幾種高精度濾材的過濾比、測(cè)試方法及其設(shè)備

王海剛 李正江 梁 艷 戴天翼

(新鄉(xiāng)市東風(fēng)過濾技術(shù)有限公司)

過濾與分離

幾種高精度濾材的過濾比、測(cè)試方法及其設(shè)備

王海剛*李正江 梁 艷 戴天翼

(新鄉(xiāng)市東風(fēng)過濾技術(shù)有限公司)

介紹了幾種高精度玻纖濾材的測(cè)試結(jié)果，并進(jìn)行對(duì)比、分析。提出了一種更科學(xué)全面的濾材檢測(cè)方法及相關(guān)檢測(cè)設(shè)備。該方法以多次通過為核心，采用在線顆粒計(jì)數(shù)器為檢測(cè)元件。還介紹了檢測(cè)設(shè)備的硬件結(jié)構(gòu)、工作原理。

濾材 過濾精度 過濾比 濾材通用標(biāo)準(zhǔn) 試驗(yàn)設(shè)備 過濾

自從液壓技術(shù)誕生以來(lái)，液壓系統(tǒng)的微顆粒污染就成為液壓技術(shù)發(fā)展的大敵。液壓過濾器是液壓設(shè)備中不可缺少的重要液壓污染控制附件。近年來(lái)，隨著液壓技術(shù)的快速發(fā)展，人們對(duì)液壓過濾器也提出了更高要求。但目前，我國(guó)在過濾材料檢測(cè)方面仍是一個(gè)空白，缺少相應(yīng)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)設(shè)備。這已成為制約我國(guó)過濾器發(fā)展的一個(gè)重要瓶頸。國(guó)內(nèi)許多濾材廠家缺少相應(yīng)的濾材驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)及高精度的檢測(cè)設(shè)備，不能保證濾材的品質(zhì)。由于這些原因，國(guó)內(nèi)許多知名企業(yè)在過濾器選型時(shí)，往往不選用國(guó)產(chǎn)過濾器。我們深為我國(guó)過濾器產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀擔(dān)憂。

筆者 （戴天翼）結(jié)合自身近50年的從業(yè)經(jīng)驗(yàn)，自主研發(fā)了 “濾材多次通過試驗(yàn)臺(tái)”，并制定了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)CFS/T 8007—2010《通油過濾材料—多次通過測(cè)試方法》（行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，待批準(zhǔn)）。同時(shí)經(jīng)過對(duì)目前國(guó)內(nèi)外過濾材料大量的試驗(yàn)、對(duì)比、分析，總結(jié)出大量試驗(yàn)數(shù)據(jù)。現(xiàn)特別針對(duì)幾種高精度玻纖濾材進(jìn)行討論。

1 幾種濾材的測(cè)試結(jié)果

筆者對(duì)幾家濾材生產(chǎn)廠家三類不同精度 （5 μm、10μm、20μm）的玻纖濾材進(jìn)行了檢測(cè)，檢測(cè)所得的數(shù)據(jù)如表1和圖1～圖4所示。從這些檢測(cè)數(shù)據(jù)不難看出，這三類玻纖濾材的測(cè)試結(jié)果差異較大，并且與標(biāo)稱精度相符的濾材非常少，大部分濾材與標(biāo)稱精度相差較多。

表1 幾種標(biāo)稱5μm濾材的過濾比β值測(cè)試結(jié)果對(duì)比

我們經(jīng)過多次試驗(yàn)，還發(fā)現(xiàn)同一卷濾材取樣位置不同，試驗(yàn)結(jié)果也不同，且數(shù)據(jù)差異較大。例如標(biāo)稱5μm的濾材，同卷測(cè)試三個(gè)部位其精度分別是13μm、22μm、30μm。這種現(xiàn)象在檢測(cè)實(shí)踐中很常見。由此可見，我們所使用的濾材，其標(biāo)稱精度跟實(shí)際精度存在較大差異。這種情況直接影響到過濾器濾芯的設(shè)計(jì)、制造和使用。由于濾材精度的原因，往往最終導(dǎo)致過濾器總成過濾效果降低。

圖5所示為筆者對(duì)某廠家的同種規(guī)格、不同銷售地點(diǎn)的濾材所作的檢測(cè) （不同顆粒尺寸下的過濾比β值）。從檢測(cè)結(jié)果可以判斷：這絕對(duì)不是同一種濾材。這個(gè)試驗(yàn)結(jié)果也是我們?cè)谂既恢邪l(fā)現(xiàn)的。對(duì)偶然一次的試驗(yàn)數(shù)據(jù)不能輕易下結(jié)論，因此我們反復(fù)地對(duì)比試驗(yàn)，驗(yàn)證了所作的試驗(yàn)結(jié)論準(zhǔn)確無(wú)誤。這就充分說(shuō)明，目前濾材市場(chǎng)也是魚龍混雜，存在假冒偽劣商品。

