船用全自动压缩空气反冲洗油滤器设计

陈 东 许德勤

（南通航海机械集团有限公司 南通226003）

引 言

油滤器是保障船舶主机滑油系统正常运行的重要辅助元件，按清洗类型可分为人工拆卸清洗［1］、半自动清洗、全自动清洗，其中全自动清洗又可分为全自动液体反冲洗型和全自动压缩空气反冲洗型。

人工拆卸清洗型油滤器通常为双联滤器，在正常工作情况下，当工作滤芯的压降超过规定值时，应转动转换阀，切换另一个滤腔工作，并对原滤腔进行拆卸清洗，以保证油滤器不断进行正常的工作，由于该型滤器滤芯脏堵后需要人工清洗，极大地浪费了人力物力。

液体反冲洗型油滤器是利用过滤后的液体进行反冲洗，滤器的工作压力和大气压力间的压差决定了清洗效果。当油液工作压力低的时候，清洗效果不佳，并且由于滤器采用出口的油液进行反冲洗，故滤器出口压力会下降，难以保证油液进主机的压力要求。

全自动压缩空气反冲洗型过滤器是当滤器进出口压差达到清洗点时，滤器自动反冲洗，反冲洗介质为压缩空气，反冲洗效果好，且与工作压力无关，反冲洗时出口压力无波动，也可在不停机的情况下，对清洗腔进行人工拆卸维修。

1 全自动压缩空气反冲洗油滤器组成

船用全自动压缩空气反冲洗油滤器采用压缩空气为反冲介质，通过全自动冲洗装置对过滤器滤芯进行反向冲洗，以保持滤器始终处于一种较干净的状态，该滤器总有一个洁净的滤室作为备用。全自动压缩空气反冲洗油滤器可设计两个滤室，其中一个滤室处于工作状态，另一个滤室处于备用状态。其主要组成部分如图1 中所示。

图1 船用全自动压缩空气反冲洗油滤器组成

2 工作原理

船用全自动压缩空气反冲洗油滤器可分为正常过滤状态和反冲洗状态。

正常过滤状态是指滤器拦截油液中的固体杂质、磨屑、铁锈和氧化物等沉积不溶物，以净化燃、滑油和保护燃、滑油系统中其他设备的正常工作。

反冲洗状态是指在不中断滤器正常过滤的情况下，将另外一个腔室滞留在滤网表面的杂质颗粒逆向冲洗，冲洗的污油从排污口排出，冲洗的介质为干净、干燥的压缩空气。

2.1 滤器的正常过滤状态

滤器正常过滤状态如图2 所示。滑油进入滤器底部进口①，流入本体②后到达滤室③，然后由外向内通过滤芯④，其中大于规定过滤精度的杂质则被滤网滞留，过滤后的清洁液体⑤流向滤器上端出口⑥。

图2 正常过滤状态

2.2 滤器的反冲洗状态

滤器反冲洗状态如下页图3 所示。随着滤器工作时间的增加，越来越多的被滞留在滤芯上的杂质，导致滤器进出口两端的压力差不断上升，当压力差达到清洗值时，压差发讯器会发出信号，触发电气系统，此时执行器⑦换向，带动转阀⑧从备用滤室转到需冲洗的滤室位置上，备用滤室内的干净滤芯参加过滤，致使滤器压差即刻下降。

图3 反冲洗状态

由于电气控制的作用，转阀一旦转到需冲洗的滤室位置时，即停止动作；同时，滑阀上方的控制空气排空，滑阀⑨向上移动，贮气室⑩中的压缩空气促使滤室中的液体反向流过滤芯，将粘结在滤网上的杂质冲洗掉，冲洗下来的污油从排

经过短时间的反冲洗，电磁阀复位，控制空气进入，迫使中间滑阀向下移动，封住贮气室内的压缩空气，经冲洗和排空的滤室此时则通过转阀上的注油孔进行自动补液，滤室中的空气通过自动排气装置排出。

在正常工作状态下，滑阀下部的阀盘关闭排污口，压缩空气聚集在贮气室内，准备进行下一次反冲洗。

3 设 计

3.1 设计实例

某一系统油滤器的设计参数如下：工作介质为滑油，含有固体颗粒杂质；过滤精度10 μm；流量9.0 m3/h；设计压力1.0 MPa；工作温度小于80℃；要求出口压力无波动；冲洗方式：采用压差冲洗、定时冲洗和手动冲洗。

3.2 进出口通径确定

管路中介质流速按管路经济流速选取，一般与进口管路口径一致，取进口流速Vi和出口流速Vo相等，即Vi=Vo= 0.8～2.0 m/s，则过滤器进出口通径［2］Di、Do为：

