воздухоочиститель

Формула изобретения

Воздухоочиститель, преимущественно для двигателей внутреннего сгорания, содержащий ступень предварительной очистки с фильтрующими элементами объемного типа и ступень окончательной очистки с фильтрующими элементами типа пористого картона, отличающийся тем, что фильтрующие элементы объемного типа выполнены в виде последовательно расположенных слоев открытопористой пластмассы, например, пенополиуретана со средним размером пор в интервале 4,0-0,2 мм и нетканых материалов с поверхностной плотностью в интервале 100-700 г/м² и объемной плотностью 0,03-0,15 г/см³, и ступень предварительной очистки имеет средний коэффициент пропуска пыли не более эталонного значения, равного 0,4% на кварцевой пыли с удельной поверхностью 5600 см²/г.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к воздухоочистителям, преимущественно для автотракторных или стационарных двигателей внутреннего сгорания, а также мототехники.

Известны воздухоочистители, включающие ступень предварительной очистки с фильтрующими элементами объемного типа (например, из открытопористой пластмассы) и ступень окончательной очистки с фильтрующими элементами типа пористого картона (бумаги) (А.С. № 735816, кл. F 02 M 35/02, В 01 D 25/02, опубл. 25.05.80, Б.И. №19).

Такая комбинация ступеней предварительной и окончательной очистки применяется с целью увеличения пылеемкости и продолжительности работы воздухоочистителя, содержащего фильтрующие элементы типа пористого картона и снижения затрат на замену этих фильтрующих элементов.

На основании проведенных опытно-конструкторских и научно-исследовательских работ сложилось общепринятое мнение, что применение предварительной очистки целесообразно, но коэффициент пропуска пыли ступени предварительной очистки не должен быть менее 10% (Маев В.Е., Витлин В.Б., Бурилин К.Н. Повышение пылеемкости воздухоочистителей с фильтр-патронами для тракторных двигателей. В кн. "Практика улучшения очистки воздуха, масла и топлива в двигателях внутреннего сгорания" (Тезисы докладов Всесоюзного научно-технического семинара 9-11 июня 1987 г., г. Саратов), Москва, 1987 г.).

На основании проведенных работ сложилось общепринятое мнение также и о том, что при достижении предельно-допустимого сопротивления воздухоочистителя должно проводиться одновременное техническое обслуживание предварительной и окончательной (КФЭ) очистки (И.Рузаев, В.Рыбаков. Мотору - чистый воздух. "За рулем", 1987, № 3, с.28-29).

Это соответствовало общепринятому мнению о необходимости обеспечить такое распределение пыли по ступеням очистки, когда фильтрующие материалы предварительной и окончательной ступеней очистки используются полностью (А.С. № 856494, заявл. 03.07.78, кл. В 01 D 27/06, опубл. 23.08.81. Б.И. № 31).

Целью изобретения является исключение или значительное уменьшение недостатков, связанных с необходимостью периодической замены фильтрующих элементов типа пористого картона путем многократного увеличения продолжительности работы этих элементов до технического обслуживания или замены, а в ряде случаев достижения их несменяемости в течение всего срока эксплуатации двигателей.

Цель изобретения достигается тем, что ступень предварительной очистки включает последовательно расположенные фильтрующие элементы объемного типа из открытопористой пластмассы, например эластичного пенополиуретана со средним размером пор в интервале 4,0-0,2 мм и нетканых материалов с поверхностной плотностью в интервале 100-700 г/м² и объемной плотностью 0,03-0,15 г/см³ и на рабочих режимах имеет средний коэффициент пропуска не более эталонного значения, равного 0,4% на кварцевой пыли с удельной поверхностью 5600 см²/г.

Замена при необходимости элементов объемного типа, которые являются элементами многоразового использования, не вызывает значительных затрат по сравнению с заменой элементов типа пористого картона. В случае замены элементы объемного типа легко утилизируются без ущерба для окружающей среды.

На фиг.1 изображен предложенный воздухоочиститель, включающий ступень предварительной очистки I с фильтрующими элементами объемного типа и ступень окончательной очистки II с фильтрующим элементом типа пористого картона (картонным фильтрующим элементом - КФЭ).

На фиг.2 изображен режим работы воздухоочистителя.

