聚能式超声波清洗技术在飞机液压过滤器中的应用

材料等特点，但因长时间经过液压油的过滤与分离，当使用一定的时间后其内外表面会吸附、滞留较多的固体颗粒、油渍，造成过滤器压降增大、流阻升高，严重时导致系统无法正常工作。为此，常采用定期更换过滤器芯的方法解决上述问题，换下来的过滤器一般被当作废品处理，对于装有精密过滤器的系统，这种浪费是相当惊人的[5]。

不锈钢烧结毡滤芯作为一种可清洗的过滤介质有着很长的使用寿命，其生产成本相比于其他一次性滤料更高。因此，出于环保和成本的双重考虑，对滤芯进行定期或不定期的清洗维护是十分必要的。

1 滤芯清洗现状及改进方案

1.1 清洗现状

目前，飞机液压过滤器清洗常采用人工清洗的方式，即将滤芯在煤油（或汽油）桶内浸泡后，使用毛刷刷掉滤芯表面的污物，该方法不仅伤害工作人员的皮肤，还会造成煤油浪费，甚至造成飞机油滤滤芯的二次污染。更严重的是，由于目前所用的不锈钢烧结毡滤芯主要采用不锈钢纤维烧结毡，且不锈钢编织网经折波工艺加工而成，如图1所示，孔径是由粗到细的多层结构，制成的滤芯具有机械强度好、孔隙率高、纳污能力强、耐高低温、可反复使用等特点，但清洗难度较大，如果仅对其表面进行刷洗，反而会将表面污物挤入滤芯孔隙内。

近年来，相关单位开始配备超声波清洗机（功率密度约0.3～0.5W/cm2），虽然超声波清洗的清洗效果较人工清洗方式有了大幅度的提升，但由于滤芯长期工作在高温、高压和高粘的环境中，对过滤精度、洁净度的要求高[3]且具有柔性吸声等特点，使其对清洗槽内单位面积超声的功率密度要求较高，现有的振盒式超声波声强较低、穿透力弱，使滤芯内部颗粒污染物无法彻底清除，清洗效果无法得到保证，难以满足再生要求。因此，需要一种安全、高效、环保且经济的清洗设备来解决这一问题。

1.2 改进方案

本文结合实际工程应用，从结构、工作频率以及清洗工艺三方面提出改进方案。

1）结构优化

一般认为，稳定的混响场有利于提高清洗工件的洁净度，若清洗槽中形成驻波场，会因声压分布不均而使工件得不到均匀的清洗。为此，提出将现有振盒式超声清洗装置结构改为可移动振头清洗结构，以避免清洗槽中形成驻波场。图2所示为聚能式超声波清洗装置的示意图。

2）工作频率调整

一方面，超声频率越低，在液体中越容易产生空化，作用力也越强，适用于较难清洗的污垢;另一方面，超声频率越高穿透能力越差。综合考虑不锈钢烧结毡纳污能力强、柔性吸声等特点，提出采用更低频率、功率密度更大（15～20W/cm2）的超声波清洗烧结毡滤芯。

3）清洗工艺改进

目前，不锈钢烧结毡滤芯在进行超声清洗时，通常是将若干滤芯放在一个清洗槽内，先浸泡鼓泡（去除大颗粒污垢），再进行超声清洗（小颗粒污垢），即浸泡鼓泡和超声清洗由同一台设备完成，最后再配置一台精密过滤隔膜泵过滤循环系统（细微颗粒过滤）。但浸泡鼓泡与超声清洗在同一设备完成，很容易造成二次污染。

为此，提出将浸泡鼓泡、超声清洗分为两台设备进行，浸泡槽配备粗过滤系统，超声槽配备精密过滤系统，之后增加一台喷淋系统并配备超精密过滤，且单次清洗1根过滤芯。改进后的方案不仅可避免工艺流程的相互污染，后一步精细工序所用到的清洗介质可以重复给前一步精细工艺循环使用，如超声清洗后的介质可以返回给浸泡鼓泡重复使用。图3为改进后的超声清洗工艺流程图。

