CN1006281B - 具有自洁作用的流体过滤器 - Google Patents

Abstract

一个具有自洁作用的滤筒型过滤器(1)，筒形外壳(3)的一端有一端盖(2)，该端盖上有流体进口(4)和出口(6)。一个弹簧承载的空心环形柱塞(30)可滑动地安装在中心空心筒(10)的外面和上部筒(28)的里面，以克服压簧(32)的力向下运动，首先驱使通过过滤件(14)的过滤后的流体回流，把固体的杂质颗粒从过滤面(15)带走。进口阀通道(64)在柱塞(30)处于压缩位置时打开，使流体流过。过滤件(14)与滤筒外壳内壁面(9)有一很小间隔，以使流体迅速流过过滤件(14)的进口面(15)，将固体颗粒冲入滤筒外壳(3)下部的油槽(5)内。弹性承载的下部柱塞(18)与油槽(5)相通，并由进入的脏的流体推动着向上运动，直到一个可滑动地安装在空心筒(10)中的滑阀柱塞(23)使过滤后的流体能够流出过滤器(1)，致使通过过滤件(14)的流体正常地过滤。

Description

本发明是关于流体过滤器，特别是关于广泛用于内燃机和其它类似机器上清除润滑油内颗粒的过滤器。本发明所采用的结构可以在起动时自动清洁过滤件，以延长过滤器的使用寿命。

滤筒型过滤器常用来将润滑油中的颗粒清除，并且与需要润滑的机器相联接，以便在机器工作时不断地过滤机油。在汽车发动机上广泛使用的内燃机通常是只使用100-300小时以后，便由于被堵塞而需要报废。这种可广泛使用的滤筒型过滤器还可以用于其它工业设备上，如气体压缩机和液压系统，以净化润滑剂和液压流体。

滤筒型过滤器的另一个用途是清除水中的颗粒。例如这种过滤器可将城市供水中的砂子、硬渣、锈班和纯净的化合物等清除。

这些过滤器的使用寿命受到过滤件上的压力降的增加速率的限制。压力降的增加是由颗粒的堵塞而产生的。所有由过滤件清除的颗粒都附着在过滤件里或表面上，过滤件只能提供很小的贮存这些杂质的容积，因此过滤器的寿命就很短。

通用的滤筒型过滤器通常有一个封闭的圆柱形筒，在筒的上端面设有进口和出口。过滤器的出口是位于上端面中心的螺纹联接件，并且是拧在过滤器接口板配合面处的螺纹管接头上，过滤器接口板装在发动机或其它流体润滑的机器上。过滤器的进口围绕过滤器的出口，从过滤器接口板相应的口中吸入来自发动机的脏的流体。在过滤器上端面上围绕进口有一弹性密封圈。相应的管接头拧在过滤器出口上以后，弹性密封圈在两个接合处就被压紧密封，以防止流体泄漏。

过滤件通常是环形状的，流体从外面流向其中心轴。各种不同的过滤介质均可适用，具体使用那种适合取决于实际的过滤类型。

本发明是一种具有自洁作用的滤筒型过滤器，它可清除流体中的固体颗粒或其它杂质。虽然它主要用于净化内燃机、气压机和类似机型循环使用的机油，但它的用途也可以扩展到水、含有水的流体和有机物等的净化，不论其是气态还是液态。

过滤件和附属装置是封闭在一个有进口和出口的滤筒外壳里的。滤筒外壳下部有一个油槽，用来积存从过滤件表面冲下来的杂质。自洁作用的过程是在每次由于加压的脏流体进入而建立起工作压力时产生的。弹簧承载的上部柱塞受进入流体的压力向下运动，强使过滤后的残余流体向相反的方向通过过滤件，将表面的杂质除去，然后，上部柱塞的进一步下降，使其超过一个通向过滤件的过滤面和下部油槽的开口。脏的流体流过过滤面，与过滤后流体的回流相混合，将杂质带入油槽里，弹簧承载的下部柱塞由进入油槽的流体向上压起，直到与之相联的滑阀到达使过滤后的流体能从过滤器出口正常流出的打开位置。

最初这段将杂质从过滤面冲走的时间是很短的，这段时间的长短取决于通过过滤面的流体的流速，和下部柱塞从没有被压缩的位置到使滑阀打开位置间的位移。

虽然自洁作用过程的时间很短，但它可以将过滤面的固体颗粒冲走，使其在油槽中沉积。过滤器的寿命大大地延长了，无需经常关掉机器更换过滤器。这样在两次更换机油过滤器之间，汽车或其它机器可以运行更长的时间。

