液压系统污染控制技术（下）

　　液压系统污染控制是一项系统工程，首先要求液压系统的使用与维护人员对污染控制的重要性有足够的认识，其次要求其对如何控制，从哪几个环节入手，如何选择过滤器有一定的专业知识。只有充分有效的做好液压系统的污染控制工作，才能保证系统的可靠的运行。尤其在当前高压、大流量、大功率、高精度、高可靠性、自动控制、集成化、节能降噪、低成本是已经成为液压系统的发展趋势。但由于大量污染物的存在，影响了液压系统的可靠运行，所以液压系统的污染控制显得尤为迫切和重要。

　　7. 污染控制原件介绍

　　液压系统污染控制的元件和设备主要有滤芯、过滤器和过滤设备。除了油箱中的吸油滤芯外，滤芯是不能单独使用的。滤芯一般安装在一定形状的壳体中，由此便组成了过滤器。过滤器是液压系统污染控制的主要元件。过滤器和泵电机组等元件组成一个单独运行的过滤设备，该设备独立于液压系统之外，可以对液压系统的油液进行外循环过滤。一般流量较小，体积较小，移动方便的过滤设备，称为过滤机或过滤车，而一些流量较大，体积较大，独立于液压及润滑系统的过滤设备，成为体外循环过滤系统。

　　7.1 滤芯

　　滤芯分为过滤滤芯、吸水滤芯、聚结滤芯和分离滤芯等。油液污染控制中使用最多的滤芯为过滤滤芯与聚结分离滤芯，下面对其进行较为详细的介绍。

　　过滤滤芯

　　过滤滤芯的结构形式有线隙式、片式、烧结式、圆筒折叠式等多种。线隙式滤芯是将金属丝线缠绕在滤芯骨架上，利用丝线间的间隙捕获油液中的颗粒污染物。片式滤芯由一组圆片组成，利用圆片间的间隙捕获油液中的颗粒污染物。烧结式滤芯由金属粉末烧结而成，利用粉末之间的间隙捕获油液中的颗粒污染物。圆筒折叠式滤芯是应用最为普遍的一种滤芯，它具有过滤面积大、纳污容量大、过滤精度范围宽等许多优点。

    如图7-1所示，圆筒折叠式滤芯一般由端盖1、骨架2、支撑层3、保护层4、过滤层5及密封圈(垫)6等部分组成。骨架承受滤芯上下游间的压差;端盖将组成滤芯的各部分连接在一起，并提供合适的连接接口，使滤芯安装在过滤器中;密封垫(圈)防止滤芯上下游间的油液相通;支撑层防止过滤层结构与形状的破坏，确保过滤层的有效过滤面积;过滤层起截留污染物的作用，是滤芯过滤性能好坏的重要因素。

    过滤材料主要有玻璃纤维纸、合成纤维纸、植物纤维纸、金属纤维毡及金属网等。在纸质过滤材料中，玻璃纤维纸的过滤精度最高、合成纤维纸次之，植物纤维纸最低。金属纤维毡与金属网一般用于腐蚀性强的油液中、高温的环境中或滤芯需要反复使用的工况下。

    过滤材料的类型和可滤除的最小颗粒情况见表7.1

　　表7.1

　　过滤层的折叠式结构显著增大了滤材的有效过滤面积。在滤芯流量一定的情况下，可以显著减小滤芯的外形尺寸或增大滤芯的纳污容量;在滤芯外形尺寸一定的情况下，可以显著增大滤芯的流量或增大滤芯的纳污容量。因而在工业领域中得到了广泛的应用。

　　吸水滤芯

　　吸水滤芯依靠吸水材料对水的吸附能力，将油液中的水分去除。随着吸水量的增加，吸水滤芯的压降上升，当压降达到一定值时，滤芯需要更换。

　　聚结滤芯与分离滤芯

　　聚结滤芯与分离滤芯是配合使用的，聚结滤芯利用自身的聚结材料将油中乳化的小水珠聚结成大的水珠，分离滤芯利用分离材料的憎水亲油特性将聚结滤芯聚结成的大水珠阻挡在分离滤芯的外面，而油可以顺畅地通过，两者配合使用实现油水的分离。如707所研制的燃油过滤器中使用的聚结滤芯、分离滤芯的工作原理是：燃油先经过聚结滤芯，依次实现：

