1、液壓潤滑油過濾器的設計與制造 大家好，能與各位同仁在一起共同探討關于過濾器的一些知識，我感到很榮幸。 今天，我來談談“液壓潤滑油過濾器的設計與制造”。這次座談會，絕大多數專家都談到在過濾器的設計中最主要的問題就是過濾材料的選擇。對這一點，我是非常贊同的。但是，是不是有了好的材料就一定能夠制造出品質優良的過濾器呢？我看還差得很遠。 有了好的材料，只能說在過濾器的生產過程中走對了第一步。而其結構設計的優劣和制造工藝的高低，對于過濾器來說才是關鍵的第二步、第三步，只有這幾步都走對了，才能發揮出過濾材料的最佳性能，從而獲得高效的過濾器。 今天，結合國外著名過濾器廠家的產品，重點講講油過濾器在結構設計和

2、加工工藝中，如何使先進的過濾材料達到最佳的使用性能。 大家看下圖，這是一個典型的液壓過濾器。它基本上有以下零件構成：1、端蓋2、濾層3、骨架4、密封圈 這是美國PALL公司生產的HC9020HC9021系列高壓過濾器。第一講過濾器的端蓋的設計。在同一種殼體里面可安裝兩種不同的濾芯： HC9020（左）和HC9021（右）下面是這兩種濾芯的剖面圖：HC9020：HC9021： 由上圖可見，這兩種濾芯連接尺寸完全相同，但結構卻大不一樣。 HC9020濾芯的上下蓋均采用=0.6mm的碳素鋼板沖壓成型，而HC9021濾芯的上下蓋卻采用金屬內芯加外包覆0.5mm鋼板而成。PALL公司的設計師們為什么要這

3、樣設計呢？讓我們看一看這一系列過濾器的數據表：HC9020濾芯的終止壓差為4bar，HC9021濾芯的終止壓差為16bar；HC9020濾芯的壓潰壓力為20bar，HC9021濾芯的壓潰壓力為210bar。由以上數據可以看出，之所以兩種外形尺寸完全一樣的濾芯其結構有差異，完全是因為它們的使用壓力不一樣所造成的。 HC9020濾芯在正常壓力下工作，只需很薄的鋼板就解決問題了。而HC9021需要承受比HC9020大得多的壓差，因此，就必須要用很厚的鋼芯作支撐，并且為了保證濾芯可以獲得最大的過濾面積，又在鋼芯外部包覆一層不承受壓力的薄鋼板。 再來看另外一個例子，HYDAC公司的“D”系列過濾器屬于高

4、壓過濾器，有兩種型號：BH/3HC和BN/3HC，BH/3HC濾芯的端蓋全部采用鑄鋼鍛壓而成，其端蓋厚度至少在2mm，因為它要承受210bar的壓力；BN/3HC濾芯的端蓋采用的鋼板拉伸而成，厚度僅為0.6mm，它承受的壓力僅為25bar。 濾芯端蓋的設計原則“端蓋端蓋的設計一定要與濾芯的使用壓力的設計一定要與濾芯的使用壓力相適應，在保持必要的結構強度相適應，在保持必要的結構強度的原則下，盡量增大過濾面積的原則下，盡量增大過濾面積”。國際上油過濾器的結構強度 一般采用 這么幾個等級： 吸油過濾器：13bar 管路過濾器： 中、低壓：20bar 高壓：210bar 大家再看上面的圖HC9021，

5、不知大家注意沒有，濾芯兩頭的端蓋都向里收口，這是為什么？過去我們為一個廠家加工一批高壓濾芯，送過去后，替人家安裝，用力一拔，結果把濾層拔了下來，端蓋卻留在里面，用螺絲刀撬，用鉗子拔，紋絲不動，害了別人停機一天，損失慘重。因為高壓過濾器要承受很高的壓力，端蓋骨架容易變形卡死，不易拆換。故兩端端蓋向里收緊，增加結合強度。 濾芯的端蓋有好多種，有機加的、沖壓的，有金屬的、非金屬的，有注塑成型的、有發泡成型的，只要我們堅守以上原則，就可以設計出既能保證性能，又節省材料的新產品來。第二講、濾層的設計與制造1、波紋高度波紋的高度按下面公式計算：hb=(d1-D2)/2式中：hb波紋高度，mm d1-波紋濾

