§4.5.Воздухоочистители.

Воздухоочистители предназначены для улавливания пыли из воздуха, подаваемого в энергетическую установку и систему вентиляции тяговых электрических машин и аппаратов. Качество воздухоочистителей оценивают по коэффициенту очистки (%):

(4.15)

где m₃ — масса пыли, задержанной воздухоочистителем, мг; т_в — масса пыли в воздухе, поступившем в фильтр, мг. Часто критерием оценки очистки воздуха служит коэффициент пропуска пыли ε' = (1 - η')100, %.

В соответствии с ГОСТ 11729-78 для тепловозных дизелей, работающих при среднегодовой запыленности воздуха 4 мг/м³ и менее, ε' допускается не более 1,5 %. Для систем вентиляции тяговых электрических машин и аппаратов коэффициент очистки η' равен 75—85 % (ε' = 15—25 %). Важным фактором оценки воздухоочистителей является гидравлическое сопротивление проходу воздуха. Начальное сопротивление воздухоочистителей при номинальном расходе воздуха допускается не более 3 кПа, предельное сопротивление — не более 7 кПа.

Типы воздухоочистителей, применяемых в локомотивах. В зависимости от требуемой степени очистки пыли в локомотивах применяют воздухоочистители инерционные и фильтрующего действия. По способу удаления уловленных частиц пыли различают воздухоочистители с периодической очисткой, самоочищающиеся и с постоянным отсосом пыли.

В инерционных воздухоочистителях пыль отделяется под действием сил инерции в результате изменения направления струи воздуха при обтекании препятствия или в криволинейном канале. При изменении направления движения потока воздуха частицы пыли вследствие сил инерции некоторое время двигаются в первоначальном направлении, что используется для отделения твердых частиц. В зависимости от способа удержания частиц пыли, достигающих поверхностей осаждения, воздухоочистители разделяют на сухие и мокрые.

При сухой инерционной очистке часть частиц при изменении направления воздушного потока достигает изгиба стенки корпуса или отражателя. При этом скорость их движения снижается, и они выпадают из потока в специальный пылесборный бункер. Сухие инерционные воздухоочистители просты по конструкции, однако эффективность очистки их недостаточна. Если пыль состоит из тяжелых частиц крупных размеров, то появляется упругий удар и отскок частиц, подхватываемых воздушным потоком вновь, что снижает коэффициент очистки. В целях устранения этого явления разработаны мокрые воздухоочистители, в которых поверхностью, воспринимающей удар частиц, является жидкость (чаще всего масло). В воздухоочистителях, использующих принцип мокрой очистки, процесс улавливания пыли зависит от скорости, массы и формы частиц. Мокрые воздухоочистители предназначены для первой ступени очистки. Во второй ступени дополнительно удерживаются частицы жидкости. Такие воздухоочистители широко применяют в практике локомотивостроения.

К инерционным относят также центробежные воздухоочистители, фильтры с различными набивками (контактные воздухоочистители) и т.п. Принцип центробежной очистки основан на использовании центробежных сил, которые отбрасывают частицы пыли к стенкам. Под действием этих сил, наряду с движением вместе с потоком, возникает относительное движение частиц внутри потока, направленное по радиусу от центра к периферии. Из устройств очистки воздуха, действующих по этому принципу, наиболее типичны циклоны (рис. 4.27).

Собранные на специальной панели и установленные в корпусе циклоны образуют мультициклонный блок (рис. 4.28). Испытания такого блока, выполненные во ВНИИЖТе, показали, что один блок с размерами 400x400x175 мм, состоящий из 52 воздухоочистителей, достигает эффективности очистки 85 % при аэродинамическом сопротивлении 500 Па. Номинальный расход воздуха через блок равнялся 4420 м³/ч.

Мультициклоны состоят из завихрителя 4 и разделителя 2. За- вихритель раскручивает поток воздуха, при этом пыль отбрасывается к цилиндрической стенке разделителя и через кольцевой зазор попадает в пылесборник, из которого она отсасывается специальным вентилятором. Чистый воздух по центральной трубе мультициклона попадает в камеру, из которой, проходя вторую ступень очистки, поступает к турбокомпрессору.

Рисунок 4.27 – Схема циклона.

Рисунок 4.28 – Мультициклонный блок воздухоочистителя:

1 — крепежные элементы; 2 — разделитель мультициклона, 3 — корпус; 4 — завихритель мультициклона.

Контактная очистка воздуха происходит при столкновении частиц пыли с препятствиями, образованными фильтровальным материалом, покрытым вязкой жидкостью (обычно маслом). Такие воздухоочистители выполняют иногда двухступенчатыми, причем первой ступенью служит масляная ванна, а второй — кассета с набивкой из путанки (проволока, различные волокна, проволочные сетки, перфорированные листы). Набивка из сеток создает меньшее гидравлическое сопротивление, чем из перфорированных листов, а по сравнению с набивками из волокон более высокую механическую прочность. Воздух при своем движении поднимает слой масла на некоторую высоту и смачивает кассету. Струя запыленного воздуха, ударяясь о кассету, разбивается на мелкие струи, которые резко и многократно изменяют направление. Вследствие своей инерции струи ударяются о мелкие волокна фильтрующей кассеты, и на них осаждается пыль. Скорость υ_ч частицы в кассете зависит от размера и формы частицы пыли, турбулентности потока, площади поверхности и материала кассеты.

Фильтрацию запыленного потока воздуха осуществляют через пористые среды различных видов, поры которых меньше частиц пыли. Такие воздухоочистители легки и просты в обслуживании. Фетровый фильтр обеспечивает 100%-е улавливание всех частиц размером до 1 мкм. Из других материалов следует отметить двустороннюю байку в шелковой оболочке, применяемую при скорости воздуха через ткань до 0,10 м/с. Пылеемкость ткани при подводе воздуха снизу достигает 3 кг/м². Применение тканевых фильтров в тепловозах затруднено, так как такие фильтры чувствительны к попаданию влаги и масла на фильтрующие поверхности. При использовании особых тканей из синтетического волокна эти трудности можно преодолеть. Пористой средой может быть также бумага или картон специальных сортов, пропитанные синтетически-

ми смолами и гидрофобными веществами. Однако у таких фильт­ров сравнительно небольшая пылеемкость (около 0,6 кг/м²). Срок службы этих фильтров определяется в основном максимально до­пустимым сопротивлением, поскольку они не выдерживают более одного-двух циклов регенерации и не восстанавливают полностью свои первоначальные характеристики.

Воздухоочистители двигателей внутреннего сгорания. На отечественных тепловозах для обеспечения дизелей чистым воздухом устанавливают воздухоочистители различных типов и конструкций, у которых значительные габариты и масса. Так, масса воздухоочистителя дизеля мощностью 2200 кВт равна 600—700 кг.

В маслопленочных воздухоочистителях (МВ) применен контактный способ очистки с подачей масла на рабочую поверхность кассет энергией воздушного потока. Конструкции маслопленочных воздухоочистителей разнообразны и отличаются одна от другой траекторией движения воздушного потока, формой и расположением резервуара масляной ванны, а также фильтрующего устройства. Запыленный воздух в воздухоочиститель тепловозов типа 2М62У, ТЭП60, М62, 2М62У (рис. 4.29) поступает через воздухоприемное окно во входной патрубок 1 с криволинейным участком. Проходя через поддон 5, поток воздуха перемещается над поверхностью масла. Крупные частицы пыли выделяются из потока центробежными силами и задерживаются в масле. Воздух и мелкие частицы пыли увлекают слой масла и направляются к фильтрующим кассетам 2. Излишки масла стекают с рабочих поверхностей кассет под действием сил тяжести, смывая уловленную пыль, и через трубки 4 поступают в поддон 5. Для работы воздухоочистителей с масляной ванной характерен унос масла с постепенным уменьшением его уровня. Унос равен 1,5—4 г/ч на 700—800 кВт мощности. Снижение уровня масла отрицательно сказывается на работе воздухоочистителя. Одной из причин повышенного уноса масла является изменение нагрузочного режима двигателя. Поэтому в современных конструкциях воздухоочистителей с масляной ванной предусматривают устройства для регулирования уровня в ванне в зависимости от расхода воздуха.

Унифицированный тепловозный воздухоочиститель (УТВ) (рис. 4.30). Воздух очищается в кассете 2 с капроновой путанкой, помещенной в корпусе 1. Для подачи масла на кассету используется энергия сравнительно небольшой части воздушного потока, поступающего в воздухоочиститель.

Рисунок 4.29 – Маслопленочный воздухоочиститель:

1 — входной патрубок; 2 — кассета; 3 — корпус; 4 — сливная трубка;

5 — масляная ванна.

Рисунок 4.30 – Унифицированный тепловозный воздухоочиститель:

1 — корпус кассеты; 2 — набивка; 3 — съемный лист; 4 — поддон; 5 — дозирующая трубка; 6 — пробка; 7 — заслонка; 8 — маслоподающий ци-клон; 9 — желоб; 10 — маслоулавливающие сетки; 11 — болт.

Этот воздух проходит через маслоподающие циклоны и уносит из поддона 4 капли масла, которые смачивают набивку кассеты. Заслонка 7, устанавливающаяся под действием силы тяжести и аэродинамических сил, создаваемых потоком воздуха, автоматически регулирует количество воздуха, проходящего через маслоподающие циклоны, благодаря чему подача масла на кассету осуществляется на всех режимах работы дизеля. Масло, приникающее сквозь набивку, задерживается пакетом маслоулавливающих сеток 10 и по желобам стекает в масляную ванну поддона 4. Стеканию масла с улавливающей сетки способствуют наклонное (~10°) расположение воздухоочистителя и вертикальная стенка съемного листа 3, отделяющая полость стекания от полости подачи воздуха и масла на кассету.

