郭愛軍,劉混舉,張文龍,劉混田,喬永軍

(1.中國神華神東煤炭集團公司,陜西 榆林 719300;2.太原理工大學(xué) 機械工程學(xué)院,太原 030024)

液壓支架過濾器濾芯過濾性能的測試

郭愛軍1,劉混舉2,張文龍2,劉混田1,喬永軍1

(1.中國神華神東煤炭集團公司,陜西 榆林 719300;2.太原理工大學(xué) 機械工程學(xué)院,太原 030024)

過濾器是控制支架液壓系統(tǒng)固體顆粒污染物的主要元件,其過濾性能的正確評定關(guān)系到液壓系統(tǒng)污染控制目標(biāo)能否實現(xiàn)。文章通過DT350型乳化液過濾器濾芯測試平臺進行多次通過試驗,測試某煤炭生產(chǎn)企業(yè)購買的濾芯的過濾性能并驗證ISO 12103-1 A3和11957 D分級試驗粉末對多次通過試驗結(jié)果的影響,為煤炭生產(chǎn)企業(yè)過濾器的合理選擇提供參考,同時為制定科學(xué)合理的評價標(biāo)準提供依據(jù)。

過濾器;過濾性能;多次通過

在高產(chǎn)高效的現(xiàn)代化礦井中,液壓支架是保證生產(chǎn)安全的重要裝備。其運行的穩(wěn)定性和可靠性不僅關(guān)系到煤礦的生產(chǎn)效率,而且決定著生產(chǎn)設(shè)備和人員的安全問題。根據(jù)液壓支架故障的統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析,絕大多數(shù)的故障來自液壓系統(tǒng),并且液壓系統(tǒng)的油液污染是造成故障的主要原因。在液壓支架系統(tǒng)中,過濾器可以濾除絕大部分污染物,起到保護液壓系統(tǒng)的作用[1]。如果液壓支架過濾器過濾性能不合格,就不能保證乳化液的清潔度,液壓元件工作在嚴重污染的乳化液介質(zhì)中,極易導(dǎo)致故障,影響液壓支架的正常使用。

1 過濾器濾芯過濾性能參數(shù)

液壓支架過濾器是保護液壓系統(tǒng)的主要元件,其過濾性能的正確評價關(guān)系到液壓系統(tǒng)污染控制目標(biāo)能否實現(xiàn),可以保障液壓系統(tǒng)工作性能和使用可靠性。通常情況下,評價液壓支架過濾器的性能指標(biāo)主要有初始冒泡點壓力、過濾比、過濾精度以及壓降特性等[2]。

1.1初始冒泡點壓力

按照濾芯檢測標(biāo)準,將待檢測的樣品浸入體積濃度95%的工業(yè)酒精中,向濾芯內(nèi)部通入一定壓力的氣體,慢慢增大壓力。當(dāng)濾芯表面出現(xiàn)一串連續(xù)氣泡時,此時氣體的壓力就是此檢測濾芯的初始冒泡點壓力。通過初始冒泡點壓力可以檢測濾芯結(jié)構(gòu)是否存在破損和缺陷等,如濾材出現(xiàn)破損、焊縫不嚴、端蓋黏合不緊密等,這些缺陷都會導(dǎo)致初始冒泡點壓力偏低,達不到規(guī)定值。在煤礦設(shè)備中,NB/T51016-2014煤礦用液壓支架過濾器標(biāo)準規(guī)定過濾精度為25 μm的圍網(wǎng)式濾芯其初始冒泡壓力不小于1 250 Pa。

1.2過濾比

過濾比是指處于過濾器上、下游的單位體積油液中所含有大于某一給定尺寸的顆粒污染物的數(shù)量之比,通常用βx表示,x表示給定的尺寸。

(1)

式中:Nu為上游單位體積油液中大于給定尺寸的顆粒數(shù),個/mL;Nd為下游單位體積油液中大于給定尺寸的顆粒數(shù),個/mL。

1.3過濾精度

國標(biāo)GB/T20079-2006[3]定義過濾精度為過濾器濾芯所能有效捕獲(βx(c)≥100)的最小顆粒尺寸x(c),以微米為計量單位。而NB/T51016-2014煤礦用液壓支架過濾器標(biāo)準中過濾精度定義為:過濾精度所能有效捕獲(βx(c)≥5)的最小顆粒尺寸x(c),同樣以微米為計量單位。

1.4過濾效率

過濾器攔截的固體顆粒污染物數(shù)量和加入過濾器上游數(shù)量的比值稱為過濾效率,通常用E表示,其關(guān)系式如下:

(2)

1.5壓降特性

壓降是液壓介質(zhì)流經(jīng)過濾器時產(chǎn)生的壓力損失,隨著過濾器濾芯使用時間的增加,過濾器濾芯逐漸堵塞,兩端的壓降逐漸升高,當(dāng)壓力達到一定值時過濾器濾芯的使用壽命達到極限,因此壓降也是判定過濾器濾芯使用壽命的重要指標(biāo)。在滿足過濾性能的前提下其壓降越小越好。