2 超声清洗试验

2.1 试验设备

分别采用振盒式超声波清洗机（DH25-4000）和聚能式超声波清洗机（ATLAS-2040S）清洗滤芯，两种超声波清洗设备的基本参数见表1。其中，聚能式超声波清洗机采用高低频结合、上下联合清洗的方式，通过特殊结构的换能器（夹心式振子加变幅杆加振子），对超声波进行多级变幅放大，能量进行聚焦，功率密度高达2 0W/cm2。

2.2 试验对象和方法

随机选取12根标准滤芯，分两组，每组6根。滤芯型号为YL35-200A，尺寸为中35mm×80mm，过滤精度为5μm。

测试并记录滤芯在使用前（新滤芯）和使用后（分别用振盒式超声波清洗机和聚能式超声波清洗机进行清洗）的流阻和初始泡点的气压值，并以新滤芯的测量数据作为参考值，对振盒式超声波清洗机和聚能式超声波清洗机的清洗效果进行比对。

2.3 清洗效果检测

参照标准GB/T 14041.1-2007/ ISO2942：2004[4]. GB/T 17486-2 006/ISO3968-2001[5]对清洗后滤芯的结构完整性和流阻进行测试，综合评估清洗效果。

1）滤芯结构完整性检测

测试要求：将被试滤芯放入汽油内浸泡5min，轴线与液面平行，最高点距液面20mm，缓慢加压通入干净的空气，滤芯旋转360°，记录初始泡点产生时相应的压力值，产生第一个泡点时的气压应大于0.83kPa，如图4所示。

2）流阻测试

测试要求：由试验接嘴代替油滤接头测试油滤流阻，当流量为2 0L/min、油温20±5℃时，进口压力为1.96～2.94MPa（20～30kgf/cm2），流经油滤前后的压差应小于等于0.176MPa（l.8kgf/cm²）。

3）滤芯分别由振盒式超声波清洗机和聚能式超声波清洗机进行清洗后，参数的对比见表2、表3。

由表2和表3可以看出，在相同试验条件下，经振盒式超声波清洗机清洗过的样品第一泡点检测数据基本满足技术要求，表明滤芯完整性检测合格，但是流阻试验数据并未达到技术要求（≤0.176MPa），而经聚能式超声波清洗机清洗后的样品第一泡点试验和流阻试验测量结果均满足技术要求。

除对清洗后的滤芯进行结构完整性检测和流阻检测外，还采用机器视觉方法对长时间清洗的滤芯进行了破损检测，图5为聚能式超声波连续超声清洗50小时前后的图像对比。从中可以明显看出，经聚能式超声波长时间清洗的滤芯的结构仍然保持完好，完全符合熔体过滤器滤芯通用技术条件，检测符合要求的滤芯可以进行下一周期的使用，且使用性能不会受到影响。

3 结论

针对目前飞机液压过滤器再生清洗难度大的问题，進行了以聚能式超声波清洗机对液压过滤器进行清洗的试验。试验结果表明：与振盒式超声波清洗机相比，该清洗机因其功率密度大，空化效果好，清洗效果得到大幅度提升，能有效解决飞机液压过滤器清洗难度大的问题。经其清洗后的过滤器符合循环再生利用条件，能大幅度节省资源，减少污染，降低成本。

参考文献

[1]马书根.国内外过滤器及相关产品标准现状和发展[J].液压气动与密封2007，27（5）：19-22.

[2]王同庆.金属纤维烧结毡在过滤与分离行业中的应用[J].过滤与分离，1998，4：35-38.

[3] GB/T 14041.1-2007/IS0 2942：2004液压滤芯第1部分：结构完整性验证和初始冒泡点的确定[S].

[4] GB/T17486-2006 /IS03968-2001液压过滤器压降流量特性的评定[S].

[5]路红.飞机液压系统污染控制研究验证实例 过滤器污染控制能力[J].液压与气动，2010，12：41-43.

[6] Q/3D0320-2013熔体过滤器滤芯通用技术条件[Z].

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