机车车辆通风用新型空气过滤器的研制

Ｏ 引言
随着新一代干线机车技术含量和技术要求的逐步提 高，尤其是大功率电力机车和高速动车组的引进，机车车 辆对通风系统的要求越来越高。传统的空气过滤器过滤 效率低、通风阻力大、容尘能力小、无自净能力，且需要频 繁清洗或更换，给维护保养造成很多困难，特别是西北风 沙较大地区，这一现象尤为突出。针对这些问题，经过多 次试验研究，我公司研制出一种用于车体通风的新型机 械离心沉淀式过滤器（以下简称ＦＳＡＭ过滤器）。
第３１卷第３期 ２００８年５月２０ Ｅｔ
◆研究开发◆
电力机车与城轨车辆 Ｅｋｃｔｒｉｃ Ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅｓ＆Ｍａｓｓ Ｔｒａｎｓｉｔ Ｖｅｈｉｃ／ｅｓ
Ｖ０１．３１ Ｎｏ．３ Ｍａｙ ２０ｔｈ，２００８
机车车辆通风用新型空气过滤器的研制
林范坤
（无锡金鑫集团有限公司，江苏无锡２１４０００）
摘要：对机车车辆通风用的传统空气过滤器存在的问题进行分析，介绍一种适合机车车辆通风用新型空气过滤器
２．３．２空气流速和过滤效率试验 空气过滤器的“过滤效率”是被捕集粉尘量与原空气
含尘量的比值。过滤效率采用初效过滤器常用的粉尘采 样计重法，按照ＴＢ厂】眨７２３—１９９６中的试验方法进行粉尘 采样时，风速为２ ｒｉｄｓ，加入试验粉尘的浓度为１ ｇ／ｍ３，对 大于６０仙ｍ的颗粒过滤效率高达８０％以上。 ２．３．３过滤器的挡水性能
ｌ一集尘槽；２一分离器固定用上板；３一分离器Ｉ司定用Ｆ板；４一 芯子；５—边框侧板；６—安装板。
图２过滤器结构图和外形图 ２．１．２芯子结构和原理
过滤器芯子由前部导流体、中部分离器２和后部分 离器１等３个部件组成，如图３所示。前部导流体横截面
图３过滤器芯子结构和原理简图
为水滴形，头部横截面为半圆形，并面向进风口，尾部设 有向后伸延的导流部。中部分离器２横截面为一圆缺形。 前部为圆缺端，周壁在圆缺处向内弯折，其后部横截面为 半圆形并设有向后伸延的导流部；后部分离器ｌ横截面 为一圆缺形，其后部横截面为半圆形，干净空气从此流 出。 ２．１．３过滤器原理
水处理等领域。
过滤器选型的一般原则
/
1、进出口通径： 原则上过滤器的进出口通径不应小于相配套的泵
的进口通径，一般与进口管路口径一致。 2、公称压力：
按照过滤管路可能出现的最高压力确定过滤器的 压力等级。 3、孔目数的选择：
主要考虑需拦截的杂质粒径，依据介质流程工艺 要求而定。各种规格丝网可拦截的粒径尺寸查下表“滤 网规格”。 4、过滤器材质：
ＦＳＡＭ过滤器和其他初效过滤器相比，空气通道比较 长，通道面积呈逐渐放大趋势，这种通道对粉尘的沉降很 有利。中部分离器２和后部分离器１重叠交错排列的形 式，使流经过滤器的空气进行了２次过滤，空气中的粉尘 和雨水可以被充分分离；同时分离器向内的弯折可有效 防止灰尘被净化后的空气吸人，造成二次污染。因此， ＦＳＡＭ过滤器具有高而稳定的过滤效率。试验表明，雾状 水汽（水滴平均大于２０ ｐ ｍ）且风速低于４．５ ｍ／ｓ的情况 下，过滤器的水滴过滤效率不小于９０％；粉尘粒径大于 ６０“ｍ，风速低于４ ｍ／ｓ的情况下，过滤器的灰尘过滤效 率不低于８０％。 ２．２．３粉尘自净功能，基本免维护
ＦＳＡＭ过滤器除具有传统过滤器共有的一些特点，如 过滤效率随粉尘粒径的增大而增加，通风Ｊ驵力随进风速 度的增大而增加，过滤效率随进口风速的增加而降低外， 还具有以下特点。 ２．２．１风阻低，能量损失小
过滤器内部的流线型空气通道可以使空气流畅的通 过，使气流流过过滤器的能量损失小，风阻低。风洞试验 表明，ＦＳＡＭ过滤器的全压降系数参＝２２—２０（格栅高度 ｈ＝３００—１ ０００ ｍｍ），而ＶＶ格百叶窗过滤器全压降系数 参＝４５，也就是说，同样条件下，ＶＶ格百叶窗的全压降是 ＦＳＡＭ的２倍多。 ２．２．２过滤效率高，阻水性能优良
