液力涡流过滤器过滤性能试验-上海联兵环保免费电话：400-600-5030

摘要:介绍了液力涡流过滤器的分离机理,分析了在对润滑油中固体颗粒分离的过程中,油液的性质对过滤效率的重要性,并且对影响过滤效果的因素进行了试验研究。结果表明,油温和流量等参数对分离的效果有密切关系,油液温度越高,对颗粒的分离效果越好;当流量超过100 L/min时,温度达到65℃,过滤器对粒径大于10μm的颗粒有良好的过滤效果。
关键词:液力涡流过滤器;过滤效率;流量
中图分类号:TH137.8　　文献标识码:A　　文章编号:1001-2354(2007)04-0051-03
工作液体的污染直接影响系统工作可靠性和元件寿命。有关统计表明,液压系统70%以上润滑液压系统的故障源于液压油液的颗粒污染,随着液压工业的发展,液压系统的污染控制已经成为液压技术界的重要技术课题。
军用车辆传动油液中的主要污染物是摩擦元件和其他零件的磨损产物,以及生产或维修之后残留在传动装置内的异物,这些污染物严重缩短了液压各系统元件的使用寿命,造成液压系统的功能失灵等故障。因此,恰当地选用油液过滤器是保证液压系统的性能和提高液压系统与有关部件正常使用寿命的必要手段,对保障军用车辆传动装置的正常工作和战技指标的正常起着重要作用。目前,在欧美国家和我国的传动装置液压系统中,通常采用过滤介质的过滤器,其体积大,滤芯因不易清洗一般为一次性使用,并且使用周期短,成本高。而液力涡流过滤器是靠离心力进行分离杂质的,具有尺寸小,质量轻,成本低等优点,已经在国内外一些军用车辆上使用,然而在国内对其相关的研究很少。文中在实际使用条件下,对过滤器的过滤性能进行试验研究。
1　主要结构与分离机理
1.1　结构概述
液力涡流过滤器结构示意图如图1所示,主要结构在图中标出,溢流口上端与液压系统管道相接,底流口下端与集尘室相接,其中圆锥段是过滤器的关键部位,颗粒的分离主要在其内部进行。过滤器各个组成部分均为固定元件,当润滑油以一定的初速度进入过滤器的内部,便会在离心力和重力的作用下形成螺旋流,最后从溢流口和底流口流出。这种过滤器的公称直径D=35 mm,Do和Du分别为过滤器上部溢流和下部底流口的直径,Do=0.43D,Du=0.17D,圆柱段长度h1=0.97D,圆锥段h2=3.31D,锥角β=8°。
1.2　分离机理
为考核滤清效果,选取的是使用了400 h的润滑油,其中固体杂质体积含量小于0.5%,液相中的固相浓度较低时,固相颗粒间的距离较大,相互间的作用及影响很小,尺寸和密度不同的颗粒各自以自己不同的速度沉降,这时固相颗粒处于自由沉降状态,颗粒沿径向沉降,离心沉降的速度随着位置半径的增大而不断增大。

固液两相同时进入过滤器,在圆锥段形成螺旋流,在涡流中的各种不同质量的物质,所受的离心力不同;显然,在单位体积内固体(金属)杂质的密度远大于液相的密度,因此,在螺旋流中固体颗粒所受的离心力比油液的大,在离心力的作用下,质量越大的固体越容易向涡流的外层运动,最终沿着过滤器的器壁流入集尘室,达到过滤效果。由过滤机理可以得到颗粒在过滤器横截面上的运动轨迹,如图2所示。

2　试验台架和试验方法
2.1　试验台架
试验件是液力涡流过滤器,相应的配套设备还包括:转速转矩传感器ZJ-2000、便携式颗粒计数器、流量计、加温器、节流阀、标准压力传感器、电动机、取样阀、金属探针点温计和红外点温计等。试验台布置见图3。由于试验系统没有带负载,因此,通过节流阀来调节系统的压力。在节流阀的下游有一流量计,通过调速电动机的转速来调节齿轮泵的转速,达到实际的流量。在过滤器的上下游各安装了标准压力传感器和取样阀,用来实时监测过滤器进出口压力和试验中取样,然后对油样进行分析,最后求得这种过滤器的过滤效率。

2.2　试验方法
2.2.1　进出口压力
通过控制节流阀,使液力涡流过滤器溢流口处的压力为某一实际工况值不变,改变进口流量和温度,测试进口压力的变化。
2.2.2　过滤效率
试验的最终目的是监测这种过滤器的过滤性能,过滤效率是衡量过滤器过滤能力的一个重要指标。过滤效率定义为进口油液单位体积中大于某一x尺寸的颗粒数与溢流口油液中的颗粒数之差,再和进口油液颗粒数目之比,用ηx表示,其表达式:

其中颗粒的数目是由该试验中采用的便携式颗粒计数器(PODS)得出。便携式颗粒计数器监测的颗粒尺寸范围:(4~100)μm(ISO-MTD),是世界上第一台按照最新的ISO11171:1999标准使用ISO-MTD,在出厂标定时使用美国国家标准技术局(NIST)测试粉末SRM2806,其大小和浓度分布重复性好,计数的精度高。便携式颗粒计数器在本试验中用于测量污染物的数量,从而计算得出过滤效率。实物如图4所示。

3　试验结果分析
试验开始之前,在油箱中加入CD 15W/40多用途润滑油,加温至40℃,调节电机的转速,使通过过滤器的流量为100 L/min,调节节流阀,控制溢流口处压力为1.35 MPa,测量进出口压力,过滤器进出口压力随时间的变化如下。
图5是在流量为100 L/min时得到的压力随油温的变化图,从图中可以看出,液力涡流过滤器进出口压力之差随油温的增加而增大,由于流量的脉动较大,使进出口的压差有所波动。

调节转速,使流量控制在110 L/min左右,在不同温度下从进出口取样,温度为62℃时取油样1;65.1℃时取油样2;67.5℃时取油样3;73.4℃时取得油样4。测得不同油样每10mL中污染颗粒的含量如表1所示。从表中可以看出,对于粒径在4.0μm和6.0μm之间的颗粒出口数目比进口时还要多,其原因:油液虽然经过了超声波振荡,大的气泡已经破碎,但油液中还是会含有大量的微小气泡,这样会使颗粒计数器在计算颗粒数目时产生误差;同时也可能是计数器的分析误差造成这种现象。
由表1做出了不同油样的过滤效率图,如图6。从图中可以看出,这种过滤器对固体颗粒的分离起到了一定的效果,随着油温的增加,油液的粘度降低,过滤器的过滤效率增加;同时发现大颗粒的过滤效果有所降低,这是由于单位体积的油液中含有的固体颗粒数目很少,计算结果会有偏差。

4　结论
(1)液力涡流过滤器的过滤性能受温度和流量的影响很大,温度越高流量越大,其过滤性能越好;
(2)当油温超过65℃时,这种过滤器对10μm以上的颗粒过滤效果较好,能够保证润滑油的清洁度要求;
(3)在高温高压下对液力涡流过滤器进行试验,试验结果较好,说明了这种过滤器可靠性高;
(4)与介质型滤油器相比,不存在污染物阻塞滤网而使过滤性能下降的情况,并且这种过滤器采用金属材质,在使用期间,过滤性能变化不大,使用的寿命长。
(5)试验表明液力涡流过滤器能够较好地满足车辆液压系统对滤油器的性能要求。
 

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