1.6納污容量

在規(guī)定的試驗條件下,過濾器濾芯的壓降達到規(guī)定的極限壓降時所能攔截的污染物總量,該指標(biāo)能夠反映過濾器使用壽命的長短。

2 結(jié)構(gòu)完整性試驗

依據(jù)ISO 2942 液壓傳動-濾芯結(jié)構(gòu)完整性檢驗標(biāo)準,對4只濾芯做結(jié)構(gòu)完整性試驗,試驗數(shù)據(jù)如表1所示。

表1 濾芯結(jié)構(gòu)完整性試驗數(shù)據(jù)Table 1 Test data of fabrication integrity of filter elements

根據(jù)試驗數(shù)據(jù),此4種濾芯滿足NB/T51016-2014煤礦用液壓支架過濾器對初始冒泡壓力的要求,符合結(jié)構(gòu)完整性要求,可以進行后續(xù)試驗。

3 過濾精度及過濾比的多次通過試驗

目前,測試過濾器過濾性能的方法為多次通過試驗法,該試驗法能夠真實的模擬過濾器實際使用過程,測試的結(jié)果能夠真實反映過濾器的過濾性能,多次通過試驗方法[4-5]是模擬液壓系統(tǒng)中的實際工作情況,外部侵入和內(nèi)部產(chǎn)生的污染物隨著油液不斷地循環(huán)。當(dāng)經(jīng)過過濾器時,部分污染物被攔截,未被攔截的污染物隨著系統(tǒng)繼續(xù)循環(huán),然后再次經(jīng)過過濾器。

DT-350型多次通過試驗系統(tǒng)的原理如圖1所示。主要包括試驗循環(huán)系統(tǒng)、污注攪拌系統(tǒng)、試驗輔助系統(tǒng)三部分。

A.污染物注入系統(tǒng);B.過濾器性能試驗系統(tǒng)1-油箱;2-泵;3-被試過濾器;4-顆粒技術(shù)系統(tǒng);5-節(jié)流閥;6-凈化過濾器;7-流量計;8-溫度調(diào)節(jié)器;9-溫度計;10-取樣閥;11-壓差計;12-壓力表;13-擴散器;14-截止閥;15-單向閥;16-可選油箱回路;17-節(jié)流閥(用于背壓);18-可選旁通回路.圖1 多次通過試驗系統(tǒng)原理圖Fig.1 Multi-pass test system

1)試驗循環(huán)系統(tǒng)。試驗循環(huán)系統(tǒng)是實施多次通過試驗的主要位置,所以其設(shè)計要符合規(guī)定要求,管路沒有流動死區(qū)、油液要處于紊流狀態(tài)、避免顆粒沉降的死角等,對測試顆粒的要求要符合GB/18853-2002標(biāo)注的規(guī)定。

2)污注攪拌系統(tǒng)。污注攪拌系統(tǒng)主要是為試驗循環(huán)系統(tǒng)提供規(guī)定濃度的試驗油液,所以其性能要求要符合規(guī)定。例如,在油樣的重量污染度方面,和標(biāo)準規(guī)定的偏差必須在±10%范圍內(nèi),油樣之間的偏差在平均值的±5%范圍內(nèi)。同時,向試驗循環(huán)系統(tǒng)中注入試驗油液的流量必須設(shè)計成可調(diào)的,并且規(guī)定了流量的偏差在±5%的范圍內(nèi)。

3)試驗輔助系統(tǒng)。試驗輔助系統(tǒng)主要起輔助作用,調(diào)節(jié)試驗循環(huán)系統(tǒng)和污注攪拌系統(tǒng)的油液體積。同時,在試驗完成后凈化試驗油液,保證多次通過試驗的順利進行。

3.1試驗?zāi)康?/p>

依據(jù)GB/T18853-2002多次通過試驗標(biāo)準[6],使用MTD(ISO12103-1,A3 Medium Test Dust)中級試驗粉塵和11957D 20 μm～40 μm分級試驗粉塵對液壓支架過濾器濾芯進行多次通過試驗,測試濾芯的過濾性能以及驗證試驗粉塵對過濾器過濾性能評價指標(biāo)的影響。不僅對煤炭生產(chǎn)企業(yè)使用的幾種濾材過濾性能的優(yōu)劣進行了對比和分析,還可以為選擇合適的標(biāo)準試驗粉塵、制定更加合理的過濾器多次通過試驗標(biāo)準提供依據(jù),形成科學(xué)合理的評價體系。MTD中級試驗粉塵和11957D 20 μm～40 μm分級試驗粉塵的最大體積顆粒尺寸分布如表2所示。

表2 MTD和11957D顆粒尺寸分布Table 2 Particle size distribution of MTD and 11957D

3.2試驗方案

選取某煤炭生產(chǎn)企業(yè)購買的兩種液壓支架濾芯,測試兩種濾芯的過濾性能,考察兩種試驗粉塵與濾芯過濾性能的關(guān)系,通過試驗數(shù)據(jù)分析哪種粉塵更能準確地顯示液壓支架濾芯的過濾性能。

