[其他]油水分離型過濾器的分離機理及其結構

無效

• 申請號: 87103932
• 申請日: 1987-05-26
• 公開（公告）號: CN87103932A
• 公開（公告）日: 1988-12-14
• 發明（設計）人: 龔烈航;萬曉嘉
• 申請（專利權）人: 工程兵工程學院
• 主分類號: B01D17/022
• 分類號: B01D17/022;B01D29/08
• 代理公司: 江蘇省專利服務中心
• 代理人: 李潮龍

本發明涉及液壓系統中油水分離型過濾器的分離機理及其結構。

液壓系統中，特別是室外工作機構的開式系統中，由于雨水、潮氣的混入，使水份溶解或懸浮在液壓系統工作油液中。這樣水份與液壓油液中的硫及氯元素結合，就會生成硫酸或鹽酸。這些酸將會對液壓元件嚴重腐蝕，加速氧化和電化學過程。當水份與油中的其它污染物結合成污垢，對元件的磨損作用將會大大超過它們的單獨危害。混入油液中的水份一旦結成冰，這些小冰顆粒就會象小砂粒或小金屬一樣使元件磨損、系統堵塞、卡緊，使系統產生災難性的結局。

本發明的目的是提出利用親水材料的表面作用力，使水份粗大，分離并重力下沉的新的油水分離方法及結構。

根據油液及水份的物理化學特性，利用不同物理化學性能的充填材料表面對水的親和作用，通過合理的結構布置，達到有效分離油水和高精度過濾固體污染物的目的。應用這一原理設計的油水分離型過濾器具有結構簡單、造價便宜，除水效果好，是一種新的油液凈化方法。

圖1是油水分離型過濾器原理圖。油水混和液進入過濾器后，首先通過親水性纖維層，在親水性纖維材料的表面親和力的作用下，使混入油中的水微粒粗大化，并把水份吸附在纖維表面，當水顆粒粗大到一定程度時，在重力的作用下，沿纖維表面下沉，油液通過親油性纖維層成為凈油。親油性纖維層中由于纖維表面對油液的親和力作用，能使油液順利通過，而把粗大化的水微粒阻擋在親油性纖維層外側，使水微粒在這一區域再次相互吸附粗大，受重力作用下沉到油水分離型過濾器的底部，積聚起來，定期從底部排水口排出，使油與水分離。

圖2是油中的水微粒在纖維表面親和力的作用下親和浸潤原理圖。

σ_s-l′＝σ_s-l+σ_l-l′cosθ……（1）

其中：s-固體，l′-油液，l-水滴。

油液與水滴的分界點處。作水滴表面的切線，切線與固體表面的夾角為接觸角。在這個體系中，有三個力作用在分界點上，σ_s-l′、σ_s-l、σ_l-l′。

粘力功為：

W_s-l＝σ_s-l′+σ_l-l′-σ_s-l……（2）

當θ＜90°時，纖維表面具有親水性，當θ＞90°時，纖維不親水，當固-液結合力強時，W值大，θ值小;當固-液間結合弱時，W值小，θ值增大。

在油水分離型過濾器的研制過程中，親水性濾材的選擇是很關鍵的。要把分散懸浮在油液中的極細微的水珠得到有效的粗大化并濾除，要求這種親水性物質具有很強的吸附水的能力和具有高效濾除固體污染物的特性。這種過濾器能在高效進行油水分離的同時，作為一個深度型過濾器，還應具有高效濾除固體污染物性能，即過濾精度高，油液通過性能好，污垢容納量大，壓力小等特性。選用纖維素纖維，或植物纖維、動物纖維，是比較理想的親水材料。適當選擇纖維素纖維的線徑及排列紋理。就不但可以獲得高效油水分離作用，而且可過濾固體污染物，達到綜合凈化液壓系統的目的。

圖3表示水珠在親水性纖維層之間粗大并運動受力圖。由于液體的粘性作用，粗大后的水珠在x，y方向分別受粘性力、重力的作用，

在x、y方向都有運動速度，為了防止油液挾帶粗大后的水珠沖出油水分離器，在親水性纖維層的后面再充填一層親油性纖維層，使油液能順利通過這層材料，而阻止水份通過這層材料，把水份擋截在親油性材料的外側，積聚、粗大、下沉。因為液壓油絕大多數是礦物基油，是非極性分子的液體，選擇非極性分子的纖維材料，可以阻止水的滲透，而讓油順利通過。各種金屬纖維，如不銹鋼、黃銅纖維、碳素纖維都是理想的親油性纖維。

圖4是油水分離型過濾器的結構圖。這種結構形式的特點是：除進出油口外，按有排水口，在油水分離的同時及時進行排水;結構緊湊，通過面積大，濾芯更換方便，油液通流沿x方向，水份下沉沿y方向，x、y方向上的作用力正交，由x方向相對速度引起的粘性力對y方向的受力無影響。忽略一些次要的作用力，x、y方向的力平衡方程分別為：

m (d²x)/(dt²) =6πμa(V₂- (dx)/(dt) ) ……（3）

m (d²y)/(dt²) = 4/3 πa³(ρ_水－ρ_油）g-6πμa v_y……（4）