Воздухоочиститель (фиг.1) в ступени предварительной очистки содержит фильтрующие элементы 1-3 объемного типа из открытопористой пластмассы со средним размером пор в интервале 4,0-0,2 мм и элементы 4, 5 из нетканых материалов с поверхностной плотностью в интервале 100-700 г/м² и объемной плотностью 0,03-0,15 г/см³ и имеет средний коэффициент пропуска пыли не более 0,4%.

Картонный фильтрующий элемент 6 образует ступень окончательной очистки.

Работа предложенного воздухоочистителя осуществляется следующим образом (направление движения воздуха показано стрелками).

Запыленный воздух (фиг.1) проходит через фильтрующие элементы 1-5 ступени предварительной очистки 1, включающей элементы из открытопористой пластмассы с размером пор 4,0-0,2 мм и элементы из нетканых материалов с поверхностной плотностью 100-700 г/м ³ и объемной плотностью 0,03-0,15 г/см². Ступень предварительной очистки имеет на рабочих режимах средний коэффициент пропуска пыли не более 0,4% при испытаниях на кварцевой пыли с удельной поверхностью 5600 см²/г.

Окончательно воздух очищается ступенью II с фильтрующим элементом типа пористого картона (бумаги).

Параметры ступени предварительной очистки позволяют реализовать режим работы воздухоочистителя, показанный на фиг.2, на которой указаны следующие обозначения:

Р _о ^I - начальное сопротивление I ступени очистки;

р_о ^II - начальное сопротивление II ступени очистки;

Р_пред - предельно-допустимое сопротивление воздухоочистителя при запыливании:

Р^I - зависимость нарастания сопротивления I ступени очистки в процессе запыливания;

N - циклы запыливания;

Р^II - зависимость нарастания сопротивления II ступени очистки после многократных технических обслуживаний I ступени очистки;

Р^II - предельно-допустимое нарастание сопротивления II ступени очистки;

(P_o ^II+ P^II) - суммарное сопротивление II ступени очистки на момент технического обслуживания или замены фильтрующего элемента типа пористого картона (КФЭ).

Особенностью предложенного воздухоочистителя является то, что за цикл запыливания; т.е. к моменту достижения предельно-допустимого сопротивления Р _пред (фиг.2) основной прирост сопротивления происходит за счет I ступени очистки, а сопротивление II ступени с КФЭ нарастает лишь на небольшую величину в связи с малой величиной коэффициента пропуска I ступени. В связи с этим после технического обслуживания (промывки) фильтрующих элементов I ступени возможна дальнейшая эксплуатация воздухоочистителя без технического обслуживания или замены КФЭ II ступени очистки.

После того как сопротивление II ступени очистки увеличится на некоторую предельно-допустимую величину Р^II одновременно с обслуживанием I ступени проводится техническое обслуживание или замена картонного фильтрующего элемента II ступени.

При таком режиме работы суммарная пылеемкость воздухоочистителя G до замены или технического обслуживания КФЭ возрастет во много раз.

Применимость того или иного варианта конструкции воздухоочистителя следует выбирать по результатам технико-экономических расчетов, учитывая дополнительные затраты, связанные с увеличением стоимости воздухоочистителя, а также некоторым увеличением расхода топлива из-за повышения сопротивления и проведением технических обслуживаний I ступени очистки (материалы, рабочее время). Результаты этих расчетов будут зависеть от степени форсировки двигателей (влияние сопротивления на впуске на расход топлива и токсичность), запыленности воздуха в эксплуатации, среднего коэффициента пропуска I ступени очистки.

Проведенные экспериментальные исследования подтвердили осуществимость предложенного воздухоочистителя.

При испытаниях использовались фильтрующие элементы I ступени из эластичного открытопористого пенополиуретана с размером пор от 0,15 до 4,5 мм и нетканых материалов с поверхностной плотностью от 80 до 750 г/м² и объемной плотностью в интервале 0,02-0,2 г/см³. Диаметр элементов I ступени составлял 115 мм, расход воздуха 13 м³/час, скорость воздуха 0,35 м/сек.

Ступень окончательной очистки II включала картонный фильтрующий элемент от двигателя мотокультиватора "Крот" (наружный диаметр 98 мм, внутренний диаметр 40 мм, высота 60 мм, площадь звездообразной фильтрующей шторы из пористого картона 0,2 м², скорость воздуха через штору 1,8 см/сек).