       (1)固体颗粒杂质的过滤;

       (2)对燃油中的游离水分进行聚结，将细微的游离水逐渐聚结成大水珠。

       (3)由于水与燃油的比重差，聚结的大水珠与燃油的运动方向出现分化，比重轻的燃油由于压差作用向上移动，而大水珠由于重力作用而向下沉降，进入滤器底部积水槽。由于液体粘反影响，燃油向上运动时仍然夹带少量细小水珠及被聚结的游离水份，通过分离滤芯加以分离，纯净的燃油进入洁净区并排出滤器进入下游，细小水珠及游离水份被挡在分离滤芯外表面，逐渐聚结成大水珠，当水珠重量不断增大到足以克服压差作用时，水珠则因重量作用向下沉降直至积水槽。积水槽中随沉降积水的不断增多，当水面到达警戒位置时，可将积水放出。聚结滤芯前后压差随着固体杂质的不断增积累而增加，当达到压差预设值时，应更换聚结滤芯。

　　工作原理图7-2如下

　　7.2 过滤器

　　到目前为止，液压系统的过滤器还没有统一的分类方法，一般都是根据过滤器在液压系统中的位置、过滤器的过滤精度、过滤器进出口的连接形式、过滤器的压力等级、过滤器的筒体数量等对过滤器进行分类。表7-2给出了按上述分类方法而划分的过滤器类型。

    另外，还有一些其它类型的过滤器。如安装在重要元件油液入口处用于保护该元件的安全过滤器。安装在油箱加油孔处用于防止加油过程带入污染物的加油过滤器。安装在泄油回路上用于防止生成污染物进入油箱的泄油过滤器。

　　表7-2 过滤器类型

　　7.3 过滤设备

　　7.3.1 过滤车

　　过滤车由于可自由移动、方便使用，故许多液压系统均配备了各种过滤车。过滤车的主要功能有以下几点：

      (1)油液系统的离线污染控制(体外循环)

      (2)向油液系统注入经过滤的洁净油液

      (3)排出并净化油液系统中的油液

      (4)对贮油罐的油液进行循环净化处理

      (5)收集净化分散的油液过滤车一般都自带动力系统，直接接电源就可工作。

      过滤车一般带有两级过滤，一级为粗滤，一般采用100μm左右的金属网;二级为精滤，一般采用3μm左右的复合纤维滤材。过滤车的工作原理详见图7-4。

      7.3.2 体外循环过滤系统

      体外循环装置是指位于液压系统主回路之外，对油箱内油液进行外循环过滤的装置。它主要用于污染严重的液压系统，或变量泵小流量下过滤效率低的情况。体外循环装置与系统主回路滤油器相结合，可以获得很好的过滤效果。主要由泵组、粗滤器、Ⅰ级精过滤、Ⅱ级精过滤、冷却器以及进出油管等组成。

      体外循环装置也能应用在一些大型液压设备和润滑系统的液压泵站，作为泵站的一个组成部份，其特点为采用高精度大纳污容量的滤油器，其过滤精度为3-5mm或更高，为了避免频繁更换滤芯，可采用数个过滤器并联，以增大容量。体外循环系统的流量(L/min)一般取系统油液体积(L)的10%-20%。体外循环系统的工作原理图详见图7-5。

   　8. 污染控制元件的选用

   　过滤器作为油液污染控制的最重要的元件，正确地选用对于确保系统正常的运行至关重要。

      过滤器选型时主要考虑的因素有过滤精度、系统压力、过滤元件与油液的相容性，许用压差，是否要求连续不间断地工作以及环境的适应性等。

      过滤器选型时，应该尽量向过滤器生产厂家提供足够的系统正常运行时的技术参数，如所使用的油液的牌号，正常工作温度，极限工作温度，通过过滤器时的正常工作压力和最大工作压力，通过过滤器时的额定工作流量，流量脉动的情况，滤芯堵塞报警形式(电讯号或目视)等，这样，过滤器的生产厂家就可以根据实际润滑系统的情况提供既经济又能满足系统要求的合适的过滤器。

