機械車輛空氣預濾器的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

摘要：隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展和科學技術(shù)的進步，機械車輛空氣預濾器的發(fā)展趨勢也越來越好，本文主要對機械車輛空氣預濾器的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢進行了探究和分析。首先從3個方面分析了國內(nèi)研究進展及應(yīng)用現(xiàn)狀，主要包括離心式預濾器、油浴式預濾器以及靜電-旋風管式預濾器;然后從3個方面分析了國外研究進展及應(yīng)用現(xiàn)狀，主要包括弗列加空氣預濾器曼·胡默爾空氣預濾器以及Centri Precleaner 空氣預濾器;最后對機械車輛空氣預濾器的發(fā)展趨勢進行了展望。

關(guān)鍵詞： 機械車輛;空氣預濾器;研究現(xiàn)狀;發(fā)展趨勢

1.前言

目前，機械車輛用空氣濾清器一般分為預濾和精濾兩級，其中由于單級精濾器所處的工作環(huán)境比較惡劣，就出現(xiàn)了較大粒徑的灰塵顆粒大量粘附在濾網(wǎng)上，造成濾清效能迅速下降，甚至導致濾芯堵塞，有的甚至降低了機械車輛的工作效率和性能。因此，一般情況下，機械車輛單級精濾器之前安裝空氣預濾器，使得空氣中的大部分沙塵顆粒在進入空氣精濾器之前即被過濾掉，以便延長濾芯維護保養(yǎng)周期和發(fā)動機使用壽命，提高機械車輛的動力性、經(jīng)濟性和安全可靠性。

2.國內(nèi)研究進展及應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著發(fā)動機技術(shù)的發(fā)展，空氣濾清器也在不斷地推陳出新，以滿足發(fā)動機不同的性能要求。從油浴和油浸式空氣濾清器，發(fā)展到干凈、高效的紙質(zhì)空氣濾清器; 從單級空氣濾清器，發(fā)展到具有各種形式預濾器的雙級空氣濾清器。空氣預濾器的除塵原理主要是離心分離——含塵空氣經(jīng)過預濾器導流葉片高速旋轉(zhuǎn)把比密度的灰塵拋向四周，但其型式、結(jié)構(gòu)、大小、布置和材質(zhì)各有不同，各有巧妙，各有特點，適用于不同用途的各種結(jié)構(gòu)配置。

2.1離心式預濾器

離心式預濾器利用沙塵的密度比空氣大的特點，使空氣在通道中產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)或改變方向，在離心力或慣性力的作用下，將沙塵甩到外圍而與空氣分離，對清除空氣中較大顆粒的沙塵特別有效，常用于在多沙塵地區(qū)作業(yè)的機械車輛。

2.2油浴式預濾器

早在 20 世紀 50 年代，農(nóng)用機械上就采用油浴式空濾器。它的基本原理是通過把含塵空氣引向油池，利用慣性力使一部分灰塵被機油粘附，同時夾帶著油霧的含塵空氣再通過濾芯時，被進一步過濾，而被濾芯粘附的灰塵又隨機油滴回到油池。這種預濾器原始阻力在 1.0～2.0 kPa之間，使用壽命長，可反復清洗并能恢復原始狀態(tài)，且不易產(chǎn)生二次揚塵，濾清效率達 95%～97%，但由于汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速范圍變化很大，導致這種空氣濾清器在使用過程中濾清效率變化很大。因其保養(yǎng)麻煩困難，且對環(huán)境有污染，其應(yīng)用受到一定限制。多年來一直被小型農(nóng)用機械大量使用，如今在重型汽車上也有所應(yīng)用，尤其是在多風沙的惡劣環(huán)境下工作的機械車輛使用時效果更加顯著。

2.3靜電-旋風管式預濾器

靜電除塵是一種公認的最潔凈的除塵技術(shù)，具備過濾效率高、阻力小的優(yōu)點。旋風靜電空氣濾清器是在旋流管式空氣濾清器內(nèi)加入電極以引入高壓靜電場，實現(xiàn)離心濾清機理 和 靜 電濾清機理相結(jié)合的多機理空氣濾清器。旋風和靜電兩種濾清方式組合使用，同時在同一空間對塵粒作用，利用旋風作用可以實現(xiàn)對大顆粒灰塵的捕集，并且可以利用其實現(xiàn)濾清器內(nèi)腔及靜電電極的自清潔，延長了空氣濾清器的保養(yǎng)周期和壽命.傳統(tǒng)的空氣濾清器在使用中需要定期清洗或更換濾芯，否則將導致進氣阻力過大，必然影響發(fā)動機的充氣效率，進而對其動力性和經(jīng)濟性產(chǎn)生不良影響。而旋風靜電除塵裝置的特點是電場力和離心力直接作用在粉塵顆粒上，而不是利用粉塵粒子的重力或纖維的阻隔作用除塵，因此阻力很小，且在使用中不隨時間推移而發(fā)生變化。采用旋風靜電式空氣濾清器，可以在保證過濾效率的同時減小發(fā)動機進氣阻力，提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟性。離心濾清機理和靜電濾清機理相結(jié)合空氣濾清器的濾清方式新穎獨特，優(yōu)勢互補，相得益彰，具有很大的研究開發(fā)價值及廣闊的應(yīng)用前景。