本发明更进一步的特征是，该装置有两个独立的使可能出现的过高的压力卸压的技术措施。过高的进口流体压力推动上部柱塞克服弹簧装置的力向下移到一个压缩位置时，进口流体流过上部柱塞直接进 入过滤后的流体腔室，并通过滑阀口流到过滤器出口。如果由于某种原因滑阀没有打开，则第二个卸压阀会由于过滤件下游过高的压力而打开。第二个卸压阀包括一个具有弹簧承载支板的弹性件，它压在下部柱塞筒的一个或更多个卸压孔上，过高的流体压力会强使弹性件离开筒面，使流体到过滤器出口。

这样，本发明过滤器的使用时间可以达到现有的滤筒型过滤器所不能达到的水平，而且它甚至在流体压力过高时也可以使流体不断流过，在起动时过滤面可以自动清洁，而不需要专门的保养和控制。

图1是本发明的自洁过滤器的顶视图。

图2是沿图1的2-2的纵向剖视图。

图3是沿图2的3-3的顶面剖视图。

图4是与图2类似的一个纵向剖视图，它表示出过滤器处于第二个压缩位置时的情况。

图5是与图4相类似的，它表示出过滤器处于第三个压缩位置的情况。

参照附图，图1为本发明一个实施例的顶视图，端盖2是在过滤器上端的整个面上的，出口6位于过滤器的中心，流体可以从中流出。多个进口4与出口6呈径向等间距布置，以使待过滤的脏流体从进口4进入过滤器。弹性密封环8围绕进口4形成一个环形密封，将过滤器与如内燃机过滤器接口板隔开。

如图2的纵向剖视图所示，滤筒外壳3最好是一个圆柱形的薄壁容器，它的上端周边与端盖2密封联接，上端有出口6的中心空心筒10由内螺纹58固定在过滤器接口板上。进口4和出口6的结构符合现有过滤器接口板的要求，这样过滤器1能适用于现有的装置，而 无需对其接口板再作相应的改进。

中心空心筒10与端盖2固定联接，并在外壳3内向下沿伸，在下面形成一个滑阀筒11。该滑阀筒11上的通道12提供了一个为过滤后的流体从过滤件14流到出口6的正常通道。滑阀柱塞23是一个可滑动地安装在滑阀筒11里的、开有通孔的部件，并同时与可滑动地安装在下部筒16内的下部柱塞18固定联接，筒16的上端与滑阀简11固定联接。下部柱塞18由弹簧架置在下部筒16内，使柱塞可以借助流体压力克服下部压簧24的力而向上运动。

在各附图所示的实施例中，下部柱塞18和滑阀柱塞23由垂直连接杆20联接在一起。垂直连接杆20有多个冀板22，它们沿径向固定在滑阀柱塞23上。但是，任何能将两个柱塞刚性联接，而又不妨碍流体通过滑阀柱塞的联接装置都是可以采用的。在最佳实施例中，下部的压簧24是一个锥形的螺旋弹簧，其下端的外径为最大。

油槽5在滤筒外壳3的下部，油槽的体积最好是滤筒外壳总体积的10-50%，它能够接收积存从过滤件14中清除出来的固体颗粒。油槽5的体积必须足以大到在起动或没有流体供给时，留在油槽底部的固体颗粒也不会大量地进入流体中。在这段时间中，流入或流出油槽5的流体的流率取决于流体的粘性、进入流体的压力以及流体通过过滤器14和滤筒外壳3的内壁9之间的间隙46。

内筒40与下部筒16相联，通过爪形定位器42夹住下部筒的边缘44。内筒40的孔45使含有杂质的流体流过给柱塞18施加压力以克服压簧24向上运动，打开滑阀口12。从内筒40周边向上伸的多个支杆48支撑过滤件14，同时进行密封，并与后面将要提到的上部柱塞导向件34相联接。内筒、支杆和上部柱塞导向件都 用来控制流体的流动，使得在正常的过滤条件下所有到达过滤器1的流体都必须经过过滤件使之净化。

过滤件14可以使用多种材料制作而成，这种材料最好是能使被过滤的固态杂质在过滤件的过滤表面处形成为薄层。过滤件14必须是要有足够的结构强度，以承受其两侧的压力降。图3所示的实施例是一个薄的过滤件14，它包括四个分开的与内筒40密封联接的过滤部分、四个支杆48和上部柱塞导向件34。

