CN112049741B - 一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，包括外壳体、一级超声旋流过滤系统、二级超声除尘过滤系统、三级细滤系统和主超声自动排尘集灰系统，所述主超声自动排尘集灰系统设置在滤清器正下方，所述一级超声旋流过滤系统设置在主超声自动排尘集灰系统上方，所述二级超声除尘过滤系统设置在一级超声旋流过滤系统的正上方，所述三级细滤系统设置在二级超声除尘过滤系统的正上方。当发动机工况变化时，灰尘浓度信号传感器采集滤清器内灰尘浓度信号，将信号传递给ECU，ECU控制超声装置参数来提高滤清器的过滤效率。本发明可有效解决传统沙漠空气滤清器过滤效果差、保养周期较短等缺点，具有空气过滤效率高、维修保养周期长等优点。
Description
技术领域
本发明涉及超声除尘技术领域，尤其涉及一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器。
背景技术
进气灰尘对动力系统内部零部件磨损的影响在各个影响因素中是最大的，严重者还有可能导致动力系统动力不足，甚至大修。空气滤清器是动力系统上一个非常重要的零部件，主要功能为滤除进气中的灰尘和杂质，以提供清洁、干燥、充足的空气参与缸内燃烧，最大限度地降低动力系统因进气颗粒物导致的磨损和保持良好的动力性能。目前，我国工程机械大都在环境相对恶劣的工况下工作，大多都采用多级空气滤清器。多级空气滤清器也称作沙漠空气滤清器，沙漠多级空气滤清器大多由旋流管式粗滤器和滤纸式过滤器组成，呈“T”型或“B”型结构，并在粗滤器上设置有引射排尘装置。通过排气消声器的喉管结构，将一级过滤下的灰尘引射排出。但是，这种消声器喉管结构复杂，制作精度高，稍有误差，将失去引射排尘功能，严重时会产生气体倒流。同时，这种由旋流管和纸质滤芯组成的双级空气滤清器在除尘效率和保养周期上都有很大局限性。因此，发明一种低阻高效空气滤清器十分必要。
发明内容
针对上述问题，本发明的目的在于提供一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，意在解决现有滤清器频繁堵塞以及透过空气滤清器的沙尘绝对量大，造成增压器叶轮损坏或者磨损加剧等问题，以提高高粉尘环境下空气滤清器的工作效率和寿命。
本发明采用的技术方案如下：
本发明所提出的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，包括外壳体，所述滤清器还包括一级超声旋流过滤系统、二级超声除尘过滤系统、三级细滤系统和主超声自动排尘集灰系统；
所述一级超声旋流过滤系统、二级超声除尘过滤系统和三级细滤系统由下至上依次设置在外壳体内部，所述主超声自动排尘集灰系统设置在外壳体底部并与所述一级超声旋流过滤系统相连通；
所述一级超声旋流过滤系统包括带孔固定板、进气口、旋流管和周向超声装置；所述带孔固定板分别纵向间隔一定距离的固定在外壳体内的下部，所述进气口设置在外壳体下部的侧壁上，所述旋流管分别均布在带孔固定板内，所述旋流管上部设置有与二级超声除尘过滤系统连通的旋流管出气口，所述旋流管中部设置有与进气口连通的旋流管进气口，所述旋流管的底部设置有与主超声自动排尘集灰系统连通的旋流管排尘口，所述旋流管的左右两侧设置有均布的圆孔，所述周向超声装置设置在旋流管出气口的底部外侧。
进一步的，所述二级超声除尘过滤系统包括超声换能器、排尘筒、副超声自动排尘集灰系统；所述超声换能器设置在外壳体内的中部区域，所述排尘筒一侧与超声换能器输出端相对，另一端与外壳体连接，所述副超声自动排尘集灰系统连接在排尘筒的外侧底部。
进一步的，所述三级细滤系统包括限位环、超细纤维滤芯、安全滤芯、出气口和三级细滤器后盖；所述出气口设置在外壳体上部的一侧，所述三级细滤器后盖固定连接在外壳体上部的另一侧，所述超细纤维滤芯和安全滤芯分别通过限位环交替均布在出气口的上下两侧。
进一步的，所述主超声自动排尘集灰系统包括主超声自动排尘集灰盆、主超声震动器、主排灰管和主排灰电磁阀；所述主超声自动排尘集灰盆设置在外壳体底部，所述主超声震动器设置在主超声自动排尘集灰盆内底部的左右两侧，所述主排灰管连接在主超声自动排尘集灰盆底端中部，所述主排灰电磁阀设置在主排灰管与主超声自动排尘集灰盆的连接处。
进一步的，所述旋流管进气口处设置有旋流叶片或可控进气阀门。
