HXN 3 内燃机车新型空气滤清器研制
张 颖
（中国北车集团大连机车车辆有限公司技术开发部，辽宁大连 116022）
摘 要：针对风沙地区恶劣环境及内燃机车柴油机的实际运用状态，经过对现有内燃机车防风沙空气滤清系统的性能和结构分析，研制了一种新型空气滤清器，该新型空气滤清器具有过滤效率极高、容尘量大、更换周期长等特点。将新型空气滤清器运用在HXN3内燃机车上，通过对HXN3内燃机车实际运用情况的跟踪考核，进一步验证了该新型空气滤清器的良好效果，有效地防止了灰尘进入柴油机进气道从而引起频繁拉缸的现象，适用于沙尘恶劣地区。
关键词：铁路运输；内燃机车；空滤器；袋式空气滤清器；防风沙
1 问题提出
2012年通辽运用的HXN3机车发生大面积柴油机拉缸现象，中国北车集团大连机车车辆有限公司赴段调查，对造成柴油机拉缸的现象进行了分析，并采集进入柴油机进气系统的杂质进行了成分化验分析，从目前分析的结果看，主要问题出现在机车空滤器器部分，具体原因主要有：①粉尘直接通过滤芯进入到柴油机配气系统；②粉尘通过滤芯袋子破损处，直接进入到柴油机配气系统；③粉尘通过空滤器端面滤芯压盖的侧面密封不严处，未经过滤直接进入到柴油机配齐系统中。
中国北车集团大连机车车辆有限公司通过前期到通辽机务段现场调研，了解到HXN3内燃机车自配属到通辽段运用以来，由于机车运用效率较高，同时机车走行跨度较大，在风沙大的季节根据需要缩短更换周期，并要求段方对已进入粉尘的柴油机进行清洁后方可继续使用。
为从根本上解决HXN3机车出现的柴油机拉缸现象，使空气滤清器更适合在环境恶劣的气候条件下运行，针对HXN3内燃机车空气滤清系统，2013年1月制定了解决质量问题的几项措施，研制一种新型空气滤清器，适用于沙尘恶劣地区。
2 空滤器布置及主要特点
2.1 主要技术特征
HXN3机车的空气滤清器，由壳体和滤芯构成，其特征在于所述滤芯为袋式结构，滤袋由透气柔性材料制成，外部覆盖有网罩。具体结构如图1所示。
壳体内部装有6个玻璃纤维袋式滤芯，每侧3个。空气滤清器滤芯安装见图2。
主要特点有：①滤袋套在刚性支撑架上；②透气柔性材料为玻璃纤维；③滤袋的内表面经浸油处理；④滤芯由互相设有间隙的多层所述滤袋构成。
作者简介：张颖，女，高级工程师，研究方向为内燃机车设计。
图1 空气滤清器结构
图2 空气滤清器滤芯安装
2.2 结构组成特点
新型空气滤清器大大增加了滤清器的过滤面积，过滤效率极高，容尘量大，更换周期长，更有效的防止了灰尘进入柴油机引起频繁拉缸的现象，适用于沙尘恶劣地区。
2.3 关键技术及创新点
新型空气滤清器在研制过程中，主要创新点有4个方面：
（1）通过设计优化，加强密封结构，保证了密封和过滤效果。
（2）玻璃纤维用线缝制成两个滤袋，其中一大一小，玻璃纤维的内表面行浸油处理，浸油的多少要适中，油为有黏性的无色胶状物，用于吸附灰尘。
图3 内燃机车新型空气滤清器原理示意图
1—壳体；2—端盖；3—紧固件；4—密封垫；5—滤袋（大）；6—滤袋（小）；7—滤袋支撑架
（3）玻璃纤维的外表面安装了尼龙网丝，加大玻璃纤维的支撑强度。小滤袋6装进大滤袋5之后，两层袋子之间要有一定的间隙，保证进气流量。设置一个刚性支撑架7，将两层滤袋5、6套在支撑架7上，固定于端盖2。根据增压器的空气流量，选择两个袋式滤清器并联在一起。大小滤袋的过滤精度可以选择不相同的过滤精度，小滤袋的过滤精度比大滤袋的过滤精度低一些。进入的灰尘先经过小滤袋过滤，过滤后的空气再经过大滤袋进行第二次滤清。
（4）过滤效率极高，非常适用于沙尘恶劣地区。由于袋子的过滤面积大，因此滤清器的容尘量（容纳灰尘的重量）也相应地增加，相对于纸质圆筒式滤芯的更换周期能长一些。最重要的是如果由于运用部门没有及时更换滤芯，小滤袋已经达到了使用寿命，可能会出现破损或短路的现象，这时，由于外层大滤袋的保护，灰尘不会轻易进入柴油机，有效的防止了柴油机在沙尘恶劣地区出现频繁拉缸的现象。
