跨介质的整个厚度的平均孔径的均匀、线性、凹、或凸梯 度的过滤介质的性能特性的模拟。具有由指数函数表示的平均孔径的凸梯度的过滤介质与 具有平均孔径的均匀、线性或凹梯度的过滤介质相比具有增大的容尘量。
[0115] 使用可W模拟多通测试结果的软件进行模拟。模拟的过滤介质为含有lOOwt%的 玻璃纤维的液压过滤介质。液压过滤介质的厚度为约0.5mm，并且单位面积重量为约62.5g/ m2。取决于平均孔径，液压过滤介质的帖00在约化m至40mi的范围内，并且空气阻力在约 0.3mmW至25mmW的范围内。使用下列方程对平均孔径的均匀、线性、凹和凸梯度进行建模：
[0116] 1.均匀梯度:平均孔径= ai =常量；
[0117] 2.线性梯度：平均孔径（X) = a2+k2*x;
[0118] 3.凹梯度:平均孔径(X) = a4+k4xi/2;
[0119] 4.凸梯度分布：平均孔径（X)=日3*6邱化3*X);
[0120] 在模拟中，X为无量纲介质厚度，并且范围从0至Ijl，使得X = O对应于介质的下游侧 并且X = I对应于介质的上游侧。平均孔径(X)为横跨介质厚度的平均孔梯度，并且曰1和ki是 拟合常量。拟合常量Si范围从2皿至60皿，并且拟合常量ki范围从0.3至1.5。图2A中示出了对 于平均孔径的各种梯度的平均孔径与无量纲厚度的关系曲线。
[0121] 通过对于平均孔径的均匀、线性、凹和凸梯度模拟ISO 16889多通道液压介质测试 计算了对于平均孔径的四种梯度的容尘量和的00等级。所使用的测试流量为1.7L/min，并 且期望的粉尘水平为1 Omg/L，样品为110 cm2，并且终端压降为1 OOk化。图2B中示出了对于线 性、凹和凸梯度过滤介质的压降与装载时间的关系的计算机曲线。表1中示出了对于均匀、 线性、凹和凸梯度过滤介质的所计算的容尘量和的00。
[0122] 表1梯度过滤介质的容尘量和的00值
[0124]具有由指数函数表示的平均孔径的凸梯度的过滤介质具有的容尘量分别比均匀、 线性和凹梯度的容尘量大102%、60%和71%。具有由指数函数表示的平均孔径的凸梯度的 过滤介质还具有与平均孔径的其他梯度可比较的的OO颗粒尺寸。 巧1巧]实例2
[0126] 列描述了实例1中描述的模拟结果中的一些的实验验证。确定了具有横跨过 滤介质的整个厚度的平均孔径的线性或指数梯度的过滤介质的性能特性。具有平均孔径的 指数梯度的过滤介质与具有线性梯度的过滤介质相比具有较高的透气度、较高的容尘量W 及较大的到达终端压降的时间。
[0127] 每种梯度过滤介质为包含玻璃纤维的多层过滤介质。通过沉积4个湿法过滤介质 层来制造梯度过滤介质。每个层具有由化llingswcxrth&Vose Fiber公司制造的不同比例的 JM 108和312纤维。每个层的单位面积重量保持在15g/m2下恒定。基于获得适当的梯度（即， 线性或指数)所需的平均孔径确定了每个层中的JM 108和312纤维的比例。图3A中示出了对 于平均孔径的线性和指数梯度的平均孔径与层数关系的曲线。W下经验关系：
[012引 1.平均孔=6x Fd;
[0129] 2.AR = 0.2(Fd)-i'82;
[0130] 3.AR=wi(AI?i〇8)+W2(AR312);
[01引]4. ARios = O. 2(Fd(i〇8))-i'82;
[0132] 5.AR312 = 0.2(Fd(312))-i'82;
[0133] 被同时求解W找到产生每个层的平均孔径所需的JM 108和Evanite 312纤维的重 量比，其中Fd是纤维直径，AR是WmmH20为单位的空气阻力，Wi和W2分别是JM 108和Evanite 312纤维的重量比，时(108) = 1微米，并且时(312) = 3.9微米。表2和表3中分别示出了对于线性 和指数梯度过滤介质的每个层的JM 108和312纤维的重量百分比。
[0134] 表2线性梯度的JM 108和312纤维的重量百分比
[0136]表3指数梯度的JM 108和312纤维的重量百分比 ' '
