Введение
Устройство, состоящее из волокнистых или пористых материалов, которое удаляет твердые частицы из воздуха. Фильтр для очистки воздуха от частиц – это устройство, состоящее из волокнистых или пористых материалов, которое удаляет частицы, такие как дым, пыль, пыльца, плесень, вирусы и бактерии. Фильтры, содержащие адсорбент или катализатор, например древесный уголь (углерод), также могут удалять запахи и газообразные загрязнители, такие как летучие органические соединения или озон. Воздушные фильтры используются в областях, где важно качество воздуха, в частности в системах вентиляции зданий и в двигателях. Некоторые здания, а также самолеты и другие искусственные среды (например, спутники и космические шаттлы) используют фильтрующие элементы из пены, гофрированной бумаги или нетканого стекловолокна. Другой метод, ионизаторы воздуха, используют волокна или элементы со статическим электрическим зарядом, которые притягивают частицы пыли. В воздухозаборниках двигателей внутреннего сгорания и воздушных компрессоров обычно применяются бумажные, пенные или хлопковые фильтры. Масляные фильтры с ваннами вышли из употребления, за исключением специализированных применений. Технология воздушных фильтров для газовых турбин значительно улучшилась в последние годы благодаря прогрессу в аэродинамике и гидродинамике компрессорной части газовых турбин.
A particulate air filter is a device composed of fibrous, or porous materials which removes particulates such as smoke, dust, pollen, mold, viruses and bacteria from the air. Filters containing an adsorbent or catalyst such as charcoal (carbon) may also remove odors and gaseous pollutants such as volatile organic compounds or ozone. Air filters are used in applications where air quality is important, notably in building ventilation systems and in engines. Some buildings, as well as aircraft and other human made environments (e. g., satellites, and Space Shuttles) use foam, pleated paper, or spun fiberglass filter elements. Another method, air ionizers, use fibers or elements with a static electric charge, which attract dust particles. The air intakes of internal combustion engines and air compressors tend to use either paper, foam, or cotton filters. Oil bath filters have fallen out of favour aside from niche uses. The technology of air intake filters of gas turbines has improved significantly in recent years, due to improvements in the aerodynamics and fluid dynamics of the air compressor part of the gas turbines.
Фильтры HEPA
Высокоэффективный фильтр твердых частиц (HEPA), первоначально называемый высокоэффективным поглотителем твердых частиц, но также иногда называемый высокоэффективным уловителем твердых частиц или высокоэффективным фильтром для удержания твердых частиц, является типом воздушного фильтра. Фильтры, соответствующие стандарту HEPA, имеют широкий спектр применения, включая использование в чистых помещениях для производства интегральных схем, медицинских учреждениях, автомобилях, самолетах и домах. Фильтр должен соответствовать определенным стандартам эффективности, установленным, например, Министерством энергетики США (DOE). Различные стандарты определяют критерии, которым должен соответствовать HEPA-фильтр. Два наиболее распространенных стандарта требуют, чтобы воздушный фильтр удалял из проходящего через него воздуха 99,95% (европейский стандарт) или 99,97% (стандарт ASME) частиц размером 0,3 мкм и более.
Фильтры воздуха для автомобилей
Кабинный воздушный фильтр, также известный в Великобритании как пыльцевой фильтр, обычно представляет собой гофрированный бумажный фильтр, устанавливаемый во внешний воздухозаборник салона автомобиля. Некоторые из этих фильтров имеют прямоугольную форму, схожую с формой воздушного фильтра двигателя. Другие имеют уникальную форму, адаптированную к доступному пространству воздухозаборников конкретных моделей автомобилей. Первым автопроизводителем, внедрившим одноразовый фильтр для поддержания чистоты системы вентиляции, была компания Nash Motors с моделью "Weather Eye", представленной в 1940 году. Многоразовый фильтр отопителя был доступен в качестве опциональной комплектации для моделей Studebaker, начиная с 1959 года, включая автомобили Studebaker Lark (1959–1966), Studebaker Gran Turismo Hawk (1962–1964) и грузовики Studebaker Champ (1960–1964). Фильтр состоял из алюминиевой рамы с алюминиевой сеткой и располагался непосредственно над радиатором отопителя. Фильтр снимался и устанавливался из моторного отсека через прорезь в перегородке. Длинная тонкая резиновая прокладка герметично закрывала прорезь при установке фильтра. Перед установкой фильтр можно было пропылесосить и промыть. Засоренные или загрязненные кабинные воздушные фильтры могут значительно снизить поток воздуха из вентиляционных отверстий салона, а также пропустить аллергены в воздух, поступающий в салон. Поскольку температура воздуха в салоне зависит от скорости воздушного потока, проходящего через радиатор отопителя, испаритель или оба, засоренные фильтры могут существенно снизить эффективность и производительность систем кондиционирования и отопления автомобиля. Некоторые кабинные воздушные фильтры показывают низкую эффективность, а некоторые производители не указывают на них рейтинг минимальной эффективности фильтрации (MERV).