该结构还可以有别的变型，例如过滤件14可以是一个单一的整体结构，或者是在其内表面由支杆48支撑的过滤介质，支杆的数量也可任意选定。

再来看图2，如图所示的上部筒28与端盖2相联，且与中心空心筒10同轴向下沿伸。比较好的方法是在端盖2的环形的向上突出的部分7上开有进口4，突起的环形部分也可以使端盖2增加刚度。上部筒28与进口4相通，使脏的流体能够进入过滤器。上部柱塞30从上看是环形的，并可滑动地安装在中心空心筒10和上部筒28之间的环形空间里。在最佳实施例中，柱塞30也与上部柱塞导向件34密封联接，允许脏的流体通过，将其保持在过滤件14的进口侧，防止脏的流体绕过过滤件。

上部柱塞30是由上端的压簧32承载的。在一定压力下通过进口4的脏的流体使上部柱塞30克服上部压簧30的力向下运动。当柱塞30向下运动到处于上部筒28和柱塞导向件34间的进口阀通道64时，脏的流体便进入过滤件14的进口面15，并且通过面15由间隙46到达油槽5。这样，上部筒28和上部柱塞30便可当做一个阀来使用。在根据上部压簧32的特性确定的压力下允许脏 的流体通过。柱塞30的向下移动，还使过滤件14所确定的腔室内的流体压缩，且过滤件中的回流将过滤面15上的脏的固体冲入油槽5里。

本发明的最佳实施例包括在上部柱塞导向件34上有卸压阀结构，以便在压力过高时脏的流体绕过过滤件14。例如流体在低于工作温度下工作粘度较高时，或在脏物将过滤件14堵塞时都会产生上述卸压现象。

柱塞导向件的通道61在正常情况下，其上端与上部柱塞30密封联接，不论其是否受压均是如此。在过高的流体压力强使柱塞30通过导向件34下降到扩大部分62时，柱塞导向件34通道61的扩大部分62可以使进入流体在柱塞30和导向件34之间产生溢流，溢流直接流向过滤件14的下游侧，并由滑阀口12流到过滤器出口6。

在本最佳实施例中，上部压簧32放置在弹簧支架35上，而支架又是由中心压簧装置38支撑的。弹簧支架35是一个环形件，它是可滑动地安装在滑阀筒11上的。支架可以是平面垫片形的，但最好是如图2所示的杯形状。它有一个垂直边36，在柱塞位于使流体通过进口阀通道64从进口4流向过滤件14的压缩位置时，该垂直边对柱塞30起到一个档板的作用，杯形支架35还可以使上部压簧32避免过分压缩的危险。

上部柱塞30最好是空心的，并呈倒杯形，以给弹簧30留有纵向空间。弹簧要有足够的纵向长度，使一定回流体积的流体通过过滤件14，把过滤面15的固体杂质带走。上部柱塞30和弹簧支架35提供了必要的空间。

为了使过高的压力卸压，柱塞30进一步向下运动，需要中心压簧装置38向下压缩。

上部压簧32的作用是，进入过滤器的流体中断时，使上部柱塞复位到其最上端或全关的位置上，以利于在后起动时通过过滤件的过滤后的流体回流。因此，在设计作用于弹簧32上使过滤器打开到正常流体产生的压缩负荷要小于作用在中心压簧装置38的设计负荷。弹簧装置38的力与位移之比大于上部压簧32或下部压簧24的相应的值。弹簧装置38可以是由一个单独的螺旋压簧构成，滑阀筒11穿过该压簧。最好是由三个或更多个垂直的螺旋弹簧等间距地成环状地围住简11。构成弹簧装置的弹簧放置在下部筒16的壳顶52上，该壳顶52与筒11固定联接。

即使在压力低于中心压簧装置38超负荷卸压所需要的压力时，下部压簧24也是全部压缩的。清洗过滤面15的流体的体积只取决于下部柱塞18向上运动打开滑阀口12的位移，与弹簧的特性无关。然而，在较低压力下便可打开的弹簧24在进口阀通道64与油槽5之间产生一个大的压力降，致使通过过滤面15的流体流速较高。这样，需要较大的压缩力的弹簧24便使通过过滤面15的流速较低。在较低的流速下，冲洗的时间加长了。冲洗过滤件通常是在流速最高时效果最好。因此，弹簧24最好有一个相对较低的弹性模量和/或相对较小的截面。

