过滤器分类、性能指标和压降特性分析

过滤器也叫滤油器，是液压系统中对油液进行过滤净化的重要元件。为保证液压系统正常工作和提高液压元件的使用寿命，合理选用过滤器是非常必要的。

过滤器的作用是滤除悬浮在油液中的颗粒污染物，净化油液，使其污染度控制在允许的范围内。过滤器一般由滤芯、滤壳和其他附件组成。

1.过滤器的分类

滤芯是过滤器的关键部分，过滤器的性能主要取决于滤芯的结构参数和过滤材料的特性。按照滤芯材料的过滤机制来分，有表面型过滤器、深度型过滤器和吸附型过滤器3种。

1）表面型过滤器

整个过滤作用是由一个几何面来实现的。滤下的污染杂质被截留在滤芯元件靠油液上游的一面。滤芯材料具有均匀的标定小孔，可以滤除比小孔尺寸大的杂质。由于污染杂质积聚在滤芯表面，因此它很容易被阻塞。编网式滤芯和线隙式滤芯属于这种类型。

2）深度型过滤器

这种滤芯材料为多孔可透性材料，内部具有曲折迂回的通道。大于表面孔径的杂质直接被截留在外表面，较小的污染杂质进入滤材内部，撞到通道壁上，由于滤芯材料的吸附作用而被滤除。滤芯材料为纸芯、毛毡、烧结金属、陶瓷和各种纤维制品等的过滤器属于这种类型。

3）吸附型过滤器

这种过滤器的滤芯材料能把油液中的有关杂质吸附在其表面上。磁芯过滤器即属于此类。

常见的过滤器类型及其特点见表5.2.4，其分类见表5.2.5。

表5.2.4　常见的过滤器类型及其特点

续表

表5.2.5　过滤器的分类

2.过滤器的性能指标

1）过滤精度

过滤精度表示过滤器对各种不同尺寸污染颗粒的滤除能力，用绝对过滤精度、过滤比和过滤效率等指标来评定。

绝对过滤精度是指通过滤芯的最大坚硬球状颗粒的尺寸（x），它反映了过滤材料中最大通孔尺寸，以μm表示，可以用试验的方法进行测定。过滤比（βx）是指过滤器上游油液单位体积中大于某给定尺寸的颗粒数与下游油液单位体积中大于同一尺寸的颗粒数之比，即对于某一尺寸x的颗粒来说，其过滤比βx的表达式为

式中，Nu——上游油液中大于某一尺寸x的颗粒浓度；

Nd——下游油液中大于同一尺寸x的颗粒浓度。

从上式可看出，βx越大，过滤精度越高。当过滤比的数值达到75时，x即被认为是该过滤器的绝对过滤精度。过滤比能确切地反映过滤器对不同尺寸颗粒污染物的过滤能力，它已被国际标准化组织采纳作为评定过滤器过滤精度的性能指标。一般要求系统的过滤精度要小于运动副间隙的1/2。此外，压力越高，对过滤精度要求越高。其推荐值见表5.2.6。

表5.2.6　过滤精度推荐值表

过滤效率Ec可以通过下式由过滤比βx值直接换算出来：

不同类型的液压元件对油液的过滤精度要求不同，常见的过滤精度要求如下：

齿轮泵及马达要求的绝对过滤精度为30～50 μm，叶片泵及马达要求的绝对过滤精度为20～30 μm，柱塞泵及马达要求的绝对过滤精度为15～25 μm，高压液压阀为10～15 μm，高速阀、比例阀为10～15 μm，伺服阀为5～10 μm，精密伺服阀为3～5 μm。

过滤器并不能把污染颗粒完全过滤掉，要提高过滤精度，可以通过多次循环过滤等手段。

金属网式的表面型过滤器，一般用作粗过滤器，通常用目数来表示其过滤精度，即每平方英寸面积上的小孔数量。由于存在开孔率的问题，也就是编织网时用的丝的粗细不同，不同国家的标准也不一样。目前存在美国标准、英国标准和日本标准3种，其中英国和美国标准相近，我国目前借用的是美国标准。目数与绝对过滤精度的换算关系如表5.2.7所示。表中尺寸为名义值，实际尺寸可能会稍有差异。

