液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測的多次通過試驗方法?

劉混舉　郭瑞　李正江　劉混田　周俊麗　許聯航(.太原理工大學機械工程學院,山西省太原市,0004; .新鄉天翼過濾技術檢測有限公司,河南省新鄉市,45000; .中國神華神東煤炭分公司,陜西省神木市,796)

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液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測的多次通過試驗方法?

劉混舉1郭瑞1李正江2劉混田3周俊麗3許聯航3
(1.太原理工大學機械工程學院,山西省太原市,030024; 2.新鄉天翼過濾技術檢測有限公司,河南省新鄉市,453000; 3.中國神華神東煤炭分公司,陜西省神木市,719316)

摘 要針對礦用設備液壓系統過濾器檢測標準缺失的問題,首次將多次通過試驗法引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能的檢測中,通過多次通過試驗法對過濾器濾芯的過濾精度進行檢測,以此來評價過濾器濾芯的過濾性能。

關鍵詞液壓支架 反沖洗過濾器 精度檢測 多次通過法 乳化液 DT350型多通試驗臺

隨著自動化技術的發展,液壓技術已得到廣泛應用。但在實際應用過程中,往往會遇到許許多多的故障。根據國內外統計資料表明,液壓系統的故障大約有60%～70%是由于工作介質受污染所引起的,液壓過濾器是液壓系統中不可缺少的重要液壓輔件,其性能會直接影響到液壓元件壽命以及液壓系統的工作可靠性。過濾器(濾芯)的技術指標很多,其中最為重要的兩個指標為過濾精度和納污容量。

礦用液壓支架反沖洗過濾器是支架液壓系統中不可缺少的重要液壓系統輔件,其性能的優劣將直接影響到支架液壓系統的可靠性。在能源行業標準NB/T 51016－2014“煤礦用液壓支架過濾器”中規定了過濾器及濾芯的性能參數要求,但尚未有相關的試驗驗證工作,也未見相關文獻報道,因此無法得知該類過濾器真實的過濾精度和納污容量。針對這一問題,現將多次通過試驗法引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能的檢測中,以便對液壓支架反沖洗過濾器的性能進行科學合理的評判,從而對其過濾性能有準確的認識,便于用戶選擇合適的過濾產品。

1　液壓過濾器濾芯多次通過試驗方法簡介

GB/T18853－2002液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多通過試驗方法(ISO16889:1999液壓傳動過濾器)為國際上通油類過濾器普遍采用的過濾器(濾芯)過濾性能檢測國際標準。其工作原理如圖1所示,多次通過試驗系統由污染物注入系統A和過濾器試驗系統B兩部分組成,污染物注入系統將一定污染濃度的液體注入過濾器試驗系統油箱,過濾器試驗系統中的液壓泵將污染液體通過被試過濾器3,而被試過濾器3上下游的顆粒計數傳感器可檢測系統中顆粒污染物的數量。圖1所示系統可以模擬過濾元件在系統中的實際工作狀況,即污染物不斷地從外界浸入并在內部產生,過濾元件不斷濾除其中部分污染物,而未被濾除的部分在系統內循環并多次通過過濾元件。多次通過試驗法是一個較為成熟的檢測方法,在通油類過濾器的檢測中已經普遍使用,并且有較為成熟的標準可以參照,因此,可以將多次通過試驗法的基本原理引入到液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測中。

圖1　多次通過試驗系統原理圖

2　液壓支架反沖洗過濾器濾芯多次通過試驗條件的確定

2.1試驗參考標準

液壓支架反沖洗過濾器濾芯多次通過試驗所參照的標準為GB/T18853－2002以及NB/T51016 －2014,GB/T18853－2002標準為液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多次通過方法,NB/T 51016－2014標準為中華人民共和國能源行業標準—煤礦用液壓支架過濾器,其規定了液壓傳動濾芯在連續污染物注入條件下測定濾芯過濾精度(過濾比)及其納污容量的規程等。

