關(guān)于空氣過(guò)濾器濾清器適宜濾清效率的研究
1. 適宜空氣過(guò)濾器濾清效率的概念
目前，各國(guó)空氣過(guò)濾器濾清器的濾清效率是指單位時(shí)間內(nèi)被空氣濾清器濾除的塵土量與隨空氣進(jìn)入空氣濾清器的塵土量的比值的百分?jǐn)?shù)。這種傳統(tǒng)的概念是用重量法來(lái)衡量濾清效率的。實(shí)質(zhì)上，進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的顆粒大小與數(shù)量直接影響發(fā)動(dòng)機(jī)的使用壽命。小顆粒的塵粒進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)是不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞的，只有塵粒達(dá)到一定尺寸時(shí)，才會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)損壞。因此，須改變?cè)瓉?lái)傳統(tǒng)的濾清效率概念，而引用一個(gè)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(dòng)機(jī)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(jìn)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的保護(hù)程度統(tǒng)一起來(lái)?？諝鉃V清器就可以專(zhuān)門(mén)控制影響發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命的大塵粒，對(duì)小的塵粒不予濾清。這樣，對(duì)降低空氣濾清器的進(jìn)氣阻力，減小體積，降低成本都大有好處。
2. 發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)空氣過(guò)濾器濾清器的要求
為了充分發(fā)揮發(fā)動(dòng)機(jī)的潛力，發(fā)動(dòng)機(jī) 廠家對(duì)空氣濾清器提出了許多要求，包括進(jìn)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(yīng)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(dòng)機(jī)廠家往往對(duì)空氣濾清器提出過(guò)高的要求，濾清器廠家難以達(dá)到。根據(jù)適宜濾清效率的概念，現(xiàn)在工業(yè)界當(dāng)務(wù)之急是確定出不同的發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)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(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供可靠保護(hù)。
3. 內(nèi)燃機(jī)的磨損和微粒
內(nèi)燃機(jī)的磨損是個(gè)很復(fù)雜的問(wèn)題。內(nèi)燃機(jī)進(jìn)氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和燃料系統(tǒng)分別裝有空氣濾清器、機(jī)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(jī)油濾清器未濾除的金屬屑、通過(guò)曲軸箱通風(fēng)口進(jìn)入的大量空氣中的塵粒和從燃燒室進(jìn)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(guó)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的磨損作了大量的科學(xué)研究。
3.1俄羅斯
俄羅斯和前蘇聯(lián)軍方和工業(yè)部門(mén)的研究表明，灰塵顆粒的尺寸大小對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)氣缸的磨損有重要影響。當(dāng)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(guò)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(guò)大，進(jìn)不了間隙，就造不成磨損。
按前蘇聯(lián)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)гOCT8002“內(nèi)燃機(jī)空氣濾清器試驗(yàn)方法”規(guī)定的石英粉，將粒子分組，研究對(duì)內(nèi)燃機(jī)氣缸與活塞環(huán)的磨損關(guān)系。粉塵粒子分成6個(gè)組別：0～4μm、4～7μm、7～10μm、10～20μm、20～40μm、40～63μm，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行磨損試驗(yàn)，每個(gè)試驗(yàn)的試驗(yàn)條件相同，發(fā)動(dòng)機(jī)工況固定。
1—0～4μm、2—4～7μm、3—7～10μm、4—10～20μm、5—20～40μm、6—40～63μm
磨損率φ為氣缸的磨損值除以加入氣缸的粉塵量。
曲線1、2的氣缸磨損量較小，是因?yàn)?/span>7μm以下粒子尺寸小；曲線6的氣缸磨損量最小，是因?yàn)槌^(guò)40μm的粒子進(jìn)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(duì)氣缸磨損最嚴(yán)重。
俄羅斯收集了世界各主要國(guó)家的道路粉塵和教練場(chǎng)的粉塵，對(duì)粉塵的成份和粒子分布進(jìn)行了分析，道路粉塵的粒子分布10～40μm的粒子占60%以上，對(duì)氣缸磨損的影響最大。
3.2 日本
日本對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損作了大量研究試驗(yàn)。粉塵粒度與活塞環(huán)氣缸的磨損關(guān)系見(jiàn)圖2塵粒大小對(duì)磨損的影響。
20μm左右的粉塵粒子對(duì)內(nèi)燃機(jī)的磨損最大，他們認(rèn)為應(yīng)該控制10～45μm的粉塵粒子進(jìn)入內(nèi)燃機(jī)。
4. 燃?xì)廨啓C(jī)
4.1 粉塵對(duì)燃?xì)廨啓C(jī)的影響
與活塞環(huán)式發(fā)動(dòng)機(jī)不同，燃?xì)廨啓C(jī)是葉片機(jī)械，粉塵會(huì)造成燃?xì)廨啓C(jī)的壓氣機(jī)葉片、滑輪業(yè)等的侵蝕和磨損。燃?xì)廨啓C(jī)的特點(diǎn)是轉(zhuǎn)速高、進(jìn)氣速度高，粉塵會(huì)堵塞空氣道，降低傳熱效率，造成功率下降、過(guò)熱或者失去平衡，損壞發(fā)動(dòng)機(jī)。
美國(guó)的試驗(yàn)表明，粉塵1～2μm不會(huì)發(fā)生沖擊，而會(huì)造成沉積。5～7μm將導(dǎo)致腐蝕，造成壓氣機(jī)損壞。大于10μm的粉塵粒子會(huì)造成壓氣機(jī)葉片表面的沖擊，20μm的粉塵粒子對(duì)壓氣機(jī)造成的損壞最嚴(yán)重。
4.2 對(duì)空氣濾清器過(guò)濾精度的要求
表1法國(guó)某公司燃?xì)廨啓C(jī)脈沖自動(dòng)清洗空氣濾清對(duì)過(guò)濾精度的要
粒徑，μm |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
過(guò)濾精度，% |
99.62 |
99.85 |
99.995 |
100 |
100 |
要求過(guò)濾效率：ACF 99.9%，ACC 99.99%。
從以上數(shù)據(jù)看，要求相當(dāng)苛刻，空氣濾清器很難滿足。
表2美國(guó)某公司燃?xì)廨啓C(jī)脈沖自動(dòng)清洗空氣濾清的要求
粒徑，μm |
1 |
5 |
10 |
過(guò)濾精度，% |
95.5 |
97 |
99.9 |
5. 小結(jié)
根據(jù)適宜濾清效率的新概念，即對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)提供可靠保護(hù)的最低濾清效率，空氣濾清器應(yīng)濾出對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)造成損壞的粉塵顆?！，F(xiàn)在的關(guān)鍵是確定某一種空氣濾清器到底需要有多大的過(guò)濾精度。普遍認(rèn)為，空氣濾清器應(yīng)濾除6μm以上的粉塵顆粒，就不會(huì)造成發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損和損壞。因?yàn)橐环N空氣濾清器只能滿足某一種發(fā)動(dòng)機(jī)的需求，這就要求發(fā)動(dòng)機(jī)廠家和濾清器廠家通力合作，發(fā)動(dòng)機(jī)廠家設(shè)計(jì)耐灰塵的材料，能減小磨損，并選擇合適的進(jìn)氣口位置，使進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的塵土最少。
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