6、層外徑，mm D2-波紋濾層內徑，mm 最佳波紋高度（過濾面積最大時的波紋高度稱為最佳波紋高度）hb=d/4對于直徑小于100mm的濾層，其波紋高度可按上式來計算；對于直徑大于100mm的濾層，切不可盲從上面的公式，波紋高度以不超過25mm為準，波紋太高時受到壓力會造成幾個波紋并在一起，造成過濾器有效過濾面積變小而很快失效。2、波紋數波紋數按下面公式進行計算： n=*D2/(2(t+r)+l)式中：n-波紋數，個 t-濾層厚度，mm r-波紋折疊半徑，mm l-波紋內間距，mm不可清洗或高壓可清洗濾芯的波紋數按下式記算： n=*D2/2(t+r)低壓可清洗濾芯的波紋數按下式記算： n=*D2/

7、（2(t+r)+0.25) 以上公式為理想公式。實際操作上，很少按此公式計算，因為濾材不一樣，材料的彈性也不一樣，計算出來的數值往往與實際的不相符。這里，我們給出一般情況下的濾層其內徑波紋間距： 單層金屬網的濾層-1.52mm 雙層金屬網的濾層-1.82.5mm 帶雙層護網的不銹鋼燒結氈濾層-2.83.5mm 單層濾紙的濾層-1.72.3mm 帶雙層護網的玻纖濾層-2.53mm 帶雙層護網并有護紙的玻纖濾層-2.73.5mm 波紋少了會影響過濾面積，但波紋多了會造成內徑波紋根部擠死，增大流通阻力，反而會影響過濾器的壽命。3、過濾面積過濾面積按下式計算： A=2nhbLA-過濾面積，mm2L-有

8、效波紋長度，mm4、過濾材料的選擇4.1、要確定過濾材料，首先要確定系統的目標清潔度。美國太平洋科學公司HIAC分部曾對各種類型液壓裝置的油液污染度進行了廣泛的調查，匯總了美、英、德、法等8個國家85個公司的油液污染度數據，在分析總結的基礎上提出了各個工業部門液壓裝置污染度等級參考指標:液壓元件清潔度等級種 類ISO4406NAS1638液壓泵一般齒輪泵一般葉片泵一般柱塞泵導彈液壓泵民用飛機液壓泵機床液壓泵16/1316/1317/1413/1015/1216/13778467液壓閥導彈液壓閥試驗臺液壓閥民用飛機液壓閥機床液壓閥機動重型設備13/1013/1014/1115/1217/1444

9、568液壓系統清潔度等級種 類ISO4406NAS1638民用飛機液壓系統(制造廠)液壓系統(航空公司)制動系統和閥16/1318/1512/9793工程機械液壓系統制造廠用戶17/1418/1589 我國早在1985年就制定了有關的規范“液壓元件及系統清潔度管理規范”：典型液壓元件的清潔度等級液壓元件類型優等品一等品合格品各類型液壓泵16/1318/1519/16一般液壓閥16/1318/1519/16伺服閥13/1014/1115/12比例控制閥14/1115/1216/13液壓馬達16/1318/1519/16液壓缸16/1318/1519/16擺動液壓缸17/1419/1620/17蓄

10、能器16/1318/1519/16濾油器殼體15/1216/1317/1412/913/1014/1115/1216/1317/1418/1519/1620/1721/1822/19污染極敏感系統伺服系統高壓系統中壓系統低壓系統低敏感系統數控機床系統機床液壓系統一般機器液壓系統行走機器液壓系統重型設備液壓系統重型和行走設備液壓系統冶金軋鋼液壓系統典型液壓系統的清潔度等級 4.2、選擇過濾器的過濾精度。液壓系統的清潔度后，就可以根據液壓系統的清潔度等級來確定所選濾材的過濾精度。 下表是現代液壓潤滑系統對過濾器過濾精度的選擇：液壓系統潤滑系統伺服閥13200滾珠軸承系統13200比例閥13200滾