2.2試驗設備

本次試驗設備所選用的是新鄉天翼過濾技術檢測有限公司所生產的DT350型多通試驗臺,試驗流量范圍為30～350 L/min,額定壓力可達2MPa。該試驗臺符合ISO16889以及GB/T18853中所規定的驗收條件,且該產品較為成熟,在市場上得到了廣泛的認可。

2.3試驗介質

標準GB/T18853－2002中并未強制規定試驗所用的介質,但要求油液黏度需保持在15±1.0mm2/s,確保試驗系統在試驗過程中處于紊流狀態,這樣才能防止試驗粉塵顆粒在試驗系統中大量沉降,進而得到較為準確的試驗結果。通油類過濾器的試驗介質國內常用YH15油液(40℃下的運動黏度值為15±1.0mm2/s,符合標準規定要求;油液呈紅色,易于試驗觀測),而支架反沖洗過濾器的工作介質為乳化液,在相同溫度下,運動黏度值大約5.0～6.0mm2/s,顯然無法滿足標準的要求。同時,顆粒計數系統對試驗介質的要求很高,其試驗介質的折射率將直接影響到顆粒計數系統的計量結果。YH15在40℃時的運動黏度接近15mm2/s,滿足相關標準的要求,且YH15油液在多次通過試驗臺中已有較多的應用,技術相對成熟,在后期調試時容易與顆粒計數系統配合完成多次通過試驗,所以最終決定選用YH15作為液壓支架反沖洗過濾器濾芯的試驗介質。

2.4試驗流量

本次試驗所選用的多通試驗臺流量范圍為30 ～350L/min。現行多次通過標準推薦在做多次通過試驗時,試驗時間建議在30～120min為最佳。由于液壓支架反沖洗過濾器濾芯過濾面積較小,相比通油類過濾器壓力上升很快,容易堵塞,為了達到良好的試驗效果,經過多次試驗,最終的試驗流量選擇為30L/min。

2.5試驗污染濃度選擇

根據GB/T18853－2002標準所推薦的最低污染濃度值3mg/L進行試驗時,由于液壓支架反沖洗過濾器濾芯的過濾面積較小,導致過濾器濾芯兩端壓差上升過快,試驗時間過短;再加之試驗正式開始時的前3min所得到的數據屬于不可靠數據,一般不予采用,所以在標準推薦的最低污染濃度下進行試驗,無法采集到有效可信的試驗數據,因此在進行了多組試驗比較后,最終將試驗污染濃度值設定為0.7mg/L。在該濃度下,所測得的濾芯過濾比數值較為可靠。

2.6極限壓差選擇

本次選用的多次通試驗臺的極限壓差最高可以達到800kPa,然而隨著試驗時間的增加,過濾器兩端的壓差會在短時間內急速攀升,如果將極限壓差設定為800kPa,會大大提高試驗臺的負擔,而且對試驗結果的影響并不顯著。經過多組試驗比較后,最終將極限壓差設定為400kPa。

3　液壓支架反沖洗過濾器濾芯的多次通過試驗

本次試驗設備為DT－350型多次通過試驗臺,配套試驗材料為YH－15油液、KZD－3顆粒計數器、ISO MTD試驗粉塵等,試驗流量為30L/min,試驗溫度為40±1℃。試驗時油液監測記錄數據如表1所示,試驗選取了某國產濾芯和某進口濾芯,并采用同一過濾器殼體,在相同試驗條件下進行試驗,其試驗結果見表1和表2。

表1　試驗油液監測記錄數據

表2　反沖洗過濾器濾芯過濾性能測試結果

3.1試驗結果分析

在通油類濾芯中,過濾精度是指過濾比β≥75時所對應的顆粒尺寸。參加試驗的兩組濾芯的標稱精度均為25μm,但從最終的試驗結果來看,無法確定過濾比在5以上時的顆粒尺寸,這是由于濾芯的過濾精度較低,而所用的標準粉試驗塵的大尺寸顆粒較少,且尺寸在50μm以上的顆粒很少見到,因此無法準確測試過濾比在5以上的顆粒尺寸,同樣β為10、75、100的試驗數值更難以測得。而在NB/T51016－2014標準中所定義的濾芯的過濾精度為過濾比β≥5時所對應的顆粒尺寸,從試驗結果可以看出,國產濾芯在過濾比值為2時所對應的顆粒尺寸是30.2μm,進口濾芯在過濾比值為2時所對應的顆粒尺寸是31.1μm。試驗結果表明國產濾芯的過濾精度略優于進口濾芯,但兩組濾芯的過濾精度都未達到其標稱的過濾精度25μm。

