Испытание фильтроэлементов на герметичность и определение точки появления первых пузырьков по ГОСТ Р ИСО 2942-2010

ГОСТ Р ИСО 2942-2010 устанавливает метод испытания фильтроэлементов гидросистем объемных гидроприводов на герметичность и метод определения точки появления первых пузырьков. Для практики промышленной чистоты и контроля качества фильтрационных элементов этот документ имеет большое значение, поскольку позволяет неразрушающим способом оценить целостность конструкции фильтроэлемента и выявить наличие дефектов изготовления, через которые может пройти нефильтрованная рабочая жидкость.

В гидросистемах объемных гидроприводов фильтроэлемент должен обеспечивать не только заданную тонкость фильтрации, но и конструктивную целостность. Если в конструкции имеются щели, нарушения соединений, дефекты бокового шва, зоны неплотности крышек или локальные повреждения фильтрующего материала, часть потока может пройти мимо фильтрующего слоя. В этом случае даже качественный по материалу фильтроэлемент перестает выполнять свою функцию.

Именно для проверки такой целостности и предназначено испытание по ГОСТ Р ИСО 2942-2010. Стандарт позволяет решить две разные, но связанные задачи. Первая задача состоит в подтверждении герметичности фильтроэлемента, то есть отсутствия непрерывного потока пузырьков при заданном изготовителем давлении. Вторая задача состоит в определении давления, при котором появляется первый устойчивый поток пузырьков воздуха. Это давление называют точкой появления первых пузырьков.

 

Назначение стандарта

Стандарт применим к фильтроэлементам, используемым в гидросистемах объемных гидроприводов. Метод может быть использован:

• для испытания фильтроэлемента на герметичность путем проверки отсутствия непрерывного потока пузырьков воздуха;
• для определения самой крупной поры фильтрующего материала путем фиксации давления, при котором появляется первый устойчивый поток пузырьков.

Документ отдельно подчеркивает, что точку появления первых пузырьков нельзя путать с тонкостью фильтрации, эффективностью фильтрации или способностью удерживать частицы. Это крайне важное инженерное замечание. На практике такую ошибку делают часто, когда пытаются использовать результат bubble point test как замену реальной фильтрационной характеристике. Стандарт прямо запрещает такую трактовку.

Основные термины стандарта

Фильтроэлемент

Фильтроэлемент определяется как составная часть фильтра из пористого материала, в котором непосредственно осуществляется фильтрование.

Герметичность фильтроэлемента

Под герметичностью фильтроэлемента понимается состояние фильтроэлемента, при котором он соответствует техническим требованиям, установленным изготовителем.

Точка появления первых пузырьков

Точка появления первых пузырьков определяется как давление, при котором в ходе испытания появляется первый непрерывный поток пузырьков воздуха. При отсутствии дефектов изготовления эта величина является показателем самой крупной поры фильтрующего материала.

Что показывает испытание на герметичность

Испытание на герметичность позволяет определить, пригоден ли фильтроэлемент для дальнейшего применения или испытаний. По сути это проверка целостности изготовления. Если при давлении, установленном изготовителем, появляется непрерывный поток пузырьков, это означает наличие дефекта, который нарушает целостность конструкции.

Критическим является именно непрерывный поток пузырьков. Отдельные кажущиеся пузырьки, образующиеся на внешней поверхности фильтроэлемента, допускается игнорировать. Стандарт специально указывает на это, поскольку локально удерживаемый воздух на наружной поверхности может создавать ложную картину при визуальном наблюдении.

Что показывает точка появления первых пузырьков

Давление появления первого непрерывного потока пузырьков связано с наиболее крупной порой фильтрующего материала. Но оно не является характеристикой фильтрационной эффективности. Это справочная величина, полезная для исследовательской разработки продукции, контроля технологической стабильности изготовления и сравнения результатов внутри одной и той же методики.

Иначе говоря, если фильтроэлемент успешно прошел проверку герметичности, дальнейшее повышение давления до момента появления первых пузырьков позволяет получить дополнительную информацию о структуре фильтрующего материала. Но этот результат нельзя использовать как прямую замену испытаниям на тонкость фильтрации или коэффициент β.