11、柱軸承系統16200變量泵312200止推軸承（鋼廠用）3200定量泵36200止推軸承（汽輪機用）6200一般液壓閥512200工業用齒輪箱310200液壓缸615200 4.3、選擇過濾介質 說到過濾介質的選擇，就不得不談到過濾原理。當液壓系統工作時，除了外界的污染物不斷地侵入系統外，系統內部也不斷產生污染物，如元件磨損、油液氧化變質等。油液中常見的污染物有固體顆粒、膠狀物、水、空氣和有害化學物質。當工作油液被各種雜質污染，特別是固體顆粒污染時，液壓系統的可靠性下降、元件的壽命縮短。油液的污染還促使系統內部元件的腐蝕以及加快油液本身的變質。所以，保持工作油液的清潔度非常重要，而油液的過濾是

12、控制固體顆粒污染的重要方法。過濾是利用多孔介質濾除污染物的過程。目前使用的過濾介質有許多種，濾除機理主要有兩類，即直接阻截和吸附作用。直接阻截的特點是液流中的顆粒不偏離流束，直到被阻擋在過濾介質表面。吸附作用的特點是油液中的顆粒在流經過濾介質時由于各種力的作用偏離流束，并在靜電力或分子吸附力等吸附在通道的內壁或纖維的表面。 用于液壓的過濾材料主要分為表面型過濾介質（如金屬網、板等）和深度型過濾介質（如各種纖維濾材等）。 對于表面型過濾介質，被濾除的污染顆粒全部被截留在過濾介質的上游一面。表面型過濾介質的通孔大小一般是均勻的，它可濾除所有大于孔口尺寸的顆粒，而小于介質孔口尺寸的顆?？梢酝ㄟ^。由于

13、污染顆粒積聚在介質表面，孔口容易被堵塞，所以表面型過濾介質的納污容量較低。但由于污染顆粒積聚在介質表面，介質表面的污染物容易清除，因而表面型過濾介質可以在清洗后重復使用。 深度型過濾介質內部有無數曲折迂回的通道。當油液流經過濾介質時，大顆粒污染物被阻截在介質表面孔口或介質內部通道的縮口處，小顆粒污染物流經通道時有些被吸附在通道內壁或粘附在纖維表面，而有些則沉積在通道內的孔穴或液流靜止區。因而深度型過濾介質的過濾機理是既有直接阻截，又有吸附作用，且過濾介質對顆粒的濾除作用發生在過濾介質的整個深度范圍內。因此，深度型過濾介質的納污容量往往較大。與表面型過濾介質相比，深度型過濾介質內部的污染顆粒不容

14、易清洗出來，因而深度型過濾介質只能一次性使用。 需要說明的是，不論是表面型過濾介質還是深度型過濾介質，都可以濾除比過濾介質孔徑小的污染顆粒。這是由于：兩個或多個比孔小的顆粒同時通過過濾介質時，可能發生搭橋現象。表面型濾材和深度型濾材的過濾特性類 型名 稱可濾除的最小顆粒m表面型濾材金屬元件片式、線隙式5金屬編織網金屬網5多層燒結網5深度型濾材多孔剛性介質陶瓷1粉末燒結3微孔織品泡沫塑料3微孔濾膜（表面型）0.005纖維織品天然及合成纖維織品10非織品纖維毛氈、棉絲10濾紙12合成纖維3玻璃纖維1不銹鋼燒結氈3下表是一般過濾介質的類型和過濾精度 吸油過濾器一般情況下選擇金屬編織網作過濾材料，因為

15、金屬編織網具有開孔率高、壓降小、易清洗、強度大等特點，正好適應吸油過濾器的工作特點。若工作壓差很高，還可以選擇線隙式濾材，這種濾材可以承受更高的壓力。 壓力管路過濾器和回油過濾器由于要有高的精度、大的納污容量，所以一般采用纖維濾材。對于精度大于20微米以上，要求不太嚴格的場合，可選用濾紙或合成纖維濾材；對于精度小于20微米的過濾器，可選用玻纖材料或合成纖維濾材；對于耐高溫、高壓場合，可選用不銹鋼燒結氈和金屬粉末燒結元件。而對于用在主過濾系統在線保護那些對污染顆粒敏感的重要系統部件，如伺服閥、比例溢流閥等元件的最終保護過濾器，因元件對顆粒污染物十分敏感，必須選擇高精度編織網來做濾材。濾芯的納污容