表5.2.7　过滤网目数与等效体积颗粒的计算直径对照表

2）压降特性(www.xing528.com)

液压回路中的过滤器对流动的油液来说是一种阻力，因而油液通过滤芯时必然要出现压力降。一般来说，在滤芯尺寸和流量一定的情况下，滤芯的过滤精度越高，压降就越大；在流量一定的情况下，滤芯的有效过滤面积越大，压降就越小；油液的黏度越大，流经滤芯的压降也越大。

滤芯所允许的最大压降，应以不致使滤芯元件发生结构性破坏为原则。在高压系统中，滤芯在稳定状态下工作时承受到的仅仅是它自身的压降，这就是为什么纸质滤芯也能在高压系统中使用的道理。油液流经滤芯时的压降，大部分是通过试验或经验公式来确定的。

为了防止滤芯压坏，污染油路系统需要设置过滤器堵塞压差显示和压差报警装置，必要时应设置旁路阀。

3）纳垢容量

纳垢容量是指过滤器在压降达到其规定限值之前可以滤除并容纳的污染物数量，这项性能指标可以用多次通过性试验来确定。过滤器的纳垢容量越大，使用寿命越长，因此它是反映过滤器寿命的重要指标。一般来说，滤芯尺寸越大，即过滤面积越大，纳垢容量就越大。增大过滤面积，可以使纳垢容量至少成比例地增加。

过滤器过滤面积A的表达式为

式中，q——过滤器的额定流量，L/min；

μ——油液的黏度，Pa·s；

Δp——压降，Pa；

a——过滤器单位面积通过能力，L/cm2。由试验确定，在20℃时，对特种滤网，a=0.003～0.006；纸质滤芯，a=0.035；线隙式滤芯，a=10；一般网式滤芯，a=2。

式（5.2.3）清楚地说明了过滤面积与油液的流量、黏度、压降和滤芯形式的关系。

3.过滤器的选用与安装

1）过滤器的选用

过滤器按其过滤精度的不同可分为粗过滤器、普通过滤器、精密过滤器和特精过滤器4种，它们分别能滤除粒径大于100 μm、10～100 μm、5～10 μm和1～5 μm的杂质。

选用过滤器时，要考虑下列几点：

（1）过滤精度应满足预定要求；

（2）能在较长时间内保持足够的通流能力；

（3）滤芯具有足够的强度，不因液压的作用而损坏；

（4）滤芯抗腐蚀性能好，能在规定的温度下持久地工作；

（5）滤芯清洗或更换简便。

过滤器应根据液压系统的技术要求，按过滤精度、通流能力、工作压力、油液黏度、工作温度等条件选定其型号。

2）过滤器在液压系统中的安装位置

（1）泵的吸油路。泵的吸油路上一般都安装有表面型过滤器，目的是滤除较大的杂质微粒以保护液压泵。此外，过滤器的过滤能力应为泵流量的2倍以上，压力损失小于0.02 MPa。

（2）泵的排油路。此处安装过滤器的目的是滤除可能侵入阀类元件的污染物。其过滤精度应为10～15 μm，且能承受油路上的工作压力和冲击压力，压力降应小于0.35 MPa。同时应安装安全阀以防过滤器堵塞。

（3）系统的回油路。这种安装起间接过滤作用。一般与过滤器并联安装一背压阀，当过滤器堵塞达到一定压力值时，背压阀打开。

（4）系统分支油路。

（5）单独过滤系统。大型液压系统可专门设一个由液压泵和过滤器组成的独立滤油回路。

液压系统中除了整个系统所需的过滤器外，还常常在一些重要元件（如伺服阀、精密节流阀等）前面单独安装一个专用的精过滤器来确保它们的正常工作。