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高精过滤技术及其在现代制造业领域的应用
北京欧洛普过滤技术开发公司杨淼

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随着现代制造技术高速、高压、高控制精度、高自动化及高可靠性的发展趋势，机械设备的动力传动部分越来越普遍地采用轴向柱塞泵、比例阀、伺服阀、静压液压轴承。此类系统的正常运行对油品清洁度要求极高，75%～85%的系统故障归因于系统中的颗粒污染物。颗粒污染物对元件运动表面的切削、粘着、冲蚀经常造成比例伺服系统滞环增大、响应缓慢、控制失灵及泵及轴承的损坏甚至灾难性事故的发生。针对此类问题，以前普遍采用定期更换元件，随时监测系统状态，甚至增大运动表面动态间隙以期减少事故的发生。高精过滤技术是针对机器设备的血液——油品（包括液压油、润滑油、切削液等），基于系统运行高可靠性的要求，采用主动预防性维护的理念和策略，全面了解设备运行状况和元件动态间隙，合理选定过滤器、滤芯的过滤精度和过滤面积，高效滤除间隙尺寸颗粒，阻断磨损的链式反应，同时配合定期监测，保证油品及系统的清洁度，从而达到减少磨损，避免维修，延长元件及设备使用寿命，提高综合经济效益的目的。如何应用高精过滤技术高精过滤技术是随着冶金高速轧制技术、现代液压技术、航空宇航技术应运而生的。在制造行业，由于污染控制及设备主动预防性维护的理念没有得到广泛推广，高精过滤技术还没有得到广泛应用。有些发达国家的进口设备在选择过滤装置、过滤元件时对设备的过滤精度要求重视不够，造成投入运行后不久油品清洁度即超标，设备运行事故率居高不下。北京欧洛普过滤技术开发公司在制造加工过程及实际使用中进行主动维护，通过实施高精过滤提高设备的综合效益。高精过滤的实施分三步：确定典型元件的动态油膜间隙及目标清洁度；选择适当的过滤系统；坚持按压差更换滤芯，配合定期监测。第一，从污染控制的角度出发，与动态油膜间隙尺寸相近的颗粒危害最大。因为这一尺寸范围的颗粒一旦进入运动副的间隙内，将引起零件表面磨损，并使零件间隙增大，从而使较大的颗粒进入间隙，引起进一步磨损。这样继续下去，磨损不断加剧，最后导致元件失效。经验证明，选用β3>200的高精过滤器可使泵和电动机的寿命延长4～10倍，可基本上消除液压阀的污染卡紧状况，并显著延长液压油的使用周期。第二，过滤系统的选择需要从过滤器位置及安装形式、过滤比、过滤材料三个方面考虑。一般液压润滑系统过滤装置在设计之初即按照相应规范设计，在此不必赘述，只是在压力油和回油过滤系统中，过滤器的过滤性能都不同程度的受流量和压力波动的影响，其过滤效率显著降低。此时可以选用高精度的外循环过滤装置进行外循环过滤，外循环系统的流量（L/min）建议取油箱容积(L)的5%～20%，工作环境恶劣、系统清洁度要求高，建议取大值。此外，外循环过滤装置还可在主系统工作之前对油箱内的油液进行预过滤，可以有效地保护主系统的油泵。同时与油液的脱水、除气及热交换装置结合，可以实现对油液的温度调节和污染综合控制。过滤比的选择主要考虑过滤元件能否将动态油膜间隙尺寸颗粒充分高效滤除。高精过滤一般选用βx>200的过滤产品。图1所示为一车辆液压系统在三个月现场试验中油液污染度变化曲线。系统由原来公称过滤精度25μm的过滤器换成β3>200的高精度过滤器，运转20min，油液中大于5μm的颗粒数减少了100倍。在经过300小时运转后大于5μm的颗粒数减小到最小值2500，金属磨屑含量接近0。然而，当换回以前的公称过滤精度25μm的过滤器后，在100小时后，油液中大于5μm的颗粒数增加了300倍，元件磨损程度又显著增加。（图片）过滤材料按照结构和过滤原理，可以分成表面型和深度型两大类。金属网式、线隙式和片式等过滤元件属于表面型材料，此类滤材的过滤机制比较单一，主要是直接阻截，因此纳污量小。此类材料经反向冲洗后可以重复利用，但每次冲洗后寿命和纳污量会有所降低。植物纤维、玻璃纤维、金属纤维及合成纤维材料均属于深度过滤材料。特别是合成纤维材料中的聚丙烯超长纤维滤材，由于丝径细、质地均匀、弹性好，所以精度高，耐冲击。随着熔喷技术的进步，可以通过调节工艺参数改变纤维结构形成梯度过滤。由于制作过程不使用粘接剂，所以滤材孔隙率高，从而充分利用深层过滤机制以提高单位过滤面积的纳污容量。由北京欧洛普过滤技术开发公司研制的此种材料最高过滤精度可达β3>600，聚丙烯超长纤维滤材制作的滤芯纳污容量相当于相同精度滤芯的2～4倍，是真正意义上的高精度、长寿命、大纳污量过滤产品。第三，加强点检，按压差更换滤芯，配合状态监测。高精过滤滤芯更换压差根据系统情况有所不同，需要根据现场情况加强与过滤器制造厂家的沟通。状态监测不仅包含油品清洁度、水含量、黏度，还包括铁谱、光谱、能谱等多项监测措施，但清洁度监测是关键因素。需要特别说明的是，清洁度监测时取样方法及检测仪器对样品影响极大，取样人员最好经相关部门培训。（图片）唐钢热轧薄板厂磨床主液压系统成功的应用案例高精过滤技术在宇航、钢铁、电力行业都有成功的推广，以下仅就此项技术在制造业的应用作简要介绍。中建一局四公司从意大利土力公司进口R618型旋挖钻机，设备造价每台980万元，是公司施工的关键设备。系统使用的柱塞泵为德国力士乐产品，并采用全伺服控制系统。原装滤芯为美国PALL公司产品，进口产品价格高，供货周期长。经综合考察，四公司自2001年将此车型全部液压润滑系统滤芯进行转化，关键部位使用聚丙烯超长纤维高精度滤芯，过滤精度β5>200。四年来液压系统运行基本没有故障，保证了施工任务的顺利完成。四公司已将成功经验推广至同为关键设备的意大利土力公司BH12型液压抓斗液压系统过滤元件转化过程中，亦取得了良好效果。唐钢热轧薄板厂磨辊车间三台工作辊磨床为德国WALDRICH SIEGEN 原装设备，型号为WS25.00*6000，单件加工重量25t。一台日本东芝KW-1660支撑辊磨床，单件加工重量70t。设备加工精度±2μm辊形差异±2μm，圆跳动3～4μm。四台设备总造价接近一亿元人民币，是车间的关键设备。此种设备的主轴及托板导轨采用静压液压支撑，对油品清洁度要求极高。由于欧洛普在唐钢轧钢车间液压润滑系统进口滤芯转化有非常成功的案例，磨辊车间自2003年将所有液压润滑系统滤芯按照高精过滤的要求进行转化，滤芯最高精度β3>200，同时配合高精度外循环过滤，两年来系统运行正常，保证了生产的需要。 1/9/2006


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