滤芯设计制作基础知识.pdf

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1、第一篇过滤的基础知识1污染物的简述1.1污染物的定义在液压系统中污染物是指液压介质中存在的一切对系统有危害作用的物质和能量。它包括固体颗粒，水，空气，化学物质，微生物，静电，热能，磁场和辐射等。1.2污染物的来源污染物的来源各不相同，主要是在系统装配，运行，故障修理等过程中产生的。依据其产生的缘由总体来说，可分为系统内部残留,内部生成和外部侵入三种。表1 T举例说明白各种污染物的常见来源表1-1污染物的常见来源种 类来 源举例说明固体颗权系统内部残留制造或装配过程中残留于系统内部的切削，焊渣，型砂系统内部生成兀件运动副间摩擦生成的磨屑，内表面腐蚀生成的锈片系统外部侵入从油箱呼吸口或液压缸活塞杆

2、伸出端进入的尘埃水系统内部制造或装配过程中残留于系统内部的水残留系统内部生成溶解于油液中的水在低温下转化为非溶解水系统外部入侵及油箱液面接触的空气中的水蒸气溶解于油液中；冷却器泄漏时，进入油液中的水空 气系统内部残留液压系统初始运行时，未将空气排尽系统内部生成溶解在油液中的空气在低压下释放出来系统外部入侵当系统内压力低于大气压时，吸入的空气；油箱中的油液搅动猛烈，生成气泡被吸入系统化学物质系统内部残留制造或装配过程中残留于系统内部的溶剂系统内部生成油液汽化和分解产生的化学物质系统外部入侵兀件或系统修理时进入的表面活性剂微生物系统内部生成在油液含有非溶解水的条件下,滋生和繁殖的霉菌等静 电系统内

3、部生成油液高速流淌时产生静电1.3污染物的危害热 能系统内部生成油液高速流淌时产生热量系统外部入侵环境温度过高磁场系统外部入侵环境中有强磁场辐 射系统外部入侵环境中有辐射源污染物对液压系统的危害是特别巨大的。据统计，液 压 系 统7 5%以上的故障是由于油液的污染造成的。固体颗粒是液压系统中最主要的污染物，液压系统污染故障中的三分之二都是由固体颗粒引起的。表1-2给出了各种污染物的危害。表1-2污染物的危害种 类危 害举例说明固体颗粒元件的污染磨损磨损兀件运动副表面，降低兀件工作性能元件的污染卡紧电磁阀间隙进入污染物，使阀动作缓慢或失灵元件的污染堵塞元件的功能性小孔被堵塞，使元件功能失效油液的

4、劣化变质金属颗粒的存在，使油液的酸值快速上升水腐蚀腐蚀金属表面，生成的锈片进一步污染油液加速油液劣化及金属颗粒同在时，使油液氧化速度急剧加快及添加剂产生作用产生沉淀物，胶质等低温结冰低温时，自由水变成冰粒，堵塞元件的间隙或小孔空气气蚀破坏元件表面降低弹性模量降低油液体积弹性模量，使系统响应缓慢加速油液劣化加速油液氧化变质化学物质腐蚀及水反应形成酸，腐蚀金属表面洗涤将附着于金属表面的污染物洗涤到油液中微生物油液的劣化变质引起油液变质，降低油液润滑性能静 电危害安全静电及油蒸汽作用可引起爆炸或火灾腐蚀引起元件的电流腐蚀热 能改变油液性降低油液粘度1.4污染物特征的描述能油液的劣化变质加速油液氧化加

5、速元件的老化加速密封元件老化磁场吸附颗粒将油液中铁磁性颗粒吸附在间隙内引起磨损和卡紧放射性物质加速油液劣化加速油液的劣化变质液压系统中的污染物既有以物质形式存在的，如固体颗粒，水,空气，化学物质和微生物等，又有以能量形式存在的，如静电，热,磁和辐射等。化学物质主要以其种类和含量来进行污染特征的描述；微生物除了能繁殖及游动外，其污染特征及固体颗粒相近；静电污染一般以电荷电压来描述其特征；热一般以温度的高低来描述其特征；磁一般以磁场强度来进行来描述；辐射主要以其种类和能量来进行描述。下面对液压系统的最常见的固体颗粒，水及空气的污染特征做一介绍。1.4.1固体颗粒描述固体颗粒污染特征的参数主要有颗粒

6、的密度，积累松散度,沉降性，分散性，迁移性，成块性，硬度，裂开性，尺寸,尺寸分布，浓度，形态等。污染限制常常运用的特征主要有尺寸,尺寸分布和浓度等。表1-3常见微米级颗粒的尺寸微 粒尺寸/u m人类发丝直径6 0 1 0 0大肠杆菌长度7吸烟吐出颗粒0.0 1 0.5 （用过滤嘴）人类血球直径1 0-1 2 （白血球）花粉颗粒直径371 0 0目方孔编织网边长1 8 0 （方孔边长）4 0 0目编织网网孔3 7 （方孔边长）7 9 5镇网网孔1 0 （斜纹编织内切圆直径）液压阀阀芯阀套间隙14 （滑动协作）柱塞泵缸体及柱塞间隙54 0医用过滤膜孔径0.2 2,0.4 5,0.8 和 1 共四挡