Оборудование испытательного стенда

На рисунке 1 стандарта показана типовая схема испытательного стенда. Она включает:

Элемент	Назначение
Устройство подачи сжатого воздуха	Создает давление внутри фильтроэлемента
Фильтр для сжатого воздуха	Исключает загрязнение испытательной системы
Регулятор давления	Позволяет плавно и точно изменять давление
Ванна для испытаний	Содержит испытательную жидкость и погруженный фильтроэлемент
Испытательная жидкость	Обеспечивает визуализацию выхода воздуха в виде пузырьков
Прибор измерения температуры	Контролирует температуру испытательной жидкости
Испытываемый фильтроэлемент	Объект испытания
Прибор измерения давления	Фиксирует давление воздуха при испытании

Стандарт задает и метрологические требования к этому стенду:

• регулятор давления должен обеспечивать настройку с точностью до 10 кПа, что соответствует 100 мбар;
• прибор измерения давления должен иметь погрешность ±5 % от показания;
• прибор измерения температуры должен иметь погрешность ±0,5 °C.

Испытательная жидкость

В качестве испытательной жидкости стандарт рекомендует использовать очищенный пропанол-2, то есть изопропиловый спирт, или другую жидкость, указанную изготовителем фильтроэлемента. Уровень чистоты жидкости должен соответствовать требованиям к испытанию.

Очень важным параметром является поверхностное натяжение испытательной жидкости. Его следует регулярно контролировать методом кольца. Жидкость рекомендуется обновлять, если ее поверхностное натяжение изменилось более чем на ±15 % по сравнению с исходным значением.

Если фильтроэлемент до испытания находился в рабочей жидкости, допускается использовать при испытании жидкость того же типа, но только при соблюдении требований к чистоте и стабильности свойств. Если это невозможно, остатки предыдущей жидкости необходимо удалить. Это условие нужно для того, чтобы обеспечить равномерное увлажнение материала фильтроэлемента и сопоставимость результатов.

Формулы, функции и количественные параметры метода

В стандарте нет сложных теоретических формул гидродинамики или фильтрации, но приведены количественные параметры и функциональные условия метода, которые необходимо учитывать при проведении испытаний и при публикации методического материала.

1. Температура испытательной жидкости

T = 22 ± 5 °C

2. Время пропитки фильтроэлемента

t = 5 мин

3. Толщина слоя испытательной жидкости над верхней точкой фильтроэлемента

h = 12 ± 3 мм

4. Пример рекомендуемого шага повышения давления

Δp ≈ 100 Па = 1 мбар

5. Точность настройки давления регулятором

±10 кПа = ±100 мбар по точности настройки

6. Допустимое изменение поверхностного натяжения испытательной жидкости

±15 % от исходного значения

7. Повторность измерения точки появления первых пузырьков

Испытание выполняют 3 раза:

• первое измерение;
• второе измерение;
• третье измерение.

Во втором и третьем измерении допускается быстро поднимать давление от 0 % до 50 % значения, полученного в первом измерении, без промежуточных ступеней.

Основная методика испытаний

Испытания начинают с проверки идентификационного номера или его части, присвоенной изготовителем, чтобы он соответствовал сопроводительной документации.

Далее чистый фильтроэлемент устанавливают в испытательный стенд так, чтобы его главная ось была расположена параллельно поверхности испытательной жидкости. После этого фильтроэлемент погружают в жидкость с температурой 22 ± 5 °C и выдерживают в течение 5 минут для полной пропитки материала.

Перед подачей воздуха необходимо убедиться, что трубопроводы, соединяющие систему с прибором измерения давления, свободны от испытательной жидкости.

Испытание на герметичность по отсутствию непрерывного потока пузырьков

На стадии проверки герметичности подают воздух под давлением внутрь фильтроэлемента. При необходимости регулируют толщину слоя испытательной жидкости так, чтобы она составляла 12 ± 3 мм от верхней точки фильтроэлемента.

После стабилизации давления фильтроэлемент вращают вокруг главной оси и постепенно повышают давление ступенями. В стандарте в качестве примера приведен шаг 100 Па, то есть 1 мбар. При каждом шаге фильтроэлемент поворачивают на 360° и наблюдают наличие пузырьков.

Давление повышают до значения, указанного изготовителем фильтра. Критерий приемки сформулирован однозначно: непрерывного потока пузырьков воздуха при этом давлении или ниже быть не должно. Если такой поток появляется, фильтроэлемент не соответствует требованиям герметичности.

Стандарт отдельно обращает внимание на несколько условий качественного наблюдения:

• необходимо хорошее освещение;
• давление нужно повышать медленно, чтобы не было заброса;
• необходимо избегать механических вибраций и толчков;
• скорость вращения фильтроэлемента должна быть такой, чтобы не возмущать пузырьки и не высвобождать случайно удержанный воздух.

