多次通过试验对滤清器过滤性能设计改进的帮助

马鹏杰

(航空工业过滤产品质量监督检测中心，河南新乡 453019)

多次通过试验对滤清器过滤性能设计改进的帮助

马鹏杰

(航空工业过滤产品质量监督检测中心，河南新乡 453019)

新型号滤清器的过滤性能会因设计工艺的改进而变化。不同设计方案必须通过滤清器过滤性能的检测，才能保证定型产品性能合格。对某型滤清器进行试验并分析其试验结果。

滤清器；过滤性能；试验；分析

0 引言

在流体系统污染控制中起到关键作用的部件就是过滤器。通常情况下，不同流体机械系统需要不同型号的过滤器加以配套。一个新型号过滤器定型前，往往需要先设计并制造出样件，并进行过滤器的各项性能检测。依据试验数据所体现的性能来有针对地改进不合格项，使其最终满足预期设计指标。因此，在过滤性能检测领域使用科学的试验方法、标准规范来获得可靠的试验数据，并以此来体现该过滤器的各项性能，对过滤器的改进起到科学的指引作用。不同型号的过滤器，其选型、设计、加工工艺等方面均有差异。在设计生产之初所被赋予的性能对于保障流体系统的安全运行至关重要。没有科学可靠的数据就难以保障该新型号过滤器能否达到预期使用要求，由此可见客观分析对比过滤器在改进过程中试验数据的重要意义。

1 试验条件的选择

1.1 试验标准的选定

过滤器性能评定涵盖方面较广，常见的如平均过滤比、平均过滤效率、纳污容量、结构完整性等。另外，滤清器因其介入的系统不同从而分为空气滤清器、燃油滤清器、机油滤清器等，不同类型产品的检测，其技术规范往往是不同的。一个新型号设计之初会有预期的指标需求，在试验之前可以根据这个预期的使用需求和过滤器的种类来选取相应标准规范作为试验标准。某公司的机油滤清器所选取的ISO4548-12:2000是内燃机用全流量润滑油过滤器的试验方法第12部分：采用颗粒计数法测定滤清器效率和纳污容量。按照ISO4548-12:2000标准，使用多次通过法对滤清器进行试验用以得到10、20、30 μm(c)三挡粒径的平均η(平均过滤效率，%)值，从而验证该滤清器10、20、30 μm(c)的过滤性能是否达到预期使用要求。

1.2 其他条件的选择

在选定试验标准后，试验之前仍要确定试验的具体参数以及选择能够实现该参数的试验台。通常情况下，试验标准中会有相应的推荐参数，另外可根据具体情况选择适合的参数。一般应以相应的试验标准参数为准，同时保持同一型号的若干件过滤器的试验参数一致连贯，从而使试验结果可比性更强。根据滤清器所使用的ISO4548-12:2000标准，具体试验参数见表1。

表1 某型滤清器的试验参数

ISO4548-12:2000标准中使用的试验粉尘为ISO MTD。试验介质YH-15在所选择的35 ℃试验环境下其油液黏度为15 mm2/s，保证了油液黏度(15±1) mm2/s的技术要求。MPTB-70-30多次通过试验台可以满足大于8.0 L/min的试验流量，因此选择此试验台进行试验。

滤清器的样件如图1所示,其滤芯与壳体为一整体，在加工成成品前，根据ISO4548-12:2000的标准要求,其滤芯经过结构完整性的检验，保证过滤器在实验和实际使用过程中不会出现旁通现象，这也是多通实验的前提之一。

试验参数确定后，最后要检验MPTB-70-30多次通过试验台是否满足开始试验的条件,保证多次通过试验台的试验系统指标合格以及污注系统满足试验条件。

ISO4548要求符合下列情况认为试验系统合格：

(1)每次在10 μm和20 μm测取的颗粒计数与相应的粒径的平均颗粒计数之差不得超过10%；

(2)所有在大于10 μm通道内测取的颗粒计数平均值不小于750 个/mL，且不大于1 000 个/mL；

(3)所有在大于20 μm通道内测取的颗粒计数平均值不小于70 个/mL，且不大于120 个/mL。

污注系统也要满足以下条件：

(1)在流量与污染物质量方面，采用最大流量、最大质量污染物度，要求有足够的时间进行搅拌，使污染物充分混合，搅拌时间为15 min；

(2)时间方面要求2 h，并且取样都是以30 min抽取1次，对油样进行分析。同时还要验证取样流量；

(3)对每次取样油的杂质质量浓度要求4次样油平均值在±5%以内，且各次测量的注入流量之间的偏差不超过平均值的±5%。

2 过滤器性能试验

满足以上条件后，待试验系统油液过滤干净，将滤清器安装到试验台上，确保上下游连接顺序正确。如图2所示的MPTB-70-30多次通过试验台的试验系统自动化程度很高，在试验中作者关心的系统温度控制、污注流量控制、记录试验数据等方面均实现了自动控制，只要在控制界面输入相应的数据即可通过试验台中的传感器和PLC控制器实现系统预期参数的稳定。试验程序方面重点有：要求调整试验温度来保证油液的黏度在(15±1.0) mm2/s范围内(即温度控制)，记录清洁滤清器总成的压差，计算清洁滤芯的压差，测量注入流量、试验结束时试验系统体积、污注系统体积等。MPTB-70-30通过内置的温度传感器、压力传感器、计量泵可以自主实现作者所关心数据的控制和记录，最终以图表和数据表的形式存储在计算机中，可依据试验记录整理得出检测报告。图3为多次通过法试验系统原理图。

