凌夕明

（南通航海機(jī)械集團(tuán)有限公司，江蘇 南通 226003）

0 引言

隨著船舶技術(shù)的不斷發(fā)展，對(duì)反沖洗型濾器的性能、使用要求、空間尺寸等提出了更高要求。某燃油系統(tǒng)的工作壓力超過(guò)4 Mpa，濾器能在長(zhǎng)時(shí)間不間斷運(yùn)行的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)反沖洗功能，并且在應(yīng)急情況下具有旁通保護(hù)功能。

原先過(guò)濾器一般不帶反沖功能，為手動(dòng)清洗型式。當(dāng)濾芯堵塞時(shí)，需將濾芯取出，清洗后重新裝入濾器，整個(gè)清洗操作比較麻煩。

目前自清洗反沖洗過(guò)濾器，無(wú)論是采用液反沖或氣反沖絕大部分應(yīng)用于低壓領(lǐng)域，壓力范圍在0.2～1.6 MPa，濾芯為金屬編織網(wǎng)。在低壓環(huán)境，金屬編織網(wǎng)能承受瞬間正壓和反壓造成的彎曲應(yīng)力，但在中高壓領(lǐng)域由于高壓差造成的壓力容易使濾網(wǎng)因疲勞應(yīng)力造成損壞，出現(xiàn)斷絲現(xiàn)象，從而嚴(yán)重影響到整個(gè)燃油系統(tǒng)的使用安全。

1 結(jié)構(gòu)

雙聯(lián)高壓反沖洗型油濾器主要分為左濾器、右濾器、三通球閥。其中一個(gè)濾器處于工作狀態(tài)，另一個(gè)備用。濾器上安裝有壓差發(fā)訊器，作為提供報(bào)警信號(hào)使用，其主要組成如圖1 所示。濾器采用自身工作腔介質(zhì)作為壓力源對(duì)濾芯進(jìn)行反向沖洗，以保持濾器處于一種較干凈的狀態(tài)。

2 工作原理

雙聯(lián)高壓反沖洗型油濾器分為正常過(guò)濾狀態(tài)和反沖洗狀態(tài)。

正常過(guò)濾狀態(tài)是指濾器其中一個(gè)工作腔攔截燃料油中的固體雜質(zhì)、鐵銹和氧化物等沉積不溶物，以?xún)艋加秃捅Ｗo(hù)燃油系統(tǒng)中其他設(shè)備的正常工作。

圖1 濾器結(jié)構(gòu)組成圖

反沖洗狀態(tài)是指在不中斷濾器正常過(guò)濾的情況下，利用自身壓力源將另外一個(gè)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。

2.1 濾器的正常過(guò)濾狀態(tài)

如圖2 所示，燃油進(jìn)入濾器下方進(jìn)口，流入下底座，然后通過(guò)底座上的流道進(jìn)入雙層濾芯，通過(guò)濾芯由內(nèi)而外的過(guò)濾，其中大于規(guī)定過(guò)濾精度的雜質(zhì)則被濾網(wǎng)內(nèi)表面，過(guò)濾后的清潔液體則由上殼體，流向?yàn)V器上方出口。

2.2 濾器的反沖洗狀態(tài)

如圖3 所示，濾器壓差達(dá)到清洗值時(shí)，壓差發(fā)訊器即發(fā)出信號(hào)，觸發(fā)電氣系統(tǒng)。

通過(guò)電機(jī)帶動(dòng)雙層濾芯圍繞濾器中心作圓周運(yùn)動(dòng)，固定在下底座上的鋼刷則對(duì)濾芯作相對(duì)運(yùn)動(dòng)，對(duì)雙層濾芯的內(nèi)側(cè)進(jìn)行刷洗，將濾芯上的雜質(zhì)與濾芯剝離。

同時(shí)，電氣信號(hào)控制電動(dòng)排污球閥開(kāi)啟，通過(guò)自身與大氣的壓差，反向?qū)㈦s質(zhì)沖洗掉。

圖2 正常過(guò)濾狀態(tài)

圖3 反沖洗狀態(tài)

3 設(shè)計(jì)

3.1 設(shè)計(jì)實(shí)例

某一燃油系統(tǒng)油濾器的設(shè)計(jì)參數(shù)如下：工作介質(zhì)為燃油，含有固體顆粒雜質(zhì)；過(guò)濾精度250μm；流量23.5 m3/h；設(shè)計(jì)壓力4.12 MPa；報(bào)警壓降0.35 MPa；初始?jí)航怠?.1MPa；流量損失≤10%，要求出口壓力無(wú)波動(dòng)；沖洗方式：采用壓差沖洗、定時(shí)沖洗和應(yīng)急手動(dòng)沖洗。