      8.1 过滤器安装位置的选择

　　吸油过滤器

　　吸油过滤器由于其压差受泵吸空能力的限制，其初始压降一般不超过0.003MPa，报警压差不大于0.02MPa。由于低压差要求，过滤精度不高，常用网式或线隙式过滤器，过滤精度常在100~180um之间，最高的绝对过滤精度也不超过40um，且尺寸较大。为了改善泵的吸油特性，可将油箱装于泵的上方，以在泵的入口提供正压头，且可升高过滤器安装位置减少堵塞的可能性。为了方便更换滤芯，可用箱外吸油过滤器，尽管这种过滤器因有外壳而体积较大，但其由于更换过滤器方便而常被采用。

　　压力管路过滤器

　　压力管路过滤器作为系统的主要过滤，应设置在保护重要的液压元件之前或保护除泵以外的液压元件。其过滤精度能满足系统污染控制要求。压力管路过滤器可以设置在溢流阀的上游或下游。由于过滤器要承受高压，因而结构尺寸受到限制，这样使纳污能力也受到一定限制。但这种滤芯的压差较大，一般初始在0.05---0.14MPa之间，最大允许压差可达0.35---0.5MPa，因而可以选用既有较满意的纳污能力，又有合适精度的压力管路过滤器。另外，从减少液压冲击和保护滤芯角度的考虑，压力管路过滤器应尽可能安装在靠近泵的出口处。因为压力管路过滤器往往采用质地较‘软’的纤维材料制作，如过滤器安装在远离泵出口处，则泵到过滤器之间的管路相当于一个蓄能器，当过滤器后系统的高压因执行阀件而突然卸压时，将对滤芯产生比泵流量大许多的瞬间冲击流量。反之，当执行阀件突然关闭流量处于高压时，会对滤芯造成过大压力冲击。

　　回油管路过滤器

　　在系统中设置回油路过滤器是比较理想的，这样可使系统产生的污染在回油箱之前通过过滤器，为系统提供清洁油液。但这种过滤只有在系统流量稳定的回油路上安装，过滤效果才会令人满意。如果在流量变化剧烈的回油路上安装，其瞬间冲击流量将影响过滤效果，因此用户必须注意回油过滤器安装位置的合理选择。另外所有泵、马达和阀的泄漏管路不可接入系统的回油过滤器，这主要是避免以上元件受回油压力波动的影响，为防止污染性较强的泄漏油液杂质进入油箱，可单独设置泄油管路精过滤器。

　　旁路过滤系统

　　系统外的旁路过滤既避免了管路中压力---流量波动的影响，提高了过滤效率，可起到滤除侵入油箱污物的作用。如果旁路过滤器具备脱水、脱气功能，并且旁路系统与加热器、冷却器等结合起来，将起到油水分离、油气分离、除污以及油液温控的作用。根据经验，旁路过滤系统流量可设计在5%----20%的油箱容量之间。

