許聯(lián)航 劉混舉 朱天濤 劉混田 喬永軍

(1.神華神東煤炭集團有限責任公司，陜西省神木縣，719315；2.太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山西省太原市，030024)

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★ 煤炭科技·機電與信息化 ★

液壓支架過濾器濾芯性能試驗中試驗粉塵的分析研究

許聯(lián)航1劉混舉2朱天濤2劉混田1喬永軍1

(1.神華神東煤炭集團有限責任公司，陜西省神木縣，719315；2.太原理工大學(xué)機械工程學(xué)院，山西省太原市，030024)

針對液壓支架濾芯多次通過試驗中試驗粉塵的選擇問題，介紹了多次通過試驗方法，并對5種類型的粉塵進行了初步分析和選擇，用兩種不同的粉塵分別進行了試驗，得到了濾芯性能檢測結(jié)果，最后根據(jù)實驗結(jié)果確定了最佳試驗粉塵。

液壓支架 濾芯 多次通過試驗 試驗粉塵

據(jù)統(tǒng)計，液壓污染是造成液壓系統(tǒng)故障最主要的原因。為了保證液壓系統(tǒng)工作的可靠性，有效凈化液壓介質(zhì)，性能良好的過濾器必不可少。多次通過試驗方法就是對過濾器性能進行評定的一種手段，它通過檢測過濾器對試驗粉塵的攔截情況，來計算其過濾精度、過濾比、納污容量等指標，為過濾器選擇提供依據(jù)。在此過程中，試驗粉塵作為實際工況的模擬污染物，對其結(jié)果影響較大，根據(jù)不同的污染源選擇合適的粉塵，才能得到正確的結(jié)論。對于液壓支架過濾器濾芯，其多次通過試驗方法還未成熟，在粉塵的選擇上尚不明確，因而對此問題進行研究，選擇合理的試驗粉塵可以有效地改良試驗方法和精確試驗結(jié)果，有利于液壓支架過濾器濾芯制造和使用企業(yè)對其性能的檢測。

1 液壓過濾器評定濾芯性能的多次通過試驗方法

《液壓傳動過濾器評定濾芯性能的多次通過方法》GB/T 18853-2002為我國通油類過濾器普遍采用的過濾器(濾芯)性能檢測標準，其中的試驗粉塵為《道路車輛-用于濾油器評定的試驗粉塵》ISO12103-1標準中A3為中的中級試驗粉塵。將多次通過試驗方法引入液壓支架濾芯的性能檢測是近年來才進行的研究項目，試驗方法參照了國家標準GB/T 18853-2002，其原理如圖1所示。

由圖1可以看出,A部分是試驗臺的注污系統(tǒng)，即用一定量的試驗粉塵模擬實際污染物，首先注入注污系統(tǒng)中，進行液體的循環(huán)，當污染濃度均勻時，截止閥14就會開啟，被污染的液體流入試驗系統(tǒng)B中，再多次通過濾芯，當被測濾芯3兩端的壓差達到一定值時，停止試驗。在試驗的前后，都要用試管量取兩個系統(tǒng)中一定量的液體，并測量出其液體污染濃度，通過前后濃度的差值最終得到濾芯的納污容量。在試驗過程中，有顆粒計數(shù)器不斷測量濾芯上下游的粉塵顆粒數(shù)，由此可以得出過濾精度。

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

多次通過試驗的順利進行需要對其各個技術(shù)指標進行合理的確定，除了影響巨大的試驗粉塵之外，需要確定試驗介質(zhì)、試驗溫度以及試驗壓力等指標，各指標見表1。

