過濾器多次通過試驗異常數(shù)據(jù)分析與診斷

莊海，梁圣偉，董錟

(1.航空工業(yè)過濾產品質量監(jiān)督檢測中心，河南新鄉(xiāng)453019;2.海軍航空裝備計量監(jiān)修中心，上海200436;3．空軍駐新鄉(xiāng)地區(qū)軍事代表室，河南新鄉(xiāng)453019)

眾所周知多次通過試驗是用以評定過濾器過濾性能的重要試驗項目。經過長期觀察以及對比分析后發(fā)現(xiàn)，有些多次通過試驗的試驗數(shù)據(jù)與正常試驗數(shù)據(jù)之間存在較大差異，這些異常的數(shù)據(jù)反映出過濾器本身或者試驗方面還存在問題。經過深入研究，發(fā)現(xiàn)這些異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)與過濾器自身設計、試驗臺的設計、生產加工環(huán)節(jié)等方面的失誤以及對過濾器過濾機制認識不足等方面有著必然的關聯(lián)，以下對這些方面加以分析以便找出以往對過濾器認識的不足。

1 過濾器多次通過試驗介紹

過濾器多次通過試驗就是模擬過濾器實際工作狀態(tài)，在多次通過試驗臺中不斷添加污染物，用被試過濾器不斷濾除其中污染物，而未被濾除的污染物再次經過試驗系統(tǒng)多次通過被試過濾器，并同時從被試過濾器上、下游采集數(shù)據(jù)用以評定被試過濾器過濾能力的方法。多次通過試驗示意圖見圖1。

圖1 過濾器多次通過試驗示意圖

目前，國際上以廣泛采用粒子計數(shù)法對多次通過試驗進行過濾性能的評定，液壓、機、燃油過濾器均出臺了相關的多次試驗標準。多次通過試驗標準見表1。

表1 多次通過試驗標準

續(xù)表1

2 多次通過試驗異常數(shù)據(jù)分析與診斷

在某些相同產品的多次試驗中，對比發(fā)現(xiàn)偶爾會出現(xiàn)一些有別于其他數(shù)據(jù)的情況，將這些數(shù)據(jù)定為異常數(shù)據(jù)并加以分析，發(fā)現(xiàn)這些數(shù)據(jù)之所以會與正常數(shù)據(jù)出現(xiàn)一定偏差主要是由過濾器設計缺陷、試驗臺自身問題、試驗安裝失誤這幾個方面造成的，下面對這幾方面逐個進行分析。

2.1 過濾器自身設計缺陷所造成的試驗異常數(shù)據(jù)

過濾器在進行多次通過之前經過了設計、加工、運輸?shù)榷鄠€環(huán)節(jié)，而經過研究發(fā)現(xiàn)這也是引起過濾器多次通過試驗數(shù)據(jù)異常的主要原因。

表2為某型號液壓過濾器在按照ISO 16889∶2008標準進行多次通過試驗出現(xiàn)的異常數(shù)據(jù)。在以往此型號產品的多次通過試驗過程中，過濾器各粒徑的過濾效率均是逐漸增長，過濾器的壓差也隨著污染物的注入逐漸增大直至試驗終止壓差。而從表2的試驗數(shù)據(jù)可以看到過濾器各粒徑的過濾效率并沒有逐漸增加的趨勢，大粒徑與小粒徑之間的過濾效率也無太大差異，且上游顆粒數(shù)一再增加，甚至超出濃度極限，而過濾器始終無法建立壓差，試驗時間無限延長，試驗在未達到試驗終止壓差時被迫停止。

表2 濾芯結構不完整造成的試驗異常數(shù)據(jù)

為此，對該過濾器進行了解剖分析，通過觀察該過濾器的內部情況，發(fā)現(xiàn)該過濾器的濾芯表面有一處明顯的裂縫，裂縫的深度直達濾芯內部，見圖2。

圖2 破損濾芯

就是因為該濾芯此處的破損使得上游污染物未經過濾就通過此破裂部位進入下游，這也就造成該過濾器沒有過濾效率，由于無法有效攔截到污染物使得過濾器壓差一直無法建立，也就造成試驗數(shù)據(jù)的異常。

表3是某型號液壓過濾器多次通過試驗的一組異常數(shù)據(jù)，從數(shù)據(jù)可以看到，試驗的前半程試驗數(shù)據(jù)表現(xiàn)正常，各粒徑的過濾比都是在逐步上升的，過濾器總成壓差上升趨勢也在逐步加大，但是在試驗進行到90%的時候，過濾比開始略有下降，總成壓差上升趨勢放緩，試驗又進行2 min后，過濾比突然接近于1，相當于過濾效率為零，而且總成壓差也隨之大幅降低，見圖3，試驗被迫中止。