3.2 進(jìn)出口通徑確定

管路中介質(zhì)流速按管路經(jīng)濟(jì)流速選取，一般與進(jìn)口管路口徑一致，取進(jìn)口流速Vi和出口流速Vo相等，即Vi=Vo=1.5～2.5 m/s，則過(guò)濾器進(jìn)出口通徑[1]Di和Do為：

所以選取Di=Do=65 mm。另外對(duì)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 新型濾芯的設(shè)計(jì)

過(guò)濾器是燃油系統(tǒng)中的重要部件，而過(guò)濾器濾芯則是過(guò)濾器的關(guān)鍵。目前國(guó)內(nèi)外反沖洗濾器的濾網(wǎng)為金屬編織網(wǎng)，但只適用于低壓領(lǐng)域，此濾器的工作壓力為4.12 MPa，屬于中高壓領(lǐng)域，壓差報(bào)警值達(dá)到0.35 MPa，采用普通金屬編織網(wǎng)很容易造成濾網(wǎng)因壓差過(guò)大和受到正反應(yīng)力導(dǎo)致濾網(wǎng)破損，因此選用強(qiáng)度較高的不銹鋼鍥型網(wǎng)濾芯。

區(qū)別于金屬編制的金屬網(wǎng)，鍥型網(wǎng)由橫絲和豎絲壓焊而成，橫絲與橫絲之間的間隙即為過(guò)濾精度，鍥型網(wǎng)截面呈矩形，這種結(jié)構(gòu)很適合反沖洗，這對(duì)于減少流阻、增強(qiáng)刮洗效果十分重要。

濾器總面積按以下計(jì)算：

式中：Q 為流量，m3/h；QS為在允許原始?jí)航迪碌倪^(guò)濾能力，L/cm2·h，該參數(shù)為濾網(wǎng)的過(guò)濾能力參數(shù)，數(shù)值與濾網(wǎng)的編織類(lèi)型、濾網(wǎng)精度決定，可通過(guò)流量-壓降試驗(yàn)[2]得出，通過(guò)試驗(yàn)QS=3.06 cm2·h；A 為工作濾網(wǎng)的總面積，cm2，A=1000Q/QS=7680 cm2。

3.4 反沖時(shí)的流量損失

雙聯(lián)高壓反沖洗型油濾器在反沖洗時(shí)是依靠自身過(guò)濾后干凈液體進(jìn)行反沖，在濾器設(shè)計(jì)時(shí)，需考慮流量損失。

濾器排污量基本公式[3]為：

式中：P1為進(jìn)口斷面壓強(qiáng)；A1，A2分別為過(guò)濾器進(jìn)口和排污口斷面面積；ρ 為介質(zhì)密度；Z1，Z2分別為過(guò)濾器進(jìn)口和排污口水平高度；g 為重力加速度；∑ξ 為局部阻力系數(shù)，其根據(jù)濾器內(nèi)部結(jié)構(gòu)來(lái)確定，可參照排污管路的型式選取相應(yīng)的阻力系數(shù)[4]。

從公式中可看出影響較大，且可控制流量損失的為反沖洗管的截面面積。通過(guò)優(yōu)化設(shè)計(jì)，通過(guò)調(diào)節(jié)沖洗管中調(diào)節(jié)螺釘?shù)膬?nèi)孔大小來(lái)調(diào)節(jié)反沖流量。

經(jīng)計(jì)算Qp理論值為1.88 m3/h，與額定流量比值為8%，小于10%的設(shè)計(jì)指標(biāo)。

4 結(jié)語(yǔ)

雙聯(lián)高壓反沖洗型油濾器是船舶燃油系統(tǒng)中非常重要的輔助設(shè)備，其性能的好壞關(guān)系到船舶鍋爐等動(dòng)力設(shè)備的正常運(yùn)行和使用壽命。本文介紹的這種雙聯(lián)高壓反沖洗型油濾器目前主要針對(duì)某一燃油系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，受到一定的局限性，但此濾器具有升級(jí)改進(jìn)的潛力，可在其他領(lǐng)域進(jìn)行推廣，如滑油系統(tǒng)、水處理系統(tǒng)等，對(duì)設(shè)計(jì)類(lèi)似產(chǎn)品具有參考意義。