機(jī)車車輛通風(fēng)用新型空氣過濾器的研制林范坤(無錫金鑫集團(tuán)有限公司，江蘇無錫214000)摘要：對機(jī)車車輛通風(fēng)用的傳統(tǒng)空氣過濾器存在的問題進(jìn)行分析，介紹一種適合機(jī)車車輛通風(fēng)用新型空氣過濾器...
機(jī)車車輛通風(fēng)用新型空氣過濾器的研制

林范坤

(無錫金鑫集團(tuán)有限公司，江蘇無錫214000)

摘要：對機(jī)車車輛通風(fēng)用的傳統(tǒng)空氣過濾器存在的問題進(jìn)行分析，介紹一種適合機(jī)車車輛通風(fēng)用新型空氣過濾器的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、過濾機(jī)理、主要性能及試驗情況等。

關(guān)鍵詞：機(jī)車車輛;過濾器;過濾效率;空氣阻力

中圖分類號：U2603文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號:1672一1187(2(X)8)03一(X)13一03

0引言

隨著新一代干線機(jī)車技術(shù)含量和技術(shù)要求的逐步提高，尤其是大功率電力機(jī)車和高速動車組的引進(jìn)，機(jī)車車輛對通風(fēng)系統(tǒng)的要求越來越高。傳統(tǒng)的空氣過濾器過濾效率低、通風(fēng)阻力大、容塵能力小、無自凈能力，且需要頻繁清洗或更換，給維護(hù)保養(yǎng)造成很多困難，特別是西北風(fēng)沙較大地區(qū)，這一現(xiàn)象尤為突出。針對這些問題，經(jīng)過多次試驗研究，我公司研制出一種用于車體通風(fēng)的新型機(jī)械離心沉淀式過濾器(以下簡稱FSAM過濾器)。

1目前鐵路機(jī)車車體通風(fēng)存在的問題

我國機(jī)車車體通風(fēng)用過濾器主要有以下幾種形式:毛棕網(wǎng)+無紡布、防靜電多層不銹鋼絲網(wǎng)、瓦棱窗百葉窗(也稱VV格百葉窗)，其中主型內(nèi)燃機(jī)車多用第2種，主型電力機(jī)車多采用第3種過濾器。在實際運(yùn)用過程中存在以下問題:

1)多層不銹鋼絲網(wǎng)和毛棕網(wǎng)的過濾原理非常類似，屬于碰撞式過濾器，它由3層或4層經(jīng)過防靜電處理的不銹鋼絲網(wǎng)縱橫編織而成，雖然在絲網(wǎng)和絲網(wǎng)之間留有一定的間隙作為集塵區(qū)來收集粉塵，但實際集塵效果并不好。這種過濾器初期阻力比較小，但由于缺乏較強(qiáng)的粉塵自凈能力，因此，隨著儲灰量的增加，纖維間隙越來越小，阻力也越來越大，如不及時清洗就會完全堵死。

2)瓦楞窗百葉窗是國內(nèi)電力機(jī)車車體通風(fēng)常用的一種簡易擋板式空氣過濾器，如圖1所示。這種過濾器是由2排相同形狀、相同間距的V型型材交錯互扣組成，風(fēng)從百葉窗進(jìn)人，通過通道內(nèi)氣流方向的改變，在離心作用下，造成粉塵、雨水與氣流分離，起到過濾作用。但由于通道內(nèi)氣流突然變向，也會造成過濾器阻力值增高;再者，內(nèi)部的空氣通道很短，使得粉塵、雨水不能和氣流充分分離，致使過濾效率比較低;而且由于V型檔板為半敞開式，過濾器內(nèi)的粉塵和雨水在沉降過程中，很容易被過濾后的氣流重新帶走，造成二次污染，使得過濾器過濾效率更低。

2.FSAM空氣濾清器

研制和生產(chǎn)新型過濾器，要從兩個方面進(jìn)行考慮，一是過濾器的材料，二是結(jié)構(gòu)形式，使過濾器具有重量輕、過濾效果好、通風(fēng)阻力小、噪聲低、自凈、免維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。傳統(tǒng)的毛氈類、板網(wǎng)類、濾紙類過濾器，其濾清機(jī)理都是通過密集的纖維間隙或油的粘附作用進(jìn)行過濾，隨著容塵量的增加其阻力逐漸增大，當(dāng)阻力達(dá)到一定數(shù)值時，就需進(jìn)行清洗或更換了。要想使過濾器具有自凈、免維護(hù)的

特點(diǎn)，只有離心式沉淀過濾器(FSAM過濾器)才能夠很好地滿足此要求，它通過一定的離心作用使粉塵、雨水和氣流分離，并且能夠迅速被沉降收集后通過排塵口排出。

