多次通過試驗對濾清器過濾性能設計改進的幫助

馬鵬杰

(航空工業(yè)過濾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，河南新鄉(xiāng) 453019)

多次通過試驗對濾清器過濾性能設計改進的幫助

馬鵬杰

(航空工業(yè)過濾產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢測中心，河南新鄉(xiāng) 453019)

新型號濾清器的過濾性能會因設計工藝的改進而變化。不同設計方案必須通過濾清器過濾性能的檢測，才能保證定型產(chǎn)品性能合格。對某型濾清器進行試驗并分析其試驗結(jié)果。

濾清器；過濾性能；試驗；分析

0 引言

在流體系統(tǒng)污染控制中起到關鍵作用的部件就是過濾器。通常情況下，不同流體機械系統(tǒng)需要不同型號的過濾器加以配套。一個新型號過濾器定型前，往往需要先設計并制造出樣件，并進行過濾器的各項性能檢測。依據(jù)試驗數(shù)據(jù)所體現(xiàn)的性能來有針對地改進不合格項，使其最終滿足預期設計指標。因此，在過濾性能檢測領域使用科學的試驗方法、標準規(guī)范來獲得可靠的試驗數(shù)據(jù)，并以此來體現(xiàn)該過濾器的各項性能，對過濾器的改進起到科學的指引作用。不同型號的過濾器，其選型、設計、加工工藝等方面均有差異。在設計生產(chǎn)之初所被賦予的性能對于保障流體系統(tǒng)的安全運行至關重要。沒有科學可靠的數(shù)據(jù)就難以保障該新型號過濾器能否達到預期使用要求，由此可見客觀分析對比過濾器在改進過程中試驗數(shù)據(jù)的重要意義。

1 試驗條件的選擇

1.1 試驗標準的選定

過濾器性能評定涵蓋方面較廣，常見的如平均過濾比、平均過濾效率、納污容量、結(jié)構(gòu)完整性等。另外，濾清器因其介入的系統(tǒng)不同從而分為空氣濾清器、燃油濾清器、機油濾清器等，不同類型產(chǎn)品的檢測，其技術(shù)規(guī)范往往是不同的。一個新型號設計之初會有預期的指標需求，在試驗之前可以根據(jù)這個預期的使用需求和過濾器的種類來選取相應標準規(guī)范作為試驗標準。某公司的機油濾清器所選取的ISO4548-12:2000是內(nèi)燃機用全流量潤滑油過濾器的試驗方法第12部分：采用顆粒計數(shù)法測定濾清器效率和納污容量。按照ISO4548-12:2000標準，使用多次通過法對濾清器進行試驗用以得到10、20、30 μm(c)三擋粒徑的平均η(平均過濾效率，%)值，從而驗證該濾清器10、20、30 μm(c)的過濾性能是否達到預期使用要求。

1.2 其他條件的選擇

在選定試驗標準后，試驗之前仍要確定試驗的具體參數(shù)以及選擇能夠?qū)崿F(xiàn)該參數(shù)的試驗臺。通常情況下，試驗標準中會有相應的推薦參數(shù)，另外可根據(jù)具體情況選擇適合的參數(shù)。一般應以相應的試驗標準參數(shù)為準，同時保持同一型號的若干件過濾器的試驗參數(shù)一致連貫，從而使試驗結(jié)果可比性更強。根據(jù)濾清器所使用的ISO4548-12:2000標準，具體試驗參數(shù)見表1。

表1 某型濾清器的試驗參數(shù)

ISO4548-12:2000標準中使用的試驗粉塵為ISO MTD。試驗介質(zhì)YH-15在所選擇的35 ℃試驗環(huán)境下其油液黏度為15 mm2/s，保證了油液黏度(15±1) mm2/s的技術(shù)要求。MPTB-70-30多次通過試驗臺可以滿足大于8.0 L/min的試驗流量，因此選擇此試驗臺進行試驗。

濾清器的樣件如圖1所示,其濾芯與殼體為一整體，在加工成成品前，根據(jù)ISO4548-12:2000的標準要求,其濾芯經(jīng)過結(jié)構(gòu)完整性的檢驗，保證過濾器在實驗和實際使用過程中不會出現(xiàn)旁通現(xiàn)象，這也是多通實驗的前提之一。

試驗參數(shù)確定后，最后要檢驗MPTB-70-30多次通過試驗臺是否滿足開始試驗的條件,保證多次通過試驗臺的試驗系統(tǒng)指標合格以及污注系統(tǒng)滿足試驗條件。