6,过滤设备在反冲洗过程中，各个(组)滤网依次进 行反冲洗操作；确保滤网安全、高效清洗，而其他滤 网不受影响，继续过滤。
7,过滤设备采用气动排污阀，反冲洗历时短，反
冲洗耗水量少，环保经济。 8,过滤设备结构设计紧凑合理，占地面积小，安
装移动灵活方便。 9,过滤设备电器系统采用集成控制模式，可以实
现远程控制 <a href="/">反冲洗过滤器</a> 自动排污过滤器使用范围 /
独一无二的特点。由于导流体前部为圆弧形，可以方便地 在导流体中加装电热丝，通过简单的电路控制，使最前部 的水滴形导流体保持一定的温度，防止因大雪和结冰堵 塞过滤器进风口而造成过滤器失效。 ２．２．５轻量化，成型易，可实现多种安装方式
由于过滤器所有部件均采用铝型材拉制而成，可以 充分利用铝型材截面成型容易和密度小的特点，使之强 度大，刚性好，重量轻；过滤器Байду номын сангаас可以做成平面的，也可以 按照机车、动车组车体局部轮廓做成圆弧式等多样形状， 使之满足要求；既可以安装在机车侧墙外部作为侧墙进 风系统，也可以安装在车底下部裙板上和车顶作为底部 侧面进风和顶进风的过滤系统。ＦＳＡＭ过滤器几种典型 的安装方式如图４所示。
ＦＳＡＭ过滤器材料采用铝合金结构，芯子的分离器材 料为防锈铝５０５２，表面阳极氧化或进行喷漆、喷塑处理 后，具有很高的耐腐蚀性，可以保证一个大修期内不会腐 蚀。如图２所示，过滤器由芯子、框架和集尘槽等组成。芯 子固定在由铝型材制成的边框中，边框的下端设计有集 尘槽，用于收集格栅沉降下来的粉尘、雨水等，集尘槽前 面设有排尘口，集下的粉尘、雨水可通过下部的排尘口直 接排出车外。过滤器可用螺栓连接在车体侧墙上，也可以 设计成可于机车侧面或上、下部旋转开启的合页形式，便 于过滤器后面的滤料清洗和更换。
是过滤器的材料，二是结构形式，使过滤器具有重量轻、 过滤效果好、通风阻力小、噪声低、自净、免维护等优点。 传统的毛毡类、板网类、滤纸类过滤器，其滤清机理都是 通过密集的纤维间隙或油的粘附作用进行过滤，随着容 尘量的增加其阻力逐渐增大，当阻力达到一定数值时，就 需进行清洗或更换了。要想使过滤器具有自净、免维护的 特点，只有离心式沉淀过滤器（ＦＳＡＭ过滤器）才能够很好 地满足此要求，它通过一定的离心作用使粉尘、雨水和气 流分离，并且能够迅速被沉降收集后通过排尘口排出。 ２．１ ＦＳＡＭ过滤器结构和原理 ２．１．１结构
由于与气流分离后的粉尘能很快沉淀到集尘槽，并 经排尘口排出。因此，过滤器可以基本实现免维护，风阻 不会随时间而增加，无需定期清理过滤器通道，大大减少 了铁路机务部门的维护工作量。
一１４一
万方数据
林范坤·机车车辆通风用新型空气过滤器的研制·２００８年第３期
２．２．４独特的消除冰、雪功能 这是ＦＳＡＭ过滤器和其他过滤器的最大区别，也是其
图１ 瓦楞窗百叶窗原理图
收稿日期：２００７一１１一０６ 作者简介：林范坤，工程师，１９９５年毕业于西南交通大学机械制造专业，曾从事内燃机车总体设计工作，现从事铁路产品技术开发和技术管理工作。
一１３—
万方数据
自动排污过滤器设计特点
/
1,过滤设备采用专利技术的内部机械结构，实现 了真正意义上的高压反冲洗功能，可轻松彻底地清除 滤网截留的杂质，清洗无死角，通量无衰减，保障了 过滤效率和长久的使用寿命。
为了测试过滤器的挡水性能，进行了空气过滤器抗 雨雾试验，试验中的雾状水汽按中雨量（８ ｒａｍ／ｈ）来计算， 穿过空气过滤器的雨量用安放在过滤器后面的吸湿材料 增湿量来计算。测试结果见表２。
一定的间隙作为集尘区来收集粉尘，但实际集尘效果并 不好。这种过滤器初期阻力比较小，但由于缺乏较强的粉 尘自净能力，因此，随着储灰量的增加，纤维间隙越来越 小，阻力也越来越大，如不及时清洗就会完全堵死。