7、液压过滤器精度要求（2 0 0 0年前）1,3,5,1 0,1 2,1 5,2 0和2 5 （压力段）A C标准粉末颗粒分布1 8 0 （A C F T D）（细粉末）注：1 u m=0.0 0 1 m m。人们可见到实物颗粒尺寸极限为4 0 u m颗粒具有不规则的形态，我们如何去描述它的大小，给出他的尺寸呢？为此，人们给出了关于颗粒尺寸的不同定义，在污染限制领域,常用的定义主要有两种，一是颗粒的最大弦长，即用颗粒的最大弦长来描述颗粒的大小，这种定义在显微镜计数法中得到运用；二是用颗粒等效投影面积的直径作为颗粒的尺寸，这种定义自动颗粒计数法中得到运用。不同尺寸的颗粒对元件的危害是不一样的，人们

8、常用不同尺寸段的颗粒数所占的比例来描述颗粒的尺寸分布，而运用单位体积油液中不同尺寸段的颗粒数或单位体积油液中固体颗粒的重量来描述颗粒的浓度。1.4.2 水水的污染特征描述主要有水的存在形式及其含量。油液中的水有三种存在形式：溶解水，乳化水及自由水。溶解水是指油液分子间存在的水，其尺寸一般在0.1 P m 以下。乳化水是指高度分散在油液中的水，其尺寸一般在10 um 以下。自由水是指沉降在油液下部的水,其尺寸一般在100 um 以上。油液中三种形式的水是能够相互转化的。温度降低，压力下降时，油液中的溶解水会析出，成为乳化水或自由水。温度上升，压力上升时，乳化水和自由水会溶解在油液中，形成溶解水。

9、自由水在猛烈搅动时会形成乳化水。乳化水再长时间静置时会变成自由水。油液中的水含量可以用体积百分比(%v)表示。如 lOOppm表 示 1单位体积油样中含有万分之一体积的水。1.4.3 空气及水类似，空气的污染特征描述主要有空气的存在形式及其含量。油液中的空气也有三种存在形式：溶解态，乳化态及自由态。溶解态空气是指油液分子间存在的空气，其尺寸较小。乳化态空气是指高度分散在油液中的空气泡。自由态空气是指积聚在液压系统内部高点的空气。油液中三种形式的空气也是能够相互转化的。温度上升，压力下降时，油液中的溶解态空气会析出，成为气泡或自由态空气。温度下降，压力上升时，油液中的气泡和自由态空气会溶解在油液

10、中，形成溶解态空气。油液中的空气含量一般以体积百分比(%v)表示。2过滤的基本原理过滤就是利用多孔隙的可透性的介质滤除悬浮在油液中的固体颗粒污染物2.1过滤原理过滤介质对液流中颗粒污染物的滤除作用可归纳为两种主要机制，即直接阻截和吸附作用。直接阻截的特点是油液中的颗粒在流经过滤介质时由于各种力的作用偏离流束，并在表面力（静电力或分子吸附力等）的作用下吸附在通道内壁，对于纤维介质即吸附在纤维表面。图2-1表面型过滤介质过滤原理2.2过滤介质依据结构和过滤原理，过滤介质可分为表面型和深度型两大类。表面型过滤介质是靠介质表面的孔口阻截液流中的颗粒。属于这一类型的过滤介质有金属网式，线隙式和片式等过滤

11、元件。L表面型过滤介质表面型过滤介质通孔的大小一般是匀称的，凡尺寸大于介质孔口的颗粒均被截留在介质靠上有油液一侧的表面，而小于介质孔口的颗粒则随液流通过介质，因此，全部过滤作用都是由过滤介质的一个表面来实现的。表面型滤材由于过滤机理比较单一，主要是直接阻截，因此其纳污容量较小，但经过反向冲洗，介质表面的颗粒简单清除干净，所以可以反复运用。受工艺限制，一般运用表面型滤材的滤芯，其过滤精度很难达到25 um以上。2.深度型过滤介质深度型过滤介质为多孔材料，如滤纸和无纺布等。这类介质内有无数曲折迂回的通道，从介质的一面贯穿到另一面，并且每一通道中有很多狭窄的孔口，当油液流经过滤介质时，大颗粒污染物被

12、阻截在介质表面孔口或介质内部通道的缩口处；小颗粒污染物流经通道时，有些被吸附在通道内壁或粘附在纤维表面，而有些则沉积在通道内空穴的液流静止区。因而深度型过滤介质的过滤机理既有直接阻截，又有吸附作用，过滤介质对颗粒的滤除过程发生在介质整个深度范围内。深度型滤材其颗粒被阻截有五种方式，即重力吸附，静电吸附,布朗运动吸附，惯性撞击吸附及网孔直接拦截。深型滤材过滤要比单面滤材（编织网）过滤效果好，这正是因为它有良好的吸附效果。深型孔困难的孔道形态，造成了上述几种吸附效应，这是单面滤材所不能及的事实，所以单面滤材过滤特性不佳，单靠网孔阻截，堵塞寿命也短。深型滤材过滤优点：比孔径尺寸小的颗粒也能被阻截在滤