所以选取Di=Do= 50 mm。

另外，对于滤器内部的流道截面积，均不得小于管路通径面积。

3.3 过滤器滤网面积的计算

过滤器是滑油系统中的重要部件，而过滤器滤芯则是过滤器的关键。要求中滤器的过滤精度为10 μm，该过滤精度较高，普通编制金属网很难达到，而且选择的滤网还要适合反冲洗，因此，滤芯滤网选择可折叠、孔径成梯度结构的不锈钢纤维烧结毡，当滑油从细纤维层向粗纤维层流动时，滤网的流入面会形成滤饼，特别适用于气体反冲洗的场合。

滤网的过滤精度越高，滑油的通过能力就越低，因此要达到系统规定流量就必须增大滤网的过滤面积，而折叠滤芯有很大的过滤面积，因此选用折叠滤芯。计算滤器总过滤面积按以下计算：

式中：Q为流量，m3/h；QS为滤网在额定压降下的过滤能力参数，L/cm2·h。

QS由滤网的编织类型、工作介质的粘度决定，可通过流量-压降试验［3］得出。

通过试验QS= 3.06 L/cm2·h。A为工作滤网的总面积，cm2；A= 1000Q/QS= 2941 cm2。

另外，考虑到维修拆卸因素，在折叠滤网外加装保护孔板，防止在拆卸滤筒时碰擦到滤网表面，造成滤网的破损。折叠滤芯的结构见图4 所示。

图4 折叠滤芯的结构

3.4 自动排气阀的设计

一般油滤器的排气方式均采用手动的针形放气阀，但是手动排气阀自动化程度低，在每次开机进油时均需要手工排气。因此必须设计一个结构小巧的自动排气阀来自动排出空气，排出的空气排放至滤器的排污口，图5 所示。

图5 排气阀打开

当全自动反冲洗油滤器开始通油时，由于自动排气阀装在滤筒的最高位，油液在下位，浮球由于重力作用，处于悬挂位置，密封头处于开启状态，空气从密封头和密封座之间的间隙排出。随着油液上升，浮球受浮力作用上浮，密封头关闭，从而阻止油液的流出。如图6 所示。

图6 排气阀关闭

3.5 排污阀与压缩空气控制阀联动的设计

全自动压缩空气反冲洗油滤器采用的清洗方式为压缩空气反冲洗，这就要求在打开排污口的同时打开压缩空气口，让压缩空气进入进行反冲洗。虽然这里可以采用2 个电磁阀来分别控制2 个阀，但由此也会造成结构复杂、零部件增多、维修不方便等问题；若其中一个电磁阀损坏，还会影响滤器性能，造成反冲洗无效、滑油损失等缺点。因此需要设计1 个联动阀，由1 个电磁阀来控制，在打开排污口的同时打开压缩空气口，在关闭排污口的同时也关闭压缩空气口。参见图7 和下页图8。

图7 排污阀关闭状态

图8 排污阀打开状态

从中可以看出，该结构通过中间滑阀的滑动来同时控制2 个阀的状态，而滑阀则由1 个电磁阀来控制，实现其自动化。

3.6 不停机拆卸及反冲洗时对出口压力的影响

全自动压缩空气反冲洗油滤器可设计为两个滤室，其中一个滤室处于工作状态，另一个滤室处于备用状态。滤器在不中断油液过滤的前提下，对备用腔进行拆卸检查，实现的手段是通过控制转阀与本体之间的配合间隙来控制渗漏量，利用转阀隔离工作腔和备用腔，拆卸时只有少量油从转阀渗漏过来。

滤器进行反冲洗后，为了不影响下次冲洗时失压，需要对反冲洗腔进行补液。液体反冲型滤器冲洗是利用出口处的油液进行反冲洗，同时完成补液，会造成出口压力下降，主机供油不足。全自动压缩空气反冲洗油滤器先利用压缩空气反冲洗，之后通过转阀上的小补液孔进行缓慢补液，由于补液的流量小，因此对滤器出口压力几乎无影响。

3.7 滤器设计压力和温度的要求

滤器设计压力为1.0 MPa，因此全自动反冲洗油滤器需按照CCS 规范压力容器进行壁厚校核、螺栓螺母强度校核［4］；滤器的设计温度为80℃，因此在密封元件的选择上要选择耐温的材料，可选择丁腈橡胶。

3.8 压缩空气的要求

接入滤器的压缩空气要求干净、无尘、无水，压力0.7～1.0 MPa。

4 结 语

全自动压缩空气反冲洗油滤器是船舶燃、滑油系统中非常重要的辅助设备，其性能的好坏关系到船舶主辅机等动力设备的正常运行和使用寿命，本文介绍的这种全自动压缩空气反冲洗滤器结构紧凑、合理，维修方便，对设计同类产品具有参考意义。

全自动压缩空气过滤器可根据燃、滑油系统所需要的流量要求设计成系列产品，采用多腔室设计，并可用于其他液体的过滤，因而具有广泛的实用价值。