粗濾器用途是截留大型顆粒，替代一般的過濾器。當發動機工作時， 含有灰塵的空氣切向進入粗濾器， 灰塵產生會離心力， 在離心力的作用下，雜質粒子運動到粗濾器外圓內壁並通過排塵閥排出。
基本介紹
- 中文名：粗濾器
- 外文名：Strainer
- 用途：截留大型顆粒
- 替代：一般的過濾器
- 原理：離心力
- 雜質粒子：通過排塵閥排出
簡介,粗濾器的結構和工作原理,粗濾器改進過程,確定改進目標,粗濾器改進分析計算,總結,
簡介
汽車的進氣系統應當包含具有粗濾的功能粗濾器組件，粗濾器可以分離空氣中的大顆粒雜質並將其排出， 從而提高進入空氣濾清器的空氣品質，達到減少空氣濾芯維護周期和延長濾芯壽命得目的。
為了滿足更大功率發動機的需求，需要提高現有粗濾器的額定流量。本論文將對一種直通旋流式粗濾器進行改進， 新的粗濾器與原有結構相比，擁有更大的額定流量，而流阻和粗率效率與原狀態相比，相差不大。
Strainer( 粗濾器）主要只用於截留大型顆粒。大多數液壓系統在油箱進口到泵吸入口一系列的地方都有粗濾器。粗濾器用來替代一般的過濾器，因為一般的過濾器會發生阻塞，"餓壞“了泵（水或其他介質無法進入泵）。但由於粗濾器是裝在油箱內部，所以粗濾器的維護常常被忽視。當淤泥與質量重的塵土聚集在吸入口的粗濾器上，泵很快會發生氣蝕，極易發生運轉不靈。
粗濾器的結構和工作原理
1 粗濾器結構和各零件的功能
粗濾器包含螺旋葉輪、導向筒、粗濾器殼和排塵閥四個零件。
（1）螺旋葉輪：分離灰塵和空氣；
（2）導向筒：隔離灰塵，阻止灰塵進入粗濾器下游；
（3）粗濾器殼：固定螺旋葉輪和導向筒；
（4）排塵閥：排除灰塵。
2 工作原理
當發動機工作時， 含有灰塵的空氣切向進入粗濾器， 灰塵產生會離心力， 在離心力的作用下，雜質粒子運動到粗濾器外圓內壁並通過排塵閥排出。
粗濾器改進過程
確定改進目標
額定流量、流阻和粗率效率是粗濾器的三個重要性能指數。它們三者之間存在這樣的關係：額定流量越大，粗濾效率越高，而流阻會增加。根據三者關係和表1可以看出，這次改進的難點是如何限制流阻上升，保持原有粗率效率。
粗濾器改進分析計算
影響本粗濾器流阻和粗率效率的主要因素有：
粗濾器殼內徑（螺旋葉輪外徑） D， 螺旋葉輪中軸徑d1，導向筒進氣口徑d2，螺旋葉輪的有效高度h1，導向筒與螺旋葉輪的間距h2。
1、d2的確定
d2對與流阻和粗率效率的關係：d2越大，流阻越小，粗率效率越低；d2越小，流阻越大，粗率效率越高。d2在整個粗濾器中直接影響流阻的大小，因此，對於該參數我們主要從控制流阻的角度分析。由於流阻要求與原結構相同，因此兩個截面處的氣流速度應該不變。
2、d1和D的確定
螺旋葉輪的結構是制約粗濾器效率的最主要因素，因此d1和D的設計取值應從粗率效率角度考慮。
假定的葉輪中軸徑d1不變，通過改變D增加氣流的進氣通道。無論額定流量如何變化， 外界空氣中的灰塵粒子是不會變的，所以粒子產生的離心力可以不變。
設進氣口的原截面處流速為V前，雜質產生的離心力為F前；改進後的截面處流速為V後，灰塵產生的離心力為F後。
3、h1的確定
h1指的是螺旋葉輪的有效高度，h1越大則灰塵的路徑越長，分離的效果越好，但氣流在螺旋葉輪上產生的流阻也會越大。
為了確定該值的取值範圍，我們對係數a進行分析：當a小於某一數值時，部分小質量的灰塵還沒有被甩到粗濾器殼內壁，會隨空氣進入導向筒中間通道；當a大於某一數值時，大質量的灰塵已經全部沿粗濾器殼內壁旋轉，但氣流會繼續在螺旋葉輪的葉片間流動的行程越長，空氣產生的壁面摩擦阻力會越大（這種由於壁面摩擦造成的壓力損失在短行程範圍可以忽略）。
為此，我進行了這樣一個試驗：做成五個不同h1（h1=92、97、102、107、112）的螺旋葉輪，進行流阻和粗濾效率的對比。試驗結果表明：當92≤a≤112時，流阻和粗濾效率變化不大，因此可以設定a=1，則h1後=h1前=97mm。
4、h2的確定
h2的大小對粗濾器的粗率效率有很大的影響。
設計的要點是如何控制分離後的灰塵能夠正常地進入排塵閥。h2無論過大或者過小都會降低粗率效率。如果過大h2， 分離後的灰塵沿粗濾器殼的內壁旋轉向下運動，當運動到某一距離時，離心力逐漸減弱直至消失。這時，灰塵會與分離後潔淨的空氣會再次混合， 一起通過導向筒的內通道進入下游。
當h2過小時，通過螺旋葉輪的分離作用，灰塵與空氣分離並進入導向筒的外側，但是由於離心力的作用還存在，灰塵可能會沿導向筒的外壁向上旋轉運動，擾亂向下運動灰塵的軌跡，從而導致部分灰塵會在導向筒的進氣口處被吸入導向筒的內通道，並進入下游。
因此，h2不能通過計算地方法來確定，只能依靠CFD流場模擬分析或試驗室試驗取值。我們依據以上確定後的參數製作螺旋葉輪、導向筒和粗濾器殼，並完成裝配。通過改變h2的尺寸，測量數據。
可以看出，當h2=114mm時粗率效率最好，流阻也可以滿足要求。因此，我們取h2值為114mm。綜合以上設計過程，我們完成了粗濾器結構的改進，實現預想的目標。
5、進一步的改進
為了便於數值確定， 以上設計的結果是在d1不變的前提下進行的， 此時我們再談論一下參數d1對粗濾器的影響。如果該數值變化，有可能會產生更複雜的設計過程。為此我又測試了四種d1結構的螺旋葉輪。對該粗濾器反覆試驗得到：當d1前≤d1後≤αd1前（α為d2的前後比率）時，粗濾器的流阻和粗濾效率變化不大。此外，還需要特別指出的是，前後兩個螺旋葉輪中葉片的數量和螺旋升角是不變的。
總結
依據現有粗濾器參數，通過對截面流速和離心力的一系列分析和計算，將原有粗濾器的額定流量由600m3/h提升到960m3/h，且使改進後的粗濾器流阻和粗率效率沒有改變。可以認為是一種粗濾器結構改進的過程， 也可以看作是一種設計思路、設計方法。大家可參考本文提供的設計過程，將額定流量繼續提高或者降低。