13、前；比孔径尺寸大的颗粒也能有比率地逃到下游（滤后）。图2-2深度型过滤介质过滤原理深度型滤材纳污容量要大得多，但介质内部的污染物很难清除,一般只能一次性运用。但是其过滤精度可以做的很高，可以比较简单的达到1 p m。这一点对于表面型滤材来说是不可能的。因此，在对系统油液要求比较高的液压和润滑系统中，均采纳深度型滤材的滤芯作为过滤元件。目前广泛运用的深度型滤材为超细玻璃纤维材料，相比较原来运用的植物纤维滤材，具有纤维丝径细，过滤精度高，稳定性好，不易脱落纤维且耐热和耐酸碱等优点，基本上已经完全取代了植物纤维。下表2-1 为表面型及深度型特点的比较。表 2-1表面型滤材特点深度型滤材特点1过滤过程

14、由过滤介质的一个表面实现1 过滤过程由滤材的整个厚度实现2 过滤材料的通孔大小一样，匀称分布2滤材的孔径大小不匀称，孔的分布不匀称3 阻力小，通油实力大，纳污量小3 阻力大，通油实力小纳污量大4过滤效果差过滤精度很难达到 2 5 u m4 过滤效果好，过滤精度高5 能清洗5 一次性2.3 污染限制元件的主要性能指标2.3.1 过滤精度过滤器的作用是滤除油液中的颗粒污染物。过滤精度是指过滤器（滤芯）能够有效滤除的最小颗粒污染物的尺寸。它反映了过滤器对某些尺寸颗粒污染物限制的有效性，具有过滤效率及颗粒尺寸两方面的含义，是过滤器的重要性能参数之一。由于人们对过滤精度中的有效性规定还不统一，这就造成了

15、各种各样过滤精度的出现。由下表可见，名义过滤精度的含义较多，不能准确的表示过滤器的过滤性能，而且这种评定法是在污染物浓度很高的条件下进行的，及过滤器实际工作条件相差很大，所以评定的结果并不能准确反应过滤器的实际性能，且重复性较差，所以名义过滤精度的概念并没有得到广泛的应用。表2-2给出了三种比较有影响的过滤精度的表示方法。表 2-2 过滤精度的表示方法过滤精度含 义名义过滤精度美国军用标准M I L-F 5 5 04 A把名义过滤精度为1 0微米的过滤器定义为：在过滤器的上游加入肯定高浓度的空气滤清器细试验粉末，该过滤器能滤除1 0微米以上颗粒污染物重量的9 8%o美国流体动力学会对名义过滤精

16、度的定义为：一个由过滤器制造厂给定的微米值。肯定过滤精度能够通过过滤器的最大球形颗粒的直径，以微米表示用过滤比定义的过滤精度滤 芯 所 能 有 效 捕 获（B xA）的最小颗粒尺寸（x ）,以微米表示。其中过滤比B x为过滤器上，下游大于等于某一给定尺寸x的颗粒污染物数量之比。肯定过滤精度也是在肯定条件下测定的。将肯定容积的含有各种尺寸的球形颗粒（一般为玻璃珠或乳胶球）的液体通过被试的过滤器,收集过滤后的液体，然后用微孔滤膜过滤。在显微镜下视察微孔滤膜上被截留的颗粒，其中最大颗粒的直径就是过滤元件的肯定过滤精度。肯定精度基本上能够反映过滤材料的最大孔口尺寸，即过滤器能够滤除和限制的最小颗粒尺寸

17、，对于实施污染限制有实际的意义。但是肯定过滤精度的定义是在自动颗粒计数器尚未普遍运用的时期定义的，其采纳的显微镜确定方法在实际操作过程存在比较大的不确定性，如采样过程和采样器皿都易造成污染，而且显微镜方法对于操作人员的要求较高，主观因素很大。而且实际油液中的固体颗粒物一般都不是球形，形态很不规则，所以长度尺寸大于肯定精度的扁长形颗粒有可能通过介质到达下游，而且肯定过滤精度也反映不出过滤器对不同尺寸颗粒的滤除实力。所以肯定过滤精度也不能很好的反映过滤器对油液中真实污染物的过滤实力。下表2-3 是液压元件对过滤精度的要求。表 2-3 是液压元件对过滤精度的要求液压元件名称过滤精度（um）液压元件名

18、称过滤精度（um）齿轮泵及马达3 0-5 0高压液压阀1 0-1 5叶片泵及马达2 0-3 0高速阀，比例阀1 0-1 5柱塞泵及马达1 5-2 5伺服阀5-1 0高压柱塞泵及马达1 0-1 5精密伺服阀3-5中低压液压阀1 5-2 5近年来，随着颗粒计数器水平的提高，自动颗粒计数器越来越广泛的应用及污染限制系统，目前普遍再用过滤比B 值来定义过滤器的过滤精度。只有过滤比能完全，清晰的表达过滤精度的含义。如油液流经某过滤器时，对 于 5u m 的颗粒，其上游的颗粒浓度及下游的颗粒浓度之比（即过滤比B）不小于2 0 0,我们就称其过滤精度达到5 u m,以B 2 2 0 0 表示。这样的定义可以