2.4 经济效益分析
经过分析，新型空气滤清器会取得如下几方面效益：
（1）极大提高了机车相关部件的使用寿命。空气中沙尘含量高，给机车柴油机燃烧室相关零部件和电器元件的工作带来极大危害。由于进入柴油机燃烧室的空气净化质量提高，从而使柴油机气缸套、活塞环、气门的磨损降低，极大提高了柴油机的使用寿命。
（2）减少空气滤清器滤芯更换周期，降低人工使用费用。由于改进后的机车空滤器大大增加了空气滤清器的过滤面积，过滤效率极高，容尘量大，更换周期长，更有效的防止了灰尘进入柴油机引起频繁拉缸的现象，提高更换周期，降低人工使用费用。
（3）提高机车运用可靠性。如果在运用部门未能及时更换滤芯时，会造成柴油机进气流量不足，燃烧不全完，甚至损坏柴油机。改进后的机车空滤器采用双层玻璃纤维袋式结构，由于袋子的过滤面积大，因此滤清器的容尘量（容纳灰尘的重量）也相应地增加，小滤袋已经达到了使用寿命，可能会出现破损或短路的现象，这时，由于外层大滤袋的保护，灰尘不会轻易进入柴油机，有效地防止了柴油机在沙尘恶劣地区出现频繁拉缸的现象，从而提高机车运用可靠性。
3 试验情况
确定改造方案后，制作了实验用样件，并将滤芯样件送到铁道部产品质量监督检验中心，按照铁标《内燃机车用空气滤清器》及《HXN3内燃机车袋式空气滤芯试验大纲》的试验方法，进行了过滤效率与脱落系数实验。为了更好地验证滤芯的实验结果，将铁标规定的喂灰速度由2400g/h改为EMDEDPS535规定的喂灰速度96g/h。
按试样额定空气流量的33％、66.1％及100％交替调节空气流量进行可变流量效率试验，时间间隔为24min，既在额定空气流量的33％下试验24min后，记录绝对滤器的重量和在每个24min试验段的开始与结束时记录ΔP，以及粉尘喂送给过滤元件的实际总量。时间间隔为24min，既在额定空气流量的66.1％下试验24min后，记录绝对滤器的重量和在每个24min试验段的开始与结束时记录ΔP，以及粉尘喂送给过滤元件的实际总量。时间间隔为24min，即在18.05m3/min下试验24min后，记录绝对滤器的重量和在每个24min试验段的开始与结束时记录ΔP，以及粉尘喂送给过滤元件的实际总量。
在试验期间监视ΔPi。当在18.05m3/min下ΔPi超过1.36kPa英寸水柱高时，除以下步骤外按照上述描述继续试验。在5.96m3/min试验段的末端，以及在记录5.96m3/min试验段的ΔP，立即重新设定流速到18.05m3/min并再检查和记录18.05m3/min新的ΔP值。如果该值超过2.73kPa，停止粉尘喂送。如果该压力降小于2.73kPa，继续进行11.93m3/min试验段。到11.93m3/min试验段的末端，使用同样的“继续试验-停止试验”标准，按照刚才描述过的再检查18.05m3/min下的压力降（目的是在任何24min试验段的末端在18.05m3/min下测得的第一个超过2.73kPa的压力降点上停止试验）。继续喂送粉尘直至达到“停止试验”标准。如果在这个18.05m3/min试验段期间压力降达到了2.73kPa，则在此试验段的末端停止试验。
计重效率计算公式
η=（D-d）/D×100％
式中：η—过滤效率；d—每次绝对滤清器重量的增加值，单位为g；D—每次喷试验灰的总量，单位为g。性能测试结果如图4所示。
图4 阻力-加灰量曲线
图5 风量循环曲线
实验数据显示，改造后加强滤芯符合《VTS0151袋式空气滤清器滤芯技术规范》。
4 结论
由于改进后的机车空滤器大大增加了空气滤清器的过滤面积，过滤效率极高，容尘量大，更换周期长，更有效的防止了灰尘进入柴油机引起频繁拉缸的现象，适用于沙尘恶劣地区。
该机车空滤器在沈阳铁路局通辽机务段已得到广泛的采用，具有较高的经济效益性，得到用户的好评。
参考文献
[1]张晓芳.新型防风沙空气滤清系统的研制与运用[J].内燃机车，2012（1）：31-32.