进一步的，所述副超声自动排尘集灰系统包括副超声自动排尘集灰盆、副超声震动器、副排灰管和副排灰电磁阀；所述副超声自动排尘集灰盆连接在排尘筒的外侧底部，所述副超声震动器设置在副超声自动排尘集灰盆内壁的一侧，所述副排灰管连接在副超声自动排尘集灰盆的底端，所述副排灰电磁阀设置在副排灰管与副超声自动排尘集灰盆的连接处。
进一步的，所述进气口两侧和一级超声旋流过滤系统出口处以及二级超声除尘过滤系统出口处分别设置有灰尘浓度信号传感器。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
1、与传统沙漠空滤相比，在一级过滤环节，本发明在传统旋流管基础上增加了超声装置，利用超声实现对传统惯性分离技术的辅助；通过超声定向辐射，利用驻波集聚与振动等手段，超声诱导促使小颗粒具有大颗粒的惯性特性，从而实现与空气的惯性分离，解决小颗粒因惯性小而惯性分离困难的问题；同时，由于粒径一定的灰尘只有在适当的频率、波幅和声能量密度才能更有效的分离，当发动机运行工况不同和运行环境不同时，旋流管内灰尘浓度和灰尘粒径差别较大，同种超声频率、波幅和声能量密度对灰尘的聚集效应不再能满足需求。因此，发明超声控制策略针对不同浓度、不同粒径灰尘，使一级过滤系统对灰尘的洁净作用达到最优；
2、与传统沙漠空滤相比，本发明首先通过选用针对小颗粒拦截过滤的超细纤维滤芯进行拦截过滤，既可以保证微小颗粒的拦截效率也可保证气体的流通量；在此基础上，在一级超声旋流过滤系统与三级细滤器之间加入二级超声除尘过滤系统，对惯性分离后的空气做进一步的超声除尘，以减小对滤芯的压力，保证其使用周期；
3、与传统沙漠空滤相比，本发明在集灰盒内部安装超声振动系统，通过定期发射超声震动激励实现不同粒径分布的均匀化；同时加装电磁阀控制开闭的排尘管道，配合停机后的超声震动激励实现集灰盆自动排尘功能。
附图说明
图1是本发明实施例一的整体结构示意图；
图2是图1的具体结构示意图；
图3是图2中旋流管部分的具体结构示意图；
图4是图3中旋流管的侧视结构示意图；
图5是本发明实施例二的整体结构示意图；
图6是图5的具体结构示意图；
图7是图6中旋流管部分的具体结构示意图；
图8是本发明实施例三的整体结构示意图；
图9是图8的具体结构示意图；
图10是本发明实施例四的整体结构示意图；
图11是图10的具体结构示意图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
需要说明的是，在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“顶部”、“底部”、“一侧”、“另一侧”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作。
实施例一
参见附图1至4，给出了本发明所提出的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器的实施例一的整体结构。该滤清器包括外壳体1、一级超声旋流过滤系统2、二级超声除尘过滤系统3、三级细滤系统4和主超声自动排尘集灰系统5；所述一级超声旋流过滤系统2、二级超声除尘过滤系统3和三级细滤系统4由下至上依次设置在外壳体1的内部，所述主超声自动排尘集灰系统5设置在外壳体1底部并与所述一级超声旋流过滤系统2相连通。
所述一级超声旋流过滤系统2包括带孔固定板21、进气口22、旋流管23和周向超声装置24；本实施例中，所述带孔固定板21设置有三个，三个所述带孔固定板21分别纵向间隔一定距离的固定在外壳体1内的下部区域之间，所述进气口22设置在外壳体1下部的侧壁上，所述旋流管23分别均布在带孔固定板21内，所述旋流管23的数量可根据实际情况进行调整，本实施例中，所述旋流管23设置为四个，四个所述旋流管23的中部均设置有与二级超声除尘过滤系统3相连通的旋流管出气口231，所述旋流管23的中部设置有与进气口22连通的旋流管进气口232，本实施例中，所述旋流管进气口232设置在旋流管23中部上方，且旋流管进气口232处安装有旋流叶片235，所述旋流管23的底部设置有与主超声自动排尘集灰系统5相连通的旋流管排尘口233，所述旋流管23的左右两侧设置有均布的圆孔234，所述周向超声装置24设置在旋流管出气口231的底部外侧。