表1 多次通過試驗技術(shù)指標

2 試驗粉塵的分析

在多次通過試驗中，試驗粉塵作為注入系統(tǒng)的污染物，對試驗的結(jié)果影響主要表現(xiàn)在兩個方面：一方面是對過濾精度結(jié)果的影響，過濾精度指的是濾芯對污染物進行有效攔截(βx(c)≥100)的顆粒尺寸，其中的βx(c)為濾芯上下游某種顆粒尺寸x的數(shù)量之比，而《煤礦用液壓支架過濾器》NB/T51016-2014標準規(guī)定，過濾比βx(c)≥5時，可以看作是有效攔截，這種情況下，如果選擇的試驗粉塵顆粒尺寸分布過小，那么濾芯不能有效攔截粉塵，過濾比一直保持著很小的情況，也就無法測出過濾精度，如果選擇的試驗粉塵顆粒尺寸分布過大，那么濾芯的攔截能力太強，就會導(dǎo)致得出的過濾精度數(shù)值不準確；另一方面是對納污容量的影響，納污容量是根據(jù)試驗前后液體污染濃度的差值計算的，由于在試驗過程中，總有一些誤差，則當試驗粉塵選取不當、濾芯不能有效攔截粉塵或者攔截粉塵速度過快都會使得誤差加大，最終得到的結(jié)果與實際很難相符。

在《道路車輛-用于濾油器評定的試驗粉塵》ISO 12103-1標準中，規(guī)定了A1～A4這4種粉塵，包括粉塵的描述、名稱和顆粒尺寸分布等內(nèi)容，當然，也有一些其他的試驗粉塵類型，以適用于不同的情況。其中，比較常見的是11957D分級試驗粉塵，各類粉塵的顆粒尺寸分布有著較大差異，這也是它們最大的不同之處，各粉塵顆粒尺寸累計體積百分比分布如圖2所示，11957D 20～40 μm分級粉塵不同顆粒尺寸累計體積百分比分布如圖3所示。

圖2 各粉塵顆粒尺寸累計體積百分比分布

圖2反映了試驗粉塵中不同尺寸顆粒數(shù)目占總數(shù)的體積百分比。《道路車輛-用于濾油器評定的試驗粉塵》ISO 12103-1標準中A1為超細試驗粉塵，其名義尺寸介于0～10 μm，這種粉塵最初是為小汽車空氣過濾器試驗而開發(fā)的；ISO 12103-1 A2為精細試驗粉塵，其名義尺寸介于0～80 μm；小于20 μm的顆粒占總顆粒體積百分比的70%，20～40 μm的顆粒數(shù)體積占總顆粒體積百分比的21%左右；ISO 12103-1 A3為中級試驗粉塵，名義尺寸介于0～80 μm，其中20～40 μm的顆粒數(shù)體積占總顆粒體積百分比的23%左右；ISO 12103-1 A4為粗試驗粉塵，名義尺寸介于0～180 μm，其中20～40 μm的顆粒數(shù)體積占總顆粒體積百分比的29%左右，而大于40μm的顆粒數(shù)體積占總顆粒體積百分比的49%左右。

圖3 11957D 20～40 μm分級粉塵不同顆粒尺寸累計體積百分比分布

圖3所示11957D分級試驗粉塵是一種用于特殊情況的粉塵，其顆粒尺寸在20～40 μm之間的數(shù)量占總顆粒數(shù)體積百分比的80%左右，整個分布呈標準正態(tài)分布。

根據(jù)液壓支架濾芯制造廠商提供的信息，得知其規(guī)定過濾精度為25 μm，在上述5種試驗粉塵中，占比最大顆粒尺寸與25 μm比較相近的是A3粉塵以及分級試驗粉塵，因此，采用這兩種粉塵作為試驗粉塵，分別做液壓支架過濾器濾芯的多次通過試驗，并進行對比分析，最終確定合適的試驗粉塵。

3 試驗過程及結(jié)果分析

3.1 多通試驗步驟

當確定試驗粉塵的選擇為A3和分級試驗粉塵之后，分別用兩種粉塵進行兩種型號液壓支架濾芯的多通試驗，并進行對比研究，試驗步驟如下：

(1)對多通試驗臺進行功能驗證，保證其運行正常，結(jié)果有效。

(2)對多通試驗臺進行凈化，即運轉(zhuǎn)凈化系統(tǒng)，將以往試驗殘留粉塵以及日常污染物進行清除，這個過程比較漫長，一般持續(xù)2～3 h，最終要達到4 μm的顆粒數(shù)小于196個/mL。

