陳 東 許德勤

（南通航海機械集團有限公司 南通226003）

引 言

油濾器是保障船舶主機滑油系統(tǒng)正常運行的重要輔助元件，按清洗類型可分為人工拆卸清洗［1］、半自動清洗、全自動清洗，其中全自動清洗又可分為全自動液體反沖洗型和全自動壓縮空氣反沖洗型。

人工拆卸清洗型油濾器通常為雙聯(lián)濾器，在正常工作情況下，當(dāng)工作濾芯的壓降超過規(guī)定值時，應(yīng)轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換閥，切換另一個濾腔工作，并對原濾腔進行拆卸清洗，以保證油濾器不斷進行正常的工作，由于該型濾器濾芯臟堵后需要人工清洗，極大地浪費了人力物力。

液體反沖洗型油濾器是利用過濾后的液體進行反沖洗，濾器的工作壓力和大氣壓力間的壓差決定了清洗效果。當(dāng)油液工作壓力低的時候，清洗效果不佳，并且由于濾器采用出口的油液進行反沖洗，故濾器出口壓力會下降，難以保證油液進主機的壓力要求。

全自動壓縮空氣反沖洗型過濾器是當(dāng)濾器進出口壓差達到清洗點時，濾器自動反沖洗，反沖洗介質(zhì)為壓縮空氣，反沖洗效果好，且與工作壓力無關(guān)，反沖洗時出口壓力無波動，也可在不停機的情況下，對清洗腔進行人工拆卸維修。

1 全自動壓縮空氣反沖洗油濾器組成

船用全自動壓縮空氣反沖洗油濾器采用壓縮空氣為反沖介質(zhì)，通過全自動沖洗裝置對過濾器濾芯進行反向沖洗，以保持濾器始終處于一種較干凈的狀態(tài)，該濾器總有一個潔凈的濾室作為備用。全自動壓縮空氣反沖洗油濾器可設(shè)計兩個濾室，其中一個濾室處于工作狀態(tài)，另一個濾室處于備用狀態(tài)。其主要組成部分如圖1 中所示。

圖1 船用全自動壓縮空氣反沖洗油濾器組成

2 工作原理

船用全自動壓縮空氣反沖洗油濾器可分為正常過濾狀態(tài)和反沖洗狀態(tài)。

正常過濾狀態(tài)是指濾器攔截油液中的固體雜質(zhì)、磨屑、鐵銹和氧化物等沉積不溶物，以凈化燃、滑油和保護燃、滑油系統(tǒng)中其他設(shè)備的正常工作。

反沖洗狀態(tài)是指在不中斷濾器正常過濾的情況下，將另外一個腔室滯留在濾網(wǎng)表面的雜質(zhì)顆粒逆向沖洗，沖洗的污油從排污口排出，沖洗的介質(zhì)為干凈、干燥的壓縮空氣。

2.1 濾器的正常過濾狀態(tài)

濾器正常過濾狀態(tài)如圖2 所示?；瓦M入濾器底部進口①，流入本體②后到達濾室③，然后由外向內(nèi)通過濾芯④，其中大于規(guī)定過濾精度的雜質(zhì)則被濾網(wǎng)滯留，過濾后的清潔液體⑤流向濾器上端出口⑥。

圖2 正常過濾狀態(tài)

2.2 濾器的反沖洗狀態(tài)

濾器反沖洗狀態(tài)如下頁圖3 所示。隨著濾器工作時間的增加，越來越多的被滯留在濾芯上的雜質(zhì)，導(dǎo)致濾器進出口兩端的壓力差不斷上升，當(dāng)壓力差達到清洗值時，壓差發(fā)訊器會發(fā)出信號，觸發(fā)電氣系統(tǒng)，此時執(zhí)行器⑦換向，帶動轉(zhuǎn)閥⑧從備用濾室轉(zhuǎn)到需沖洗的濾室位置上，備用濾室內(nèi)的干凈濾芯參加過濾，致使濾器壓差即刻下降。