[0139]为了形成用于每种梯度的多层过滤介质，具有表2或表3中所示的纤维共混物的每 个层被沉积在手抄纸模具中，其从层1开始顺序沉积，使得层1为最下游层并且层4为最上游 层。表4中示出了具有平均孔径的梯度的多层过滤介质的物理性质。具有线性梯度的过滤介 质与具有指数梯度的过滤介质具有基本上相同的单位面积重量、厚度、平均孔径。然而，具 有平均孔径的指数梯度的过滤介质与具有平均孔径的线性梯度的过滤介质相比具有大于 约30 %的透气度。
[0140]表4具有线性或指数梯度的过滤介质的性质
[0142] 使用ISO 16889多通道液压介质测试确定了具有平均孔径的线性和指数梯度的过 滤介质的容尘量和的00颗粒尺寸。所使用的测试流量为1.化/min,并且期望的粉尘水平为 lOmg/L，并且终端压降为IOOk化。图3B中示出了对于线性和指数梯度的过滤介质的压降与 装载时间关系的曲线。如图3B中所示，具有线性梯度尺寸的过滤介质耗时约78分钟到达 IOOk化的终端压降，而具有指数梯度的过滤介质耗时约135分钟到达同样的终端压降。因 此，具有平均孔径的指数梯度的过滤介质与具有线性梯度尺寸的过滤介质相比，过滤器使 用寿命长73%。具有线性梯度的过滤介质的容尘量化肥)为约126g/m 2,相比之下，具有指数 梯度的过滤介质的容尘量为约214g/m2。因此，具有指数梯度的过滤介质与具有线性梯度的 过滤介质相比，容尘量增加约70%。
[0143] 图3C中示出了线性和指数梯度的过滤介质的平均的00等级与颗粒尺寸关系的曲 线。具有平均孔径的指数梯度的过滤介质的平均的00颗粒尺寸为约6.5微米，其与具有线性 梯度的过滤介质的5.5微米可相比。
[0144] 表5具有线性或指数梯度的过滤介质的过滤性能
[0146] 实例3
[0147] 本实例描述了对于具有平均孔径的指数梯度的各种过滤介质的性能特性的模拟， 如实例1中的描述，差异仅在于拟合参数k3值。发现大于零并且小于或等于约1.5的k3值具有 有利的过滤性能。
[0148] 如实例1中所述进行了模拟，除了如下之外:模拟了差异仅在于拟合参数k3值的具 有平均孔径的指数梯度的五种过滤介质。
[0149] k3的五个值为0、0.25、0.5、1.0和1.5。图4A中示出了对于k3的各个值的平均孔径与 无量纲厚度的关系的曲线。图4B中示出了所计算的容尘量、透气度W及的00颗粒尺寸与k3 值的关系的曲线。如图4B中所示，在约0.25与约0.75之间的k3值具有最高的容尘量和相对 低的的00颗粒尺寸。大于1.5的k3值具有显著较低的容尘量和相对高的的00颗粒尺寸。
[0150] 实例4
[0151] 描述了包含具有平均孔径的指数梯度的双阶段预过滤部W及含有相对小 直径的纤维的下游的、直接相邻的效率层的两种过滤介质的容尘量。过滤介质具有相对高 的容尘量和高效率。
[0152] 所形成的两种过滤介质的差异仅在于预过滤部的平均孔径的指数梯度类型。过滤 介质A包含预过滤部A和效率层。过滤部A的梯度分布为平均孔径(X) =a*e邱化村），其中a为 13,并且k为0.6。过滤介质B包含预过滤部B和效率层。过滤部B的梯度分布为平均孔径(X) = a*exp化*x)，其中a为12.9,并且k为1.13。预过滤部是通过改变具有不同的纤维直径的纤维 的重量百分比来形成的，W形成横跨预过滤部的两个层的平均孔径的期望的指数梯度。效 率层通过烙喷工艺形成，并且含有直径为约1.0微米的合成纤维。效率层的厚度为约0.2mm， 并在10.5FPM下压降为约20Pa。表6中示出了效率层、预过滤部A和预过滤部B的单位面积重 量和化as i er渗透性。
[0153] 表6预过滤部和效率层的选择性质
[0155] 过滤介质的容尘量和的00颗粒尺寸使用如实例2中描述的IS016889来确定。具有 梯度的预过滤部和效率层的过滤介质具有相对高的容尘量和良好的的00等级。表7中示出 了过滤介质的容尘量和的00等级。
[0156] 表7具有梯度预过滤部的过滤介质的过滤性质