試驗參數(shù)設(shè)定為:試驗油液溫度(40±1) ℃;系統(tǒng)流量60 L/min;上游基本重量污染度1 mg/L;試驗極限壓差400 kPa。

3.3試驗結(jié)果

依據(jù)GB/T18853-2002液壓傳動過濾器-評價濾芯過濾性能的多次通過方法[6-7],進行多次通過試驗,1、2號濾芯為同一廠家同一型號,3、4號濾芯為同一廠家同一型號。1、3號濾芯用MTD(A3)粉塵進行試驗,2、4號濾芯用11957D分級試驗粉塵進行試驗,結(jié)果如表3所示。

表3 濾芯多次通過試驗數(shù)據(jù)Table 3 Multi-pass test data of filter elements

4 討論

1)過濾器濾芯過濾性能的評定。分別對比1、3號濾芯和2、4號濾芯的試驗數(shù)據(jù),發(fā)現(xiàn)1號濾芯比3號濾芯的納污容量大,2號濾芯比4號濾芯的納污容量大。當(dāng)β=5時,1、2、3、4號濾芯的過濾精度分別為30.8、28.6、38.5、33.2。根據(jù)試驗數(shù)據(jù),可以判定1、2號濾芯的生產(chǎn)廠家生產(chǎn)的濾芯過濾性能高于3、4號濾芯的生產(chǎn)廠家。然而兩個廠家的濾芯都沒有達到廠家標(biāo)定的標(biāo)準。液壓支架濾芯的多次通過試驗可以為煤炭生產(chǎn)企業(yè)選擇濾芯廠家提供參考。

2)試驗粉末對測試結(jié)果的影響。對于不同廠家的液壓支架濾芯,隨著試驗時間的延長,使用11957 D分級試驗粉末的β值比使用MTD試驗粉末的數(shù)值高。因為11957 D粉末顆粒集中分布區(qū)域的顆粒直徑為20 μm～40 μm,比MTD粉末顆粒集中分布的顆粒直徑大(如表2所示),而液壓支架濾芯的過濾精度(25 μm)和11957D粉末顆粒集中分布區(qū)域的顆粒直徑比較接近,而MTD粉末顆粒接近此數(shù)值的顆粒數(shù)量較少,不能準確地反映液壓支架的過濾性能。因此,11957D粉末更適合液壓支架過濾器濾芯的多次通過試驗。

[1] 劉混舉，郭瑞，李正江，等.液壓支架反沖洗過濾器濾芯性能檢測的多次通過試驗方法[J].中國煤炭，2016，42(2)：70-73.

LIU Hunju,GUO Rui,LI Zhengjiang,etal.Multi-pass method for performance test experiment of backwashing filter element in hydraulic supports[J].China Coal,2016,42(2):70-73.

[2] 郭瑞，劉混舉，劉混田，等.多次通過試驗系統(tǒng)污染物濃度的分析與控制[J].煤炭技術(shù)，2016，35(8)：295-297.

GUO Rui,LIU Hunju,LIU Huntian,etal.Analysis and control on concentration of contaminants in multi-pass test system[J].Coal Technology,2016,35(8):295-297.

[3] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準化管理委員會.液壓過濾器技術(shù)條件:GB/T20079-2006[S].北京:中國標(biāo)準出版社,2006.

[4] 中國國家標(biāo)準化管理委員會.道路車輛-用于濾清器評定的試驗粉塵第1部分氧化硅試驗粉塵:GB/T28957.1-2012[S].北京:中國標(biāo)準出版社,2012.

[5] 中國國家標(biāo)準化管理委員會.道路車輛-用于濾清器評定的試驗粉塵第2部分氧化鋁試驗粉塵:GB/T28957.2-2012[S].北京:中國標(biāo)準出版社,2012.

[6] 中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局.液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多次通過方法:GB-T18853-2002[S].北京:中國標(biāo)準出版社,2002.

[7] 高騫.過濾器性能評價方法及實驗研究[D].北京:北京化工大學(xué),2013.

TestonFiltrationPerformanceofFiltersinHydraulicSupportSystem

GUOAijun1,LIUHunju2,ZHANGWenlong2,LIUHuntian1,QIAOYongjun1
(1.ShenhuaShendongCoalGroup,Yulin719300,China;2.CollegeofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofTechnology,Taiyuan030024,China)

Filter is a major part to control solid grain contamination in hydraulic support system. The correct assessment on filtration performance is related to whether the contamination control target could be achieved. Multi-pass tests were conducted on the platform of filter element with DT350 emulsion filter in order to test its filtration performance and prove the effect of graded test powder of ISO 12103-1 A3 and 11957 D. The study could provide the reference for the filter selection for coal enterprises and the basis for assessment criteria for the filtration performance.

filter; filtration performance; multi-pass

1672-5050(2017)03-0044-03

10.3919/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2017.06.012

2017-04-12

中國神華能源股份有限公司科技創(chuàng)新項目(JSHT-2013-000)

郭愛軍(1969-),男,內(nèi)蒙古包頭人,碩士,高級工程師,從事煤礦機電技術(shù)管理工作。

TD355.4

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(編輯:楊 鵬)