所述二级超声除尘过滤系统3包括超声换能器31、排尘筒32、副超声自动排尘集灰系统33；本实施例中，所述超声换能器31设置在外壳体1的左侧内壁上，所述排尘筒32设置在外壳体1的右侧内壁上，且所述排尘筒32为锥形桶结构，其左侧与超声换能器31的输出端相对，所述副超声自动排尘集灰系统33连接在排尘筒32的右侧底部。所述副超声自动排尘集灰系统33包括副超声自动排尘集灰盆331、副超声震动器332、副排灰管333和副排灰电磁阀334，所述副超声自动排尘集灰盆331连接在排尘筒32的右侧底部，所述副超声震动器332设置在副超声自动排尘集灰盆331的右侧内壁上，所述副排灰管333连接在副超声自动排尘集灰盆331的底端，所述副排灰电磁阀334设置在副排灰管333与副超声自动排尘集灰盆331的连接处。
所述三级细滤系统4包括限位环41、超细纤维滤芯42、安全滤芯43、出气口44和三级细滤器后盖45；所述出气口44设置在外壳体上部的一侧，所述三级细滤器后盖45固定连接在外壳体1上部的另一侧，所述超细纤维滤芯42和安全滤芯43分别通过限位环41与外壳体1内壁固定连接，且所述超细纤维滤芯42和安全滤芯43分别交替均布在出气口44的上下两侧。
所述主超声自动排尘集灰系统5包括主超声自动排尘集灰盆51、主超声震动器52、主排灰管53和主排灰电磁阀54；所述主超声自动排尘集灰盆51设置在外壳体底部，所述主超声震动器52对称设置在主超声自动排尘集灰盆51左右两侧的内壁上，所述主排灰管53连接在主超声自动排尘集灰盆51底端中部，所述主排灰电磁阀54设置在主排灰管53与主超声自动排尘集灰盆51的连接处。
所述进气口22的左右两侧和一级超声旋流过滤系统2的出口处以及二级超声除尘过滤系统3的出口处分别设置有灰尘浓度信号传感器6，本实施例中，所述灰尘浓度信号传感器6分别设置在进气口22的左右两侧和外壳体1位于旋流管出气口231上方左侧的内壁上以及排尘筒32上侧的外壁上。
实施例二
参见附图5至7，给出了本发明所提出的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器的实施例二的整体结构。本实施例与实施例一的区别之处在于，所述旋流管进气口232设置在旋流管23中部的左侧，且所述旋流管进气口232处安装有可控进气阀门236。本实施例依据进气口的切向气流，采用螺旋进气管，并在进气螺旋管道中加装了可控进气阀门236，ECU可根据工况自动调整可控进气阀门236的开度，从而获得最佳的进气流速。
实施例三
参见附图8至9，给出了本发明所提出的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器的实施例三的整体结构。本实施例与实施例一的区别之处在于，所述超声换能器31设置在外壳体1内部的中心处，且所述超声换能器31采用周向布置，所述排尘筒32呈圆周型设置在超声换能器31的外侧，且所述排尘筒32的内侧均与超声换能器31相对，相应的，所述外壳体1底部的左右两侧分别加装副超声自动排尘集灰系统33，所述两侧副超声自动排尘集灰系统33分别与两侧排尘筒32的外侧底部连通，且所述两侧副超声自动排尘集灰系统33的内端之间通过设置在排尘筒32底部圆周内侧且横截面呈拱形的螺旋坡面连接；所述二级超声除尘过滤系统3出口处的灰尘浓度信号传感器6设置在排尘筒32下侧的外壁上。
实施例四
参见附图10至11，给出了本发明所提出的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器的实施例二的整体结构。本实施例与实施例二的区别之处在于，所述超声换能器31设置在外壳体1内部的中心处，且所述超声换能器31采用周向布置，所述排尘筒32呈圆周型设置在超声换能器31的外侧，且所述排尘筒32的内侧均与超声换能器31相对，相应的，所述外壳体1底部的左右两侧分别加装副超声自动排尘集灰系统33，所述两侧副超声自动排尘集灰系统33分别与排尘筒32的外侧底部连通，且所述两侧副超声自动排尘集灰系统33的内端之间通过设置在排尘筒32底部圆周内侧且横截面呈拱形的螺旋坡面连接；所述二级超声除尘过滤系统3出口处的灰尘浓度信号传感器6设置在排尘筒32下侧的外壁上。
