空滤设计基本方法及计算

4.2 粗滤器设计的典范
T-84动力系统的核心是一台1200马力的6TD-2多 燃料柴油发动机。沙漠条件下，粗滤器的粗滤效 率99.8%，可以保证坦克在动机运转35小时或行 驶1000公里无需更换空气滤清器。
对空滤粗滤器设计而言： 它是粗滤器设计所能达到的最高境界
T- 84主战坦克
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4.1 旋流叶片设计与计算:
旋流叶片的螺旋升角 对粗滤效率的影响 非常重要，旋流叶片通道中空气流速的 大小对粗滤而言是决定性的。空气流速 值大，有利于提高旋流管的粗滤效率， 但会使总成原始阻力明显增大；空气流 速值小，空气中尘粒的离心力就小，粗 滤效率会下降。
Ｑ＝3.6×10-3×Ｆ×Ｖ×n 式中： Ｑ---- 额定空气流量 m3/h F----- 单个旋流叶片通道面积总和 mm2
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一.空气滤清器的工作过滤原理和结构:
1.1 常用的内燃机空气滤清器的过滤原理是离心过滤、表面过滤、深度过和粘附过滤等，有 时可以以几种过滤方式联合使用。
1.2 空气滤清器的结构： 1.2.1 粗滤器是属于离心过滤，如切向进气口粗滤器；帽式粗滤器；盆式粗滤器；叶片环式粗
滤器；切向、轴向、直通式旋流管等都属于粗滤器。 1.2.2 滤纸是属于表面过滤，是目前滤芯的常用过滤材料。 1.2.3 无纺布、泡沫塑料、钢丝绒是属于深度过滤和粘附过滤，也是滤芯的常用过滤材料。 1.2.4 不带粗滤器的空气滤清器是单级式空气滤清器，根据空气中含尘浓度的不同，可选用
五.发动机进气量计算公式：
该公式用于近似地确定最高转速时的最大进气体积。
Qmax=
Vd×Smax×Ve K
Qmax：最大空气体积流量，m3/min Vd：发动机总排量，升 l Smax：发动机最高转速， rpm Ve：充气系数 K：常数
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汽油机 火花点火,0～2500rpm 火花点火,2500～3500rpm 火花点火,＞3500rpm
不同形式的粗滤器与细滤器组合，形成多级式空气滤清器。
离心式空气滤清器是指带有粗滤装置的空气滤清器 影响发动机缸套、活塞、活塞环等机件磨损的最危险的粉尘粒径约20um
空气滤清器设计的基本原理和计算方法 The basic principle and calculation method of the air cleaner design
d
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十. 滤芯的面速验算:
1×103
V= 7.2×n×b×h Q
V---滤纸的面速 m/s Q---空气额定流量 m3/h n---滤纸的折数 折 b---滤纸的折宽 mm h---滤纸的高度 mm
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三. 叶片环式空气滤清器设计: 在含尘浓度很高的环境中，可选用带有叶片环式粗滤器的空气滤清器，这是较为典型的结构。
叶片环 blade ring, 壳体 housing
主滤芯 main filter element
上盖 cover
安全滤芯 safety element
密封垫 Packing 排尘阀
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2.1空气滤清器的进、出气口管径设计与计算:
Ｑ＝3.6×10-3×Ｆ×Ｖ
式中：Ｑ---- 额定空气流量 m3/h
F----- 管径面积 F=π×d2/4 mm2
粗滤效率 Prefilter efficiency ：99.8% 在沙漠环境下 In the desert environment ： 寿命 Life time ：35h or 1000km
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下图（表一）为d/D的比值与滤材最大的面积Fmax的关系
当滤材的面积F相同时，可对应不同的的d/D的比
值，即对应不同的滤材折宽b，为了有利于滤材不
并折，应选用较小的折宽b。
b
注意：为了防止滤材有效过滤面积的下降，建议滤
材 的折宽b≤55mm，如果b＞55mm，应采取特 殊的措施，防止滤材并折现象的发生。
旋风管组件 Cyclone tube ASSY
旋风叶片
排尘阀
Cyclone vane
Dust release valve
联接软管 Air guide
联接软管 Bellows 联接弯管 Air guide
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滤芯上的滤材具有最大的面积Fmax。 2. 当0.34 ≤ d/D ≤ 0.66时：
滤芯上的滤材面积F≥90%Fmax。
表一
d/D 0.1 0.2 0.3 0.34 0.4 0.5 0.6 0.66 0.7 0.8 0.9
Fmax % 36 64 84 90 96 100 96 90 84 64 36
Q=F×V 式中：Ｑ---额定空气流量 m3/h
V---叶片通道中空气流速 m/s （应控制在22±1m/s，非常重要） F--- 叶片通道中有效通道面积，m2
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七.滤材的选用:
滤材的选用应满足滤芯的基本要求,在内燃机进气系统中空气滤芯常用的滤材有: 1.以有机合成纤维为主体的无纺布； 2.以玻璃纤维为主体的玻璃纤维滤布； 3.以木浆纤维为主体的滤纸；
离心式空气滤芯的滤材，一般选用以木浆纤维为主体的滤纸或覆膜滤纸。 瓦楞滤纸是最常见用在工程机械车的滤芯上，其优点是在同等的过滤面积下， 增大的表面过滤面积有利于提高滤芯的容尘量，既提高滤芯的寿命。
孔径 (um)
大
(最大孔径、平Байду номын сангаас孔径）
小
高 抗湿性能
低
滤芯性能的作用
阻力 小 大 小 大 小 大 ——— ———
滤芯综合性能 滤清效率 高 低 低 高 低 高 ——— ———
影响发动机的动力的动力输出 影响发动机的机件磨损和正常运行
使用寿命 长 短 长 短 长 短 长 短
影响发动机的运行成本
在选择滤纸时，重点应考虑滤材的透气度、表面最大孔径、表面平均孔径和滤芯 的滤清效率有重要意义。
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八. 滤材技术参数对滤芯综合性能的影响:
滤材技术参数
大 过滤面积 (m2)
小
大 透气度 (L/m2·s)
小
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d D
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11.1 确定滤材最大面积Fmax:
由表一和图一可得出，对于圆筒形滤芯： 1. 当d/D=0.5时：
图一
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充气系数Ve
柴油机
0.80
自然吸气
0.75
增压发动机
0.70
增压中冷发动机
0.85 1.60 1.85
常数 K 二冲程发动机 四冲程发动机
1000 2000
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四.旋流管式空气滤清器设计:
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在含尘浓度极高的环境中，选用带有旋流管粗滤器的空气滤清器，例如：战车、工程机械和冶金 矿山等。另外，常在主滤芯中设置安全滤芯。 如旋流管粗滤器带有排气引射自动排尘系统的，同时又在主滤芯中设置安全滤芯的空气滤清器， 是多尘地区使用的高级空气滤清器。
旋风进气导管 Air Inlet ASSY
Dust release valve
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3.1 叶片环设计与计算:
• 叶片环叶片的角度 对粗滤效率的影响非常重要，叶片通道中空气流速的大小 对粗滤而言是决定性的。空气流速值大，有利于提高叶片环的粗滤效率，但 会使总成原始阻力明显增大；空气流速值小，空气中尘粒的离心力就小，粗 滤效率会下降。
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影响发动机缸套、活塞、活塞环等机件磨损的最危险的粉尘粒径约20um
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六. 粗滤器产品质量分等标准：
粗滤器型式
叶片环式和切向进气式粗滤器 直通旋流管式粗滤器 轴向、切向旋流管式粗滤器
合格品 ≥80 ≥90 ≥93
粗滤效率 (%) 一等品 ≥85 ≥94 ≥96
优等品 ≥87 ≥95 ≥98
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V＜0.08 m/s (非常重要)
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十一.滤材最大面积Fmax的确定:
在设计圆筒形滤芯时，应注意控制滤芯的内径d 与外径D的比值，其目的是为获取滤芯的滤材具 有最大的面积Fmax，这对设计滤芯是非常重要的。
(该面积由螺旋升角决定) n----- 旋流管数量 只 V----- 旋流管道流速 m/s
（应控制在24±2m/s，非常重要）
旋流叶片 旋流进气管 热卷边(密封) 粗滤器上盖
旋流出气管
粗滤器外壳
空气进气方向
粗滤器下盖
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d----- 管径
mm
V----- 管径流速 m/s
( 根据经验值应控制在２０ｍ/s ～ ２５ｍ/s )
空滤的进气口管径一般情况下与出气口管径相等，也可大于出气口管径。
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二. 空气滤清器的进、出气口管径设计与计算:
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d2
空气进气口
d2
d1
空气出气口 d2≥d1
d1
V= ２０ｍ/s ～ ２５ｍ/s
d2
在设计空滤时,空滤的进、出气口管 径常常受到主机厂在装配配合方面制约, 而空滤总成进、出气管口径的大小将会 直接影响空滤总成的原始阻力，因为在 空气流量不变的情况下，空滤总成进、 出气管的大小所产生的流速是影响空滤 总成阻力的直接因素。
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九.滤芯折数计算:
内骨架长度L L=π×d d---滤芯的内径 mm
n =πd / 5δ n---滤芯的折数 δ---滤纸的厚度 mm