2.1FsAM過濾器結(jié)構(gòu)和原理

2.1.1結(jié)構(gòu)

FSAM過濾器材料采用鋁合金結(jié)構(gòu)，芯子的分離器材料為防銹鋁5052，表面陽極氧化或進(jìn)行噴漆、噴塑處理后，具有很高的耐腐蝕性，可以保證一個大修期內(nèi)不會腐蝕。如圖2所示，過濾器由芯子、框架和集塵槽等組成。芯子固定在由鋁型材制成的邊框中，邊框的下端設(shè)計有集塵槽，用于收集格柵沉降下來的粉塵、雨水等，集塵槽前面設(shè)有排塵口，集下的粉塵、雨水可通過下部的排塵口直接排出車外。過濾器可用螺栓連接在車體側(cè)墻上，也可以設(shè)計成可于機(jī)車側(cè)面或上、下部旋轉(zhuǎn)開啟的合頁形式，便于過濾器后面的濾料清洗和更換。

2.1.2芯子結(jié)構(gòu)和原理

過濾器芯子由前部導(dǎo)流體、中部分離器2和后部分離器1等3個部件組成，如圖3所示。前部導(dǎo)流體橫截面為水滴形，頭部橫截面為半圓形，并面向進(jìn)風(fēng)口，尾部設(shè)有向后伸延的導(dǎo)流部。中部分離器2橫截面為一圓缺形，前部為圓缺端，周壁在圓缺處向內(nèi)彎折，其后部橫截面為半圓形并設(shè)有向后伸延的導(dǎo)流部;后部分離器1橫截面為一圓缺形，其后部橫截面為半圓形，干凈空氣從此流出。

2.1.3過濾器原理

該過濾器從結(jié)構(gòu)分析來看屬于一種典型離心沉淀式空氣過濾器。前部導(dǎo)流體對氣流起導(dǎo)向和加速作用，加速后的空氣被中部分離器2和后部分離器1收集并轉(zhuǎn)向，由于慣性的影響，顆粒到達(dá)中空區(qū)。在中空區(qū)域由于氣流速度降低，形成聚集區(qū)，在這里顆粒被分離出來并靠重力向下緩慢運(yùn)動，在中空區(qū)下面裝有積塵器，收集、排出灰塵和雨水，圓缺處向內(nèi)的彎折可有效防止灰塵被凈化后的空氣吸入，造成二次污染。因此，該過濾器具有較高的過濾效率和自凈功能。

2.2FSAM過濾器的特點(diǎn)

FsAM過濾器除具有傳統(tǒng)過濾器共有的一些特點(diǎn)，如過濾效率隨粉塵粒徑的增大而增加，通風(fēng)阻力隨進(jìn)風(fēng)速度的增大而增加，過濾效率隨進(jìn)口風(fēng)速的增加而降低外，還具有以下特點(diǎn)。

2.2.1風(fēng)阻低，能量損失小

過濾器內(nèi)部的流線型空氣通道可以使空氣流暢的通過，使氣流流過過濾器的能量損失小，風(fēng)阻低。風(fēng)洞試驗表明，F(xiàn)SAM過濾器的全壓降系數(shù)ξ=22一20(格柵高度h=300～1000mm)，而vv格百葉窗過濾器全壓降系數(shù)ξ=45，也就是說，同樣條件下，VV格百葉窗的全壓降是FSAM的2倍多。

2.2.2過濾效率高，阻水性能優(yōu)良

FSAM過濾器和其他初效過濾器相比，空氣通道比較長，通道面積呈逐漸放大趨勢，這種通道對粉塵的沉降很有利。中部分離器2和后部分離器1重疊交錯排列的形式，使流經(jīng)過濾器的空氣進(jìn)行了2次過濾，空氣中的粉塵和雨水可以被充分分離;同時分離器向內(nèi)的彎折可有效防止灰塵被凈化后的空氣吸人，造成二次污染。因此，F(xiàn)SAM過濾器具有高而穩(wěn)定的過濾效率。試驗表明，霧狀水汽(水滴平均大于20μm)且風(fēng)速低于4.5m/s的情況下，過濾器的水滴過濾效率不小于90%;粉塵粒徑大于60μm，風(fēng)速低于4m/s的情況下，過濾器的灰塵過濾效率不低于80%。

2.2.3粉塵自凈功能，基本免維護(hù)

由于與氣流分離后的粉塵能很快沉淀到集塵槽，并經(jīng)排塵口排出。因此，過濾器可以基本實現(xiàn)免維護(hù)，風(fēng)阻不會隨時間而增加，無需定期清理過濾器通道，大大減少了鐵路機(jī)務(wù)部門的維護(hù)工作量。