圖3 反沖洗狀態(tài)

由于電氣控制的作用，轉(zhuǎn)閥一旦轉(zhuǎn)到需沖洗的濾室位置時，即停止動作；同時，滑閥上方的控制空氣排空，滑閥⑨向上移動，貯氣室⑩中的壓縮空氣促使濾室中的液體反向流過濾芯，將粘結(jié)在濾網(wǎng)上的雜質(zhì)沖洗掉，沖洗下來的污油從排

經(jīng)過短時間的反沖洗，電磁閥復(fù)位，控制空氣進入，迫使中間滑閥向下移動，封住貯氣室內(nèi)的壓縮空氣，經(jīng)沖洗和排空的濾室此時則通過轉(zhuǎn)閥上的注油孔進行自動補液，濾室中的空氣通過自動排氣裝置排出。

在正常工作狀態(tài)下，滑閥下部的閥盤關(guān)閉排污口，壓縮空氣聚集在貯氣室內(nèi)，準備進行下一次反沖洗。

3 設(shè) 計

3.1 設(shè)計實例

某一系統(tǒng)油濾器的設(shè)計參數(shù)如下：工作介質(zhì)為滑油，含有固體顆粒雜質(zhì)；過濾精度10 μm；流量9.0 m3/h；設(shè)計壓力1.0 MPa；工作溫度小于80℃；要求出口壓力無波動；沖洗方式：采用壓差沖洗、定時沖洗和手動沖洗。

3.2 進出口通徑確定

管路中介質(zhì)流速按管路經(jīng)濟流速選取，一般與進口管路口徑一致，取進口流速Vi和出口流速Vo相等，即Vi=Vo= 0.8～2.0 m/s，則過濾器進出口通徑［2］Di、Do為：

所以選取Di=Do= 50 mm。

另外，對于濾器內(nèi)部的流道截面積，均不得小于管路通徑面積。

3.3 過濾器濾網(wǎng)面積的計算

過濾器是滑油系統(tǒng)中的重要部件，而過濾器濾芯則是過濾器的關(guān)鍵。要求中濾器的過濾精度為10 μm，該過濾精度較高，普通編制金屬網(wǎng)很難達到，而且選擇的濾網(wǎng)還要適合反沖洗，因此，濾芯濾網(wǎng)選擇可折疊、孔徑成梯度結(jié)構(gòu)的不銹鋼纖維燒結(jié)氈，當(dāng)滑油從細纖維層向粗纖維層流動時，濾網(wǎng)的流入面會形成濾餅，特別適用于氣體反沖洗的場合。

濾網(wǎng)的過濾精度越高，滑油的通過能力就越低，因此要達到系統(tǒng)規(guī)定流量就必須增大濾網(wǎng)的過濾面積，而折疊濾芯有很大的過濾面積，因此選用折疊濾芯。計算濾器總過濾面積按以下計算：

式中：Q為流量，m3/h；QS為濾網(wǎng)在額定壓降下的過濾能力參數(shù)，L/cm2·h。

QS由濾網(wǎng)的編織類型、工作介質(zhì)的粘度決定，可通過流量-壓降試驗［3］得出。

通過試驗QS= 3.06 L/cm2·h。A為工作濾網(wǎng)的總面積，cm2；A= 1000Q/QS= 2941 cm2。

另外，考慮到維修拆卸因素，在折疊濾網(wǎng)外加裝保護孔板，防止在拆卸濾筒時碰擦到濾網(wǎng)表面，造成濾網(wǎng)的破損。折疊濾芯的結(jié)構(gòu)見圖4 所示。

圖4 折疊濾芯的結(jié)構(gòu)

3.4 自動排氣閥的設(shè)計

一般油濾器的排氣方式均采用手動的針形放氣閥，但是手動排氣閥自動化程度低，在每次開機進油時均需要手工排氣。因此必須設(shè)計一個結(jié)構(gòu)小巧的自動排氣閥來自動排出空氣，排出的空氣排放至濾器的排污口，圖5 所示。

