液压过滤器性能评定方法的改进

李正江 郭文桢

（新乡市东风过滤技术有限公司）

液压过滤器性能评定方法的改进

李正江*郭文桢

（新乡市东风过滤技术有限公司）

主要介绍了ISO 16889标准在液压系统过滤器的性能测试方法上的特点，并和以前的测试方法进行了对比。

过滤 试验粉末 在线计数 连续取样 粒径计算

0 前言

液压传动系统中，固体颗粒污染物的存在必然产生运动副磨损，导致效率降低，缩短元件寿命，甚至降低液压系统工作的可靠性。

液压过滤器用来控制液压系统中循环的污染颗粒数量，使油液的污染等级满足液压元件的污染敏感度以及用户需要的可靠性要求。

为了能够比较过滤器的相关性能，以便选择最合适的过滤器，必须有试验规程。液压油携带污染物连续不断地流经过滤器，直至达到预先设定的极限压降 （旁通阀开启压力或者压差指示器设定的压差）。

滤芯正常使用寿命（达到极限压降之前）和液压系统中任意点的污染度水平都取决于污染物增加率（侵入率与生成率之和）和过滤器的性能特性。

在实验室中进行过滤器性能评定试验，应该为被试过滤器提供连续的污染物，并且定时监测过滤器的过滤性能参数。试验还应具有一定程度的重复性和再现性，应采用标准试验粉末，这种试验粉末具有稳定一致的颗粒尺寸分布，并在世界各地都能购买到。采用规定标准校准的自动颗粒计数器测量过滤器的上下游颗粒尺寸分布，来确定过滤器的过滤性能。

液压滤芯多次通过试验方法于1981年正式纳入国际标准ISO 4572，后来由于液压领域污染控制的技术水平日益提高，该标准已不能适应当前的需要，因此国际标准化组织采用ISO 16889来代替ISO 4572。本文通过解析这两个标准的不同点来看ISO 16889的推出对于液压滤芯污染测试领域的重要意义。

1 ISO 16889和ISO 4572的不同点

国际标准ISO 16889和ISO 4572相比，主要的改变有以下几点。

（1）试验粉末由ACFTD改为ISO MTD（ISO medium test dust）。

（2）颗粒计数器校准方法由 ISO 4402改为

ISO 11171。

（3）试验程序不同，具体如下：

①颗粒计数取样方法不同，从离线瓶取样改为在线直接取样；

②取样次数不同，由4次改为试验全程每分钟取样一次；

③试验时粒径尺寸设置更加贴近实用。

（4）试验结果的表达更加全面、具体。

2 ISO 16889标准改进的意义

2.1 试验粉末由ACFTD粉末改为ISO MTD粉末

ACFTD粉末最初由通用汽车公司的AC火花塞分公司生产。由于具有稳定的颗粒尺寸分布，ACFTD粉末在ISO 4402中被用来校准颗粒计数器，在试验标准ISO 4572中被用来评价液压系统或其它应用中的过滤器的性能。由于它具有天然的不规则外形和硅质特性，ACFTD被认为是液压系统中污染物的典型代表，ISO 4402给出了ACFTD的尺寸分布。

1992年，ACFTD粉末停产后，颗粒计数器校准方法和过滤器试验标准的修订显得格外紧迫。ISO技术委员会TC22决定，采用过滤器试验粉末标准ISO 12103-1规定的ISO MTD粉末进行颗粒计数器的校准，并以此粉末来进行过滤器的多次通过试验。

试验粉末改进的意义：试验结果依赖于颗粒粉末的尺寸分布和形状，ACFTD粉末批次之间差别较大，含有高浓度细小颗粒，统计时易产生重叠误差，对试验结果产生巨大影响，而ISO MTD粉末采用喷气粉碎工艺，批次之间的差别小。

2.2 颗粒计数器校准方法由ISO 4402改为ISO 11171

从颗粒计数器校准的角度看，ISO 4402校准方法有许多内在的缺点，其最大的缺点是ACFTD颗粒尺寸分布没有经过严格鉴定，而校准的准确性依赖于参考颗粒尺寸分布的精确性。