Самоочищающиеся воздухоочистители (воздухоочистители непрерывного действия) в последнее время применяются все более широко. Фильтрующий элемент в большинстве случаев — сетка, смоченная в масле. При движении сетки через масляную ванну происходит непрерывная и автоматическая регенерация фильтрующих поверхностей.

Воздухоочиститель непрерывного действия (рис. 4.31) типа ФНД1 установлен в тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ116, ТЭП70, ТЭМ18, ТЭМ2У. В корпусе 1 воздухоочистителя расположены два фильтрующих элемента, через которые последовательно проходит воздух, причем первый элемент 2 вращается, а второй 3 установлен неподвижно. Фильтрующая кассета вращающегося элемента выполнена в виде диска с четырьмя секторообразными секциями, набраными из гофрированных сеток квадратного плетения.

Рисунок 4.31 –Воздухоочиститель непрерывного действия:

1 — корпус; 2 — подвижная кассета; 3 — съемная кассета; 4 — жалюзи бокового люка; 5 — пневмоцилиндр привода; 6 — заливная горловина.

На ободе колеса укреплена зубчатая храповая лента. Кассета вращается при помощи пневматического сервомотора 5, установленного в корпусе воздухоочистителя. Нижняя часть кассеты погружена в масло, которое заливают в ванну, образованную нижней частью корпуса воздухоочистителя. Запыленный воздух проходит через верхнюю часть кассеты; средняя ее часть образует самостоятельную зону, в которую стекает излишнее количество масла и где проводится продувка воздухом с небольшой скоростью. Неподвижный фильтрующий элемент 3 улавливает капли масла, присутствующие в потоке воздуха, прошедшем первую ступень очистки, и дополнительно очищает его от пыли. В холодное время года жалюзи воздухозаборника закрыты, а боковые жалюзи 4 открыты. При этом воздух забирается из машинного отделения, проходя только вторую ступень очистки через кассету 3.

Тип воздухоочистителя выбирают в зависимости от условий работы локомотива. При малой (менее 2 мг/м³) запыленности предпочтительнее воздухоочистители контактного действия. При повышенной запыленности воздуха наличие сухой первой ступени снижает количество пыли перед входом во вторую ступень до пределов, обуславливающих допустимые сроки ее регенерации. Пылеемкость воздухоочистителя рассчитывается для обеспечения его работы в течение времени, соответствующего периодичности проведения одного из видов планового обслуживания тепловоза.

Двухступенчатый воздухоочиститель (рис. 4.32) дизеля тепловоза ТЭП70БС, разработанный конструкторами Коломенского завода, устанавливается в крыше тепловоза над дизелем. Первая ступень инерционного действия состоит из двух блоков мультицикло- нов 5. Здесь воздух проходит предварительную очистку с эффективностью до 80 %. При этом пыль и другие загрязнения с частью воздуха (до 10 %) удаляются наружу с помощью мотор-вентиляторов 8. Вторую ступень образуют 24 картонных фильтрующих элемента 6 марки ФЭК 740.110.9560-10 ТУ 37.104.022—83, которые используются в автомобилях «КАМАЗ». Они обеспечивают эффективность очистки до 99,5 %. Наружный воздух поступает через жалюзи, проходит первую и вторую ступени очистки и через

патрубки 2 подвода воздуха попадает в компрессорную часть турбокомпрессора наддува дизель-генератора 1. Мультициклонные блоки не требуют обслуживания, обслуживание ФЭК заключается в продувке и, при необходимости, промывке в специальном растворе. Засоренность ФЭК контролируется индикаторами 9.

Рисунок 4.32 – Установка двухступенчатого воздухоочистителя дизеля тепловоза ТЭП70БС:

1 — дизель; 2 — патрубки; 3 — жалюзи; 4, 7 — люки; 5 — мультицик- лонный фильтр; 6 — картонный фильтрующий элемент; 8 — мотор- вентилятор; 9 — индикатор.

Основные характеристики воздухоочистителей приведены в табл. 4.4.

О

Таблица 4.4

сновные характеристики воздухоочистителей

Воздухоочиститель	Коэффициент очистки воздуха	Гидравличе- ское сопро­тивление, кПа	Минимальный размер задержанных частиц пыли, мкм
Циклонно-сетчатый Маслопленочный Непрерывного действия Мультициклонный Двухступенчатый муль­тициклонный + ФЭК	0,97—0,98 0,98 0,98 0,8—0,85 0,995	5,8—6 0,22—2,4 1,5—2,2 0,5 3	5—10 2,5—3, 1—3 — 1—2