Испытания проводились на безмоторном стенде по ГОСТ 8002 на кварцевой пыли с удельной поверхностью 5600 см²/г, запыленность воздуха на входе в воздухоочиститель поддерживалась на уровне 1 г/м³.

Запыливание воздухоочистителя проводилось до предельного сопротивления 150 мм вод.ст. (воздухоочиститель предназначался для карбюраторного двигателя средств малой механизации).

Предварительно определены показатели работы воздухоочистителя с КФЭ (II ступень очистки) без предварительной I ступени очистки: пылеемкость составила 46 г, средний коэффициент пропуска пыли 0,09%.

Перед проведением проверки влияния среднего коэффициента пропуска I ступени очистки на работу воздухоочистителя проведен подбор комплектов фильтрующих элементов объемного типа, обеспечивающих средний коэффициент пропуска I ступени в диапазоне 0,04-1,5% и пылеемкость не ниже пылеемкости воздухоочистителя с КФЭ без предочистителя. Испытания проводились на комплектах, обеспечивающих средний коэффициент пропуска пыли I ступени 0,1%, 0,33% и 0,87%.

В качестве критерия допустимого прироста сопротивления II ступени Р^II приняты 25 и 50 мм вод.ст. Проводились циклы запыливания с периодическим техническим обслуживанием I ступени очистки до тех пор, пока не достигался допустимый прирост сопротивления II ступени.

Испытания показали, что по мере уменьшения среднего коэффициента пропуска пыли I ступени нарастание сопротивления КФЭ II ступени уменьшается и суммарная пылеемкость до замены КФЭ резко возрастает.

В результате испытаний получена зависимость суммарной пылеемкости воздухоочистителя до замены КФЭ от среднего коэффициента пропуска пыли I ступени ( ^I _ср%).

Так при ^I _cp, равном 0,4%, суммарная пылеемкость воздухоочистителя (при Р^II=25 мм вод.ст.) возрастает в 4 раза, при 0,2% в 12 раз, при 0,1% в 36 раз. При Р^II=50 мм вод.ст. указанные значения возрастают примерно в 2 раза.

Вместе с тем установлено, что если ^I _cp превышает 0,7%, то при р^II=50 мм вод.ст. общий средний коэффициент пропуска воздухоочистителя превышает величину среднего коэффициента пропуска КФЭ. При Р^II=25 мм вод.ст. это превышение наблюдается уже при ^I _cp больше 0,4%.

Таким образом подтвердилось, что при ^I _cp не более 0,4% значительно возрастает суммарная пылеемкость до замены или технического обслуживания КФЭ. При ^I _ср более 0,4% эффект увеличения пылеемкости КФЭ снижается.

Выявлено также, что при ^I _ср меньше 0,4% уменьшается общий средний коэффициент пропуска пыли. Так, например, при ^I _ср=0,1% он снижается до 0,03%.

Рекомендуется принимать ^I _cp ближе к величине 0,1% (0,04-0,15%).

При использовании пенополиуретана с размером пор более 4,0 мм и нетканых материалов с поверхностной плотностью менее 100 г/м² не удается обеспечить средний коэффициент пропуска I ступени менее 0,4%. При использовании пенополиуретана с размером пор менее 0,2 мм и нетканых материалов с поверхностной плотностью более 700 г/м² резко снижается продолжительность работы до технического обслуживания I ступени очистки.

В результате испытаний подтверждено, что размер пор пенополиуретановых элементов необходимо выбирать в интервале 4,0-0,2 мм, поверхностную плотность нетканых материалов в интервале 100-700 г/м², их объемную плотность 0,03-0,15 г/см³.

Таким образом, результаты проведенных испытаний подтверждают целесообразность применения I ступени с рекомендуемыми параметрами фильтрующих элементов и коэффициентом пропуска не более 0,4% для повышения продолжительности работы до технического обслуживания или замены КФЭ.

При использовании предложенного технического решения потребность в фильтрующих элементах типа пористого картона снизится многократно (в десятки раз). Повысится также ресурс двигателей, т.к. уменьшится средний коэффициент пропуска пыли воздухоочистителей.

Предложенное техническое решение открывает новое направление в проектировании воздухоочистителей.