为了发展颗粒计数器可追踪校准方法，1993年，人们要求NIST鉴定ISO MTD悬浮液中的颗粒尺寸分布。NIST的标准参考物质 （SRM）为2806，被鉴定的悬浮液为浓度2.8 mg/L的ISO MTD悬浮在MIl-H-5606液压油中形成的悬浮液。使用扫描电子显微镜和统计分析技术来测量ISO MTD投影面积的等效直径，以确定SRM的颗粒尺寸分布。由于投影面积等效直径比定义ACFTD尺寸分布的最大弦长更接近于液体自动光学颗粒计数器的实际测定尺寸，所以使用投影面积等效直径作为颗粒的粒径尺寸，如图1所示。

图1 用最大弦长和投影面积等效直径定义颗粒尺寸

表1 ACFTD和ISO MTD粉尘粒径尺寸比较

2.3 颗粒尺寸的重新定义

在液压系统油液的污染控制中，颗粒尺寸和浓度都是十分重要的。随着校准方法的变化，报告的颗粒尺寸和浓度将会随之变化，其变化程度取决于颗粒尺寸的大小。由于这一变化，ISO 11171指定用符号 “μm （c）” 表示颗粒尺寸， 其中 （c） 表示按照ISO 11171校准。表1是ACFTD尺寸和新的NIST尺寸的比较。10 μm时，报告尺寸的差别大约只有2%。然而，ACFTD的15 μm大约变成了13.6 μm （c）， 5 μm 大约变成了 6.4 μm （c）。 小颗粒尺寸的变化最大。ACFTD方法的1 μm颗粒尺寸大约变成4.2 μm （c）。在报告污染度或比较过滤器的β值和过滤效率时，颗粒报告尺寸的这种变化将会导致混乱。

颗粒尺寸的重新定义，使得现在使用的许多颗粒计数器在使用新校准方法后不能对尺寸小于5 μm（c）的颗粒进行计数。一般来说，使用ACFTD校准方法很容易对1 μm颗粒进行计数的颗粒计数器，在使用新校准方法后，能够对4 μm（c）的颗粒进行计数。根据国际上有关试验室联合验证的试验结果，只有新的消光传感器和散光传感器才能计数更小的颗粒尺寸。一些颗粒计数器生产商生产的消光传感器在使用新的校准方法后，可以统计尺寸为2～3 μm （c）的颗粒。小尺寸颗粒的统计，更需要散光传感器。

2.4 颗粒计数取样方法改为在线直接取样

ISO 4572的颗粒计数取样方式是采用取样瓶进行瓶取样，在取样过程中容易受到各种污染，如取样瓶本身的清洁等级，取样过程的清洁度控制。离线颗粒计数器在取样计数时，中间环节多，过程繁复，对测试结果造成一定的影响。而在线颗粒计数器直接测量颗粒数，克服了瓶取样的缺点，使测试结果更加准确。具体地讲，在线颗粒计数法与瓶取样方法相比具有如下优点：

（1）系统的初始清洁度只要30～60 min即可实现。

（2）自动颗粒计数器连接计算机，只要几分钟即可获取供分析用的数据，而瓶取样法需要几个小时或更长时间。

（3）与瓶取样法相比，大大缩短了总的试验时间。

（4）不需要干净的取样瓶。

（5）不存在由于瓶子污染引起的误差。

2.5 取样次数改为试验全程连续取样

在ISO 4572标准中，对过滤精度测试规定只进行5次颗粒计数取样分析，即在试验第2 min时和在滤芯极限压差的10%、20%、40%、80%时进行取样分析。

ISO 4572在整个试验过程中过滤精度测试只取5个油样不能全面地反映被试滤芯的过滤比变化，而ISO 16889在全试验过程中不间断地进行颗粒计数和比较，可以更加直观地表达滤芯在全寿命期内的过滤分离能力变化趋势。

2.6 试验时粒径尺寸设置更加贴近实用

ISO 4572规定了被试滤芯的适用范围，以10 μm粒径的过滤比作为评定滤芯性能的主要指标。因此在试验报告中只规定了测试 10 μm、20 μm、 30 μm、 40 μm 粒径尺寸的过滤比。而ISO 16889最少选择5个、最多推荐16个过滤比β=2～1 000范围内的颗粒尺寸 （覆盖过滤器的性能范围）。典型的颗粒尺寸为5、6、7、8、10、12、14……30 μm （c）。