[0158]如此描述了本发明的至少一个实施方案的多个方面，应理解的是，本领域技术人 员将容易想到各种改变、修改和改进。运样的改变、修改和改进旨在为本公开内容的一部分 并且旨在包括在本发明的精神和范围内。因此，前面的描述和附图仅作为实例的方式。
【主权项】
1. 一种过滤介质，所述过滤介质在横跨所述过滤介质的至少部分厚度上具有平均孔径 的梯度，其中所述梯度由对在横跨所述过滤介质的至少所述部分厚度上的不同点处确定的 平均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示，所述指数函数具有如下形式： 平均孔径(X) =a*exp(k*x) 其中X对应于沿着所述过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于 或等于0且小于或等于1的值，并且 其中k大于或等于0.1且小于或等于1.75， 其中所述指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，并且 其中所述指数函数的确定系数大于或等于约0.9。2. -种方法，包括： 提供过滤介质，所述过滤介质在横跨所述过滤介质的至少部分厚度上具有平均孔径的 梯度，其中所述梯度由对在横跨所述过滤介质的至少所述部分厚度上的不同点处确定的平 均孔径的四个数值拟合的指数函数来表示，所述指数函数具有如下形式： 平均孔径(X) =a*exp(k*x) 其中X对应于沿着所述过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于 或等于0且小于或等于1的值，并且 其中k大于或等于0.1且小于或等于1.75， 其中所述指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的，并且 其中所述指数函数的确定系数大于或等于约0.9;以及 使用所述过滤介质对液体进行过滤。3. -种过滤介质，所述过滤介质在横跨所述过滤介质的至少部分厚度上具有平均孔径 的梯度，其中所述梯度由对在横跨所述过滤介质的至少所述部分厚度上的不同点处确定的 平均孔径的至少四个数值拟合的指数函数来表示，所述指数函数具有如下形式： 平均孔径(X) =a*exp(k*x) 其中X对应于沿着所述过滤介质的所述部分的厚度的位置，并且被归一化为具有大于 或等于0且小于或等于1的值，并且 其中k大于或等于0.1且小于或等于1.75， 其中所述指数函数是使用最小二乘线性回归模型来确定的， 其中所述指数函数的确定系数大于或等于约〇. 7;并且 其中所述指数函数的确定系数大于使用所述最小二乘线性回归模型对平均孔径的所 述至少四个数值拟合的线性函数的所有确定系数。4. 根据权利要求1至3所述的过滤介质或方法，其中a大于或等于0.1微米并且小于或等 于100微米。5. 根据权利要求1至4所述的过滤介质或方法，其中a大于或等于2微米并且小于或等于 60微米。6. 根据权利要求1至5所述的过滤介质或方法，其中k大于或等于0.25并且小于或等于 0.75。7. 根据权利要求1至6所述的过滤介质或方法，其中k小于或等于1.5。8. 根据权利要求1至7所述的过滤介质或方法，其中所述平均孔径的梯度横跨所述过滤 介质的整个厚度。9. 根据权利要求1至8所述的过滤介质或方法，其中通过ISO EN13-443-2确定的所述过 滤介质的容尘量大于或等于约5g/m2并且小于或等于约500g/m 2。10. 根据权利要求1至9所述的过滤介质或方法，其中通过IS016889、IS0 4548-12或ISO 19438确定的所述过滤介质的容尘量大于或等于约40g/m2并且小于或等于约500g/m2。11. 根据权利要求1至10所述的过滤介质或方法，其中通过IS016889、ISO 4548-12或 ISO 19438确定的所述过滤介质的容尘量大于或等于约70g/m2并且小于或等于约500g/m2。12. 