圖5 排氣閥打開

當(dāng)全自動反沖洗油濾器開始通油時，由于自動排氣閥裝在濾筒的最高位，油液在下位，浮球由于重力作用，處于懸掛位置，密封頭處于開啟狀態(tài)，空氣從密封頭和密封座之間的間隙排出。隨著油液上升，浮球受浮力作用上浮，密封頭關(guān)閉，從而阻止油液的流出。如圖6 所示。

圖6 排氣閥關(guān)閉

3.5 排污閥與壓縮空氣控制閥聯(lián)動的設(shè)計

全自動壓縮空氣反沖洗油濾器采用的清洗方式為壓縮空氣反沖洗，這就要求在打開排污口的同時打開壓縮空氣口，讓壓縮空氣進入進行反沖洗。雖然這里可以采用2 個電磁閥來分別控制2 個閥，但由此也會造成結(jié)構(gòu)復(fù)雜、零部件增多、維修不方便等問題；若其中一個電磁閥損壞，還會影響濾器性能，造成反沖洗無效、滑油損失等缺點。因此需要設(shè)計1 個聯(lián)動閥，由1 個電磁閥來控制，在打開排污口的同時打開壓縮空氣口，在關(guān)閉排污口的同時也關(guān)閉壓縮空氣口。參見圖7 和下頁圖8。

圖7 排污閥關(guān)閉狀態(tài)

圖8 排污閥打開狀態(tài)

從中可以看出，該結(jié)構(gòu)通過中間滑閥的滑動來同時控制2 個閥的狀態(tài)，而滑閥則由1 個電磁閥來控制，實現(xiàn)其自動化。

3.6 不停機拆卸及反沖洗時對出口壓力的影響

全自動壓縮空氣反沖洗油濾器可設(shè)計為兩個濾室，其中一個濾室處于工作狀態(tài)，另一個濾室處于備用狀態(tài)。濾器在不中斷油液過濾的前提下，對備用腔進行拆卸檢查，實現(xiàn)的手段是通過控制轉(zhuǎn)閥與本體之間的配合間隙來控制滲漏量，利用轉(zhuǎn)閥隔離工作腔和備用腔，拆卸時只有少量油從轉(zhuǎn)閥滲漏過來。

濾器進行反沖洗后，為了不影響下次沖洗時失壓，需要對反沖洗腔進行補液。液體反沖型濾器沖洗是利用出口處的油液進行反沖洗，同時完成補液，會造成出口壓力下降，主機供油不足。全自動壓縮空氣反沖洗油濾器先利用壓縮空氣反沖洗，之后通過轉(zhuǎn)閥上的小補液孔進行緩慢補液，由于補液的流量小，因此對濾器出口壓力幾乎無影響。

3.7 濾器設(shè)計壓力和溫度的要求

濾器設(shè)計壓力為1.0 MPa，因此全自動反沖洗油濾器需按照CCS 規(guī)范壓力容器進行壁厚校核、螺栓螺母強度校核［4］；濾器的設(shè)計溫度為80℃，因此在密封元件的選擇上要選擇耐溫的材料，可選擇丁腈橡膠。

3.8 壓縮空氣的要求

接入濾器的壓縮空氣要求干凈、無塵、無水，壓力0.7～1.0 MPa。

4 結(jié) 語

全自動壓縮空氣反沖洗油濾器是船舶燃、滑油系統(tǒng)中非常重要的輔助設(shè)備，其性能的好壞關(guān)系到船舶主輔機等動力設(shè)備的正常運行和使用壽命，本文介紹的這種全自動壓縮空氣反沖洗濾器結(jié)構(gòu)緊湊、合理，維修方便，對設(shè)計同類產(chǎn)品具有參考意義。

全自動壓縮空氣過濾器可根據(jù)燃、滑油系統(tǒng)所需要的流量要求設(shè)計成系列產(chǎn)品，采用多腔室設(shè)計，并可用于其他液體的過濾，因而具有廣泛的實用價值。