双联高压反冲洗型油滤器的设计

凌夕明

（南通航海机械集团有限公司，江苏 南通 226003）

0 引言

随着船舶技术的不断发展，对反冲洗型滤器的性能、使用要求、空间尺寸等提出了更高要求。某燃油系统的工作压力超过4 Mpa，滤器能在长时间不间断运行的状态下实现反冲洗功能，并且在应急情况下具有旁通保护功能。

原先过滤器一般不带反冲功能，为手动清洗型式。当滤芯堵塞时，需将滤芯取出，清洗后重新装入滤器，整个清洗操作比较麻烦。

目前自清洗反冲洗过滤器，无论是采用液反冲或气反冲绝大部分应用于低压领域，压力范围在0.2～1.6 MPa，滤芯为金属编织网。在低压环境，金属编织网能承受瞬间正压和反压造成的弯曲应力，但在中高压领域由于高压差造成的压力容易使滤网因疲劳应力造成损坏，出现断丝现象，从而严重影响到整个燃油系统的使用安全。

1 结构

双联高压反冲洗型油滤器主要分为左滤器、右滤器、三通球阀。其中一个滤器处于工作状态，另一个备用。滤器上安装有压差发讯器，作为提供报警信号使用，其主要组成如图1 所示。滤器采用自身工作腔介质作为压力源对滤芯进行反向冲洗，以保持滤器处于一种较干净的状态。

2 工作原理

双联高压反冲洗型油滤器分为正常过滤状态和反冲洗状态。

正常过滤状态是指滤器其中一个工作腔拦截燃料油中的固体杂质、铁锈和氧化物等沉积不溶物，以净化燃油和保护燃油系统中其他设备的正常工作。

图1 滤器结构组成图

反冲洗状态是指在不中断滤器正常过滤的情况下，利用自身压力源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。

2.1 滤器的正常过滤状态

如图2 所示，燃油进入滤器下方进口，流入下底座，然后通过底座上的流道进入双层滤芯，通过滤芯由内而外的过滤，其中大于规定过滤精度的杂质则被滤网内表面，过滤后的清洁液体则由上壳体，流向滤器上方出口。

2.2 滤器的反冲洗状态

如图3 所示，滤器压差达到清洗值时，压差发讯器即发出信号，触发电气系统。

通过电机带动双层滤芯围绕滤器中心作圆周运动，固定在下底座上的钢刷则对滤芯作相对运动，对双层滤芯的内侧进行刷洗，将滤芯上的杂质与滤芯剥离。

同时，电气信号控制电动排污球阀开启，通过自身与大气的压差，反向将杂质冲洗掉。

图2 正常过滤状态

图3 反冲洗状态

3 设计

3.1 设计实例

某一燃油系统油滤器的设计参数如下：工作介质为燃油，含有固体颗粒杂质；过滤精度250μm；流量23.5 m3/h；设计压力4.12 MPa；报警压降0.35 MPa；初始压降≤0.1MPa；流量损失≤10%，要求出口压力无波动；冲洗方式：采用压差冲洗、定时冲洗和应急手动冲洗。

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=1.5～2.5 m/s，则过滤器进出口通径[1]Di和Do为：

所以选取Di=Do=65 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 新型滤芯的设计

过滤器是燃油系统中的重要部件，而过滤器滤芯则是过滤器的关键。目前国内外反冲洗滤器的滤网为金属编织网，但只适用于低压领域，此滤器的工作压力为4.12 MPa，属于中高压领域，压差报警值达到0.35 MPa，采用普通金属编织网很容易造成滤网因压差过大和受到正反应力导致滤网破损，因此选用强度较高的不锈钢锲型网滤芯。

区别于金属编制的金属网，锲型网由横丝和竖丝压焊而成，横丝与横丝之间的间隙即为过滤精度，锲型网截面呈矩形，这种结构很适合反冲洗，这对于减少流阻、增强刮洗效果十分重要。

滤器总面积按以下计算：

式中：Q 为流量，m3/h；QS为在允许原始压降下的过滤能力，L/cm2·h，该参数为滤网的过滤能力参数，数值与滤网的编织类型、滤网精度决定，可通过流量-压降试验[2]得出，通过试验QS=3.06 cm2·h；A 为工作滤网的总面积，cm2，A=1000Q/QS=7680 cm2。

3.4 反冲时的流量损失

双联高压反冲洗型油滤器在反冲洗时是依靠自身过滤后干净液体进行反冲，在滤器设计时，需考虑流量损失。

滤器排污量基本公式[3]为：

式中：P1为进口断面压强；A1，A2分别为过滤器进口和排污口断面面积；ρ 为介质密度；Z1，Z2分别为过滤器进口和排污口水平高度；g 为重力加速度；∑ξ 为局部阻力系数，其根据滤器内部结构来确定，可参照排污管路的型式选取相应的阻力系数[4]。

从公式中可看出影响较大，且可控制流量损失的为反冲洗管的截面面积。通过优化设计，通过调节冲洗管中调节螺钉的内孔大小来调节反冲流量。

经计算Qp理论值为1.88 m3/h，与额定流量比值为8%，小于10%的设计指标。

4 结语

双联高压反冲洗型油滤器是船舶燃油系统中非常重要的辅助设备，其性能的好坏关系到船舶锅炉等动力设备的正常运行和使用寿命。本文介绍的这种双联高压反冲洗型油滤器目前主要针对某一燃油系统进行设计的产品，受到一定的局限性，但此滤器具有升级改进的潜力，可在其他领域进行推广，如滑油系统、水处理系统等，对设计类似产品具有参考意义。