19、比较明确地反应过滤器在实际工况下的过滤实力。过滤比是指过滤器上游油液单位体积中大于某一给定尺寸的颗粒数及下游油液单位体积内大于同一尺寸的颗粒数之比，用B 表示，式中：B x-对于某一颗粒尺寸x （u m）的过滤比;N 口-单位体积上游油液中大于尺寸x的颗粒数；N dO.0 1-单位体积下游油液中大于尺寸x的颗粒数。目前，B值已经被国际上普遍采纳作为评定过滤其过滤精度的性能指标。过滤效率的定义是被过滤器滤除的污染物数量及加入到过滤器上游的污染物数量之比，详细公式如下：式中：E-过滤效率；A-在过滤器上游加入的污染物总量；B-在过滤器下游收集到的污染物总量；污染物的量可以用重量表示，也可以用各种尺

20、寸的颗粒物表示，因而过滤效率可以是对重量而言的，也可以是对颗粒数而言的。但目前最常用的事后一种。过滤比可以很便利的变换为过滤效率的形式，用颗粒数表示的过滤效率可以用以下式表示：表2-4给出了二者之间的一组对应值。由表可见，过滤比B比过滤效率E具有更好的辨别率。当过滤效率从9 9%提高到9 9.9%时，过滤比从1 0 0升到1 0 0 0。表 2-4过滤比及过滤效率过滤比81211 0 0 0过滤效率E05 0%9 0%9 5%9 8.7%9 9%9 9.5%9 9.9%2.3.2 纳污容量在过滤器运用过程中，随着滤芯不断滤除油液中的污染物，过滤器的压差越来越大。当过滤器的压差达到其极限值时（该

21、值由过滤器制造商给定），须要更换滤芯。过滤器在压差达到极限值时，滤芯所捕获的污染物重量，称为滤芯的纳污容量。滤芯的纳污容量主要及其所运用的滤材及其有效过滤面积有关。一般而言，高精度滤材的纳污容量小些，低精度滤材的纳污容量大些。为了缓解滤芯过滤精度及纳污容量之间的冲突，有时采纳渐变孔径滤材或多层复合滤材的结构，滤材进油面的孔隙大，出油面的孔隙小,这样大颗粒被上游的大孔隙滤材截留，小颗粒被下游的小孔隙滤材截留，既保证了过滤精度，有保证了纳污容量。增大滤材有效过滤面积可以大幅度提高过滤器的纳污容量。这是因为，过滤面积的增大不仅增大了截留污染物的面积，而且降低了滤材单位面积上通过的流量。纳污容量C及有

22、效过滤面积A之间的关系可以用下式表示：式中：C 1-原纳污容量；C 2-增大后的纳污容量；A 1-原有效过滤面积；A 2-增大后的有效过滤面积；n=1.3 1.52.3.3 相关标准的介绍表 2-5性能标准代号评定对象简述过滤精度I S 0 1 6 8 8 9滤芯考察滤芯所能有效滤除的最小颗粒的尺寸大小纳污容量I S 0 1 6 8 8 9滤芯考察滤芯所能捕获的颗粒污染物总量压差-流量特性I S 0 3 9 6 8过滤器/滤芯考察新滤芯对不同流量下的压差结构完整性I S 0 2 9 4 2滤芯考察滤芯有无裂开，是否损坏相容性I S 0 2 9 4 3滤芯考察滤芯材料是否及油液相互作用耐压强度I

23、 S 0 2 9 4 1滤芯考察滤芯承受高压差的实力轴向强度I S O 3 7 2 3滤芯考察滤芯受轴向载荷的实力疲惫强度I S 0 3 7 2 4滤芯考察流量脉动对滤芯结构和性能的影响为了评定一个过滤元件的技术性能，国际上通用I S 0 1 6 8 8 9 等标准,分别对滤芯和滤器的过滤精度，纳污容量，压差-流量特性，结构完整性，相容性，耐压强度轴向强度，疲惫强度等特性提出了评定方法和检验标准，详见表2-5。目前，我国参照上述国际标准，制定了相应的国家标准。除了对一些附录的删减以及编辑性的修改以外，从内容上来讲是基本等同的。标准号之间的对应关系如下：表 2-6国家及国际标准对应关系国际I S

24、 OI S OI S OI S OI S OI S OI S O标0 2 9 4 10 2 9 4 20 2 9 4 30 3 7 2 30 3 7 2 4 0 3 6 9 8 0 1 6 8 6 9准国家G B/TG B/TG B/TG B/TG B/TG B/TG B/T标1 4 0 4 1.3 1 4 0 4 1.1 1 4 0 4 1.2 1 4 0 4 1.4 1 7 4 8 8 1 7 4 8 61 8 8 5 3准3常用的过滤材料用于过滤设备中的过滤材料有多种多样，材质上有金属材料，有机材料，无机材料，结构形式上有颗粒材料，丝网滤布，滤纸无纺布，烧结(粘结)材料，滤膜，线隙式等，