圖1幾種標(biāo)稱5μm濾材過濾比測(cè)試結(jié)果

圖2幾種標(biāo)稱10μm濾材過濾比測(cè)試結(jié)果

圖3幾種標(biāo)稱20μm濾材過濾比測(cè)試結(jié)果

圖4幾種標(biāo)稱5μm濾材相同壓降下的納污量

圖5兩種濾材試樣過濾比試驗(yàn)曲線

在2002年，筆者 （東風(fēng)公司董事長(zhǎng)戴天翼）在河北工作時(shí)，曾看到過國(guó)外公司的已經(jīng)判定為 “不合格”的成卷濾材被運(yùn)到中國(guó)銷售，并且這種 “進(jìn)口”濾材在國(guó)內(nèi)銷售還非常好。2007年，我們又發(fā)現(xiàn)了類似現(xiàn)象，新鄉(xiāng)一家公司購(gòu)買的 “名優(yōu)”濾材 （5μm濾材）制成的濾芯運(yùn)到用戶手中，用戶使用過程中發(fā)現(xiàn)并非5μm濾材，這就給用戶造成了嚴(yán)重的損失，這家公司也因此承擔(dān)了應(yīng)有的責(zé)任。另外，還有一種現(xiàn)象就是：國(guó)內(nèi)有的公司代銷國(guó)外知名品牌濾材，但卻用國(guó)內(nèi)濾材以次充好。用戶將濾材拿到新鄉(xiāng)檢測(cè)，于是假濾材原形畢露。

2 分析與思考

看到以上這些檢測(cè)數(shù)據(jù)及出現(xiàn)的這些情況，許多過濾器廠家都束手無(wú)策。究其原因，正是因?yàn)閲?guó)內(nèi)目前還沒有相關(guān)的濾材檢測(cè)通用標(biāo)準(zhǔn)，也沒有專用的濾材檢測(cè)設(shè)備，用戶只能按照濾材生產(chǎn)廠家所標(biāo)稱的精度去使用。也正因?yàn)槿绱?，一些?guó)內(nèi)知名的企業(yè)才會(huì)在過濾器的選型上放棄國(guó)產(chǎn)品牌。

如今國(guó)內(nèi)各個(gè)行業(yè)都在逐步與國(guó)際接軌，中國(guó)過濾器行業(yè)要適應(yīng)形勢(shì)的發(fā)展，也必須加快與國(guó)際過濾器行業(yè)接軌的步伐。目前，國(guó)內(nèi)電子行業(yè)快速發(fā)展，這也為過濾器行業(yè)發(fā)展帶來(lái)很大的幫助。例如，顆粒計(jì)數(shù)器的國(guó)產(chǎn)化，大大降低了試驗(yàn)臺(tái)的成本，同時(shí)也使一些企業(yè)重新審視其是否使用或生產(chǎn)過濾器。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)有幾家過濾器公司使用了過濾器成品多次通過試驗(yàn)臺(tái)，說(shuō)明國(guó)內(nèi)過濾器廠家和用戶對(duì)什么是 “好的”過濾器有了新的認(rèn)識(shí)。因此，我們有足夠的理由相信：未來(lái)幾年中，誰(shuí)先掌握過濾器的檢測(cè)技術(shù)，誰(shuí)就將首先占據(jù)未來(lái)中國(guó)過濾器市場(chǎng)的主導(dǎo)地位。

3 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

由于目前國(guó)內(nèi)尚缺少相關(guān)的濾材檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，本文試驗(yàn)所采用的標(biāo)準(zhǔn)是筆者 （戴天翼）結(jié)合自身近50年的過濾檢測(cè)技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，自行編制的過濾行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：CFS/T 8007—2010 《通油過濾材料—多次通過測(cè)試方法》，CFS/T 8002—2010《濾材孔徑測(cè)試方法》。目前，筆者正致力于相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的起草編制工作。相信通過不懈的努力，相關(guān)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)不久即將問世。

本文所用標(biāo)準(zhǔn)及濾材的檢測(cè)流程如圖6所示。

4 測(cè)試設(shè)備

4.1 試驗(yàn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)及原理

圖6 濾材檢測(cè)流程

本文所采用的檢測(cè)設(shè)備——濾材多次通過試驗(yàn)臺(tái)，同樣是筆者經(jīng)過多年對(duì)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的反復(fù)研究而設(shè)計(jì)研發(fā)的，其結(jié)構(gòu)如圖7所示。濾材多次通過試驗(yàn)臺(tái)是多次 （即連續(xù)）通過被試濾材，連續(xù)加入污染物并用在線顆粒計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的試驗(yàn)臺(tái)。它主要由濾材試驗(yàn)系統(tǒng)、污染物注入系統(tǒng)、顆粒計(jì)數(shù)器及其配套的稀釋系統(tǒng)所組成。

圖7 濾材多次通過試驗(yàn)臺(tái)

濾材試驗(yàn)系統(tǒng)主要包括以下部分：

（1）油箱。90°錐底的油箱，回油在油面以下擴(kuò)散。這種結(jié)構(gòu)油箱能夠消除水平底部可能帶來(lái)的污染物沉淀。

（2）系統(tǒng)用泵。選用在工作壓力下對(duì)污染物相對(duì)不敏感的泵。泵的機(jī)構(gòu)不應(yīng)改變?cè)囼?yàn)污染物的顆粒尺寸分布。齒輪泵和一些類型的柱塞泵能夠達(dá)到上述要求。離心泵和步進(jìn)式容積泵很難滿足要求。