3.國外研究進展及應(yīng)用現(xiàn)狀

曼·胡默爾、馬勒及索菲瑪?shù)仁菄H知名濾清器供應(yīng)商，具備較強的科研能力和市場開發(fā)能力。下面將對它們開發(fā)的空氣預濾器產(chǎn)品進行詳細介紹。

3.1弗列加空氣預濾器

康明斯研發(fā)的 Fleet guard 預濾器具備單級和雙級兩種配置，無需維護，自動排塵，能適應(yīng)及其苛刻的環(huán)境條件。其工作原理與唐納森公司的 Top-spinTM相同，只是材質(zhì)、結(jié)構(gòu)型式有所區(qū)別。不同型號的預濾器可滿足 0.28 ～ 39.64 m3/ min 流量范圍的發(fā)動機需求，出氣口直徑范圍是 51 ～205 mm，可垂直安裝也可水平安裝。主要應(yīng)用于在礦山、沙漠、農(nóng)場、越野和垃圾場等惡劣工況下的機械車輛，在軍用車輛中也有應(yīng)用。

3.2曼·胡默爾空氣預濾器

曼·胡默爾是全球知名的濾清器供應(yīng)商。其開發(fā)的ENTARON適用于狹小安裝空間和高功率密度，既靈活又經(jīng)濟，預分離效率超過 85%。ENTARON在設(shè)計上更為緊湊，主要包括集成在外殼上的安裝座和外殼頂端的鎖定系統(tǒng)。ENTARON的外殼由外包裝、端口和保護層三部分構(gòu)成。這種設(shè)計理念可在有限的安裝空間內(nèi)實現(xiàn)極大的靈活性。

3.3 Centri Precleaner 空氣預濾器

基于離心分離原理的 Centri Precleaner是美國Best Used Trators 公司開發(fā)的一種空氣預濾器產(chǎn)品。它能使空氣濾清器的使用壽命延長高達 12 倍，可與所有的空氣過濾系統(tǒng)兼容，具備免維護功能，鋁質(zhì)或不銹鋼結(jié)構(gòu)能使轉(zhuǎn)子平穩(wěn)無噪音運行，有 8 種型號涵蓋 50 ～ 1600CFM 的進氣量范圍。預濾器在一定的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)才能夠有效工作，因此需要與發(fā)動機進行良好的匹配。

4.機械車輛空氣預濾器發(fā)展趨勢

通過總結(jié)國內(nèi)外空氣預濾器產(chǎn)的主要特點及應(yīng)用現(xiàn)狀，分析其工作原理及產(chǎn)品性能，并結(jié)合國內(nèi)外在該領(lǐng)域的研究動態(tài)，可以發(fā)現(xiàn)空氣預濾器的研發(fā)向著輕量化、模塊化、高效能、長壽命及免維護的方向發(fā)展。針對目前空氣預濾器尚且存在的問題，未來研究工作可以從以下幾個方面著手：

4.1進一步提高預濾器的性能

目前應(yīng)用最為廣泛的離心式空氣預濾器存在非額定工況下過濾效率低的缺點;最為理想的離心靜電式預濾器存在高壓供電困難。因此，致力于研發(fā)具有較高過濾效能和較低氣阻力的空氣預濾器產(chǎn)品，提高發(fā)動機的性能、壽命和安全可靠性。

4.2將計算流體力學數(shù)值分析技術(shù)應(yīng)用于預濾器產(chǎn)品的研發(fā)

CFD能夠描述空氣預濾器內(nèi)部復雜的三維流動現(xiàn)象，可以在設(shè)計的初期快速地評價設(shè)計并做出修改，而不需要原型生產(chǎn)和反復測試，大大減少了研發(fā)費用、時間及新設(shè)計帶來的風險，可有效提高產(chǎn)品設(shè)計效率和品質(zhì)。

4.3解決預濾器與發(fā)動機匹配問題

選配預濾器時，應(yīng)根據(jù)發(fā)動機的額定進氣量，在滿足發(fā)動機最大允許進氣阻力的前提下，選擇過濾效率高的預濾器; 過濾效率相同時，選擇阻力小的預濾器，以達到最大程度地延長空濾的維護保養(yǎng)周期和發(fā)動機使用壽命。

5.結(jié)束語

綜上所述，由于機械工業(yè)與內(nèi)燃機技術(shù)的發(fā)展的速度飛快，機械車輛裝備也逐漸向著高效能、高壽命、節(jié)能減排的方向發(fā)展，這樣就使的對內(nèi)燃機對進氣品質(zhì)的要求越來越高。空氣預濾器是高效空氣過濾裝置的重要組成部分，該裝置延長了濾芯的維護保養(yǎng)周期和發(fā)動機使用壽命，同時提高了機械車輛的作業(yè)效率。

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作者簡介：

陳林，（1991.11.09-），本科，湖南邵陽學院機械系。