25、过滤元件方面有滤片滤叶，板框，滤芯滤筒，滤带等。滤材的选择是滤设备选型和设计中首要的问题。单丝编织丝网，粉末烧结件，多层丝网烧结板，金属纤维烧结毡是四种比较典型的常用的过滤材料。不论金属还是塑料或玻璃等材质，相同结构的滤材有相同的过滤特性。同时，丝网及滤布，线隙式，冲孔板类似，粉末烧结件及陶瓷件，颗粒层类似，纤维烧结毡及无纺布，熔喷滤芯，纱缠绕滤芯有很多相像之处。表3-1丝网粉末烧结件烧结丝网纤维烧结毡肯定过滤精度(F)23um20.5ume3um lum孔径分布窄较宽窄宽过滤层深度滤 饼 过滤2100F滤饼过滤220F纳污实力很小大很小中 很大厚度(0.5122220F0)F100F1.0m

26、 m强度低中高较低刚度松软硬碎坚硬中等空隙率540%35%540%3090%流体阻力低高较局低局部反洗实力很好差好较好反洗匀称性差最好较好很好尺寸Im X 10m 以上W 200X1000WlmXWlmIm X1.5m以上价 格（元/平米）10urn650025urn3100对于用户的详细要求，如何选择过滤设备及过滤工艺，必需从滤材的选择开始。这时，应用中的很多因数都要综合考虑，诸如，过滤精度，过滤效率，污物性状，设计压力，清洗方式，反洗动力,反洗频率，处理量，成本等。1.过滤精度：过滤精度有多种表征方式，含义不完全相同，要明确是指肯定过滤精度还是相对过滤比例的精度，或者是按过滤效率所指的过滤

27、精度。选滤材时还要参考孔径分布，丝网和烧结丝网肯定过滤精度接近于相对过滤精度，而过滤效率差，粉末烧结件，纤维烧结毡的肯定过滤精度比相对过滤精度差的多，过滤效率又较高。纤维烧结毡可调范围大。2.污物性状：为了选材，还要依据应用要求原液，净液，污液,污物颗粒度允许值来考虑选材。假如原液污物含量高且颗粒层渗透性好，可考虑滤饼过滤，选丝网滤布，否则需选深度过滤材料。假如净液允许细颗粒存在，可选丝网，丝网烧结件；假如盼望净液越净越好，粉末烧结和纤维烧结可以考虑。粘软颗粒易堵难清洗，最好选用高空隙率的纤维烧结滤材。3.设计压力：系统压力高低确定低强度滤材是否可用，首先是丝网强度最低，其次是纤维烧结毡。但这

28、两种材料可以通过增加爱护以及水纹的方式提高整体强度。4.清洗方式：不同滤材适应不同的清洗方式，这是不同的设备选用不同的滤材的重要缘由。清洗方式可分为两类：拆卸清洗，在线反冲洗。拆卸清洗有条件用各种物理的，化学的方法去清理滤材，难再生的滤材常有方法再生，但一般很费事。现在越来越多地采纳在线清洗，即在线反冲洗。在线反冲洗几乎都是采纳净液在肯定动力作用下反向流过滤材将污物冲洗下来，也部分采纳洗液或气体冲洗。由于冲洗机结构多种多样，因此有各种类型的过滤设备。这些过滤设备的差别在于供应不同的反洗动力或者瞬间冲洗的面积不同。丝网，多层烧结丝网，以及特制的纤维烧结毡!都是简单反冲洗的滤材。因此可以在较低冲洗

29、动力的状况下清洗。如各种自清洁式过滤设备，列管过滤器，转臂反冲洗过滤机，真空过滤机等。而粉末烧结件，常规纤维无纺滤材都难于反冲洗，须要强有力的反冲洗动力，如高压泵，压缩气体。至于瞬间冲洗面积，是指反冲洗时只对滤材的局部面积或部分滤芯进行清洗，逐步扫描或切换至全部滤材。不同的设备，瞬间冲洗面积可能只有总面积的1%,也可能是1/6,或1/2或全部。对于局部扫描式反冲洗，滤材的清洗性能只看局部反洗实力。而对于大面积的反冲洗方式要考虑滤材的反洗匀称性。丝网尽管有很好的反洗实力，但简单出现局部清洗，过滤实力不能全部复原。而在大型过滤设备中难于反洗的粉末烧结材料却有很好的清洗匀称性。同样是滤饼过滤材料的烧

30、结丝网就比丝网的反洗匀称性好很多。通过特殊制作，可以使烧结丝网，烧结滤毡既有很好的反冲洗实力又有好的反洗匀称性。5.反洗频率：反洗频率高低将影响到过滤设备是否能够正常运行,是否必需自动操作，影响到污液量，滤材运用寿命等重要因素。反洗频率是过滤设备的一个重要指标。处理量，过滤面积，污物状况都影响反洗频率。滤材纳污实力，反洗实力，反洗匀称性都直接影响到反洗频率。丝网纳污实力差，反洗匀称性不好，简单造成高的反洗频率。烧结丝网较好，烧结毡更好，而粉末烧结材料虽反洗匀称性好纳污量较大，但反洗实力差，因此早期反洗频率低，但上升快，后期反洗频率高，不如烧结毡。6.造价及运用成本：明显，滤材单价高纳污量小流体