２）瓦楞窗百叶窗是国内电力机车车体通风常用的一 种简易挡板式空气过滤器，如图１所示。这种过滤器是由 ２排相同形状、相同间距的Ｖ型型材交错互扣组成，风从 百叶窗进入，通过通道内气流方向的改变，在离心作用 下，造成粉尘、雨水与气流分离，起到过滤作用。但由于通 道内气流突然变向，也会造成过滤器阻力值增高；再者， 内部的空气通道很短，使得粉尘、雨水不能和气流充分分 离，致使过滤效率比较低；而且由于Ｖ型档板为半敞开 式，过滤器内的粉尘和雨水在沉降过程中，很容易被过滤 后的气流重新带走，造成二次污染，使得过滤器过滤效率 更低。
的结构特点、过滤机理、主要性能及试验情况等。
关键词：机车车辆；过滤器；过滤效率；空气阻力
中图分类号：Ｕ２６０．３
文献标识码：Ａ
文章编号：１６７２一１１８７（２００８）０３—００１３—０３
Ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｎｅｗ ｔｙｐｅ ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ
ＬＩＮ Ｆａｎ．．ｋｕｎ （Ｗｕｘｉ Ｊｉｎｘｉｎ Ｇｒｏｕｐ Ｃｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｘｉ ２１４０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｐｒｏｂｌｅｍｓ ｏｆ ｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌ ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ ｆｏｒ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ ａｒｅ ａｎａｌｙｚｅｄ．Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，
ｖｅｈｉｃｌｅ黜 ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ，ｍａｉｎ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ａｎａｌｙｓｉｓ，ｔｅｓｔ ｒｅｓｕｌｔｓ ｏｆ ａ ｋｉｎｄ ｏｆ ｎｅｗ ａｉｒ ｆｉｌｔｅｒ ｕｓｅｄ ｉｎ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｏｆ ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ
ｄｉｓｃｕｓｓｅｄ． Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ｌｏｃｏｍｏｔｉｖｅ ａｎｄ ｖｅｈｉｃｌｅ；ｆｉｌｔｅｒ；ｆｉｌｔｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ；ａｉｒ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ
该过滤器从结构分析来看属于一种典型离心沉淀式 空气过滤器。前部导流体对气流起导向和加速作用，加速 后的空气被中部分离器２和后部分离器１收集并转向， 由于惯性的影响，颗粒到达中空区。在中空区域由于气流 速度降低，形成聚集区，在这里颗粒被分离出来并靠重力 向下缓慢运动，在中空区下面装有积尘器，收集、排出灰 尘和雨水，圆缺处向内的弯折可有效防止灰尘被净化后 的空气吸入，造成二次污染。因此，该过滤器具有较高 的过滤效率和自净功能。 ２．２ ＦＳＡＭ过滤器的特点