圖3 試驗時間與總成壓差曲線

將過濾器卸下并進行拆解發(fā)現(xiàn)濾芯已經嚴重脫膠變形，見圖4。通過分析可以看出，當試驗進行到后期，濾芯由于無法承受壓差，骨架內陷，導致濾芯破裂變形，這是試驗系統(tǒng)上游污染物未經過濾通過濾芯，這也就導致過濾器過濾比大幅下降，而總成壓差急劇減低的原因。

經過上述分析，作者認為，造成第一種試驗異常數(shù)據(jù)的原因是由于過濾器端蓋設計不合理導致安裝時劃傷濾芯引起的，而第二種情況是正是因為設計時濾芯骨架選用的不合理，造成濾芯無法承受試驗壓力造成的，這些都屬于過濾器設計缺陷。

圖4 破損后的試驗濾芯

2.2 試驗設備問題所造成的試驗數(shù)據(jù)異常

目前，國內廠商生產的多次通過試驗臺在出廠之前都沒有認真地按照GB/T 18854-2002標準對多次通過試驗臺進行驗證，這就導致部分試驗臺存在設計缺陷，這將嚴重影響過濾器多次通過試驗數(shù)據(jù)的準確性。表4為某廠家生產的多次通過試驗臺進行過濾器多次通過試驗所得數(shù)據(jù)與正常多次通過試驗所得數(shù)據(jù)。

表4 多次通過試驗上游累計顆粒數(shù)平均值對比

通過表4可以看出，此次試驗是在一個相對較小的流量下 (2 L/min)進行的，而試驗的結果顯示該廠家生產的多次通過試驗臺進行過濾器多次通過試驗所得數(shù)據(jù)的上游累計顆粒數(shù)平均值要比正常的試驗數(shù)據(jù)少將近一半，這也就使得該廠商作出的過濾比相對正常值要低很多。

經過分析，發(fā)現(xiàn)該廠商多次通過試驗臺設計時的試驗流量范圍為20～100 L/min，而在此之前并未在2 L/min試驗流量下進行過試驗系統(tǒng)穩(wěn)定性驗證，由于試驗管路尺寸大，在2 L/min試驗流量下試驗液無法充滿管路，使得上游顆粒數(shù)減少，從而導致試驗數(shù)據(jù)異常。經過研究，認為在試驗中試驗系統(tǒng)呈現(xiàn)紊流狀態(tài)能夠得到穩(wěn)定的試驗數(shù)據(jù)。這就需要計算雷諾系數(shù)，通常情況下，雷諾數(shù)Re小于2 000的情況為層流情況，雷諾數(shù)Re在2 000～2 300的情況為過渡階段，雷諾數(shù)Re大于4 000為紊流狀態(tài)。

式中:Re為雷諾數(shù);D為管路直徑，mm;v為液流流速，m/s;ρ為油液密度，kg/m3;μ為動力黏度，Pa·s;γ為運動黏度，mm2/s。

2.3 制造加工中的失誤所造成的試驗數(shù)據(jù)異常

過濾器加工組裝過程中工序繁多，每項步驟都需要非常認真細致，任何一點小小的失誤都會引起數(shù)據(jù)的異常，表5就是因為試驗前安裝濾芯時，密封膠圈安裝不到位引起的數(shù)據(jù)異常。

表5 密封膠圈安裝不到位得到的數(shù)據(jù)

續(xù)表5

從圖5可以看出，由于工作人員安裝濾芯時的操作失誤使得濾芯密封膠圈不密封，這也就導致試驗時上游污染物直接通過未密封處進入下游，造成試驗數(shù)據(jù)的異常。而經過改進(見圖6)后試驗再次進行，表6為正常的試驗數(shù)據(jù)，通過表5和表6的對比可以發(fā)現(xiàn)兩者之間無論上下游顆粒數(shù)量還是過濾比都存在較大差異。

圖5 膠圈密封缺陷

圖6 膠圈正常安裝方式

表6 密封膠圈改進后的試驗數(shù)據(jù)

3 結論

通過研究發(fā)現(xiàn)，多次通過試驗異常數(shù)據(jù)的出現(xiàn)都是與過濾器設計制造的失誤、試驗環(huán)節(jié)疏漏、人員認知的不足等各個方面相關聯(lián)。有些過濾器缺陷在試驗前是不可知的，只有通過對多次通過試驗異常數(shù)據(jù)的分析與診斷才能大大提高在過濾器設計、制造、試驗等方面的認識，才能有效地避免上述情況的出現(xiàn)。

【1】夏志新．液壓系統(tǒng)污染控制［M］．機械工業(yè)出版社，1992．

【2】中國國家標準化管理委員會，中華人民共和國國家質量監(jiān)督檢驗檢疫總局．GB/T 18854-2002液壓傳動:液體自動顆粒計數(shù)器的校準［S］．北京:中國國家標準出版社，2002．