31、阻力较大的烧结丝网造价最高，而丝网造价最低。但丝网易损坏反洗频率也高，因此运用成本不低。烧结毡综合性能好，造价不高，运用成本也较低。3.1 金属丝网过滤介质3.1.1 金属丝网的相识金属丝网耐腐蚀，耐磨损，耐高温，耐用，运用中不会出现收缩，延长等现象。丝网表面光滑，不易堵塞，优点众多,虽然价格较贵，但乃得到广泛应用。编制金属网适用于制作罐式过滤机的滤叶，离心过滤机的过滤网，圆筒过滤机的转鼓，圆盘过滤机的叶片，预涂层过滤机的底衬以及其它易烧损过滤介质的支撑等。另一个重要用途是制作可清洗滤芯，由于能用化学方法清洗，滤芯就能反复运用，汽车，航空，宇航等是这类滤芯的最大用户。常用的滤网孔径广300 u

32、 mo 图 3-1 各种类型的金属网滤芯1.金属丝网过滤机理金属丝网的过滤过程主要包括以下四个阶段：(1)过滤起始阶段，杂质颗粒随流体经过丝网介质时沉积于干净丝网表面此时主要靠拦截和扩散机理。此时还没有形成连续的颗粒层，压降损失较小。(2)过滤中间阶段，渐渐形成连续的过滤层即滤饼。此时过滤孔径缩小，粉尘的拦截沉积作用大幅提高，过滤效率急剧上升，压差快速上升。(3)过滤稳定阶段，此阶段主要靠滤饼的过滤筛分作用，丝网起着形成滤饼和支撑加强作用，这时的过滤机理主要为筛分。这时的压差变化缓慢，相对中间阶段近似不变。(4)过滤反吹阶段，随着滤饼的不断增厚需进行在先清洗，实现过滤器的循环再生。此时除尘效率

33、略有下降，至此完成一个周期。金属丝网过滤器的性能评估有包括三个方面，即过滤效率，压降和残余压降。过滤效率为过滤器出口及过滤器入口的杂质量之比。压降是由于丝网表面的颗粒沉积产生的，压降达到预先设定的最大值时，过滤器须要清洗再生。残余压降是由于过滤和再生循环之后过滤介质内一些沉积的颗粒无法移除干净而产生的。过滤效率高说明颗粒被拦截的比例大，所得流体的纯度高。但单纯追求过滤效率，会对过滤器的寿命产生负面影响。压降高导致过滤运行成本高。清晰再生效果不志向会导致残余压降上升，当上升至某极限时过滤过程由于压力损失过高以及循环时间过短而变得不经济，此时须要更换过滤介质。这种状况须要尽量避开。图 1 为典型的

34、压降及残余压降变化曲线。1.1 过滤效率的影响因素金属丝网的过滤效率可用下式计算：其中，N d o w n 为过滤器出口的杂质颗粒数目；Nup为过滤器入口的杂质颗粒数目。过滤效率主要及过滤介质的结构有关，即杂质粒径及过滤介质孔径之比。同时还包括过滤介质的孔隙率。粒径及孔径之比越大，杂质被拦截的几率也越大，过滤器出口的杂质数量越低，过滤效率越高。很重要的一点是，单独考虑粒径或孔径并不能表征过滤效率。此外，孔隙率增加时，杂质透过丝网的几率也增加，过滤效率相应较高。此外，过滤效率随着过滤循环次数的增加而上升这是因为，过滤器在清洗再生过程结束之后，其表面仍残留有部分未被清洗干净的颗粒，这些颗粒在之后的

35、过滤过程中，起到新的过滤介质的作用。1.2压降的影响因素整个过滤介质的压降由3部分组成：流体在纯流体区的压降,在丝网介质中的压降以及在滤饼中的压降。流体区的压降变化很小，相对及其他两项压降损失相比所占比例小。丝网介质中的压降符合达西定律：p _ 8 u u _ (2)其中，4P为多孔介质内的总压降，为多孔介质的厚度，u为多孔介质内的平均速度，R为流体粘度，k为过滤介质渗透率。随着滤饼的不断形成，除了滤饼厚度增长外，孔隙率不断减小，共同的作用结果使压降快速上升。压降的影响因素详细分析如下：(1)过滤速度随着过滤流速的增加，压降增加的速度也渐渐加快。这是由于提高流速在过滤初始滤饼形成阶段，会有更多

36、的颗粒堵塞滤芯的孔隙，直到滤饼形成时压降已经很高了。所以提高过滤速度要以压降的急剧上升为代价。常温下，滤速对烧结金属丝网过滤效率的影响不大，随着滤速的增加，烧结金属丝网过滤效率略有提高。因此，适合于在高滤速下工作，滤速的增加不会带来过滤效率的降低。(2)流体浓度在同一流速下，流体浓度越大，压差上升得越快。因为浓度的提高，在相同的过滤速度下，颗粒堵塞孔隙的几率越大，造成过滤压差增加变快。(3)流体温度对于金属过滤器，压降及过滤流体的温度有关。温度高时，由于热胀冷缩，导致孔径增大，压降降低。(4)颗粒粒径对于粒径越小的颗粒，压降增长得越快。因为固体颗粒粒径越小,越简单进入过滤介质内部，堵塞滤芯内的