在试验时，污注系统以50 mL/min的稳定流量，经试验油箱连续向试验系统注入污染物，用压差指示器监测被试过滤器两端的压降并每分钟记录一次，从滤清器的上下游取样点采取油样，直到滤清器压差达到规定的极限压差70.0 kPa时试验结束。对油样进行颗粒计数分析，统计颗粒数量。通过对试验过程中采集的试验数据的分析计算,得出该滤清器的过滤效率、压降流量特性和纳污容量。

3 试验结果的分析对比

为保证能够达到预期使用需求，先后对某型滤清器进行了多次试验。图4—6分别为5次试验中10、20、30 μm(c)粒径的过滤效率对比，图7为5次试验的压差随时间变化趋势。

图4—6中X轴为时间轴，折线的终点为该过滤器达到极限压差、试验结束的状态，折线点越靠右则试验时间越长。Y轴表示过滤效率，其折线点越高效率越高。

由图4所示的 10 μm(c)过滤效率对比的拟合曲线可以得出表2。

表2 10 μm(c)过滤效率对比 %

由图5所示的 20 μm(c)过滤效率对比的拟合曲线可以得出表3。

表3 20 μm(c)过滤效率对比 %

由图6所示的30 μm(c)过滤效率对比的拟合曲线可以得出表4。

表4 30 μm(c)过滤效率对比 %

多通试验1号样件对10 μm(c)平均过滤效率仅为17.9%，20 μm(c)平均过滤效率为54.4%，30 μm(c)平均过滤效率仅为93.4%。10 μm(c)挡的过滤效率过低，20 μm(c)挡的过滤效率与试验预期仍有差距，30 μm(c)挡的大颗粒过滤效率达到较高水平。由此分析，该样件对20 μm(c)以下的颗粒过滤性能较差，尤其是10 μm(c)以下颗粒过滤效率严重不达标，建议着重改进设计提高对小颗粒的过滤能力。

多通试验2号样件对10、20、30 μm(c)三挡的过滤效率都在97%以上，改进了1号样件过滤效率低的缺点。但是从图7中可看出：该样件在试验开始后，压差迅速升高至极限压差，也就说其使用寿命明显短于预期。由于过滤器不同性能之间的相互制约，提升过滤效率的同时可能会引起使用寿命相对缩短。在高效率、长寿命、大纳污容量、低流阻这些优良性能间找到一个最佳平衡点，就是一个型号设计成功的标志。但是2号样件在改进1号样件缺点的同时，使得该型号寿命指标大幅下降，且2号样件的初始流阻较大。2号样件并没有很好地达到预期设计目标，建议在改进设计时应着重与1号样件相比较。

多通试验3号样件在10、20、30 μm(c)三挡的过滤效率几乎与1号样件重合，流阻相对优于同效率的1号样件。此次总结了2号样件寿命过短的问题并加以改进，但是3号样件同1号样件一样存在小颗粒过滤效率过低的问题。因此，该次试验未达到预期效果，仍应着重解决10 μm(c)粒径的过滤效率问题。

多通试验4号样件相对于1号、2号样件整体提高了其各粒径的过滤效率，使用寿命较3号来说大幅增加，应该说较好地解决了前3组试验出现的问题。4号样件过滤效率随试验时间的增加呈下降趋势，尤其以10 μm(c)挡整体降幅最为明显，20、30 μm(c)挡该样件在压差加速上升阶段也出现了过滤效率下降的情况。此次试验数据意味着该过滤器在正常使用寿命的中后期将不能保证良好的过滤性能。如果能在过滤性能大幅下降前，使得过滤器达到极限压差并报警，就可以保证整个使用过程中的过滤效率。

多通试验5号样件过滤效率在5个样件中整体较高，且在整个试验阶段都维持较为稳定的过滤性能。在到达极限压差前，并没有出现像4号样件中过滤效率大幅下降的趋势，可以有效保证在使用寿命内均能实现有效过滤。5号样件使得1号、2号样件效率低与3号样件寿命短的矛盾得到较好的平衡，且解决了4号样件在使用寿命的中后期性能大幅下降的问题。总体来讲通过不断改进，最终5号样件过滤性能最为优越，满足了预期的设计要求。

4 结论

一种型号过滤器性能的好坏，在试验数据中可以较为科学地体现出来。新型号过滤器的设计在选型、材料、加工工艺等诸多方面影响着该型号的最终过滤性能。从某型号滤清器的5次试验中不难看出，科学的试验数据能一针见血地指出样品的缺点。不同的性能缺陷往往与某些工艺设计有关，突出解决试验中暴露的问题，就使得型号改进更有针对性。通过不断的试验，积累大量科学的数据，并从中吸取经验教训，对提高过滤器的工艺设计水平意义重大。

【1】ISO 4548 12:2000内燃机全流式机油滤清器试验方法 第12部分 用颗粒计数法测试过滤效率和纳垢容量[S].

Help of Multi-pass Test to Improve Design of Filter Filtration Performance

MA Pengjie

(Aviation Industry Filtration Product Quality Supervision and Test Center, Xinxiang Henan 453019, China)

Performance of new type of filter filtration will be changed by designation improvement. Different design schemes for filters should be test to ensure the filtration performance of the products. Some type of filter was tested and the results were analyzed.

Filter; Filtration performance; Test; Analysis

2015-06-03

马鹏杰(1989— )，男，本科，工程师，从事颗粒度计量及过滤产品的检测工作。E-mail:yywkfb@sina.com。