摘 要:过滤器是控制支架液压系统固体颗粒污染物的主要元件,其过滤性能的正确评定关系到液压系统污染控制目标能否实现。文章通过DT350型乳化液过滤器滤芯测试平台进行多次通过试验,测试某煤炭生产企业购买的滤芯的过滤性能并验证ISO 12103-1 A3和11957 D分级试验粉末对多次通过试验结果的影响,为煤炭生产企业过滤器的合理选择提供参考,同时为制定科学合理的评价标准提供依据。
关键词:过滤器;过滤性能;多次通过
在高产高效的现代化矿井中,液压支架是保证生产安全的重要装备。其运行的稳定性和可靠性不仅关系到煤矿的生产效率,而且决定着生产设备和人员的安全问题。根据液压支架故障的统计数据分析,绝大多数的故障来自液压系统,并且液压系统的油液污染是造成故障的主要原因。在液压支架系统中,过滤器可以滤除绝大部分污染物,起到保护液压系统的作用[1]。如果液压支架过滤器过滤性能不合格,就不能保证乳化液的清洁度,液压元件工作在严重污染的乳化液介质中,极易导致故障,影响液压支架的正常使用。
1 过滤器滤芯过滤性能参数
液压支架过滤器是保护液压系统的主要元件,其过滤性能的正确评价关系到液压系统污染控制目标能否实现,可以保障液压系统工作性能和使用可靠性。通常情况下,评价液压支架过滤器的性能指标主要有初始冒泡点压力、过滤比、过滤精度以及压降特性等[2]。
1.1 初始冒泡点压力
按照滤芯检测标准,将待检测的样品浸入体积浓度95%的工业酒精中,向滤芯内部通入一定压力的气体,慢慢增大压力。当滤芯表面出现一串连续气泡时,此时气体的压力就是此检测滤芯的初始冒泡点压力。通过初始冒泡点压力可以检测滤芯结构是否存在破损和缺陷等,如滤材出现破损、焊缝不严、端盖黏合不紧密等,这些缺陷都会导致初始冒泡点压力偏低,达不到规定值。在煤矿设备中,NB/T51016-2014煤矿用液压支架过滤器标准规定过滤精度为25 μm的围网式滤芯其初始冒泡压力不小于1 250 Pa。
1.2 过滤比
过滤比是指处于过滤器上、下游的单位体积油液中所含有大于某一给定尺寸的颗粒污染物的数量之比,通常用βx表示,x表示给定的尺寸。
βx=
.
(1)
式中:Nu为上游单位体积油液中大于给定尺寸的颗粒数,个/mL;Nd为下游单位体积油液中大于给定尺寸的颗粒数,个/mL。
1.3 过滤精度
国标GB/T20079-2006 [3]定义过滤精度为过滤器滤芯所能有效捕获(βx(c)≥100)的最小颗粒尺寸x(c),以微米为计量单位。而NB/T51016-2014煤矿用液压支架过滤器标准中过滤精度定义为:过滤精度所能有效捕获(βx(c)≥5)的最小颗粒尺寸x(c),同样以微米为计量单位。
1.4 过滤效率
过滤器拦截的固体颗粒污染物数量和加入过滤器上游数量的比值称为过滤效率,通常用E表示,其关系式如下:
E=
=1-
.
(2)
1.5 压降特性
压降是液压介质流经过滤器时产生的压力损失,随着过滤器滤芯使用时间的增加,过滤器滤芯逐渐堵塞,两端的压降逐渐升高,当压力达到一定值时过滤器滤芯的使用寿命达到极限,因此压降也是判定过滤器滤芯使用寿命的重要指标。在满足过滤性能的前提下其压降越小越好。
1.6 纳污容量
在规定的试验条件下,过滤器滤芯的压降达到规定的极限压降时所能拦截的污染物总量,该指标能够反映过滤器使用寿命的长短。
2 结构完整性试验
依据ISO 2942 液压传动-滤芯结构完整性检验标准,对4只滤芯做结构完整性试验,试验数据如表1所示。
表1 滤芯结构完整性试验数据
Table 1 Test data of fabrication integrity of filter elements
根据试验数据,此4种滤芯满足NB/T51016-2014煤矿用液压支架过滤器对初始冒泡压力的要求,符合结构完整性要求,可以进行后续试验。
3 过滤精度及过滤比的多次通过试验
目前,测试过滤器过滤性能的方法为多次通过试验法,该试验法能够真实的模拟过滤器实际使用过程,测试的结果能够真实反映过滤器的过滤性能,多次通过试验方法[4-5]是模拟液压系统中的实际工作情况,外部侵入和内部产生的污染物随着油液不断地循环。当经过过滤器时,部分污染物被拦截,未被拦截的污染物随着系统继续循环,然后再次经过过滤器。
DT-350型多次通过试验系统的原理如图1所示。主要包括试验循环系统、污注搅拌系统、试验辅助系统三部分。
A.污染物注入系统;B.过滤器性能试验系统
1-油箱;2-泵;3-被试过滤器;4-颗粒技术系统;5-节流阀;6-净化过滤器;7-流量计;8-温度调节器;9-温度计;10-取样阀;11-压差计;12-压力表;13-扩散器;14-截止阀;15-单向阀;16-可选油箱回路;17-节流阀(用于背压);18-可选旁通回路.