为了便于过滤面15得到高效率的清洗，冲洗流体的体积和回流的体积应该大于滤筒内壁面9和过滤面15之间的间隙46的体积，让杂质从过滤面流到油槽5里。

由于在过滤件14和滤简外壳3的内壁面9之间的间隙46内所 必须的流体流动，因此必须保持这样一个空间是容易理解。任何能够实现这一目的的适当的装置都是可以采用的。

本发明的另一特征是有一个第二卸压阀结构。如果由于某种原因，在过滤件14的下游存在过高的压力，并且滑阀柱塞23处于一个较低的关闭的位置，则这个卸压阀结构可以使流体绕过滑阀口12。在正常情况下，下部筒16的壳顶52上的下部卸压口50通过弹性减压密封膜片54与下面隔开。膜片54有一个刚性支撑件56，该支撑件是由下部压簧24向上压住的。壳顶52上的过高的压力强使膜片54和支撑件56向下运动，使流体通过卸压口50流出。

如图2所示，上部柱塞30与上部柱塞密封件60相联，用来防止柱塞30和中心空心筒10或上部柱塞28之间有流体泄漏。同样，下部柱塞18也包括一个下部柱塞密封件26，由弹簧24固定在柱塞的上侧。

图3是沿图2的线3-3剖面的顶视图。在滤筒外壳3内是过滤件14，过滤件14有一个过滤进入流体的过滤面15，间隙46将其与滤筒内壁面9略微隔开。内筒40和四个垂直支杆48与过滤件14呈密封联接，内筒40由爪形固定器42与下部筒16的边缘44固定联接。在这一实施例中，中心压簧装置38包括在滑阀筒11周围等间距排列的三个垂直的压簧。弹簧38放置在下部筒16的壳顶52上。壳顶52还包括分布在滑阀筒11周围的多个卸压口50。

图3还示出了与下部柱塞18相联的支杆20的结构。多个冀板22将支杆20固定联接在滑阀柱塞23上。

图4和图5表明了柱塞30和18为完成本发明清洗过滤件14 的运动情况。如图4所示，加压的脏的流体首先进入进口，强使柱塞30克服压簧32向下运动，直到柱塞30位于进口阀通道64的下方。随着柱塞30被压下，柱塞使过滤件14下游的过滤后的流体通过过滤件14回流，并由此带走杂质。回流通过过滤件14进入油槽5，使下部柱塞18略有上升，而滑阀口12则仍然是关闭的。

当上部柱塞30被向下推到足以打开进口阀通道64时，加压流体能够迅速地通过间隙46，将过滤面上的杂质冲净，并使其在油槽5中沉积，随着流体不断地进入油槽，下部柱塞18不断地向上移动。

如图5所示，这一冲洗过程一直要进行到下部柱塞18被向上推到滑阀口12打开为止（即滑阀柱塞23位于阀口12之上）。此刻，正常的过滤便开始了。流入的脏的流体通过过滤件14把杂质清除，然后通过阀口12到达过滤器出口。作用在柱塞30和18上的流体的压力分别由弹簧32和24平衡，以保持进口阀通道64和滑阀口12打开，使流体流过。

清洗循环是在每次过滤器不加压的情况下起动时均会产生的。这一过程可以开始于在脏的流体进入过滤器时阀暂时关闭的时候。但在大多数实际情况下，机器停机的频率足以保证过滤器清洗所需要的频率。由于将杂质颗粒贮存在油槽5中，与现行使用的过滤器相比，本发明过滤器的使用寿命有很大增加。

本发明的过滤器适用于各种不同的脏的流体的流速和流体压力。具体使用什么过滤介质和过滤面面积大小，则可以依具体情况改变。由于使用不同弹性模量和/或不同厚度的弹簧，开启压力可以在一个很大的范围内变化。

过滤器的出口形状是与现有的过滤器的接口板相匹配，使之能直 接替代现在使用的过滤器，而不需要对接口板作任何改进。

本发明的许多特性和优点在前面已经进行了描述。但是应该了解到，在许多方面所公开的内容只是说明性的，只要不超出本发明的范围，其具体细节还可以有变化，特别是各部分的形状、大小和排列等方面。本发明的范围由权利要求书予以限定。

Claims (19)