ISO4548要求符合下列情況認為試驗系統(tǒng)合格：

(1)每次在10 μm和20 μm測取的顆粒計數(shù)與相應的粒徑的平均顆粒計數(shù)之差不得超過10%；

(2)所有在大于10 μm通道內(nèi)測取的顆粒計數(shù)平均值不小于750 個/mL，且不大于1 000 個/mL；

(3)所有在大于20 μm通道內(nèi)測取的顆粒計數(shù)平均值不小于70 個/mL，且不大于120 個/mL。

污注系統(tǒng)也要滿足以下條件：

(1)在流量與污染物質(zhì)量方面，采用最大流量、最大質(zhì)量污染物度，要求有足夠的時間進行攪拌，使污染物充分混合，攪拌時間為15 min；

(2)時間方面要求2 h，并且取樣都是以30 min抽取1次，對油樣進行分析。同時還要驗證取樣流量；

(3)對每次取樣油的雜質(zhì)質(zhì)量濃度要求4次樣油平均值在±5%以內(nèi)，且各次測量的注入流量之間的偏差不超過平均值的±5%。

2 過濾器性能試驗

滿足以上條件后，待試驗系統(tǒng)油液過濾干凈，將濾清器安裝到試驗臺上，確保上下游連接順序正確。如圖2所示的MPTB-70-30多次通過試驗臺的試驗系統(tǒng)自動化程度很高，在試驗中作者關心的系統(tǒng)溫度控制、污注流量控制、記錄試驗數(shù)據(jù)等方面均實現(xiàn)了自動控制，只要在控制界面輸入相應的數(shù)據(jù)即可通過試驗臺中的傳感器和PLC控制器實現(xiàn)系統(tǒng)預期參數(shù)的穩(wěn)定。試驗程序方面重點有：要求調(diào)整試驗溫度來保證油液的黏度在(15±1.0) mm2/s范圍內(nèi)(即溫度控制)，記錄清潔濾清器總成的壓差，計算清潔濾芯的壓差，測量注入流量、試驗結(jié)束時試驗系統(tǒng)體積、污注系統(tǒng)體積等。MPTB-70-30通過內(nèi)置的溫度傳感器、壓力傳感器、計量泵可以自主實現(xiàn)作者所關心數(shù)據(jù)的控制和記錄，最終以圖表和數(shù)據(jù)表的形式存儲在計算機中，可依據(jù)試驗記錄整理得出檢測報告。圖3為多次通過法試驗系統(tǒng)原理圖。

在試驗時，污注系統(tǒng)以50 mL/min的穩(wěn)定流量，經(jīng)試驗油箱連續(xù)向試驗系統(tǒng)注入污染物，用壓差指示器監(jiān)測被試過濾器兩端的壓降并每分鐘記錄一次，從濾清器的上下游取樣點采取油樣，直到濾清器壓差達到規(guī)定的極限壓差70.0 kPa時試驗結(jié)束。對油樣進行顆粒計數(shù)分析，統(tǒng)計顆粒數(shù)量。通過對試驗過程中采集的試驗數(shù)據(jù)的分析計算,得出該濾清器的過濾效率、壓降流量特性和納污容量。

3 試驗結(jié)果的分析對比

為保證能夠達到預期使用需求，先后對某型濾清器進行了多次試驗。圖4—6分別為5次試驗中10、20、30 μm(c)粒徑的過濾效率對比，圖7為5次試驗的壓差隨時間變化趨勢。

圖4—6中X軸為時間軸，折線的終點為該過濾器達到極限壓差、試驗結(jié)束的狀態(tài)，折線點越靠右則試驗時間越長。Y軸表示過濾效率，其折線點越高效率越高。

由圖4所示的 10 μm(c)過濾效率對比的擬合曲線可以得出表2。

表2 10 μm(c)過濾效率對比 %

由圖5所示的 20 μm(c)過濾效率對比的擬合曲線可以得出表3。

表3 20 μm(c)過濾效率對比 %

由圖6所示的30 μm(c)過濾效率對比的擬合曲線可以得出表4。

表4 30 μm(c)過濾效率對比 %

多通試驗1號樣件對10 μm(c)平均過濾效率僅為17.9%，20 μm(c)平均過濾效率為54.4%，30 μm(c)平均過濾效率僅為93.4%。10 μm(c)擋的過濾效率過低，20 μm(c)擋的過濾效率與試驗預期仍有差距，30 μm(c)擋的大顆粒過濾效率達到較高水平。由此分析，該樣件對20 μm(c)以下的顆粒過濾性能較差，尤其是10 μm(c)以下顆粒過濾效率嚴重不達標，建議著重改進設計提高對小顆粒的過濾能力。