　　8.2 过滤器结构形成的选择

　　滤材种类选择

　　表面型滤材—如网式、线隙式、片式等，用于低压差，低过滤精度、纳污能力小场合，如吸油管路和做深度型滤器前置过滤。

    深度型滤材—如复合滤材、纤维纸、毡等，用于过滤精度要求高的压力管路、回油管路，纳污能力强。

　　材料相容性选择

　　普通液压油用：一般碳钢类滤器材料，有良好的抗氧化能力。

       水乙二醇用：不锈钢材料或非金属材料(包括衬网和粘胶都要注意相容性)、碳钢经镀锌的材料不适宜在水乙二醇中使用。

       密封材料的选择：一般有丁晴橡胶及氟化橡胶，特殊情况下还有尼龙和聚四氟乙烯等。

       连接方式的选择：螺纹连接、法兰连接、板式连接。

       辅助功能选择：带发讯指示器，可提示操作者更换滤芯。带安全溢流阀，防止滤芯击穿。

       更换滤芯的可拆卸方便性选择：尽量选用更换滤芯方便的结构型式。

       型式选择：连续工作制的可选双联，可停机更换滤芯的可选用单联过滤器。另外根据空间位置决定是否选用落地式或支架固定式结构。

　　8.3 过滤器过滤精度的选择

       过滤精度是指滤芯能够捕捉到的油液中颗粒尺寸的大小，常用um表示。过滤精度的选择应该以系统中各元件所能承受的油液颗粒污染度等级来确定。一般而言，系统压力越高，各运动副之间的机械间隙就越小，工作时的工作间隙也就越小，对过滤精度的要求也就越高。对于润滑系统，位于主油路中的过滤器的过滤精度宜选择β15≥100，对于旁路循环的润滑系统应要求β10≥100。

       过滤精度与所保护的元件对污染的敏感性有关，元件间隙越小，对污染越敏感。过滤精度与执行元件速度也有关，低速运行的执行元件颗粒度宜不超过间隙的1/3，运动速度快的元件，颗粒度最好控制在间隙的2/3以内。过滤精度还与系统压力有关，一般来说，压力高的系统，过滤精度也高。工作压力与过滤精度关系大致如表8-1

　　表8-1

　　过滤器用来保护元件和系统，对过滤精度的选择见表8-2

　　表8-2

　　应当指出，不是所有的系统都将过滤精度定的越高越好，每个系统都有它的最佳污染等级，过滤精度定的太高，将会带来过大的维修和更换元件的成本、频繁更换油液等。选择合适的过滤精度目的是希望系统达到允许的油液清洁度等级，这不但取决于系统所用的对污染敏感的元件品种和数量、还取决于系统压力和工作条件和维护成本等因素。

　　8.4 过滤器通过能力的选择

　　8.5 过滤器选型方法

      以上详细列举了过滤器选择中所需考虑的问题，在实际选型时，可参考以下方法：

       1. 确定以下参数：最大工作流量Q、最高工作压力P、油液可达到的最大粘度ν、油液的比重ρ、需要达到的过滤精度、连接方式、通径DN、目标初始压降△P(推荐△P≤0.5bar)

      2. 计算滤壳实际压降值：

      根据流量Q和通径DN，查壳体压降曲线，得出滤壳标准压降△P0.9 。

      用公式△Pν =△P0.9×ρ/0.9计算得出滤壳实际压降。

      3. 确定滤器、滤芯长度代号：

      用公式：△P芯 =△P-△Pν计算滤芯允许压降。

      用公式：△P30≤△P芯×30/ν×0.9/ρ计算所需滤芯标准压降最大值。

      根据△P30、Q、粘度、过滤精度查滤芯流量压降曲线，对应压降值最接近△P30的长度代号为应选定的长度代号。

      4. 确定滤芯其它辅助特性：

      压差报警装置形式、报警压差、材质、密封类型、是否旁通注：707所过滤器样本上已提供每种过滤器的压降流量曲线图。

   　 9 液压系统的污染控制与预防

       液压系统的污染控制涉及到设计、制造、安装、使用、检修、日常保养和定期维护等各个环节，只有对各个环节采取相应的控制措施，才能有效地控制污染，使系统的故障率降低到最低的程度，以保证其系统精度和性能保持在最佳状态。

      9.1 设计阶段的污染控制

       控制和消除液压系统在使用过程中污染物的侵入和生成，主要取决于系统设计的先进性和合理程度。在设计系统时，应对所用元件技术性能的可靠性、可维修性等特性进行统筹分析与评估，尽可能避免选用抗污染能力差的元件如：

