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(chǎn)品質(zhì)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(jīng)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(jīng)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(shè)計、試驗臺的設(shè)計、生產(chǎn)加工環(huán)節(jié)等方面的失誤以及對過濾器過濾機制認(rèn)識不足等方面有著必然的關(guān)聯(lián)，以下對這些方面加以分析以便找出以往對過濾器認(rèn)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(jīng)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(guān)的多次試驗標(biāo)準(zhǔn)。多次通過試驗標(biāo)準(zhǔn)見表1。

表1 多次通過試驗標(biāo)準(zhǔn)

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(chǎn)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(shè)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(shè)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(jīng)過了設(shè)計、加工、運輸?shù)榷鄠€環(huán)節(jié)，而經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)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(chǎn)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(jié)構(gòu)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(nèi)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(nèi)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(jīng)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(dāng)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(jīng)嚴(yán)重脫膠變形，見圖4。通過分析可以看出，當(dāng)試驗進行到后期，濾芯由于無法承受壓差，骨架內(nèi)陷，導(dǎo)致濾芯破裂變形，這是試驗系統(tǒng)上游污染物未經(jīng)過濾通過濾芯，這也就導(dǎo)致過濾器過濾比大幅下降，而總成壓差急劇減低的原因。

經(jīng)過上述分析，作者認(rèn)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(shè)計不合理導(dǎo)致安裝時劃傷濾芯引起的，而第二種情況是正是因為設(shè)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(shè)計缺陷。

圖4 破損后的試驗濾芯

2.2 試驗設(shè)備問題所造成的試驗數(shù)據(jù)異常

目前，國內(nèi)廠商生產(chǎn)的多次通過試驗臺在出廠之前都沒有認(rèn)真地按照GB/T 18854-2002標(biāo)準(zhǔn)對多次通過試驗臺進行驗證，這就導(dǎo)致部分試驗臺存在設(shè)計缺陷，這將嚴(yán)重影響過濾器多次通過試驗數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。表4為某廠家生產(chǎn)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(jié)果顯示該廠家生產(chǎn)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(jīng)過分析，發(fā)現(xiàn)該廠商多次通過試驗臺設(shè)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(dǎo)致試驗數(shù)據(jù)異常。經(jīng)過研究，認(rèn)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(rèn)真細(xì)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(dǎo)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(jīng)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(jié)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(shè)計制造的失誤、試驗環(huán)節(jié)疏漏、人員認(rèn)知的不足等各個方面相關(guān)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(shè)計、制造、試驗等方面的認(rèn)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(biāo)準(zhǔn)化管理委員會，中華人民共和國國家質(zhì)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(zhǔn)［S］．北京:中國國家標(biāo)準(zhǔn)出版社，2002．