16、量與過濾面積之間的關系可用下式表示： G2=G1*(F2/F1)n 式中G2過濾面積為F2的納污容量； G1過濾面積為F1的納污容量； n系數，一般n=1.31.5。 由上式得出：對于同一種濾材的過濾器，其納污容量與濾層的尺寸大小有關。濾層越大，即過濾面積越大，其納污容量越大。在流量一定的情況下，隨著過濾面積的增大，單位面積上通過的流量減小，也即通過的流速減小，濾芯的壓差也減小。因而達到額定壓差時濾芯能夠容納更多的污染物。因此選用大納污量、大流量的過濾器對現場油液的污染控制是很重要的一步。 4.5、過濾器濾層的設計原則“濾層的濾層的設計應該要保證濾層擁有最佳的過設計應該要保證濾層擁有最佳的過濾

17、面積、最大的納污容量。只有這濾面積、最大的納污容量。只有這樣，才能有效降低濾層的表面流速，樣，才能有效降低濾層的表面流速，從而保證濾芯的精度。從而保證濾芯的精度。 讓我們再來品味一下國外優秀設計師在這方面的良苦用心吧。我們再重新回到前面，看一下PALL公司的HC9020HC9021圖。為了擁有最大的過濾面積，設計師們將端蓋和骨架的厚度減到最小，濾層充滿了整個端蓋，為了增加濾層的厚度，HC9021甚至將骨架的內徑減到了與端蓋內徑相同的尺寸。 PALL過濾器發展到現在大致經歷了五代產品。從第三代起，PALL開始采用特殊的高性能濾芯結構，如螺旋纏帶、新型支撐網等，關鍵是采用了高性能的濾材。這種濾材采

18、用漸變孔徑結構，可以最大限度地截獲顆粒，另外，與傳統濾材相比，在相同孔徑時它的纖維更細，因而具有更高的開孔率，有效降低通過濾材的流速，提高了納污容量。 第四代產品，更是采用了創新的無骨架結構，此舉大大增高了波紋的高度，使過濾面積一下子提高了60以上。 就在我們對PALL設計師的創造感到眼花繚亂的時候，PALL又推出了第五代產品-“Ultipleat SRT過濾器”，PALL的廣告詞是-“不是改進，而是革命”。 這種號稱“新月形打褶”結構的濾芯，可使濾層的過濾面積達到最大，PALL公司驕傲地說“這種結構代表了我們所認為的打褶設計的極致”。 如圖所示，傳統的折波方法，其波紋是從內向外輻射的，這樣就

19、會增加波紋之間的間距。從而產生未使用的體積。而“新月形”打褶結構，波紋與波紋之間沒有未使用的空間，不會浪費體積，從而使過濾面積達到最大化。同時流量均勻分布，可有效消除傳統打褶方式中流經波紋頂部的液體少于流經波紋底部的液體，從而使濾材均勻攔截雜質，延長了濾芯的使用壽命。 這種結構還使波紋互相支撐，增強了波紋的穩定性。其中最主要的一點，還是可使濾芯在相同的過濾面積下，擁有較小的體積或是在或是在相同的體積下擁有更大的過濾面積。 4.6、支撐材料的選擇 合適的過濾材料選擇好后，還要考慮如何加工才能使濾材的性能達到最佳狀態。對于濾材來講，必須在濾材的上下表面作適當的支撐，才能承受上下由的壓差所引起的疲勞

20、應力。如果沒有支撐，在高壓差情況下波紋會被壓縮在一起，產生“并牙”現象，同時波紋的根部會因疲勞產生斷裂，從而造成濾芯的失效。 用金屬編織網作過濾材料，如果材料的目數較低，絲徑較粗，可以不用加支撐，如80目以下的方孔網及500以下的特種網。如果材料的目數較高或需要承受大的壓差，就要增加一層或多層支撐網。支撐網一般選40目以下的方孔網，有時甚至需要粗絲徑密紋網。 用濾紙做濾材，一般不加護網，如需承受大壓差，可內加一層20目左右的方孔網。 若用玻纖濾紙作濾材，不但要加支撐網，有時還需加護紙來保護濾材。 在加工高精度過濾器的時候，需要我們特別注意。高精度過濾器的過濾材料一般選用玻璃纖維濾紙，玻璃纖維很