从试验标准的颗粒尺寸设置我们可以看到液压领域在污染控制方面的明显进步，污染物控制的对象从10 μm的颗粒下降到了4 μm左右。标准的改进为更高精度滤芯的研制和测试提供了可靠的保证。

ISO 4572和ISO 16889的试验报告颗粒分布分析如表2、表3所示。

表2 ISO 4572试验报告颗粒分布分析（每毫升颗粒数）

表3 ISO 16889试验报告颗粒分布分析

3 ISO 16889试验结果的表达更加全面、具体

3.1 粒径尺寸设置的不同

ISO 4572 只规定了测 试 10 μm、 20 μm、 30 μm、40 μm粒径尺寸的过滤比，而ISO 16889最少选择5个过滤比，其范围包括β=2到β=1 000的颗粒尺寸 （覆盖过滤器的性能范围）。ISO 16889在最终结果中反映过滤比和颗粒尺寸的关系并在半对数坐标中生成曲线，如图2所示，可利用内插值法计算出对应过滤比的颗粒尺寸。

图2 过滤比与颗粒尺寸的关系

3.2 增加了过滤比和滤芯试验时间百分比的关系曲线

由于ISO 16889采用在线计数器连续进行颗粒计数，在试验结果上反映了各颗粒尺寸在滤芯全寿命期内的平均过滤比和各时间段的过滤比。此外，还在半对数坐标图中生成每一颗粒尺寸的平均过滤比和试验时间百分比关系曲线，如图3所示，或在lg-lg坐标图上生成每一颗粒尺寸的平均过滤比和滤芯压差关系曲线。

图3 过滤比和试验时间百分比的关系曲线

3.3 纳污容量的计算方法不同

ISO 4572把实际试验中注入的试验粉末总质量作为滤芯的纳污容量评定指标，而ISO 16889是实际试验中注入的试验粉末总质量减去未被滤芯过滤的污染物质量得出滤芯的实际纳污容量，可见ISO 16889评定滤芯纳污容量的方法更加科学和可靠。

ISO 4572纳污容量的表达式为

式中Mi—— 污染物注入总质量，g；

Gi——污染物注入浓度，mg/L；

qi——注入流量，L/min；

t

f——实际试验时间，min。

ISO 16889纳污容量的表达式为

式中Cr——纳污容量，g；

Mi——污染物注入总质量，g；

Mnr——未被拦截的污染物质量，g。

4 结论

由于液压领域技术的高速发展， 对污染控制提出了更高的要求。原来的ISO 4572 《液压传动—过滤器—测定过滤特性的多次通过法》已经不能适应当前的需要， 但是， 作为曾在过滤行业有指导作用的标准， 仍影响着我们的方方面面。比如， 很多过滤器及滤材的标称精度仍然使用ISO 4402 的标定方法， 像ISO 4402 标称为1～3 μm 的滤材， 转换成ISO 11171 就应标称为4 μm。又如某些过滤器和滤材以ISO 4572 使用的污染物注入总量来表示纳污容量指标。这些情况给液压过滤分离行业的交流与研究带来了不便。

为了更加准确、科学地评定过滤器的性能， 以ISO 16889 多次通过试验标准取代旧标准是必要的， 有科学依据的。我们应当在相关行业内推广及应用新标准。

[1] ISO 4572.液压传动—过滤器—测定过滤特性的多次通过法[S].

[2] ISO 16889.液压传动过滤器—评定滤芯过滤性能的多次通过试验法[S].

[3] ISO/TR 16386：1999.改变ISO流体传动颗粒计数、污染和过滤标准的影响[S].

Improvement of Performance Test Method for Hydraulic Filter

Li Zhengjiang Guo Wenzhen

This paper mainly introduced the performance test method characteristics of ISO 16889 standard on the hydraulic system filter,and compared the test method with previous methods.

Filtration； Test powders； On-line counting； Continuous sampling； Grain size calculation

TQ 051.8

*李正江，男，1972年5月生，工程师。新乡市，453002。

2011-03-22）