37、孔隙，过滤通道减小，导致过滤压降上升。相反，粒径较大的颗粒，越简单在滤芯表面形成架桥,而阻挡小颗粒进入介质内部形成肯定的堵塞。压差增加得比较缓慢，有利于过滤过程的进行。(5)滤饼的可压缩性对于不可压缩滤饼，压降在过滤初始阶段增加的比较快，之后随着滤饼厚度的增加而线性增加。这是因为金属丝网在过滤初始的滤饼形成阶段，由于颗粒直接堵塞滤芯内部的孔隙，而导致压差增长很快。在滤饼形成后，压差的增长主要是由于滤饼的不断增厚而导致的，所以增长速度变缓。对于可压缩滤饼，压降则呈指数增加，并很快达到最大允许压降,而且循环周期特别短，过滤器寿命也短。1.3残余压降的影响因素残余压降是由于过滤器再生之后，残留在过滤

38、介质内部深处无法彻底清除的杂质颗粒引起的。滤饼的可压缩性是残余压降的主要影响因素，此外还包括最大允许压降，过滤速度等。(1)滤饼的可压缩性可压缩滤饼的过滤行为比不可压缩滤饼要困难得多。对于不可压缩滤饼，残余压降一般保持在一个较低值，且在循环过程中基本恒定。而对于可压缩滤饼，由于粒子间的作用力相对较小，几个过滤再生循环之后，残余压降上升特别快。利 用 图2分析了残余压降的变化机理。其 中，过滤介质被分为两层，l a y e r I和l a y e r I I o l a y e r I代表过滤介质的上部区域，该区域内的杂质颗粒能被完全清除。l a y e r I I代表过滤介质的下部区域，该区域

39、内的杂质颗粒不能被清除，即l a y e r I I层内的颗粒将增加过滤器的残余压降。过滤初始阶段，l a y e r I 内为空，粒子可渗透l a y e r 而进入 l a y e r l l,并被拦截在l a y e r I I 的上半部分，如 图 2 所示的灰色区域。若滤饼层足以承受压力，即滤饼为不可压缩性的，粒子将在l a y e r I 层内被捕获，并被清除干净。若滤饼为可压缩性的，则越来越多的粒子将进入更深的区域l a y e r I I,此时残余压降将增加得特别快。进一步分析指出，滤饼的压缩性取决于压缩应力APK 及可承受应 力 f 之比，并可通过其比值预料残余压降的变化。(2

40、)最大允许压降P m a x过滤过程结束之后，过滤器须要再生时的压降即为最大允许压降P m a x。最大允许压降较高时，过滤时间相对较长，形成的滤饼更厚,过滤介质内部产生的压缩应力更大。这意味着，增加P m a x 将导致过滤介质内部颗粒的压缩，即导致更高的残余压降。(3)反吹压力反吹压力是指利用储气罐的高压气体反吹时的压力。对 5 种不同反吹压力进行了对比试验，发觉反吹压力越高，残余压降上升得越缓慢。但若反吹压力过高，会造成二次卷吸。另一方面，若反吹压力刚刚达到再生要求，随着循环次数的增加，从某一时刻起，丝网表面某些区域积累的粉尘会快速增厚，导致丝网内外压差增大而使反吹压力达不到此时的再生要

41、求。因此，应选择一个恰当的反吹压力，既能保证过滤器的长周期稳定运行，又能节约反吹气体耗量。(4)过滤速度过滤速度对残余压降的影响包括两个方面。首先，过滤速度增加时，滤饼层压降也增加，总压降更高，即压缩应力也更高。残余压降将上升。其次，过滤速度的增加将提高过滤效率，这意味着更多的过滤介质的上部将有更多的杂质颗粒被拦截，而渗透至过滤介质深处的杂质颗粒将减少。残余压降将降低。事实上，这两个方面密不可分。通过分析金属丝网的过滤行为探讨得出影响过滤性能的主要因素有：颗粒粒径及丝网孔径之比，过滤再生循环次数，过滤速度,流体浓度及温度，滤饼的可压缩性，最大允许压降，反吹压力等。因此，过滤过程中，须综合考虑以

42、上因素，不能单独追求过高的过滤效率而忽视压降和残余压降的变化，否则会导致运行成本过高而且缩短过滤器的寿命。2.金属网的分类金属网常用材料：S U S 3 1 6 L,3 1 6,3 0 4 L,3 0 4,3 0 2等不锈钢丝，纯银丝2 0 8 0,2 5 2 0,黄铜丝，紫铜丝，磷铜丝。表3-2国内外常用材料代号比照中国日本美国英国德国法国!G r l 8 N i 9 S U S 3 0 23 0 2 3 0 2 S 2 5X 1 2 G r N i l 8 8 Z 1 0 C N 1 8.表3-3常用材料标准化学成分（）0 90 G r l 8 N i 9S U S 3 0 43 0 43

43、 0 4 S 1 5X 5 G r N i l 8 9Z 6 C N 1 8.090 0 G r l 9 N i 9S U S 3 0 4L3 0 4 L 3 0 4 S 1 2X 2 G r N i l 8 9Z 2 C N 1 8.090 G r l 8 N i9 NS U S 3 0 4N 13 0 4 N,S 3 0 45 1Z 5 C N 1 8.09 A 20 G r 2 5 N i 2 0S U S 3 1 0S3 1 0 S0 G r l 7 N i l 2M o 2S U S 3 1 63 1 63 1 6 S 1 6X 5 G r N i M o ,1 8 1 2Z 6 C

