專利名稱:油水分離型過(guò)濾器的分離機(jī)理及其結(jié)構(gòu)的制作方法
本發(fā)明涉及液壓系統(tǒng)中油水分離型過(guò)濾器的分離機(jī)理及其結(jié)構(gòu)。
液壓系統(tǒng)中，特別是室外工作機(jī)構(gòu)的開(kāi)式系統(tǒng)中，由于雨水、潮氣的混入，使水份溶解或懸浮在液壓系統(tǒng)工作油液中。這樣水份與液壓油液中的硫及氯元素結(jié)合，就會(huì)生成硫酸或鹽酸。這些酸將會(huì)對(duì)液壓元件嚴(yán)重腐蝕，加速氧化和電化學(xué)過(guò)程。當(dāng)水份與油中的其它污染物結(jié)合成污垢，對(duì)元件的磨損作用將會(huì)大大超過(guò)它們的單獨(dú)危害?；烊胗鸵褐械乃菀坏┙Y(jié)成冰，這些小冰顆粒就會(huì)象小砂粒或小金屬一樣使元件磨損、系統(tǒng)堵塞、卡緊，使系統(tǒng)產(chǎn)生災(zāi)難性的結(jié)局。
本發(fā)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(jié)構(gòu)。
根據(jù)油液及水份的物理化學(xué)特性，利用不同物理化學(xué)性能的充填材料表面對(duì)水的親和作用，通過(guò)合理的結(jié)構(gòu)布置，達(dá)到有效分離油水和高精度過(guò)濾固體污染物的目的。應(yīng)用這一原理設(shè)計(jì)的油水分離型過(guò)濾器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、造價(jià)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(guò)濾器原理圖。油水混和液進(jìn)入過(guò)濾器后，首先通過(guò)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(dāng)水顆粒粗大到一定程度時(shí)，在重力的作用下，沿纖維表面下沉，油液通過(guò)親油性纖維層成為凈油。親油性纖維層中由于纖維表面對(duì)油液的親和力作用，能使油液順利通過(guò)，而把粗大化的水微粒阻擋在親油性纖維層外側(cè)，使水微粒在這一區(qū)域再次相互吸附粗大，受重力作用下沉到油水分離型過(guò)濾器的底部，積聚起來(lái)，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(rùn)原理圖。
σs-l′＝σs-l+σl-l′cosθ……(1)其中s-固體，l′-油液，l-水滴。
油液與水滴的分界點(diǎn)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(gè)體系中，有三個(gè)力作用在分界點(diǎn)上，σs-l′、σs-l、σl-l′。
粘力功為Ws-l＝σs-l′+σl-l′-σs-l……(2)當(dāng)θ＜90°時(shí)，纖維表面具有親水性，當(dāng)θ＞90°時(shí)，纖維不親水，當(dāng)固-液結(jié)合力強(qiáng)時(shí)，W值大，θ值小;當(dāng)固-液間結(jié)合弱時(shí)，W值小，θ值增大。
在油水分離型過(guò)濾器的研制過(guò)程中，親水性濾材的選擇是很關(guān)鍵的。要把分散懸浮在油液中的極細(xì)微的水珠得到有效的粗大化并濾除，要求這種親水性物質(zhì)具有很強(qiáng)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(guò)濾器能在高效進(jìn)行油水分離的同時(shí)，作為一個(gè)深度型過(guò)濾器，還應(yīng)具有高效濾除固體污染物性能，即過(guò)濾精度高，油液通過(guò)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(dòng)物纖維，是比較理想的親水材料。適當(dāng)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(guò)濾固體污染物，達(dá)到綜合凈化液壓系統(tǒng)的目的。