(3)計算所需的試驗粉塵重量，如式(1)所示:

(1)

式中：W——所需粉末量，g；

Gi——污染液的重量級，mg/L；

Vi——注入系統(tǒng)的液體容積，L。

其中計算污染液重量級的公式如式(2)所示：

(2)

式中：Gi——污染液重量級，mg/L；

C——上游重量級，mg/L；

Q——試驗流量，L/min；

Qi——注入流量，L/min。

(4)對被測濾芯進行結(jié)構(gòu)完整性試驗，確保其結(jié)構(gòu)上沒有損壞，此次試驗所用的濾芯分別為某國產(chǎn)濾芯和某進口濾芯，二者初始冒泡壓力均在1200 Pa以上，結(jié)構(gòu)完整。

(5)試驗參數(shù)的設(shè)置，經(jīng)過多次的試驗以及核驗計算，確定試驗流量為20 L/min，試驗濃度為1 mg/L，極限壓差為400 kPa。

3.2 試驗結(jié)果分析

按照上述步驟分別用A3粉塵和分級試驗粉塵對被試濾芯進行試驗，得到4組試驗結(jié)果見表2。

3.2.1 過濾精度結(jié)果分析

液壓支架過濾器濾芯的過濾精度指的是過濾比βx(c)≥5時的粉塵顆粒尺寸，根據(jù)結(jié)果中的數(shù)據(jù)，兩種型號的濾芯在A3粉塵的條件下測得精度都為40 μm左右，在分級試驗粉塵條件下測得精度為27 μm左右，因此可以判斷，二者的精度基本一致，但運用不同粉塵所得的數(shù)據(jù)差距較大，而且很顯然，分級試驗粉塵的檢測結(jié)果更符合產(chǎn)品的技術(shù)性能指標值。

從兩種粉塵的顆粒尺寸分布情況可以看出，A3粉塵的顆粒尺寸范圍是0～80 μm，其中20 μm以下的顆粒體積百分比占到70%，對于精度為25 μm的支架濾芯，這些小顆粒是攔截不住的，屬于無效粉塵，而A3粉塵中，大顆粒的數(shù)目本來就較少，試驗過程中又存在計數(shù)誤差，因此可以看出，A3粉塵不適合支架過濾器濾芯的性能測試；分級試驗粉塵20～40 μm之間的顆粒占顆?？倲?shù)體積百分比的80%，濾芯對這些尺寸的顆?？梢赃M行有效地攔截，也就能比較準確地得到檢測結(jié)果。

3.2.2 納污容量結(jié)果分析

液壓支架過濾器濾芯納污容量計算的主要依據(jù)是試驗前后污染濃度的差值，其公式如式(3)所示：

(3)

式中：CR——濾芯的納污容量，g；

Mi——試驗粉末注入總量，g；

G80——在過濾器極限壓差達到80%時，試驗油箱的重量污染度，g/mL；

Vf——試驗結(jié)束時，過濾器試驗系統(tǒng)油箱體積的測量值，L；

qd——下游排放和取樣流量，L/min；

tf——最終試驗時間，min；

Gb——上游基本總量污染度平均值，g/mL；

qu——上游取樣流量，L/min。

2種粉塵下的濾芯納污容量進行對比可以看到，在相同的注污總量實驗條件下，用A3粉塵進行試驗測得的納污容量遠小于用分級試驗粉塵所測得的數(shù)值，可能的原因為：一是A3粉塵中大尺寸顆粒比較少，造成在試驗規(guī)定時間內(nèi)無法達到極限壓差，濾芯還未堵塞，試驗就結(jié)束了，因此，測得的納污容量較低；二是堵塞濾芯的是A3粉塵中遠大于25 μm的顆粒，這些大顆粒的表面幾何形狀與尺寸25 μm附近的顆粒形狀有很大差異，導(dǎo)致較少的顆粒就使得濾芯的壓差達到極限壓差。比較而言，分級試驗粉塵由于顆粒尺寸分布合理，所測得的納污容量數(shù)值符合試驗規(guī)律。