（3）凈化過濾器。應(yīng)能夠使系統(tǒng)的污染度達(dá)到試驗(yàn)方法所要求的程度。采用高納污容量的過濾器，目的是提高經(jīng)濟(jì)效果；同時(shí)，采用多個(gè)過濾器或大過濾器，使得單位面積的流量較小。

污染物注入系統(tǒng)主要包括以下部分：

（1）油箱。其結(jié)構(gòu)和要求與試驗(yàn)系統(tǒng)相同。由于其容積較大，污染物注入油箱后需采用攪拌裝置進(jìn)行攪拌混合。

（2）泵。選擇對(duì)磨損泥漿完全不敏感的泵。離心泵和步進(jìn)式容積泵適用。

（3）凈化過濾器。納污容量是其最重要的考慮因素，其它因素和濾材試驗(yàn)系統(tǒng)相同。

在線顆粒計(jì)數(shù)器系統(tǒng)及其配套的稀釋系統(tǒng)，按ISO 11943要求設(shè)計(jì)。

4.2 試驗(yàn)條件

對(duì)玻纖濾材做多次通過試驗(yàn)，試驗(yàn)參數(shù)如下：

（1）試驗(yàn)流量1 L/min；

（2）試驗(yàn)用油YH-10；

（3）被試濾材有效過濾面積100 cm2；

（4）注入污染物的濃度10mg/L；

（5） 最終壓降 200 kPa；

（6）污染物為ISO 12103-A3所規(guī)定的中級(jí)試驗(yàn)灰。

4.3 計(jì)算公式

試驗(yàn)所用的計(jì)算公式都是按照ISO 16889的有關(guān)公式演變而來(lái)的。其中，濾材的納污量Cr為：

式中qi——注入污染液平均流量，L/min；

Gi——單位體積污染液中顆粒含量，mg/L；tf——達(dá)到最終壓力差所需的時(shí)間，min。

未被攔截的試驗(yàn)灰質(zhì)量Mia（g）為：

式中Vf——試驗(yàn)結(jié)束時(shí)，注入系統(tǒng)油液體積的

測(cè)量值，L；

G80——在濾材達(dá)極限壓降的80%時(shí)，試驗(yàn)

油箱中污染液的顆粒含量，mg/L；

qd——試驗(yàn)系統(tǒng)下游物料取樣流量，L/min；

Gb——試驗(yàn)系統(tǒng)上游重量污染度平均值

（污染物中顆粒含量），mg/L；

qu——試驗(yàn)系統(tǒng)上游物料取樣流量，L/min。

4.4 過濾比的測(cè)試

所謂過濾比，即過濾前單位流體中大于某一尺寸顆粒的數(shù)量與過濾后單位流體中大于某一尺寸顆粒數(shù)量之比，用β表示。過濾比的計(jì)算如下所述。

加入污染顆粒之前系統(tǒng)中殘留污染顆粒數(shù)量在試驗(yàn)條件規(guī)定的范圍內(nèi)時(shí)，

式中A——過濾前單位流體中顆?？倲?shù) （大于某尺寸顆粒）;

B——過濾后單位流體中顆?？倲?shù) （大于某尺寸顆粒）。

本文的有關(guān)過濾比測(cè)試數(shù)據(jù)系按上述公式計(jì)算，并由試驗(yàn)臺(tái)控制軟件自動(dòng)生成計(jì)算結(jié)果。

試驗(yàn)臺(tái)控制界面如圖8所示。

圖8 濾材多次通過試驗(yàn)臺(tái)控制界面

5 結(jié)語(yǔ)

隨著過濾技術(shù)的不斷發(fā)展，目前制約中國(guó)過濾器產(chǎn)業(yè)的真正瓶頸，正是國(guó)內(nèi)缺少過濾行業(yè)相關(guān)的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)及檢測(cè)設(shè)備。只有通過各大濾材及過濾器生產(chǎn)廠家的重視及通力合作，盡快推動(dòng)相關(guān)行業(yè)檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)，才能進(jìn)一步提高國(guó)內(nèi)過濾器生產(chǎn)制造水平，才能早日實(shí)現(xiàn)中國(guó)過濾器產(chǎn)業(yè)與國(guó)際接軌，這對(duì)中國(guó)民族過濾器工業(yè)的發(fā)展有著至關(guān)重要的作用。

[1]戴天翼.過濾器——設(shè)計(jì)、制造和使用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2009.

[2]戴天翼.液壓過濾器過濾精度標(biāo)稱的現(xiàn)狀與發(fā)展 [J].液壓與氣動(dòng)，1995(4)：3-6.

[3]ISO 16889：1999.液壓傳動(dòng)—過濾器—測(cè)定過濾特性的多次通過法 [S].

TQ 05

2010-12-13)

*王海剛，男，1982年11月生，助理工程師。新鄉(xiāng)市，453002。