Определение точки появления первых пузырьков

После завершения испытания на герметичность допускается продолжить повышение давления для определения точки появления первых пузырьков. Давление увеличивают постепенно до момента, когда появляется первый непрерывный поток пузырьков.

В этот момент записывают:

• давление, соответствующее точке появления первых пузырьков;
• температуру испытательной жидкости;
• место появления пузырьков.

После первого измерения давление полностью сбрасывают, чтобы фильтрующий материал снова полностью пропитался жидкостью. Затем испытание повторяют еще два раза. В сумме получают три результата. Это необходимо для повышения достоверности и для исключения случайного влияния неравномерного смачивания или нестабильности первого наблюдения.

Что считается местом появления пузырьков

В приложении А к стандарту приведена форма протокола. В ней отдельно предусмотрена фиксация места появления пузырьков. Стандарт предлагает различать следующие зоны:

• фильтрующий материал фильтроэлемента;
• боковой шов;
• крышка.

Для инженерной диагностики это очень полезно. Если пузырьки появляются через фильтрующий материал, это связано с пористой структурой и максимальным размером пор. Если пузырьки идут из бокового шва или из области крышки, это уже указывает на конструктивную негерметичность или дефект изготовления узла сборки.

Оформление результатов

Результаты испытаний на герметичность и определения точки появления первых пузырьков заносят в протокол. Стандарт прямо разрешает использовать заключение следующего вида:

«Испытание фильтроэлемента на герметичность и или определение точки появления первых пузырьков соответствуют ГОСТ Р ИСО 2942-2010».

Форма протокола в приложении А содержит следующие данные:

• дату испытания и оператора;
• тип испытательной жидкости, ее поверхностное натяжение и температуру;
• изготовителя фильтроэлемента;
• идентификационный номер;
• номер партии или код даты;
• признак новый или бывший в употреблении;
• результат проверки герметичности;
• давление, установленное изготовителем;
• три показания давления для точки появления первых пузырьков;
• место появления пузырьков и комментарии.

Как ЛИКЛАБ может применять данную методику

Несмотря на то, что ЛИКЛАБ специализируется прежде всего на контроле герметичности, вакуумной технике и течеискании, логика ГОСТ Р ИСО 2942-2010 напрямую связана с задачами лабораторного контроля качества. По сути это стандартизованный пузырьковый метод оценки целостности пористого изделия, где критерием служит отсутствие устойчивого выхода газа при заданном давлении и анализ давления появления первого непрерывного потока пузырьков.

Такая методика особенно полезна в следующих случаях:

• при входном контроле фильтроэлементов гидросистем;
• при анализе дефектов изготовления фильтроэлементов;
• при сравнении опытных и серийных образцов;
• при оценке последствий механического повреждения или лабораторных испытаний;
• при исследовательских работах по стабильности технологии изготовления.

Для ЛИКЛАБ эта методика может быть встроена в более широкий комплекс работ по технической диагностике, контролю герметичности, разработке стендов и лабораторной оценке качества фильтрующих и пористых элементов.

Практические выводы по стандарту

ГОСТ Р ИСО 2942-2010 не является стандартом по тонкости фильтрации. Он не определяет эффективность фильтра по загрязнителю и не дает коэффициент удержания частиц. Его задача иная. Он подтверждает целостность изготовления и дает воспроизводимую процедуру выявления самой крупной поры по признаку появления первого непрерывного потока пузырьков.

Именно поэтому результаты испытания следует трактовать корректно:

• отсутствие непрерывного потока пузырьков при заданном давлении означает, что фильтроэлемент удовлетворяет критерию герметичности по изготовителю;
• давление появления первого устойчивого потока пузырьков является справочной характеристикой структуры и качества изготовления;
• полученную величину нельзя напрямую использовать как показатель тонкости фильтрации.

ГОСТ Р ИСО 2942-2010 задает четкую, технологичную и воспроизводимую методику испытания фильтроэлементов на герметичность и определения точки появления первых пузырьков. Стандарт ценен тем, что разделяет понятия целостности конструкции и фильтрационной эффективности, задает требования к испытательному стенду, испытательной жидкости, условиям наблюдения и протоколированию результата.

Для лабораторной практики этот документ полезен как инструмент входного контроля, исследовательской оценки качества изготовления и диагностики повреждений фильтроэлементов. Если Вашей организации требуется технический разбор данного стандарта, разработка стенда, методики или проведение смежных работ по контролю герметичности и диагностике пористых элементов, специалисты ЛИКЛАБ готовы выполнить такие задачи с оформлением технически обоснованных результатов.