根据权利要求1至11所述的过滤介质或方法，其中通过I SO ΕΝ 13-443-2确定的所述 过滤介质的容尘量大于或等于约l〇g/m2并且小于或等于约300g/m 2。13. 根据权利要求1至12所述的过滤介质或方法，其中沿所述平均孔径的梯度的平均孔 径的改变大于或等于约1微米并且小于或等于约100微米。14. 根据权利要求1至13所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质为多层过滤介质。15. 根据权利要求1、2和4至14所述的过滤介质或方法，其中所述指数函数的所述确定 系数大于使用所述最小二乘线性回归模型对所述平均孔径的所述四个数值拟合的线性函 数的所有确定系数。16. 根据权利要求1至15所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的所述部分厚度大 于或等于所述梯度的厚度的约20%。17. 根据权利要求1至16所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质包含玻璃纤维。18. 根据权利要求1至17所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质包含合成纤维。19. 根据权利要求1至18所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的单位面积重量为 大于或等于约〇. 5g/m2并且小于或等于约400g/m2。20. 根据权利要求1至19所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过I SO 16889 确定的(6200颗粒尺寸为大于或等于约2微米并且小于或等于约60微米。21. 根据权利要求1至20所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISO 19438 确定的(6200颗粒尺寸为大于或等于约2微米并且小于或等于约40微米。22. 根据权利要求1至21所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISO 4548-12确定的β200颗粒尺寸为大于或等于约10微米并且小于或等于约30微米。23. 根据权利要求1至22所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质的通过ISO ΕΝ 13-443-2确定的β200颗粒尺寸为大于或等于约0.05微米并且小于或等于约5微米。24. 根据权利要求1至23所述的过滤介质或方法，其中所述平均孔径的梯度横跨所述过 滤介质的四个或更多个层。25. 根据权利要求1至24所述的过滤介质或方法，其中所述四个或更多个层中的至少四 个层具有恒定的平均孔径。26. 根据权利要求1至25所述的过滤介质或方法，其中所述过滤介质还包括平均纤维直 径小于或等于约1微米的效率层。
【专利摘要】提供了具有性质的梯度的过滤介质以及与这种介质相关联的方法。在一些实施方案中，过滤介质可以具有平均孔径的梯度。平均孔径的梯度可以横跨过滤介质的至少部分厚度。在一些实施方案中，梯度可以由指数函数来表示。平均孔径的指数梯度可以赋予过滤介质期望的性能，包括增强的过滤性能(例如，相对高的容尘量和效率)以及其他益处。所述过滤介质可以特别适合于涉及过滤液体(例如，液压、燃料、润滑油、水)的应用，然而所述介质也可以用于其他应用。
【IPC分类】D04H1/00
【公开号】CN105593418
【申请号】CN201480053194
【发明人】马克西姆·西林, 苏达卡尔·贾加纳坦
【申请人】霍林斯沃思和沃斯有限公司
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2014年8月22日
【公告号】EP3039177A1, US20150053627, WO2015031181A1