多通試驗2號樣件對10、20、30 μm(c)三擋的過濾效率都在97%以上，改進了1號樣件過濾效率低的缺點。但是從圖7中可看出：該樣件在試驗開始后，壓差迅速升高至極限壓差，也就說其使用壽命明顯短于預期。由于過濾器不同性能之間的相互制約，提升過濾效率的同時可能會引起使用壽命相對縮短。在高效率、長壽命、大納污容量、低流阻這些優(yōu)良性能間找到一個最佳平衡點，就是一個型號設計成功的標志。但是2號樣件在改進1號樣件缺點的同時，使得該型號壽命指標大幅下降，且2號樣件的初始流阻較大。2號樣件并沒有很好地達到預期設計目標，建議在改進設計時應著重與1號樣件相比較。

多通試驗3號樣件在10、20、30 μm(c)三擋的過濾效率幾乎與1號樣件重合，流阻相對優(yōu)于同效率的1號樣件。此次總結(jié)了2號樣件壽命過短的問題并加以改進，但是3號樣件同1號樣件一樣存在小顆粒過濾效率過低的問題。因此，該次試驗未達到預期效果，仍應著重解決10 μm(c)粒徑的過濾效率問題。

多通試驗4號樣件相對于1號、2號樣件整體提高了其各粒徑的過濾效率，使用壽命較3號來說大幅增加，應該說較好地解決了前3組試驗出現(xiàn)的問題。4號樣件過濾效率隨試驗時間的增加呈下降趨勢，尤其以10 μm(c)擋整體降幅最為明顯，20、30 μm(c)擋該樣件在壓差加速上升階段也出現(xiàn)了過濾效率下降的情況。此次試驗數(shù)據(jù)意味著該過濾器在正常使用壽命的中后期將不能保證良好的過濾性能。如果能在過濾性能大幅下降前，使得過濾器達到極限壓差并報警，就可以保證整個使用過程中的過濾效率。

多通試驗5號樣件過濾效率在5個樣件中整體較高，且在整個試驗階段都維持較為穩(wěn)定的過濾性能。在到達極限壓差前，并沒有出現(xiàn)像4號樣件中過濾效率大幅下降的趨勢，可以有效保證在使用壽命內(nèi)均能實現(xiàn)有效過濾。5號樣件使得1號、2號樣件效率低與3號樣件壽命短的矛盾得到較好的平衡，且解決了4號樣件在使用壽命的中后期性能大幅下降的問題。總體來講通過不斷改進，最終5號樣件過濾性能最為優(yōu)越，滿足了預期的設計要求。

4 結(jié)論

一種型號過濾器性能的好壞，在試驗數(shù)據(jù)中可以較為科學地體現(xiàn)出來。新型號過濾器的設計在選型、材料、加工工藝等諸多方面影響著該型號的最終過濾性能。從某型號濾清器的5次試驗中不難看出，科學的試驗數(shù)據(jù)能一針見血地指出樣品的缺點。不同的性能缺陷往往與某些工藝設計有關，突出解決試驗中暴露的問題，就使得型號改進更有針對性。通過不斷的試驗，積累大量科學的數(shù)據(jù)，并從中吸取經(jīng)驗教訓，對提高過濾器的工藝設計水平意義重大。

【1】ISO 4548 12:2000內(nèi)燃機全流式機油濾清器試驗方法 第12部分 用顆粒計數(shù)法測試過濾效率和納垢容量[S].

Help of Multi-pass Test to Improve Design of Filter Filtration Performance

MA Pengjie

(Aviation Industry Filtration Product Quality Supervision and Test Center, Xinxiang Henan 453019, China)

Performance of new type of filter filtration will be changed by designation improvement. Different design schemes for filters should be test to ensure the filtration performance of the products. Some type of filter was tested and the results were analyzed.

Filter; Filtration performance; Test; Analysis

2015-06-03

馬鵬杰(1989— )，男，本科，工程師，從事顆粒度計量及過濾產(chǎn)品的檢測工作。E-mail:yywkfb@sina.com。