空氣濾清器過濾效率的研究

1.適宜空氣濾清器效率的概念

目前，各國空氣濾清器的濾清效率是指單位時間內被空氣濾清器濾除的塵土量與隨空氣進入空氣濾清器的塵土量的比值的百分數(shù)。這種傳統(tǒng)的概念是用重量法來衡量濾清效率的。實質上，進入發(fā)動機的顆粒大小與數(shù)量直接影響發(fā)動機的使用壽命。小顆粒的塵粒進入發(fā)動機是不會造成發(fā)動機損壞的，只有塵粒達到一定尺寸時，才會造成發(fā)動機損壞。因此，須改變原來傳統(tǒng)的濾清效率概念，而引用一個新的概念，即適宜濾清效率。所謂適宜濾清效率就是保證發(fā)動機可靠工作的最低濾清效率。適宜濾清效率采用被空氣濾清器濾除的塵粒直徑大小和數(shù)量與隨空氣進入空氣濾清器的塵粒直徑大小和數(shù)量之比。

適宜濾清效率把空氣濾清器的濾清能力與對發(fā)動機的保護程度統(tǒng)一起來?？諝鉃V清器就可以專門控制影響發(fā)動機使用壽命的大塵粒，對小的塵粒不予濾清。這樣，對降低空氣濾清器的進氣阻力，減小體積，降低成本都大有好處。

2.發(fā)動機對空氣濾清器的要求

為了充分發(fā)揮發(fā)動機的潛力，發(fā)動機廠家對空氣濾清器提出了許多要求，包括進氣阻力、濾清效率、使用壽命、維修保養(yǎng)、尺寸、重量和成本等。

一種空氣濾清器不管應用如何，都難免一系列彼此的折衷和讓步，但核心是濾清效率。發(fā)動機廠家往往對空氣濾清器提出過高的要求，濾清器廠家難以達到。根據(jù)適宜濾清效率的概念，現(xiàn)在工業(yè)界當務之急是確定出不同的發(fā)動機對空氣濾清器適宜濾清器效率值的要求，即到底多大粉塵顆粒和數(shù)量能對發(fā)動機提供可靠保護。

3.內燃機的磨損和微粒

內燃機的磨損是個很復雜的問題。內燃機進氣系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)分別裝有空氣濾清器、機油濾清器和燃油濾清器?？諝鉃V清器未濾除的各種塵粒和燃燒生成物主要促使氣環(huán)和氣缸上部的磨損。機油濾清器未濾除的金屬屑、通過曲軸箱通風口進入的大量空氣中的塵粒和從燃燒室進入油底殼的雜物等，則主要是促使油環(huán)和氣缸下部的磨損。

各國對內燃機的磨損作了大量的科學研究。

3.1俄羅斯

俄羅斯和前蘇聯(lián)軍方和工業(yè)部門的研究表明，灰塵顆粒的尺寸大小對發(fā)動機氣缸的磨損有重要影響。當塵粒尺寸從3～5μm增加到15～30μm，活塞環(huán)磨損增加1～3倍；塵粒尺寸超過40μm，活塞環(huán)磨損反而下降，這主要是活塞環(huán)和氣缸之間的間隙決定的，粒子尺寸過大，進不了間隙，就造不成磨損。

按前蘇聯(lián)國家標準гOCT8002“內燃機空氣濾清器試驗方法”規(guī)定的石英粉，將粒子分組，研究對內燃機氣缸與活塞環(huán)的磨損關系。粉塵粒子分成6個組別：0～4μm、4～7μm、7～10μm、10～20μm、20～40μm、40～63μm，對發(fā)動機進行磨損試驗，每個試驗的試驗條件相同，發(fā)動機工況固定。試驗結果見圖1。

圖1不同尺寸的石英粒子引起發(fā)動機氣缸套的徑向磨損率

1—0～4μm、2—4～7μm、3—7～10μm、4—10～20μm、5—20～40μm、6—40～63μm

圖1中，磨損率φ為氣缸的磨損值除以加入氣缸的粉塵量。

從圖1中可以看出，曲線1、2的氣缸磨損量較小，是因為7μm以下粒子尺寸??；曲線6的氣缸磨損量最小，是因為超過40μm的粒子進不到氣缸與活塞環(huán)之間。曲線3、4、5的粉塵粒子尺寸7～40μm，對氣缸磨損最嚴重。

俄羅斯收集了世界各主要國家的道路粉塵和教練場的粉塵，對粉塵的成份和粒子分布進行了分析，道路粉塵的粒子分布10～40μm的粒子占60%以上，對氣缸磨損的影響最大。

3.2日本

日本對發(fā)動機的磨損作了大量研究試驗。粉塵粒度與活塞環(huán)氣缸的磨損關系見圖2塵粒大小對磨損的影響。

圖2塵粒大小對磨損的影響

從圖2可以看出，20μm左右的粉塵粒子對內燃機的磨損最大，他們認為應該控制10～45μm的粉塵粒子進入內燃機。

4.燃氣輪機

4.1粉塵對燃氣輪機的影響

與活塞環(huán)式發(fā)動機不同，燃氣輪機是葉片機械，粉塵會造成燃氣輪機的壓氣機葉片、滑輪業(yè)等的侵蝕和磨損。燃氣輪機的特點是轉速高、進氣速度高，粉塵會堵塞空氣道，降低傳熱效率，造成功率下降、過熱或者失去平衡，損壞發(fā)動機。

美國的試驗表明，粉塵1～2μm不會發(fā)生沖擊，而會造成沉積。5～7μm將導致腐蝕，造成壓氣機損壞。大于10μm的粉塵粒子會造成壓氣機葉片表面的沖擊，20μm的粉塵粒子對壓氣機造成的損壞最嚴重。

4.2對空氣濾清器過濾精度的要求

4.2.1法國某公司燃氣輪機脈沖自動清洗空氣濾清對過濾精度的要求

表1法國某公司燃氣輪機脈沖自動清洗空氣濾清對過濾精度的要

要求過濾效率：ACF 99.9%，ACC 99.99%。

從以上數(shù)據(jù)看，要求相當苛刻，空氣濾清器很難滿足。

4.2.2美國某公司燃氣輪機脈沖自動清洗空氣濾清的要求

表2美國某公司燃氣輪機脈沖自動清洗空氣濾清的要求

5.小結

根據(jù)適宜濾清效率的新概念，即對發(fā)動機提供可靠保護的最低濾清效率，空氣濾清器應濾出對發(fā)動機造成損壞的粉塵顆粒?，F(xiàn)在的關鍵是確定某一種空氣濾清器到底需要有多大的過濾精度。普遍認為，空氣濾清器應濾除6μm以上的粉塵顆粒，就不會造成發(fā)動機的磨損和損壞。因為一種空氣濾清器只能滿足某一種發(fā)動機的需求，這就要求發(fā)動機廠家和濾清器廠家通力合作，發(fā)動機廠家設計耐灰塵的材料，能減小磨損，并選擇合適的進氣口位置，使進入發(fā)動機的塵土最少。