技术创新正在改变流体动力系统的过滤器设计

原文作者：Sara Jensen

编译整理：腾益登

人们对高效、耐用、可持续、能防止污染的过滤器的需求推动了液压和气动过滤技术的进步。

过滤器是液压和气动系统的重要组成部分，因为它们有助于消除可能导致性能问题的各种污染物。与许多其他流体动力系统组件一样，过滤器设计也在不断进步，以满足不断变化的客户和行业要求。

“在过去5年里，流体动力系统的过滤技术取得了重大进展，”俄亥俄州制造公司（Ohio Fabricators Company）首席执行官Michael Shaw说。“客户现在正在寻找能够提高效率、产品质量和环境可持续性的功能和能力。”

他说，过滤行业正在发生的一些主要趋势和创新包括：

• 先进过滤介质：与天然材料相比，合成过滤介质（包括各种聚合物和纤维）的开发提高了过滤能力和耐用性。

• 纳米技术：纳米技术等新兴技术有望实现更高效、更有效、更环保的过滤系统。

• 基于降解的维护：在过滤系统中纳入基于降解的维护元素有助于发电厂运营商通过改善运营成本和电力输出来实现其期望的性能目标。

• 环境可持续性：客户越来越多地寻求能够最大限度减少浪费、符合环境法规并监测空气和水质的过滤产品。

“这些进步已经将过滤技术从早期的起步阶段转变为当今的尖端创新，使其比以往任何时候都更加高效和多功能，”Shaw 说道。

Lee公司的汽车和工业技术营销经理 Gregg Shanley也认为，过滤技术已经发展到可以满足多种技术应用和行业中液压和气动系统的需求。

“虽然已经取得了进步——特别是在航空航天领域——但目标仍然基本相同，”他说。“客户正在寻找能够提供他们所需的污染保护的过滤产品，同时尽可能降低压降。通过这样做，他们能够在系统的其他地方（而不是在过滤器级别）使用这些能量。”

材料进步提高过滤性能

过滤材料的设计是许多技术进步正在发生的领域。过滤器中使用的材料是捕获碎片的关键，以防止碎片进入液压和气动系统以及机器和车辆下游的其他系统。

据 Shaw 介绍，纳滤（nanofiltration）和膜（membrane）技术已成为工业流体处理领域的变革者。“它们利用具有极细孔隙的半透膜在分子水平上分离颗粒、污染物和有害物质，”他解释说。“纳滤系统提供卓越的过滤效率，同时允许所需分子通过，使其成为需要精确分离离子、有机物和病原体的应用的理想选择。”

Shaw继续说，膜材料和结构的进步提高了耐用性、抗污性和更高的渗透性，有助于确保在各种工业环境中持续发挥性能。

他说，纳米技术已应用于无纺布（无论是纺粘、熔喷、湿法成网还是开孔薄膜），已使市场上的产品有了质的飞跃。

他说，制药、食品和饮料以及水处理等行业对更精确的过滤方法的持续需求是这些过滤材料发展的关键驱动因素。

“这些解决方案已应用于许多市场的工业过滤应用，液压、润滑油和燃油过滤市场也都因这些新技术而得到改善，”Shaw 说道。“这些市场继续需要高效耐用的复杂过滤解决方案，因为发动机的制造更精确地考虑了燃油效率和排放标准。”

Shanley表示，氢系统还影响着流体动力过滤技术的材料设计和压力需求。他解释说，过滤材料可能会因氢脆而受损，从而导致抗拉强度降低、开裂或其他灾难性故障。尽管某些材料可能具有足够的抗氢脆性，但他说它们在某些条件下仍会失效。

“材料选择过程对于确保整个系统的兼容性至关重要，过滤材料必须足以满足氢系统的需求，”Shanley 说。

他还指出，氢系统通常在非常高的压力下运行，设计师可能希望使用微米等级极低（约 10 微米或更低）的限制性安全筛网过滤器。

“在高压系统中，降低到这些较低的微米等级是一项挑战，因为它通常会导致材料强度降低，”Shanley 解释说。“氢系统的压力需求正在推动创新，以创建能够处理这些不断增加的压力而不会显着增加流动阻力的过滤器。”

限制性安全网过滤器的创新有助于满足许多行业中越来越常见的氢气系统的高压需求。

紧凑型系统推动过滤器设计

随着机器和车辆上可用空间的不断减少，开发更紧凑的系统趋势日益明显，尤其是在移动液压领域。

Shaw指出，例如，液压油箱的尺寸正在减小，以减轻移动设备的重量并改善其空气动力学性能，这两者都有助于降低能源使用和排放——这对 OEM 及其客户来说越来越重要。

“这促使原始设备制造商 (OEM) [使用] 旋转成型油箱、热成型组件和油箱内的集成过滤系统，”他说。“所有这些发展都会对流体施加压力，使其停留时间更短，以冷却和排出空气分子。”

Shaw表示，随着系统变得更加紧凑，液压和润滑过滤器制造商现在面临着提供解决方案的压力，这些解决方案旨在降低清洁压降、延长使用寿命，同时保持流体清洁度。

设计团队现在必须在空间限制下工作，这使得在开发过程中尽早考虑所有必要的过滤技术变得更加重要。

Shanley表示，大多数液压和气动系统都设计有系统过滤器，以在运行过程中保持流体清洁度并减少零件磨损。但是，敏感组件有时位于远离过滤器的位置。因此，较小的安全筛网过滤器通常被用作最后一道防线，以保护组件免受可能影响性能的污染。

不过，他说，对安全筛网过滤器的需求通常是在设计过程的后期才发现的。

他解释说，设计师有时会认为他们的系统级过滤器将提供足够的保护，因此不会在初始设计中加入额外的过滤器。但随后的测试揭示了之前未预料到的潜在污染源，例如制造过程中产生的或在运行过程中产生的异常污染和碎片。

“然而，随着系统变得越来越复杂，设计后可用于放置过滤器的空间可能极其有限，”Shanley 说道。

为了帮助克服这一挑战，他表示，Lee公司开发了各种尺寸的安全筛网过滤器，以满足客户需求。“适应独特的系统几何形状使我们能够灵活地生产针对客户性能和压力要求优化的过滤器——即使他们的系统最初设计时没有考虑到这个过滤器。”

新型过滤技术助力液压油箱优化

为了帮助客户了解更好地优化液压油箱尺寸的潜在好处，HYDAC 提供油箱优化平台作为其工程服务的一部分。通过模拟和现场测试，该公司可以展示不同几何形状和较小油箱尺寸是如何提高性能和运营成本。

该平台的一个关键推动因素是 HYDAC 开发的 Air-X 过滤器，可延长油和过滤器的使用寿命。过滤器外部是金属丝网，可将几个小气泡聚结成较大的气泡。HYDAC国际高级系统团队应用工程师 Marcus Herrera 在 2024 年 6 月美国流体动力协会 (NFPA) 季度技术会议上的演讲中解释说，气泡越大，浮力越大，因此上升和离开液压油箱的速度就越快。

从油箱中的油中去除空气对于确保液压系统的性能至关重要；过滤器从液压油箱中排出空气的速度越快越好。

金属丝网还能引导油从油面上方流出。“当油进入时，金属丝网会促使油在离开过滤器时流出到油箱油位或油位以上，”他解释道。

此外，过滤器设计尽可能地降低了油的速度。“速度越快，就越有可能产生气泡，”埃雷拉说。“所以，我们正试图减慢速度，让气泡逸出。”

原文始发于微信公众号（液压传动与控制）：技术创新正在改变流体动力系统的过滤器设计