[其他]油水分离型过滤器的分离机理及其结构

说明书

本发明涉及液压系统中油水分离型过滤器的分离机理及其结构。

液压系统中，特别是室外工作机构的开式系统中，由于雨水、潮气的混入，使水份溶解或悬浮在液压系统工作油液中。这样水份与液压油液中的硫及氯元素结合，就会生成硫酸或盐酸。这些酸将会对液压元件严重腐蚀，加速氧化和电化学过程。当水份与油中的其它污染物结合成污垢，对元件的磨损作用将会大大超过它们的单独危害。混入油液中的水份一旦结成冰，这些小冰颗粒就会象小砂粒或小金属一样使元件磨损、系统堵塞、卡紧，使系统产生灾难性的结局。

本发明的目的是提出利用亲水材料的表面作用力，使水份粗大，分离并重力下沉的新的油水分离方法及结构。

根据油液及水份的物理化学特性，利用不同物理化学性能的充填材料表面对水的亲和作用，通过合理的结构布置，达到有效分离油水和高精度过滤固体污染物的目的。应用这一原理设计的油水分离型过滤器具有结构简单、造价便宜，除水效果好，是一种新的油液净化方法。

图1是油水分离型过滤器原理图。油水混和液进入过滤器后，首先通过亲水性纤维层，在亲水性纤维材料的表面亲和力的作用下，使混入油中的水微粒粗大化，并把水份吸附在纤维表面，当水颗粒粗大到一定程度时，在重力的作用下，沿纤维表面下沉，油液通过亲油性纤维层成为净油。亲油性纤维层中由于纤维表面对油液的亲和力作用，能使油液顺利通过，而把粗大化的水微粒阻挡在亲油性纤维层外侧，使水微粒在这一区域再次相互吸附粗大，受重力作用下沉到油水分离型过滤器的底部，积聚起来，定期从底部排水口排出，使油与水分离。

图2是油中的水微粒在纤维表面亲和力的作用下亲和浸润原理图。

σ_s-l′＝σ_s-l+σ_l-l′cosθ……（1）

其中：s-固体，l′-油液，l-水滴。

油液与水滴的分界点处。作水滴表面的切线，切线与固体表面的夹角为接触角。在这个体系中，有三个力作用在分界点上，σ_s-l′、σ_s-l、σ_l-l′。

粘力功为：

W_s-l＝σ_s-l′+σ_l-l′-σ_s-l……（2）

当θ＜90°时，纤维表面具有亲水性，当θ＞90°时，纤维不亲水，当固-液结合力强时，W值大，θ值小;当固-液间结合弱时，W值小，θ值增大。

在油水分离型过滤器的研制过程中，亲水性滤材的选择是很关键的。要把分散悬浮在油液中的极细微的水珠得到有效的粗大化并滤除，要求这种亲水性物质具有很强的吸附水的能力和具有高效滤除固体污染物的特性。这种过滤器能在高效进行油水分离的同时，作为一个深度型过滤器，还应具有高效滤除固体污染物性能，即过滤精度高，油液通过性能好，污垢容纳量大，压力小等特性。选用纤维素纤维，或植物纤维、动物纤维，是比较理想的亲水材料。适当选择纤维素纤维的线径及排列纹理。就不但可以获得高效油水分离作用，而且可过滤固体污染物，达到综合净化液压系统的目的。

图3表示水珠在亲水性纤维层之间粗大并运动受力图。由于液体的粘性作用，粗大后的水珠在x，y方向分别受粘性力、重力的作用，

在x、y方向都有运动速度，为了防止油液挟带粗大后的水珠冲出油水分离器，在亲水性纤维层的后面再充填一层亲油性纤维层，使油液能顺利通过这层材料，而阻止水份通过这层材料，把水份挡截在亲油性材料的外侧，积聚、粗大、下沉。因为液压油绝大多数是矿物基油，是非极性分子的液体，选择非极性分子的纤维材料，可以阻止水的渗透，而让油顺利通过。各种金属纤维，如不锈钢、黄铜纤维、碳素纤维都是理想的亲油性纤维。

图4是油水分离型过滤器的结构图。这种结构形式的特点是：除进出油口外，按有排水口，在油水分离的同时及时进行排水;结构紧凑，通过面积大，滤芯更换方便，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方向相对速度引起的粘性力对y方向的受力无影响。忽略一些次要的作用力，x、y方向的力平衡方程分别为：

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

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