2.2.4獨(dú)特的消除冰、雪功能

這是FsAM過濾器和其他過濾器的最大區(qū)別，也是其獨(dú)一無二的特點(diǎn)。由于導(dǎo)流體前部為圓弧形，可以方便地在導(dǎo)流體中加裝電熱絲，通過簡單的電路控制，使最前部的水滴形導(dǎo)流體保持一定的溫度，防止因大雪和結(jié)冰堵塞過濾器進(jìn)風(fēng)口而造成過濾器失效。

2.2.5.輕量化，成型易，可實現(xiàn)多種安裝方式

由于過濾器所有部件均采用鋁型材拉制而成，可以充分利用鋁型材截面成型容易和密度小的特點(diǎn)，使之強(qiáng)度大，剛性好，重量輕;過濾器既可以做成平面的，也可以按照機(jī)車、動車組車體局部輪廓做成圓弧式等多樣形狀，使之滿足要求;既可以安裝在機(jī)車側(cè)墻外部作為側(cè)墻進(jìn)風(fēng)系統(tǒng)，也可以安裝在車底下部裙板上和車頂作為底部側(cè)面進(jìn)風(fēng)和頂進(jìn)風(fēng)的過濾系統(tǒng)。FSAM過濾器幾種典型的安裝方式。

2.2.6過濾參數(shù)方便可調(diào)

通過調(diào)整分離器的前后和左右問距，可以方便地改變過濾器的特性;調(diào)小間距，將提高過濾效率，但通風(fēng)阻力將增大;調(diào)大間距，將降低通風(fēng)阻力，但過濾效率也會降低。

2.3FSAM過濾器的試驗

下列試驗以CY08型FSAM過濾器為例，該過濾器已經(jīng)批量裝載在大連機(jī)車機(jī)車車輛股份有限公司生產(chǎn)的Hxo3型大功率交流傳動電力機(jī)車上。

2.3.1空氣流速和阻力特性試驗

測定不同風(fēng)速下過濾器進(jìn)出口處的壓差即為空氣流速和阻力特性試驗。表1是實驗室風(fēng)洞試驗臺所做的試驗數(shù)據(jù)。

2.3.2空氣流速和過濾效率試驗

空氣過濾器的“過濾效率”是被捕集粉塵量與原空氣含塵量的比值。過濾效率采用初效過濾器常用的粉塵采樣計重法，按照TB/T2723一1996中的試驗方法進(jìn)行粉塵采樣時，風(fēng)速為2m/s，加人試驗粉塵的濃度為1g/m3，對大于60μm的顆粒過濾效率高達(dá)80%以上。

2.3.3過濾器的擋水性能

為了測試過濾器的擋水性能，進(jìn)行了空氣過濾器抗雨霧試驗，試驗中的霧狀水汽按中雨量(8mm/h)來計算，穿過空氣過濾器的雨量用安放在過濾器后面的吸濕材料增濕量來計算。測試結(jié)果見表2。

通過試驗結(jié)果和目試可以看出，在2m/s以下風(fēng)速時，過濾器具有優(yōu)良的阻水性能，阻水率幾乎高達(dá)10%;在2.5一3m/s風(fēng)速時，也僅有極其微量的雨水進(jìn)人。

3結(jié)論

FSAM過濾器性能優(yōu)良，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于目前我國機(jī)車車輛上車體通風(fēng)用濾網(wǎng)型過濾器或瓦楞窗百葉窗，是傳統(tǒng)初效過濾器的更新?lián)Q代產(chǎn)品。它具有通風(fēng)阻力低，過濾效率高，阻水性能優(yōu)良，以及通過加裝電加熱絲可以有效解決因大雪或結(jié)冰而堵塞過濾器的獨(dú)特特點(diǎn)，而且具有極強(qiáng)的氣候適應(yīng)性，既適合我國北方多風(fēng)沙、多冰雪的嚴(yán)寒地區(qū)，又適用于南方多雨地區(qū)。通過調(diào)整分離器間距，易于實現(xiàn)不同過濾參數(shù)的匹配。過濾器利用離心作用形成粉塵沉淀以及排塵結(jié)構(gòu)，基本實現(xiàn)粉塵的自凈功能，實現(xiàn)免維護(hù)，大大降低維護(hù)工作量。過濾器部件由鋁型材拉制而成，重量輕，可以實現(xiàn)多種結(jié)構(gòu)形式，滿足多種機(jī)車和動車組車體通風(fēng)的需要。

基于上述優(yōu)點(diǎn)，第六次大提速的高速電動車組以及和諧型大功率電力機(jī)車的車體通風(fēng)系統(tǒng)大多數(shù)都采用了這種新型的機(jī)械離心沉淀式空氣過濾器，在鐵路運(yùn)輸領(lǐng)域發(fā)揮了作用。