在GB/T18853－2002中規定濾芯納污容量的計算公式:

式中:CR——納污容量,g;

Mi——注入的污染物質量,g;

G80——在過濾器極限壓差的80%時,試驗油箱的重量污染度,mg/L;

Vf——試驗結束時,過濾器試驗系統油箱體積的測量值,L;

qd——下游排放和取樣流量,L/min;

tf——最終試驗時間,min;

Gb——上游基本重量污染度平均值, mg/L;

qu——上游取樣流量,L/min。

即納污容量等于試驗粉末注入總量與試驗結束時留在試驗系統中的污染物重量、從被試過濾器下游取樣口排出的污染物估值和從上游取樣口排出的污染物估值的差值。

該試驗報告的納污容量測定結果是完全按照GB/T18853－2002標準中所規定的方法進行測定的,最終得到的納污容量值為負數,不符合常理。經過分析認為系統中不可避免的出現少量的污染物顆粒沉降,雖然試驗系統本身符合標準中所規定的誤差,但是由于試驗濃度過小,加之濾芯本身的納污容量過低,所以少量的污染物顆粒沉降會對試驗產生較大的干擾,因此出現納污容量為負數值的情況。從注入污染物總量可以分析出,進口濾芯的納污容量略高于國產濾芯。

3.2試驗結論

本次試驗所用的兩組濾芯,其標稱精度均為25μm,經過多次通過試驗法對其進行檢測后表明,其實際精度達不到其標稱的精度;且兩組濾芯的納污容量很小,用多次通過試驗法難以準確測得濾芯的納污容量。

4　結論

目前市場上普遍使用的液壓支架反沖洗過濾器濾芯的過濾精度還無法滿足GB/T18853－2002標準和NB/T51016－2014標準的要求,濾芯的過濾性能有待提高;與此同時,濾芯納污容量的技術指標沒有得到足夠的重視,還沒有相應的參數要求。多次通過試驗法是一個成熟科學的檢測方法,可以對乳化液濾器濾芯的過濾性能有一個科學合理的評判依據,建議今后以乳化液為工作介質的過濾器濾芯可以用多次通過試驗法對其過濾精度以及納污容量技術指標進行檢測,對過濾器濾芯選型給予更好的指導。

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(責任編輯張毅玲)

Multi-passmethodforperformancetestexperimentofbackwashing filterelementinhydraulicsupports

LiuHunju1,GuoRui1,LiZhengjiang2,LiuHuntian3,ZhouJunli3,XuLianhang3
(1.CollegeofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan,Shanxi030024,China; 2.XinxiangTianyiFiltrationTechnologyTestingCo.,Ltd.,Xinxiang,Henan453000,China; 3.ChinaShenhuaShendongCoalBranchCompany,Shenmu,Shaanxi719316,China)

AbstractAimingatthelackofteststandardforhydraulicsystemfilterofmineequipment, itwasthefirsttimetointroducemulti-passtestmethodintoperformancetestofbackwashingfilterelementinhydraulicsupports.Thefilterprecisionoffilterelementwastestedtoevaluatethe filteringperformancebymulti-passtestmethod.

Keywordshydraulicsupport,backwashing,precisiontest,multi-passmethod,emulsion, DT350teststationformulti-pass

中圖分類號TD355 TD404

文獻標識碼A

基金項目:?中國神華能源股份有限公司科技創新項目(JSHT－2013－000)

作者簡介:劉混舉(1958－),男,山西河曲人,太原理工大學機械工程學院教授、研究生導師,主要從事機電液一體化技術、機械系統可靠性等研究工作。