圖3表示水珠在親水性纖維層之間粗大并運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(guò)這層材料，而阻止水份通過(guò)這層材料，把水份擋截在親油性材料的外側(cè)，積聚、粗大、下沉。因?yàn)橐簤河徒^大多數(shù)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(guò)。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(guò)濾器的結(jié)構(gòu)圖。這種結(jié)構(gòu)形式的特點(diǎn)是除進(jìn)出油口外，按有排水口，在油水分離的同時(shí)及時(shí)進(jìn)行排水;結(jié)構(gòu)緊湊，通過(guò)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(duì)速度引起的粘性力對(duì)y方向的受力無(wú)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 vy……(4)令A(yù)＝ (6πμa)/(m) 、B＝ 4/3 πa3(ρ水-ρ油)g整理得到x＝V液(t+ 1/(A) θ-At- 1/(A) )……(5)
y＝ (B)/(A) (t+ 1/(A) θ-At- 1/(A) )……(6)由方程及其解可知，這種結(jié)構(gòu)對(duì)粗大后的水珠下沉，是很有利。
圖5是一個(gè)油水分離型過(guò)濾器實(shí)驗(yàn)裝置圖，矩形結(jié)構(gòu)形式，在通流方向第一層是金屬支承板，采用0.5mm銅板。鉆滿直徑3mm小通孔。第二層是親水性纖維層，采用0.08mm線徑的粘膠纖維，第三層是120目黃銅絲網(wǎng)，作為親油性金屬層，阻擋水的滲透，第四層是親油性纖維層，采用0.08mm無(wú)堿玻璃纖維，第五層是120目金屬絲網(wǎng)，第六層為金屬支承板。
在室溫下，用變壓器油(30＃)作為試驗(yàn)油液，各種含水比例的油水混合液。經(jīng)試驗(yàn)，油中的含水量可以降到20PPM左右。
本發(fā)明所述的油水分離型過(guò)濾器的分離機(jī)理及其結(jié)構(gòu)，利用纖維材料表面的親和作用的油水分離型濾器具有很高的油水分離精度;與其它機(jī)理的油水分離器相比，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便，能耗低，精度高的特點(diǎn)。
本發(fā)明有如下附圖圖1是油水分離型過(guò)濾器原理。
圖2是材料表面親水原理圖。
圖3是水珠在親水性纖維層間粗大運(yùn)動(dòng)圖。
圖4是油水分離型過(guò)濾器結(jié)構(gòu)圖。
圖5是油水分離型過(guò)濾器實(shí)驗(yàn)裝置圖。
如圖4、圖5所示(1)是支承孔板;(2)是親水纖維層(0.08mm線徑粘膠纖維(3)是親油性金屬網(wǎng)(120目黃銅絲網(wǎng));(4)是親油性纖維層(0.08mm線徑無(wú)堿玻璃纖維);(5)是120目黃銅金屬絲網(wǎng);(6)過(guò)濾器外殼;(7)進(jìn)油口;(8)出油口;(9)過(guò)濾器上蓋;(10)排水口;(11)過(guò)濾器下蓋。
權(quán)利要求
1.一種油水分離器，其特征在于采用親水材料的作用力，使水份粗大、分離、下沉的方法。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的油水分離器，其特征在于親水材料選用纖維素纖維、植物纖維、動(dòng)物纖維。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1至2的油水分離器，其特征在于該油水分離器有排水口。
專利摘要
本發(fā)明研究油水分離型過(guò)濾器分離機(jī)理及其結(jié)構(gòu)。解決液壓油中的水份以及固體污染物的分離凈化問(wèn)題，提高液壓油液的性能。本發(fā)明采用親水材料纖維絲的表面親和作用，吸附懸浮在油中的水份微粒，并使極細(xì)微的水顆粗大化。然后再通過(guò)親油性纖維層，使油液通過(guò)，而水份受到阻擋，并進(jìn)一步粗大化。下沉從排水口排出，同時(shí)固體顆粒受纖維阻擋與油分離。
文檔編號(hào)B01D17/022GK87103932SQ87103932
公開(kāi)日1988年12月14日 申請(qǐng)日期1987年5月26日
發(fā)明者龔烈航, 萬(wàn)曉嘉 申請(qǐng)人:工程兵工程學(xué)院導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan