圆 圈 关 于 滤 油 器 滤 芯 几 个 重 要 参 数 的 解 读 广西柳工机械股份有限公 司 口刘清榕覃映昶 【 摘要】 概述了滤油器过滤比p 、 纳垢容量、 压差特性等重要选型参数， 提 出选型 时需要注意过滤比8 稳定性、 初始压差等容易被选型者忽视的重要参数。指出新材 料玻璃纤维滤芯一些性能上的优越性。 关键词】 滤油器滤芯过滤比 b 纳垢容量过滤比 b 稳定性 滤油器作为液压 系统 的重要辅件之一 ， 其作用为使被污染的液压油 中绝大部分 固体 颗粒杂质阻留在滤油器上游。一般滤油器的 性能参数为过滤精度、 过滤比b 、 过滤效率、 纳 垢容量。而过滤比 b的稳定性

2、、 初始压力值 等重要参数往往被滤油器选用者忽视。在欧 洲， 一些参数作为滤芯技术的重要评判标准 两年前被提出， 其中就包括过滤比3 的稳定 性、 初始压力值等。除了通过改善滤芯的有 效过滤面积提高滤油器的过滤效率， 改善滤 芯的纳垢容量延长滤油器的使用寿命等外 ， 目前国外应用新的滤芯材料成为提高滤油器 性能的重要途径之一。 早在 2 0 0 9年初， 以 s ta u t t 公司为首的国 际知名企业就推出了新一代滤芯。新的滤芯 材料性能指标出众 ， 就是玻璃纤维这种滤芯 材料， 虽然 目前很多滤芯制造商也使用类似 的滤芯材料， 但因为其成本高， 或制造商未能 真正意识到新材料滤芯的优越性

3、 ， 故在 国内 一 直未能将其性能优越最大化。下面就该种 新材 料技术 的滤芯性 能关键参数做 简单解 析 ， 供大家设计匹配时参考。 l 过滤 比 b 关于额定精度在二十世纪八十年代末是 这样表示 的： 记 录的过滤 比即所谓 的 8值 7 5 。例如某过滤器额定精度为5 tma ， 这个滤芯 用过滤比定义就是 7 5 。到 2 0世纪 9 o年 2 6 代中期 ， 大多数公司都转 向定义 b2 0 0 。如 今为了提高产 品竞争力 ， 有些 国际企业宣传 的 p 值甚至大于 1 0 0 0 。但是不管如何描述， 其重点都是基于微粒 的测量。1 9 9 9年 由于对 液体自动颗粒计数器校准

4、的标定转换， 于是 过滤精度都涉及到微粒大小的换算问题， 具 体换算值如表 l ( 微粒大小换算表) 所示。 表 1 微粒大小换算表 aa e s i n l s i z e ( i s o 4 4 0 2 ： 1 9 9 1 ) ( 玛0 1 l l 7 1 ： 2 0 0 4 ) 颗粒 大小单位 ： ,t t m 3 5 1 5 6 4 1 o 9 8 2 0 1 7 5 过滤 比p 值的具体推导公式如下 ： 1364 篙 一7 5 或 = 2 0 o( 2 ) 注 ： 此时计 算所得的值相 当于 i s 0 4 4 o 2标准 中微 粒数为 5 m n时 的过滤 比。 以某两个公司生产的

5、某几种滤芯为实验 对象 ， 按照国际标准 i s 0 4 5 7 2 评定液压 滤油 器滤芯过滤性能的多次通过试验法 ， 在同一 个实 验 台上， 使 用相 同 的参数 及 试验 标 准 ( i s 0 1 6 8 8 9 ) ， 对三个不 同的滤芯样本 进行试 验 ， 测试数据如表 2 ( 测试数据) 所示。 叉 车 技 术 圆 目 表 2 测试数据 参 数 微粒大小 过滤比b 微粒大小 过滤比b 微粒大小 过滤比8 微粒 大小 过滤比b 单 位 ：ta n 平 均 值 单 位 ： ,a n 平 均 值 单 位 ：a n 平 均 值 单 位 ：ta n 平 均 值 s a mp l e a

6、4 1 8 0 o 1 0 o 0 o l o o 0 0 s a mp l e b 5 1 0 9 21 0 1 3 7 2 0 0 l 7 1 o 0 0 o s a r i i b ) ( 2 2 2 4 0 1 7 o 0 2 9 0 o s a mpl e a 4 9 21 0o 1 0。 0 0 1 o 0 0 o s a m p l e b 6 3 2 1 o 4 5 o 1 4 l 0 0 0 o 1 8 1 0 o o 0 s a mp l e x 6 5 4 5 0 2 0 0 0 3 0 0 o s a mp l e a 7 7 5 2 0o l 0 0 0 0 l 0

7、0 0 0 s a mp l e b 7 6 0 l 1 8 oo 1 5 7 2 o 0 1 9 l o 0 o 0 s a m p l e x l 7 o 7 2 & 5 o 3 l 0 o s a mp l e a 5 5 0 l 0 0 o o 1 0 0 0 0 1 o 0 o 0 mp l e b 8 8 5 1 2 2 7 0 o 1 6 1 o 0 o o 2 0 1 0 0 0 o s a mp l e x 2 o o 9 5 0 3 0 0 o 3 2 0 o 注： 根据标准， 应使用最小 p 值来定义过滤比， 但为了方便起见， 表中给出的是平均 p 值。 将测试数据绘制成

8、 图表 以便后序进行分 物不全都是球形 ， 其形状一般是不规则的 ， 对 析， 如图 l ( 不同滤芯过滤微粒大小与过滤比 于扁长形颗粒， 第二最大尺寸大于绝对精度 平均 b 值测试图) 所示。 值的颗粒仍有可能通过滤油器到达下游 油液 多项测试i s 0 1 6 8 8 9 13 值 ( 平均值) 5 7 e 0 、 1 2 3 5 l $ i 8 1 9 2 0 l 畦 t1 l ， 图 i 不同滤芯过滤微粒大小与过滤比 平均 b 值测试 图 注 ： s a m p l e a与 s a m b为 同一公 司不同 系列产 品， s a mp l e x为其它公司的同类型产品。 从以上 测试

9、实例 中看 出， 不 同的滤 芯平 均 g 值随微粒数大小变化而 不 同， 我们 可 以 用内插法 ， 求 出平均过滤 比为某 个 固定值时 所对应的颗粒尺寸值。 在图表 中可 以看 到 ， 有 些滤芯 即使 微粒 很大也能通过。这是因为油液 中的颗粒污染 中。目前液压 系统 、 液压元件对液压 油的污 染度要求都很高， 因为是较大的颗粒或“ 碎 片” 会在短 时间内对系统或元件造成严重 的 损害。例如从 图 1中， 曲线 s a mp l e x所示的 滤芯 ， 会让大小为 1 6 ran 及 2 0 t m a 的微粒通过 ， 当 8 =2 0 0 0时非常明显。 从图 1中我们还 能清楚

10、的看到 ， 同一个 滤芯可 以定 义为 8 2 0 0时为一个 7 5 t t m的 滤芯， 也可以定义为 8 1 0 0 0时为一个 9 4 a n 的滤芯。滤油器对不同尺寸颗粒 的滤除能力 是不同的 ， 因而对 不 同尺寸颗粒的过滤 比也 不相 同。也 就是说 ， 同一滤芯对 于不 同尺寸 的颗粒具有不 同的过滤 比。因此 ， 在判断滤 芯时 ， 必须在知道精度和微粒测量值 的同时 ， 也要了解相应 的过 滤 比 p值 ， 才 能更加准确 地判断一个滤芯的过滤性能。 根据上述过滤 比的计算 公式 ( 式 1或式 2 ) ， 则可 以很方便 地将过滤 比变换为过滤效 27 叉 车 技 术 圆

11、 圈 率 ， 以颗粒数表示的过滤效率 e ( 对于某一固 定尺寸的颗粒 ) 可用 下式表达过 滤比与过滤 效率的对应关系式 ： d 滤前 6 4 n 颗粒数 一滤后 6 4 颗粒数 也 丽 丽霞 一 ：1 一 1 ( 3 ) f 4 从式 3看出过滤 比和过滤效率有很确定 的对应关 系， 但是过滤 比却 比过滤效率具有 更高的分辨力。过滤颗粒尺寸为 6 4 的滤 芯 ， 与过滤效率 0 9 9 0与 0 9 9 5对应的过滤 比 则可能为 1 0 0和 2 0 0 ， 虽 然过滤 效率相差甚 微 ， 而过滤比却相差整整 1 倍 。 2 纳垢 容量 滤芯 的纳垢 容量是通 过 多次试验 得到 的

12、 ， 滤芯的实际纳垢 容量应是试验 总时间内 注入的试验粉尘总量减去未被滤除而残 留在 系统油液内的和随取样 油液排 出的部分 ( 具 体计算可参见 i s 0 4 5 7 2 ) 。滤芯实际的纳垢容 量主要与滤芯的尺寸( 过滤面积) 和过滤精度 有关。 用几个不同的玻璃纤维滤芯为试验样本 完成滤芯多次通过试验 ， 得出以下曲线 ， 如图 2 ( 不同玻璃纤维滤芯的压降曲线及其所达到 的纳垢容量曲线图) 。 多项测试 i s 0 1 6 8 8 9 市场 ： 般的玻璃纤维滤芯 纳瓣 褥 醚 f 1 莳嘲外较好 朐瑷l煅 维滤 ， 【 b n ” 一一 国外最新系列玻璃纤维滤芯 一 。 ， 一一

13、 - ， r- 。 。 一 ， j 籼 一 - -u ； 0 0 5 0 1 0 0 i 5 0 2 0 0 ： 5 0 嬲 鸯 ( 图 2 不同玻璃纤维滤芯的压 降曲线及 其纳垢 容量 曲线图 图 2显示了不同玻璃纤维滤芯典型的压 降曲线 ， 以及它们所达到的纳垢 容量图。无 论来 自哪个制造商的滤芯或玻璃纤维的生产 商 ， 玻璃纤维滤芯 的实 际特性都不会有太大 2 8 区别 。 首先 ， 玻璃纤维滤芯 的压降从一个较小 的压降开始 ， 在整个多通过试验测试的 7 0 一 9 5 都处于缓 慢上升的阶段 ， 但是 当每个滤 芯使用到大约最后 1 0 2 0 寿命时 ， 曲线 的斜率陡然变大

14、， 即滤芯被污染后压降突然 变大 ， 该滤芯的实际寿命并没有延长， 反而滤 芯损坏无法发现的危险却是急剧上升。这将 导致液压油被严重污染 ， 给 昂贵 的液压部件 带来巨大的危害， 甚至导致整个系统瘫痪 ， 直 至停机。 从图 2中还可 以看 出， 国外最新系列的 玻璃纤维滤芯滤油器 ， 在相同压降值下 ， 纳垢 容量相对其它滤芯有 了大幅度改善。其从根 本上改善了滤芯的压降变化情况， 延长了滤 芯的使用寿命 。在滤芯工作 的前 7 5 一8 5 寿命期内， 压降始终缓慢上升 ， 即可以提前判 定滤芯被污染 的程度 ， 减少油液污染对液压 部件 、 液压系统等的严重损伤。 同时， 我们根据纳垢

15、 容量所包含 的微粒 数计算出某一滤芯在压降上升时， 其过滤比p 的稳定性。如图 2中最左边和最右边两条曲 线 所示 。 左侧曲线 中 ： 当ap=l b a r 时 ， 纳垢 容量 约为 8 5 g ， 当ap =2 b a r 时， 纳垢容量约为 1 1 5 g； 右侧曲线 中： 当p=l b a r 时 ， 纳垢容 量 约为 l 5 8 g ， 当ap=2 b a r 时 ， 纳垢 容量约 为 1 8 8 g； 右侧曲线代表以国外某公 司最新 系列玻 璃纤维滤芯的压降与纳垢容 量曲线 图， 当压 降同样增加 l b a r 时 ， 新玻璃纤维滤芯的纳垢 容量更好 ， 换言之其过滤 比 p

16、 更稳定。 3 初始压降 滤油器的总压降需在滤芯清洁及工作温 度状态 下计算 ， 其中具体 的工 程机械产品在 不同的工况使用情况下 ， 其油温不尽相同， 此 时需按实际工作 温度计算。例 如， 一般制造 叉 车 技 术 圆 圈 商会给出壳体的压差流量曲线， 对于工程机 械类产品 ， 该流量 曲线一般适用 于密度为 0 8 6 k g d m且运动粘度为 3 0 m m s的矿物油。这 种情况下 ， 压 降与密度成正 比例变化 。同时 制造商会给出滤芯流量 系数 ， 可按 照 以下公 式可 以计算出滤油器 的总压降。 p 总：p 壳 体+ 芯 ( 4 ) 滤芯的初始压降是指滤芯在开始工作时 能

17、够 承受 的压力 差值 。而 对初 始压 降 的降 低 ， 可以在很多方 面带来实用的好处 。首先， 滤油器在新的工作系统 中工 作时 ， 在干净的 滤芯达到其最大允许压降之 前 ， 可 以实现较 大的流量。如 图 2所示 ， 其 中可 以看 出市场 上一般玻璃纤维滤芯 的初始压 力要 比国外玻 璃纤维滤芯 的初 始压 降高。其 次， 对于现有 的工作系统 ， 不改变过滤器大小和流量， 只要 降低压 降一项 ， 就可提高系统 的能效。还有 就是降低滤芯的初始压降 ， 对滤芯 的过滤 比 l 3 稳定性有正面的影响。 4 压差特性 油液流经滤油器时 由于油液运动和粘性 阻力的作用 ， 在滤油器

18、的入 口和 出口之间产 生一定的压差。影响滤油器压差 的因素主要 有 ： 油液 的粘度和 比重 ， 通过 流量 ， 过滤精度 以及滤芯 自身的结构参数等等 。 滤油器的压差为壳体和滤芯两部分压力 损失之和。由于油液流经壳体某些部位局部 呈紊流状态 ， 但是油液经过过滤介质时， 一般 为层流状态， 因而清洁滤芯 的压差流量特性 为线性关系。 下面我们以某公司生产的某型号的过滤 器玻璃纤维 滤芯压 差流量特性 曲线 为例， 简 单加以分析。示例过滤器滤芯压差流量特性 曲线如图 3 ( 压差流量特性 曲线 ) 。当在压差 一 定的情 况下， 增大玻璃纤 维滤芯过滤面积 是提 高通过 流量 的一种 途径 。 j ， 、 。 ? i 。 f ， j 口 卅 即 流 量 n 酬 图 3 压差流量特性 曲线 5总结 在选择滤 芯时 ， 我们必须 要注意 到过滤 精度 、 过 滤 比、 压差特性等参数时 ， 更要 注意