機械車輛空氣預(yù)濾器的研究現(xiàn)狀及其發(fā)展趨勢

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

關(guān)鍵詞： 機械車輛;空氣預(yù)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(yù)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(dǎo)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(yù)濾器，使得空氣中的大部分沙塵顆粒在進(jìn)入空氣精濾器之前即被過濾掉，以便延長濾芯維護(hù)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(jì)性和安全可靠性。

2.國內(nèi)研究進(jìn)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(yù)濾器的雙級空氣濾清器?？諝忸A(yù)濾器的除塵原理主要是離心分離——含塵空氣經(jīng)過預(yù)濾器導(dǎo)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(yù)濾器

離心式預(yù)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(yù)濾器

早在 20 世紀(jì) 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(jìn)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(yù)濾器原始阻力在 1.0～2.0 kPa之間，使用壽命長，可反復(fù)清洗并能恢復(fù)原始狀態(tài)，且不易產(chǎn)生二次揚塵，濾清效率達(dá) 95%～97%，但由于汽車發(fā)動機的轉(zhuǎn)速范圍變化很大，導(dǎo)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(fēng)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(fēng)管式預(yù)濾器

靜電除塵是一種公認(rèn)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(fēng)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(fēng)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(fēng)作用可以實現(xiàn)對大顆?；覊m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(dǎo)致進(jìn)氣阻力過大，必然影響發(fā)動機的充氣效率，進(jìn)而對其動力性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不良影響。而旋風(fēng)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(fēng)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(jìn)氣阻力，提高發(fā)動機的動力性和經(jīng)濟(jì)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(jìn)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(yù)濾器產(chǎn)品進(jìn)行詳細(xì)介紹。

3.1弗列加空氣預(yù)濾器

康明斯研發(fā)的 Fleet guard 預(yù)濾器具備單級和雙級兩種配置，無需維護(hù)，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(yù)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(yù)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(jì)，預(yù)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(hù)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(yù)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(yù)濾器產(chǎn)品。它能使空氣濾清器的使用壽命延長高達(dá) 12 倍，可與所有的空氣過濾系統(tǒng)兼容，具備免維護(hù)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(jìn)氣量范圍。預(yù)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(jìn)行良好的匹配。

4.機械車輛空氣預(yù)濾器發(fā)展趨勢

通過總結(jié)國內(nèi)外空氣預(yù)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(yù)濾器的研發(fā)向著輕量化、模塊化、高效能、長壽命及免維護(hù)的方向發(fā)展。針對目前空氣預(yù)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(jìn)一步提高預(yù)濾器的性能

目前應(yīng)用最為廣泛的離心式空氣預(yù)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(yù)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(yù)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(xué)數(shù)值分析技術(shù)應(yīng)用于預(yù)濾器產(chǎn)品的研發(fā)

CFD能夠描述空氣預(yù)濾器內(nèi)部復(fù)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(fù)測試，大大減少了研發(fā)費用、時間及新設(shè)計帶來的風(fēng)險，可有效提高產(chǎn)品設(shè)計效率和品質(zhì)。

4.3解決預(yù)濾器與發(fā)動機匹配問題

選配預(yù)濾器時，應(yīng)根據(jù)發(fā)動機的額定進(jìn)氣量，在滿足發(fā)動機最大允許進(jìn)氣阻力的前提下，選擇過濾效率高的預(yù)濾器; 過濾效率相同時，選擇阻力小的預(yù)濾器，以達(dá)到最大程度地延長空濾的維護(hù)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(jìn)氣品質(zhì)的要求越來越高。空氣預(yù)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(hù)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(xué)院機械系。