1、一种具有自洁作用的滤筒形过滤器，它包括：一个滤筒外壳，该外壳具有内壁面，且在其上端有一个进口和一个出口，一个在所述的进口和出口之间的过滤件，该过滤件有一个过滤面，该面与所述的内壁面之间有一很小的间隔，所述的滤筒外壳下部配有油槽，其特征在于：

a)一个与所述的出口相通且在滤筒外壳内向下延伸的中心空心筒，该空心筒包括一个滑阀筒，滑阀筒上有多个滑阀口将通过过滤件下游侧面的过滤后的流体引向所述的出口，

b)一个下部筒，它与所述的滑阀筒同轴，并在其上端与滑阀筒固定联接；

c)一个下部柱塞，它可滑动地安装在下部筒内，并根据油槽内流体压力的增加，克服下部压簧的压力；

d)一个滑阀柱塞，它由柱塞联接装置固定联接在下部柱塞上，并且可滑动地安装在滑阀筒内；

e)一个与中心空心筒呈径向隔开的上部筒，它与过滤器进口相通，并由此向下延伸；

f)一个柱塞导向件，它将过滤件上端密封，与上部筒垂直隔开，且有一个通道，使上部柱塞能在其中滑动，和

g)一个上部柱塞，它可滑动地安装在上部筒内，根据进入流体压力的增加，克服上部压簧压力。

2、如权利要求1所述的过滤器，还包括一个将过滤件上端密封的和能使上部柱塞滑动的筒形通道的柱塞导向件（34）。

3、如权利要求1所述的过滤器，其中滤筒外壳包括一个在其一密封端有进口和出口的密封圆柱体。

4、如权利要求1所述的过滤器，其中所述的上部筒的直径大于滑阀筒的直径，与滑阀筒呈径向隔开，形成一环形空间，所述的上部柱塞是一环形件，该环形件可滑动地安装在环形空间里，与上部筒和滑阀筒密封。

5、如权利要求1所述的过滤器，还包括一个在上部柱塞下的弹簧保持件，它支撑着上部压簧，而中心压簧装置又支撑着该弹簧保持件。

6、如权利要求5所述的过滤器，其中所述的中心压簧装置包括至少三个在滑阀周围等间距分布的螺旋压簧，以支撑所述的弹簧保持件。

7、如权利要求5所述的过滤器，其中中心压簧的力与位移之比大于上部压簧及下部压簧的力与位移之比。

8、如权利要求5所述的过滤器，其中所述的弹簧保持件包括一开口向上的杯形件，该杯形件通常是有一个垂直的周边和开有中心孔的底，它可滑动地环形安装在滑阀筒外面，所述的垂直周边有一定的纵向高度，在进口阀通道打开，使流体通过时，它可以与上部柱塞接触，阻止它进一步向下运动。

9、如权利要求5所述的过滤器，其中所述的中心压簧的力与位移之比能够在柱塞导向件由于脏的流体的过高的压力而运动时，通过该柱塞导向件使上部柱塞进一步向下运动，上部柱塞和柱塞导向件之间通道的扩大部分，脏的流体流到过滤器的下游，使过高的压力卸压。

10、如权利要求3所述的过滤器，其中所述的过滤件是圆柱形的，且与滑阀筒和外壳的筒形壁同轴。

11、如权利要求10所述的过滤器，其中所述的过滤件和滤筒外壳内壁面之间空间的液体容量小于下部柱塞受压向上运动将滑阀口全部打开时的位移。

12、如权利要求1所述的过滤器，还包括一个内筒，它与下部筒固定联接，下部柱塞通过垂直支杆与柱塞导向件联接，使之和上部柱塞对中。

13、如权利要求12所述的过滤器，其中所述的过滤件与内筒垂直支杆和柱塞导向件密封联接。

14、如权利要求1所述的过滤器，其中所述的出口带有内螺纹。

15、如权利要求15所述的过滤器，还包括一个围住过滤器进口的弹性密封圈。

16、如权利要求1所述的过滤器，其中所述的下部压簧是一个锥形螺旋弹簧，该弹簧的最大外径在其下端。

17、如权利要求1所述的过滤器，还包括一个弹性密封圈，它与上部柱塞和下部柱塞的受压侧联接。

18、如权利要求1所述的过滤器，还包括一个卸压阀，该卸压阀包括：

（a）在下部筒上部的多个卸压孔，

（b）一个弹性密封薄膜和一个金属支板，下部压簧将其压紧在下部筒上部的下侧，使其密封。

19、如权利要求1所述的过滤器，其中上部柱塞的下部基本上是一个空心外壳，用来放置上部压簧的上部分。

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