过滤机

过滤器

发布时间:2022/5/1 16:41:22   
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过滤器是发动机中一个特殊的存在,实际我们不知道流体在滤网这里经历了什么,也不希望滤网真的起作用,但在系统设计的时候还必须要考虑它。正如其名,它过滤了一切。为了防止外来杂质对发动机的影响,通常在发动机入口/气瓶出口设置过滤器。为了防止发动机自身组件产生多余物,在泵后/在电爆阀后设置过滤器。目的是挡住不明杂质对发动机的影响。

由于液体火箭发动机系统对流阻的苛刻要求,过滤器通常都采取了平面型的过滤网,具有流阻损失小,占用空间小,结构设计灵活等一系列优点。所以,金属丝编织网就成为发动机过滤器的首选材料。

这里首先介绍一个标准HB-93金属丝方孔编织网。为什么又是航空的标准呢?因为航天的基础工业研究明显要比航空差几个档次,所以只好站在别人的肩膀上。

这里有两种编织型式,一是平纹,见图左,二是2/2斜纹,见图右。平纹很好理解,钢丝与钢丝形成一个方形孔,能通过滤网的颗粒直径就是方形孔的边长。生活中常见的纱窗/蚊帐/筛砂子的网都是这样的。可是,为什么要搞一个斜纹编织型式?难道平纹编织有什么问题吗?

继续看标准,我们看到了这样一个表。现在似乎有些明白了,平纹编织是有一定的局限性,对于过滤孔径更小的滤网,只有采取斜纹编织了。具体原因可能是工艺的原因,也可能是编织结构本身的原因。

闲来绘制了2/2斜纹的三维编织图,观察许久,感觉2/2斜纹的金属丝的弯曲比平纹更少一些,对工艺,对金属丝的强度都有好处吧。

看清楚了滤网的结构,我们在计算滤网的流阻损失时,就要仔细考虑对应的模型,我看过一篇这样的文章,将通过滤网的流动简化为突然收缩和突然扩张的两个阶段,计算结果与试验结果差了5倍,说明作者没有仔细研究滤网的具体结构,实际结构与突扩和突收差距还是很大的,另外在发动机所用的滤网孔的尺度上,附面层的影响是很大的,因为这个孔径已经远远小于一般节流孔的直径了。那篇文章的结果差距这么大应该算失败的仿真了。

还有一个标准GB/T-《金属丝编织密纹网》,也是平纹和斜纹两种编织型式,斜纹又分成了1/2和2/2两种。

其中平纹编织的代号为MPW,名义孔径从0.-0.mm。经全包斜纹编织的代号为MXW,孔径从0.-0.mm。经不全包斜纹编织的代号为MBW,孔径从0.-0.mm。

密纹网编制的特点是,经丝为直线,纬丝无间隙排列,网正面看不透,过滤孔径为上下纬丝与经丝组成的类三角形的内的切圆直径,见标准中的示意图。

这是平织的密纹网,其实倾斜一下还是可以看透的。看透的部分就是流体流通的路径。

金属丝网的编织就像织毛衣,实际中的编织方法不止这两个标准中列举的方法,能起到过滤的目的就好。

过滤器设计的考虑因素一般包括:

第一,实际有效截面率。金属编织网本身有一个有效截面率,计算时要考虑支撑骨架上的开孔面积。实际的流通面积要大于管路的流通面积,一是为了尽量降低流阻,二是要防止杂质堵塞部分滤网。我的观点是滤网的流通面积要达到管路的两倍,毕竟滤网的功能是拦住杂质,如果杂质很少,也就没必要设置滤网了。

第二,金属丝的抗拉力。其实是金属丝网的强度,通常情况下,第一条中流通面积设计大了,滤网的流阻小了,丝网的强度也就不是问题了。否则,这个参数就很重要,也往往被忽视。

第三,安装和清洗,目前,重复使用问题考虑的不是很多,焊接过滤器一般也不易清洗,也就每次都用新的了,有点浪费。可用超声波清洗结合内窥镜检查,过滤器再小,工序还是很复杂的。

过滤器的结构设计需根据具体部位空间确定,也是自由发挥的空间。有圆筒形的,圆锥形的,平板形的,M形或E形的。多看看别人是怎样设计的,自己做时就不犯愁了。

琴心箭胆



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