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空气滤清器适宜滤清效率的研究

1. 适宜滤清效率的概念

目前,各国滤清器的滤清效率是指单位时间内被空气滤清器滤除的尘土量与随空气进入空气滤清器的尘土量的比值的百分数。这种传统的概念是用重量法来衡量滤清效率的。实质上,进入发动机的颗粒大小与数量直接影响发动机的使用寿命。小颗粒的尘粒进入发动机是不会造成发动机损坏的,只有尘粒达到一定尺寸时,才会造成发动机损坏。因此,须改变原来传统的滤清效率概念,而引用一个新的概念,即适宜滤清效率。所谓适宜滤清效率就是保证发动机可靠工作的最低滤清效率。适宜滤清效率采用被空气滤清器滤除的尘粒直径大小和数量与随空气进入空气滤清器的尘粒直径大小和数量之比。

适宜滤清效率把空气滤清器的滤清能力与对发动机的保护程度统一起来。空气滤清器就可以专门控制影响发动机使用寿命的大尘粒,对小的尘粒不予滤清。这样,对降低空气滤清器的进气阻力,减小体积,降低成本都大有好处。

2. 发动机对空气滤清器的要求

为了充分发挥发动机的潜力,发动机 厂家对空气滤清器提出了许多要求,包括进气阻力、滤清效率、使用寿命、维修保养、尺寸、重量和成本等。

一种空气滤清器不管应用如何,都难免一系列彼此的折衷和让步,但核心是滤清效率。发动机厂家往往对空气滤清器提出过高的要求,滤清器厂家难以达到。根据适宜滤清效率的概念,现在工业界当务之急是确定出不同的发动机对空气滤清器适宜滤清器效率值的要求,即到底多大粉尘颗粒和数量能对发动机提供可靠保护。

3. 内燃机的磨损和微粒

内燃机的磨损是个很复杂的问题。内燃机进气系统、润滑系统和燃料系统分别装有空气滤清器、机油滤清器和燃油滤清器。空气滤清器未滤除的各种尘粒和燃烧生成物主要促使气环和气缸上部的磨损。机油滤清器未滤除的金属屑、通过曲轴箱通风口进入的大量空气中的尘粒和从燃烧室进入油底壳的杂物等,则主要是促使油环和气缸下部的磨损。

各国对内燃机的磨损作了大量的科学研究。

3.1俄罗斯

俄罗斯和前苏联军方和工业部门的研究表明,灰尘颗粒的尺寸大小对发动机气缸的磨损有重要影响。当尘粒尺寸从3~5μm增加到15~30μm,活塞环磨损增加1~3倍;尘粒尺寸超过40μm,活塞环磨损反而下降,这主要是活塞环和气缸之间的间隙决定的,粒子尺寸过大,进不了间隙,就造不成磨损。

按前苏联国家标准гOCT8002“内燃机空气滤清器试验方法”规定的石英粉,将粒子分组,研究对内燃机气缸与活塞环的磨损关系。粉尘粒子分成6个组别:0~4μm4~7μm7~10μm10~20μm20~40μm40~63μm,对发动机进行磨损试验,每个试验的试验条件相同,发动机工况固定。试验结果见图1

不同尺寸的石英粒子引起发动机气缸套的径向磨损率

1—0~4μm2—4~7μm3—7~10μm4—10~20μm5—20~40μm6—40~63μm

1中,磨损率φ为气缸的磨损值除以加入气缸的粉尘量。

从图1中可以看出,曲线12的气缸磨损量较小,是因为7μm以下粒子尺寸小;曲线6的气缸磨损量最小,是因为超过40μm的粒子进不到气缸与活塞环之间。曲线345的粉尘粒子尺寸7~40μm,对气缸磨损最严重。

俄罗斯收集了世界各主要国家的道路粉尘和教练场的粉尘,对粉尘的成份和粒子分布进行了分析,道路粉尘的粒子分布10~40μm的粒子占60%以上,对气缸磨损的影响最大。

3.2 日本

日本对发动机的磨损作了大量研究试验。粉尘粒度与活塞环气缸的磨损关系见图2尘粒大小对磨损的影响。

2尘粒大小对磨损的影响

从图2可以看出,20μm左右的粉尘粒子对内燃机的磨损最大,他们认为应该控制10~45μm的粉尘粒子进入内燃机。

4. 燃气轮机

4.1 粉尘对燃气轮机的影响

与活塞环式发动机不同,燃气轮机是叶片机械,粉尘会造成燃气轮机的压气机叶片、滑轮业等的侵蚀和磨损。燃气轮机的特点是转速高、进气速度高,粉尘会堵塞空气道,降低传热效率,造成功率下降、过热或者失去平衡,损坏发动机。

美国的试验表明,粉尘1~2μm不会发生冲击,而会造成沉积。5~7μm将导致腐蚀,造成压气机损坏。大于10μm的粉尘粒子会造成压气机叶片表面的冲击,20μm的粉尘粒子对压气机造成的损坏最严重。

4.2 对空气滤清器过滤精度的要求

4.2.1法国某公司燃气轮机脉冲自动清洗空气滤清对过滤精度的要求 

1法国某公司燃气轮机脉冲自动清洗空气滤清对过滤精度的要

粒径,μm

1

2

3

4

5

过滤精度,%

99.62

99.85

99.995

100

100

要求过滤效率:ACF 99.9%ACC 99.99%

从以上数据看,要求相当苛刻,空气滤清器很难满足。

4.2.2美国某公司燃气轮机脉冲自动清洗空气滤清的要求

2美国某公司燃气轮机脉冲自动清洗空气滤清的要求

粒径,μm

1

5

10

过滤精度,%

95.5

97

99.9

5. 小结

    根据适宜滤清效率的新概念,即对发动机提供可靠保护的最低滤清效率,空气滤清器应滤出对发动机造成损坏的粉尘颗粒。现在的关键是确定某一种空气滤清器到底需要有多大的过滤精度。普遍认为,空气滤清器应滤除6μm以上的粉尘颗粒,就不会造成发动机的磨损和损坏。因为一种空气滤清器只能满足某一种发动机的需求,这就要求发动机厂家和滤清器厂家通力合作,发动机厂家设计耐灰尘的材料,能减小磨损,并选择合适的进气口位置,使进入发动机的尘土最少。

                                                          

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