44、 N D 1 7.1 20 0 G r l 7 N i l4 M o 2S U S 3 1 6L3 1 6 L 3 1 6 S 1 2X 2 G r N i M o ,1 8 1 2Z 2 C N D 1 7.1 2l G r l 8 N i 9 TiX I O G r N i T i,1 8 90 G r l 9 N i l 0T iS U S 32 13 2 13 2 1 S 1 2,3 21 S 2 0X 5 G r N i T i ,1 8 9Z 6 C N T 1 8.1 0sCS iM nPsN iG rM oC uO t h e r00.0 8-0.1 2W1.0 2.0w0.0

45、 4 5w0.0 38.0-1 0.01 7.0-1 9.01 4W O.0 8wWWw8.0-1 0.51 8.0-2 0.0金属编织网结构可分为：平纹编织，斜纹编织；按编织形态分为:1.0 2.0 0.0 4 5 0.0 33 0 4 LW 0.0 3W1.0W2.0W0.0 4 5W0.0 39.0-1 3.01 8.0-2 0.03 0 4 J 3W 0.0 8W1.0W2.0W0.0 4 5W0.0 38.0-1 0.5 1 7.0-1 9.01.0-3.03 0 9 SW 0.0 8W1.0W2.0W0.0 4 5W0.0 31 2.0-1 5.0 2 2.0-2 4.03 1 0

46、 SW 0.0 81.5W2.0W0.0 4 5W0.0 31 9.0-2 2.0 2 4.0-2 6.03 1 6W 0.0 8W1.0W2.0W0.0 4 5W0.0 31 0.0-1 4.0 1 6.0-1 8.0 2.0-3.03 1 6 LW 0.0 3W1.0W2.0W0.0 4 5 0.0 31 2.0-1 5.0 1 6.0-1 8.0 2.0-3.03 2 1W 0.0 8W1.0W2.0W0.0 4 5W0.0 39.0-1 3.01 7.0-1 9.0T i5 X方形网，特 种 网（席型网）。3.1.2方形编织网方形网有平纹编织方孔网和斜纹编织方孔网（图3-2）。（a）平

47、纹编织网（b）斜纹编织网图3-2方形编织网结构1.平纹方孔网：最常用和最简单的丝网编制方法，每 根 径 丝（及网长平行的丝）分别及横贯网面的丝上下交织，并形成9 0 角，具有广泛的用途。表 3-4 为方孔平纹编织网的尺寸规格目数/英寸丝径m m孔径m m目数/英寸丝经m m孔径m m21.8 01 0.9 0600.1 50.2 7 331.6 06.8 6 670.0.1 40.2 2 341.2 05.1 5800.1 20.1 9 850.9 14.1 79 00.1 10.1 7 260.8 03.4 3 31 0 00.1 00.1 5 480.6 02.5 7 51 2 00.0

48、80.1 3 2100.5 51.9 9 01 4 00.0 70.I l l120.5 01.6 1 61 5 00.0 6 50.1 0 4140.4 51.3 6 21 6 00.0 6 50.0 9 4180.4 01.1 8 81 8 00.0 5 30.0 8 8180.3 51.0 6 02 0 00.0 5 30.0 7 4200.3 00.9 7 02 5 00.0 40.0 6 1260.2 80.6 9 63 0 00.0 3 50.0 4 9300.2 50.5 9 63 2 50.0 30.0 4 8400.2 10.4 2 53 5 00.0 30.0 4 2500

49、.1 90.3 1 84 0 00.0 2 50.0 3 8 52.斜纹方孔网：每根纬丝及相邻的每两根径丝上下交织，连接的径线呈对角线形态，开行分布在网面上，相对于平织这种织法可以将相对较重的金属丝应用于特殊目数的丝网上，这种网具有广泛的用途，能够承受更大的载荷，具有更好的过滤性。表3-5为方孔斜纹编织网的尺寸规格目数/英寸丝径(m m)目数/英寸丝径(m m)目数/英寸丝径(m m)2 00.3 57 00.1 51 5 00.0 72 60.3 38 00.1 41 6 00.0 73 00.3 09 00.1 31 8 00.0 64 00.2 81 0 00.1 32 0 00.0 6

50、5。0.2 51 2 00.0 96 00.2 11 4 00.0 9方形编织网其过滤精度是按其理论推算值而标称。其精度值按方孔边长标称。4 0 0目方孔网，边长即0.0 3 8 5 (金属丝直径0.0 2 5),故标称精度为3 8 u mo3.1.3密纹网(席型网)密纹网按编织形式可分为：平纹编织，斜纹编织，竹花编织,反差编织。常用的主要是平纹编织和斜纹编织，它们的编制方法如图3-3所示。密纹网的孔径尺寸：3 0 0 U m-3R m,基本上满意液体的工业过滤运用要求。密纹网的过滤精度高，孔径织造偏差远小于方孔筛网偏差。密纹网的抗拉力很大，能承受很大的压力，可用于阻值较大的滤器件上。密纹网(