图1 多次通过试验系统原理图
Fig.1 Multi-pass test system
1)试验循环系统。试验循环系统是实施多次通过试验的主要位置,所以其设计要符合规定要求,管路没有流动死区、油液要处于紊流状态、避免颗粒沉降的死角等,对测试颗粒的要求要符合GB/18853-2002标注的规定。
2)污注搅拌系统。污注搅拌系统主要是为试验循环系统提供规定浓度的试验油液,所以其性能要求要符合规定。例如,在油样的重量污染度方面,和标准规定的偏差必须在±10%范围内,油样之间的偏差在平均值的±5%范围内。同时,向试验循环系统中注入试验油液的流量必须设计成可调的,并且规定了流量的偏差在±5%的范围内。
3)试验辅助系统。试验辅助系统主要起辅助作用,调节试验循环系统和污注搅拌系统的油液体积。同时,在试验完成后净化试验油液,保证多次通过试验的顺利进行。
3.1 试验目的
依据GB/T18853-2002多次通过试验标准[6],使用MTD(ISO12103-1,A3 Medium Test Dust)中级试验粉尘和11957D 20 μm～40 μm分级试验粉尘对液压支架过滤器滤芯进行多次通过试验,测试滤芯的过滤性能以及验证试验粉尘对过滤器过滤性能评价指标的影响。不仅对煤炭生产企业使用的几种滤材过滤性能的优劣进行了对比和分析,还可以为选择合适的标准试验粉尘、制定更加合理的过滤器多次通过试验标准提供依据,形成科学合理的评价体系。MTD中级试验粉尘和11957D 20 μm～40 μm分级试验粉尘的最大体积颗粒尺寸分布如表2所示。
表2 MTD和11957D颗粒尺寸分布
Table 2 Particle size distribution of MTD and 11957D
3.2 试验方案
选取某煤炭生产企业购买的两种液压支架滤芯,测试两种滤芯的过滤性能,考察两种试验粉尘与滤芯过滤性能的关系,通过试验数据分析哪种粉尘更能准确地显示液压支架滤芯的过滤性能。
试验参数设定为:试验油液温度(40±1) ℃;系统流量60 L/min;上游基本重量污染度1 mg/L;试验极限压差400 kPa。
3.3 试验结果
依据GB/T18853-2002液压传动过滤器-评价滤芯过滤性能的多次通过方法[6-7],进行多次通过试验,1、2号滤芯为同一厂家同一型号,3、4号滤芯为同一厂家同一型号。1、3号滤芯用MTD(A3)粉尘进行试验,2、4号滤芯用11957D分级试验粉尘进行试验,结果如表3所示。
表3 滤芯多次通过试验数据
Table 3 Multi-pass test data of filter elements
4 讨论
1)过滤器滤芯过滤性能的评定。分别对比1、3号滤芯和2、4号滤芯的试验数据,发现1号滤芯比3号滤芯的纳污容量大,2号滤芯比4号滤芯的纳污容量大。当β=5时,1、2、3、4号滤芯的过滤精度分别为30.8、28.6、38.5、33.2。根据试验数据,可以判定1、2号滤芯的生产厂家生产的滤芯过滤性能高于3、4号滤芯的生产厂家。然而两个厂家的滤芯都没有达到厂家标定的标准。液压支架滤芯的多次通过试验可以为煤炭生产企业选择滤芯厂家提供参考。
2)试验粉末对测试结果的影响。对于不同厂家的液压支架滤芯,随着试验时间的延长,使用11957 D分级试验粉末的β值比使用MTD试验粉末的数值高。因为11957 D粉末颗粒集中分布区域的颗粒直径为20 μm～40 μm,比MTD粉末颗粒集中分布的颗粒直径大(如表2所示),而液压支架滤芯的过滤精度(25 μm)和11957D粉末颗粒集中分布区域的颗粒直径比较接近,而MTD粉末颗粒接近此数值的颗粒数量较少,不能准确地反映液压支架的过滤性能。因此,11957D粉末更适合液压支架过滤器滤芯的多次通过试验。