21、脆，經過折疊易折斷，因此需特別保護才行。 以下，是我們的經驗數據，僅供大家參考。 過濾精度10m以上的濾芯，一般內加一層4060目的方孔網，外加一層2540目的方孔網；若選用兩面帶護紙的玻纖濾紙，可不加護紙。 過濾精度10m以下的濾芯（包含10m）可按照下列方法進行加工生產： 1 若選用如南玻院NF系列帶雙層護紙的濾材，濾層的排布由外向內依次為： 2540目吋絲徑0.15方孔網 NF玻璃纖維濾紙 4060目吋絲徑0.1方孔網 2 若選用如LYPORE系列純玻纖濾材時，濾層的排布由外向內依次為： 40目吋絲徑0.15方孔網 雙層茶葉濾紙或60g無紡布 LYPORE玻璃纖維濾紙 雙層茶葉濾紙或60

22、g無紡布 60目吋絲徑0.1方孔網 3 在折波紋前,所有濾網、濾紙均進行檢驗，若有跳絲、脫絲、破孔等，均不得使用。 對于使用壓差小于2MPa的濾芯，如有條件，最好采用尼龍方孔或菱形網來做支撐網，并且采用加熱的方式折波。對于使用壓差21MPa的濾芯，則必須采用金屬網作支撐，并且保護層最好采用200目以上的尼龍編織方孔網。HYDAC-BH系列過濾器濾層的排布由外向內依次為： 25目吋絲徑0.18金屬編織方孔網 單層無紡布 玻璃纖維濾紙 200目尼龍方孔編織絲網 46目吋絲徑0.15金屬編織方孔網HYDAC-BN系列過濾器濾層的排布由外向內依次為： 25目吋絲徑0.18金屬編織方孔網 單層無紡布 玻

23、璃纖維濾紙 單層無紡布 46目吋絲徑0.15金屬編織方孔網這是PALL公司濾層的結構PALL-K系列過濾器濾層的排布由外向內依次為： 3X1.3絲徑0.33菱形尼龍網 單層無紡布 玻璃纖維濾紙（下游帶護層） 3X1.3絲徑0.33菱形尼龍網 PALL-D系列過濾器濾層的排布由外向內依次為： 30目吋絲徑0.24金屬編織方孔網 280目尼龍方孔編織絲網 玻璃纖維濾紙（下游帶護層） 280目尼龍方孔編織絲網 85目吋絲徑0.13金屬編織方孔網 4.7、分流網的選擇 進入過濾器殼體里的油液，一般都是固定于一個方向流動，這樣就會造成濾芯的整個濾層上面承受的流量不一樣，這既是造成濾芯壽命短的重要因素，有

24、時造成濾芯精度達不到的重要原因。因此十分有必要在濾芯的進液面增加一層分流網。 PALL過濾器采用外纏螺旋帶，同時螺旋帶上的膠液也可起到固定波紋間距，使波紋不易變形，可謂一舉兩得。HYDAC公司則采用加菱形網或微孔板的方法的方法來解決這個問題。國內液壓過濾器生產的龍頭企業溫州黎明也開始在它的高壓過濾器上推廣這種方法。 4.8、濾層的合縫 濾層的合縫往往是大家容易忽略的地方。從濾芯的完整性試驗來看，過去我們經常采用的金屬合縫片合縫的方法是極不可靠的，大約有1/3的泄漏都產生于合縫處。現在我們一般采用在合縫處涂膠的方式進行合縫。對于金屬網，低精度可采用滾焊的方式，高精度必須用等離子焊或氬弧焊。 下圖

