过滤器多次通过试验异常数据分析与诊断

2014-03-19庄海梁圣伟董锬

机床与液压 2014年7期

庄海，梁圣伟，董锬

(1.航空工业过滤产品质量监督检测中心，河南新乡453019;2.海军航空装备计量监修中心，上海200436;3．空军驻新乡地区军事代表室，河南新乡453019)

众所周知多次通过试验是用以评定过滤器过滤性能的重要试验项目。经过长期观察以及对比分析后发现，有些多次通过试验的试验数据与正常试验数据之间存在较大差异，这些异常的数据反映出过滤器本身或者试验方面还存在问题。经过深入研究，发现这些异常数据的出现与过滤器自身设计、试验台的设计、生产加工环节等方面的失误以及对过滤器过滤机制认识不足等方面有着必然的关联，以下对这些方面加以分析以便找出以往对过滤器认识的不足。

1 过滤器多次通过试验介绍

过滤器多次通过试验就是模拟过滤器实际工作状态，在多次通过试验台中不断添加污染物，用被试过滤器不断滤除其中污染物，而未被滤除的污染物再次经过试验系统多次通过被试过滤器，并同时从被试过滤器上、下游采集数据用以评定被试过滤器过滤能力的方法。多次通过试验示意图见图1。

图1 过滤器多次通过试验示意图

目前，国际上以广泛采用粒子计数法对多次通过试验进行过滤性能的评定，液压、机、燃油过滤器均出台了相关的多次试验标准。多次通过试验标准见表1。

表1 多次通过试验标准

续表1

2 多次通过试验异常数据分析与诊断

在某些相同产品的多次试验中，对比发现偶尔会出现一些有别于其他数据的情况，将这些数据定为异常数据并加以分析，发现这些数据之所以会与正常数据出现一定偏差主要是由过滤器设计缺陷、试验台自身问题、试验安装失误这几个方面造成的，下面对这几方面逐个进行分析。

2.1 过滤器自身设计缺陷所造成的试验异常数据

过滤器在进行多次通过之前经过了设计、加工、运输等多个环节，而经过研究发现这也是引起过滤器多次通过试验数据异常的主要原因。

表2为某型号液压过滤器在按照ISO 16889∶2008标准进行多次通过试验出现的异常数据。在以往此型号产品的多次通过试验过程中，过滤器各粒径的过滤效率均是逐渐增长，过滤器的压差也随着污染物的注入逐渐增大直至试验终止压差。而从表2的试验数据可以看到过滤器各粒径的过滤效率并没有逐渐增加的趋势，大粒径与小粒径之间的过滤效率也无太大差异，且上游颗粒数一再增加，甚至超出浓度极限，而过滤器始终无法建立压差，试验时间无限延长，试验在未达到试验终止压差时被迫停止。

表2 滤芯结构不完整造成的试验异常数据

为此，对该过滤器进行了解剖分析，通过观察该过滤器的内部情况，发现该过滤器的滤芯表面有一处明显的裂缝，裂缝的深度直达滤芯内部，见图2。

图2 破损滤芯

就是因为该滤芯此处的破损使得上游污染物未经过滤就通过此破裂部位进入下游，这也就造成该过滤器没有过滤效率，由于无法有效拦截到污染物使得过滤器压差一直无法建立，也就造成试验数据的异常。

表3是某型号液压过滤器多次通过试验的一组异常数据，从数据可以看到，试验的前半程试验数据表现正常，各粒径的过滤比都是在逐步上升的，过滤器总成压差上升趋势也在逐步加大，但是在试验进行到90%的时候，过滤比开始略有下降，总成压差上升趋势放缓，试验又进行2 min后，过滤比突然接近于1，相当于过滤效率为零，而且总成压差也随之大幅降低，见图3，试验被迫中止。

图3 试验时间与总成压差曲线

将过滤器卸下并进行拆解发现滤芯已经严重脱胶变形，见图4。通过分析可以看出，当试验进行到后期，滤芯由于无法承受压差，骨架内陷，导致滤芯破裂变形，这是试验系统上游污染物未经过滤通过滤芯，这也就导致过滤器过滤比大幅下降，而总成压差急剧减低的原因。

经过上述分析，作者认为，造成第一种试验异常数据的原因是由于过滤器端盖设计不合理导致安装时划伤滤芯引起的，而第二种情况是正是因为设计时滤芯骨架选用的不合理，造成滤芯无法承受试验压力造成的，这些都属于过滤器设计缺陷。

图4 破损后的试验滤芯

2.2 试验设备问题所造成的试验数据异常

目前，国内厂商生产的多次通过试验台在出厂之前都没有认真地按照GB/T 18854-2002标准对多次通过试验台进行验证，这就导致部分试验台存在设计缺陷，这将严重影响过滤器多次通过试验数据的准确性。表4为某厂家生产的多次通过试验台进行过滤器多次通过试验所得数据与正常多次通过试验所得数据。

表4 多次通过试验上游累计颗粒数平均值对比

通过表4可以看出，此次试验是在一个相对较小的流量下 (2 L/min)进行的，而试验的结果显示该厂家生产的多次通过试验台进行过滤器多次通过试验所得数据的上游累计颗粒数平均值要比正常的试验数据少将近一半，这也就使得该厂商作出的过滤比相对正常值要低很多。

经过分析，发现该厂商多次通过试验台设计时的试验流量范围为20～100 L/min，而在此之前并未在2 L/min试验流量下进行过试验系统稳定性验证，由于试验管路尺寸大，在2 L/min试验流量下试验液无法充满管路，使得上游颗粒数减少，从而导致试验数据异常。经过研究，认为在试验中试验系统呈现紊流状态能够得到稳定的试验数据。这就需要计算雷诺系数，通常情况下，雷诺数Re小于2 000的情况为层流情况，雷诺数Re在2 000～2 300的情况为过渡阶段，雷诺数Re大于4 000为紊流状态。