本发明的工作原理在于：含尘气体经过超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器进气口22进入空气滤清器时，首先经过一级超声旋流过滤系统2，气流绕轴向下运动，在经过周向超声装置24时，由于超声的定向辐射作用，灰尘小颗粒经过圆孔234被排到主超声自动排尘集灰盆51中；由于粒径一定的灰尘只有在适当的频率、波幅和声能量密度才能更有效的分离，因此，在进气口22内部左右两侧和一级超声旋流过滤系统20出口处均安装有灰尘浓度信号传感器6；当发动机工况变化时，灰尘浓度信号传感器6将灰尘浓度信号传递给ECU，ECU控制周向超声装置24调整超声波的频率、波幅及声能量密度以加强惯性分离效果；经过一级过滤后，较大颗粒灰尘进入主超声自动排尘集灰盆51，其余气体则进入二级超声除尘过滤系统3；在二级超声除尘过滤系统3进口处和三级细滤器18进气口处分别安装有灰尘浓度信号传感器6，可根据发动机工况调整超声换能器31的参数，使其发射的超声垂直于向上流过的含尘气体，在超声诱导射流对气体中灰尘产生的横向作用力下，将含尘气体中的大部分灰尘从气体中分离并分流至副超声自动排尘集灰盆331中；所述三级细滤系统4由超细纤维滤芯42和安全滤芯43组成，以增加拦截过滤稳定性，使滤纸的过滤效率得到提高；最后，气体经出气口44流出。为解决高沙尘环境下集灰盆提前满仓，维保周期短等问题，在主超声自动排尘集灰盆51和副超声自动排尘集灰盆331的底部分别安装主超声震动器52和副超声振动器332，通过定期在停机后发射超声震动激励，实现不同粒径分布的均匀化；同时加装主排灰电磁阀54和副排灰电磁阀334分别控制主排灰管53和副排灰管333的开闭，配合停机后的超声震动激励实现集灰盆的自动排尘功能，代替排尘鸭嘴开闭的人为操作，将空滤排尘实现自动化。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。
Claims (4)
1.一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，包括外壳体，其特征在于：所述滤清器还包括一级超声旋流过滤系统、二级超声除尘过滤系统、三级细滤系统和主超声自动排尘集灰系统；
所述一级超声旋流过滤系统、二级超声除尘过滤系统和三级细滤系统由下至上依次设置在外壳体内部，所述主超声自动排尘集灰系统设置在外壳体底部并与所述一级超声旋流过滤系统相连通；
所述一级超声旋流过滤系统包括带孔固定板、进气口、旋流管和周向超声装置；所述带孔固定板分别纵向间隔一定距离的固定在外壳体内的下部，所述进气口设置在外壳体下部的侧壁上，所述旋流管分别均布在带孔固定板内，所述旋流管上部设置有与二级超声除尘过滤系统连通的旋流管出气口，所述旋流管中部设置有与进气口连通的旋流管进气口，所述旋流管的底部设置有与主超声自动排尘集灰系统连通的旋流管排尘口，所述旋流管的左右两侧设置有均布的圆孔，所述周向超声装置设置在旋流管出气口的底部外侧；
所述二级超声除尘过滤系统包括超声换能器、排尘筒、副超声自动排尘集灰系统；所述超声换能器设置在外壳体内的中部区域，所述排尘筒一侧与超声换能器输出端相对，另一端与外壳体连接，所述副超声自动排尘集灰系统连接在排尘筒的外侧底部；
所述三级细滤系统包括限位环、超细纤维滤芯、安全滤芯、出气口和三级细滤器后盖；所述出气口设置在外壳体上部的一侧，所述三级细滤器后盖固定连接在外壳体上部的另一侧，所述超细纤维滤芯和安全滤芯分别通过限位环交替均布在出气口的上下两侧；
所述进气口两侧和一级超声旋流过滤系统出口处以及二级超声除尘过滤系统出口处分别设置有灰尘浓度信号传感器。
2.根据权利要求1所述的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，其特征在于：所述主超声自动排尘集灰系统包括主超声自动排尘集灰盆、主超声震动器、主排灰管和主排灰电磁阀；所述主超声自动排尘集灰盆设置在外壳体底部，所述主超声震动器设置在主超声自动排尘集灰盆内底部的左右两侧，所述主排灰管连接在主超声自动排尘集灰盆底端中部，所述主排灰电磁阀设置在主排灰管与主超声自动排尘集灰盆的连接处。
3.根据权利要求1所述的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，其特征在于：所述旋流管进气口处设置有旋流叶片或可控进气阀门。
4.根据权利要求1所述的一种超声强化辅助式低阻高效多级空气滤清器，其特征在于：所述副超声自动排尘集灰系统包括副超声自动排尘集灰盆、副超声震动器、副排灰管和副排灰电磁阀；所述副超声自动排尘集灰盆连接在排尘筒的外侧底部，所述副超声震动器设置在副超声自动排尘集灰盆内壁的一侧，所述副排灰管连接在副超声自动排尘集灰盆的底端，所述副排灰电磁阀设置在副排灰管与副超声自动排尘集灰盆的连接处。
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