25、是經常采用的一些合縫方法。其中圖1是HYDAC公司的專利合縫結構，圖2是PALL公司的合縫結構。圖1的方法應該是最佳的，它可確保合縫處不會產生泄漏，圖2的方式合縫處窄，可以增加過濾面積，但工藝復雜，沒有專門的設備，不易保證合縫質量。合縫的形式4.9、濾層的粘結 濾層既粘結在端蓋上，又粘結在骨架上。經統計，由于粘結的原因造成濾芯旁通滲漏的占濾芯總缺陷的比例與合縫處的缺陷幾乎相當。濾層與端蓋、骨架之間的連接和密封的可靠性全靠膠液的性能的好壞以及工藝的優劣。理想的膠液應具備以下性能：粘結強度高，滲透性能好，化學穩定性好、固化時間短、膠液含氣量少等。 粘結工藝的優劣，也是影響濾芯粘結性能的重要因素。一

26、種好的粘接工藝，可以使粘結缺陷降到最低。 我們現在一般采用環氧樹脂膠進行粘結。環氧樹脂具有良好的粘結強度，并且耐酸耐堿，與過濾介質的相容性非常好。但滲透性很差，含氣量也多。在制作高精度過濾器時，極易產生旁通等缺陷，造成產品的報廢。一般采用端蓋灌注少量膠液，濾層端面涂一層膠液來解決彌補滲透性不足的缺陷。 膠液的滲透性太好也不行，有時會造成濾紙吸膠，影響過濾面積，還會造成旁通。下圖是國外一家大公司生產的濾芯，由圖可見，膠液有非常嚴重的上吸現象。第三講、骨架的設計 過濾器中的骨架主要是起支撐作用。濾芯在工作時， 在壓力的作用下，濾層會產生變形，若沒有一個強有力的支撐，將會造成濾芯的壓潰和濾材的損壞。

27、 過濾器的骨架一般分為內骨架（流向為由里向外）或外骨架（流向為由外向里）兩種類型，由于直徑較小的骨架能夠獲得較高的強度，因此最佳的流向應為由外向內流動。對于壓力管路過濾器，因其要承受較高的壓差，一般采用內骨架。對于回油過濾器，壓力一般比較低，并且要求分流效果要好，采用外骨架較多。 骨架必須具有很小的流動阻力。因此其開孔率越高越好。骨架的強度一般分為“標準型”（即耐壓在20bar左右）和“高強型”（耐壓在210bar左右）兩類。 “高強型”骨架的必須要在超過210bar的壓差下仍保持不變。此時應選用小孔骨架以適應壓力的變化。有時骨架上的孔小至2mm，但仍會由于承受很高的壓差而造成濾材被壓入孔中使

28、材料拉裂失效，此時就必須增加一些必要的措施來增強濾層的支撐。 PALL公司高壓過濾器采取的措施是在骨架的外面再加一層0.5mm厚0.6mm孔的微孔板。 HYDAC公司BH系列過濾器又在骨架的外面套一層45目/吋的金屬方孔網。來增加對濾層的支撐。 第四講、密封的設計 在過濾器的使用中，密封件的作用是阻擋油液從高壓腔向低壓腔流動。正確的密封設計是保證過濾效果的重要條件。 過濾器的密封件主要有兩種類型：O型密封圈和平墊圈。 O型密封圈的密封原理如圖： 在無液壓力的情況下，彈性壓縮變形的O型密封圈，在自身的彈性力作用下，對接觸面產生一個預緊力。當有液壓力后，O型密封圈在液壓力的作用下發生變形，移向低壓

29、側，并進一步加大彈性變形，緊逼并封閉了密封間隙，大大增強了密封效果。 平墊圈的密封原理如圖： 無論有無液壓力，平墊圈只在自身的彈性力作用下，對接觸面產生一個恒定的預緊力。當有液壓沖擊時，平墊圈極有可能在液壓力的作用下發生進一步變形，從而造成泄漏。 因此，在設計時，我們應優先選用O型密封圈。密封材料石油基液壓油和礦物基潤滑油難燃液壓液使用溫度范圍水-油乳化液水-乙二醇膦酸酯油丁腈橡膠-40120聚胺酯橡膠-3080氟橡膠-25250硅橡膠-50280丙烯酸酯橡膠-10180丁基橡膠-20130乙丙橡膠-30120聚四氟乙烯-100200 在密封的設計中，我們還應考慮工作介質的類型和溫度。不同的工