4 結(jié)論

利用兩種型號的液壓支架過濾器濾芯分別在A3試驗粉塵和分級試驗粉塵的條件下進行評定濾芯性能的多次通過試驗，根據(jù)試驗結(jié)果及分析得到以下結(jié)論和建議：

(1)對比過濾精度的試驗結(jié)果，發(fā)現(xiàn)分級試驗粉塵的檢測值與濾芯技術(shù)參數(shù)值比較接近，而用A3粉塵進行試驗的數(shù)據(jù)顯示濾芯的精度偏低，表明使用分級試驗粉塵的檢測結(jié)果更為準確。

(2)對比納污容量的檢測結(jié)果，分級試驗粉塵的測定值總大于使用A3粉塵的測定值，由粉塵顆粒尺寸的體積百分比分布情況分析得到分級試驗粉塵的檢測結(jié)果較為精確。

(3)建議使用11957D 20～40 μm分級試驗粉塵作為液壓支架過濾器(濾芯)過濾精度檢測的標準試驗粉塵。

[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(2)

[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(8)：

[3] GB/T18853-2002液壓傳動過濾器評定濾芯過濾性能的多次通過方法[S] .北京：中國標準出版社，2002

[4] GB/T28957.1-2012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[S] .北京：中國標準出版社，2012

[5] 郝新友，路紅，張津津等.標準粉末的改變對液壓系統(tǒng)污染控制及過濾器測試的影響與對策[J] .液壓與氣動，2000(4)

(責任編輯 路 強)

《河北省煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》印發(fā)

《河北省煤炭工業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃》(以下簡稱《規(guī)劃》)印發(fā)。

《規(guī)劃》指出，“十三五”期間，河北省將大力化解煤炭過剩產(chǎn)能、淘汰落后產(chǎn)能，推進煤礦先進產(chǎn)能建設(shè)，優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，進一步提升煤礦機械化程度，提高煤炭洗選比例，加強綠色生態(tài)礦山建設(shè)和煤炭高效清潔利用。根據(jù)《規(guī)劃》，到2020年，全省將關(guān)閉退出煤礦123處，煤炭產(chǎn)能將由“十二五”末的12000萬t/a壓減到7000萬t/a左右，退出產(chǎn)能約5000萬t/a。全省煤炭產(chǎn)量將由“十二五”末的逾9000萬t下降到5000萬t左右，屆時省內(nèi)煤炭產(chǎn)量占全省煤炭消費總量的比重不足20%。

Analysis and study on test dust in performance test of hydraulic support filter element

Xu Lianhang1, Liu Hunju2, Zhu Tiantao2, Liu Huntian1, Qiao Yongjun1

(1.ShenhuaShendong Coal Group Co., Ltd., Shenmu, Shaanxi 719315, China;2.College of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan, Shanxi 030024, China)

Aiming at problem of selecting test dust in multiple-pass test of hydraulic support filter element, the multiple-pass test method was introduced, and five types of dust were analyzed and selected, then the test result of filter element performance was obtained by respectively testing two different kinds of dust, and according to the experimental results, the best test dust was selected finally.

hydraulic support, filter element, multiple-pass test, test dust

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

許聯(lián)航，劉混舉，朱天濤等. 液壓支架過濾器濾芯性能試驗中試驗粉塵的分析研究 [J].中國煤炭，2017，43(5)：70-73. Xu Lianhang, Liu Hunju, Zhu Tiantao et al. Analysis and study on test dust in performance test of hydraulic supportfilter element[J].China Coal，2017，43(5)：70-73.

TD355.4

A

許聯(lián)航(1979-)，男，陜西咸陽人，工程師，主要從事煤礦機電技術(shù)研究及其管理方面的工作。