       A. 如在液压泵的吸油口、重要元件的进油口及工作油流回油箱的地方，以系统污染敏感度和系统污染生成水平为依据，综合考虑过滤精度、压降-流量特性、纳污特性、材料相容性、耐压爆裂及其寿命等选用不同精度的过滤器。

       B. 油箱设计既要考虑油液的散热效果、又具有沉淀固体污染物和排除污染物的功能，以防漆皮、铁锈对液压系统污染。

       C. 设计管路时，管路直径应根据管内流速推荐值来取定，弯头及弯曲管路应尽可能少。

       D. 空气滤清器安装口设计位置高而隐蔽些。

　　9.2 制造安装阶段的污染控制

　　加工制造过程中，应注意将加工好的零部件去毛刺后，再用清洁清洗液清洗干净备用，液压系统中所用钢管应采用无锈的冷拔无缝钢管，管口应倒角去毛刺，弯曲时最好用弯管机，尽量避免采用热弯。在安装管路及附件时，各接头牢固并密封，不得漏油或漏气。回油管应插入油面，不得产生飞溅沫。安装过滤器时，应注意过滤器壳体上标明的液流方向，应正确的安装，防止冲坏滤芯，使滤芯上吸附的污染物进入系统造成污染。所有密封件在装配过程中不得划伤、破损或切边。系统安装完毕后，要对系统进行清洗。一个新装配的液压系统，或是严重污染后更换油液的液压系统，都要经过系统清洗(或称为系统串油)。串油设备可以是一台流量要比系统液压泵的流量大一倍以上的滤油车，但在系统的回油路中要设置精密过滤器以收集系统污物。清洗管路的接法是短路重要的液压元件和油缸的进出口油管，使这些元件不参与串油。串油的油液一般为工作液，为提高清洗效果，最好将油温加热到60—70℃的范围，并间断性地用木锤敲击管道，以便清除管壁附着物和管路死角的污物。串油清洗的时间可视系统的简繁程度决定，对于复杂并联回路，可以分为多个独立回路清洗，每个独立回路一般清洗48-72小时。

    如果某一回路管路较长也可将回路中系统滤器(用专用清洗滤芯)接入以提高清洗效果，这样管路系统污物将分段截在各段过滤器内。串油设备也可以是系统本身的油泵和油箱装置，此时压力管路过滤器要装入专门的清洗滤芯。串油完毕后，将系统除油缸等执行机构外全部恢复，进入系统运行状态。

　　9.3 使用阶段的污染控制

　　液压系统正常运行时，严禁随意开启油箱盖，以防止污染物的侵入。注意防尘、防水，以保持液压系统的封闭性。定期检查液压油的，及时加油或更换油液，新油加入油箱前，要先过滤，过滤精度不得低于系统要求的过滤精度。

　　9.4 检修阶段的污染控制

　　为保证液压系统的正常运行，系统要定期检修，主要是更换各种备件及易损件，如滤芯、密封件、液压软管等。更换易损件最好采用原配套厂家的产品，更换新的备件前，应先将备件用清洁清洗液清洗干燥后再安装。如是纤维滤芯，只需将新的滤芯安装到过滤器中即可，如是金属网滤芯，可采用刷子在汽油中清洗或用超声波或反冲。需更换的新受损件应先用清洁剂清洗干净后安装，检修中用的清洁剂可选用金属清洁剂，金属清洁剂的选用要考虑既对维修元件表面附着物有溶解去污能力，又不会对元件和人体产生有害作用。反复使用的清洗剂应当经过过滤回用。经维修的元件在接入系统时，特别注意安装密封圈要导向准确，否则将引起密封圈局部过紧或损坏，引起漏油和产生污染的后果。

       目前正在发展一项新的技术，就是超前维修。它提出在系统中布置一些传感器并使它们输出各种系统信息，用计算机进行汇总分析，以便对系统的运行健康状况进行诊断，提前发出预报。

       以上内容简单介绍了有关液压系统污染控制的基本知识。提高对液压系统污染控制重要性的认识，意义十分重大，一方面可保证系统运行的可靠性，降低故障率;另一方面可帮助企业加强现场工况管理，提高系统设备维护水平，减少设备维护费用。希望本教材能对液压系统设备选用及维护人员有所帮助。

       完结