Фильтры воздуха для двигателей внутреннего сгорания
Фильтр воздуха сгорания предотвращает попадание абразивных частиц в цилиндры двигателя, где они могут вызвать механический износ и загрязнение масла. Большинство автомобилей с впрыском топлива используют складчатый бумажный фильтрующий элемент в форме плоской панели. Этот фильтр обычно размещается внутри пластикового корпуса, соединенного с дроссельной заслонкой воздуховодами. В более старых автомобилях, использующих карбюраторы или впрыск топлива в дроссельный узел, обычно используется цилиндрический воздушный фильтр, как правило, диаметром от и до. Он располагается над карбюратором или дроссельным узлом, либо рядом с ними, обычно в металлическом или пластиковом корпусе, который может включать воздуховоды для подачи холодного и/или теплого воздуха на впуске, и фиксируется металлической или пластиковой крышкой. Вся конструкция (фильтр и корпус вместе) называется воздушным фильтром.
Бумага
Плиссированные бумажные фильтрующие элементы являются практически единственным выбором для воздушных фильтров автомобильных двигателей, поскольку они эффективны, удобны в обслуживании и экономичны. Термин "бумага" несколько обманчив, так как фильтрующая среда значительно отличается от бумаги, используемой для письма или упаковки и т.п. Среди тюнеров существует распространенное заблуждение, подогреваемое рекламой альтернативных фильтров, не изготовленных из бумаги, о том, что бумажные фильтры плохо пропускают воздух и, следовательно, снижают мощность двигателя. На самом деле, если плиссированный бумажный фильтр подобран по размеру для объемов воздушного потока, характерных для конкретного применения, такие фильтры создают лишь незначительное сопротивление потоку воздуха до тех пор, пока не сильно загрязнены. Такая же технология используется и в двигателях строительной техники. Это объясняется тем, что бумага имеет зигзагообразную форму, а общая площадь фильтрующего материала в 50 раз превышает площадь воздушного отверстия.
Пенопласт
Элементы из полиуретановой пены, смоченные маслом, используются в некоторых автомобильных воздушных фильтрах, приобретаемых послепродажно. Ранее пена широко применялась в воздушных фильтрах для небольших двигателей газонокосилок и другого электроинструмента, но в этих областях автомобильные бумажные фильтрующие элементы в значительной степени вытеснили пену, смоченную маслом. В зависимости от марки и толщины используемой пены, фильтрующий элемент из пены, смоченной маслом, может обеспечивать минимальное сопротивление воздушному потоку или очень высокую пылеемкость, причем последнее свойство делает пенные фильтры популярным выбором для внедорожных ралли и других видов автоспорта, где встречается большое количество пыли. Благодаря способу улавливания пыли на пенных фильтрах, значительные ее объемы могут задерживаться без существенного изменения сопротивления воздушному потоку.
Вата
Масляная хлопчатобумажная марля все шире применяется в автомобильных воздушных фильтрах, продаваемых на вторичном рынке как высокопроизводительные. Ранее хлопчатобумажная марля редко использовалась в оригинальных автомобильных воздушных фильтрах. Однако, начиная с выпуска версий Abarth SS, дочерняя компания Fiat поставляет воздушные фильтры из хлопчатобумажной марли в качестве оригинального оборудования (OE).
Нержавеющая сталь
Сетка из нержавеющей стали – еще один пример материала, пропускающего больше воздуха. Сетки из нержавеющей стали выпускаются с разной плотностью плетения, обеспечивая различные уровни фильтрации. В сильно модифицированном двигателе, где нет места для конусообразного воздушного фильтра, некоторые предпочитают устанавливать простую сетку из нержавеющей стали поверх турбины, чтобы предотвратить попадание частиц в двигатель через турбину.
Масляная ванна
Очиститель воздуха с масляной ванной состоит из отстойника, содержащего резервуар масла, и вставки, заполненной волокном, сеткой, пеной или другим крупнопористым фильтрующим материалом. Очиститель удаляет частицы, удерживая их на пропитанном маслом фильтрующем материале, а не посредством традиционной фильтрации; отверстия в фильтрующем материале значительно больше, чем размер отфильтровываемых частиц. При сборке очистителя корпус вставки с фильтрующим материалом располагается на небольшом расстоянии над поверхностью масляного резервуара. Кромка вставки перекрывает кромку отстойника. Такая конструкция образует лабиринтный путь, по которому воздух проходит серией U-образных поворотов: вверх через зазор между кромками вставки и отстойника, вниз через зазор между внешней стенкой вставки и внутренней стенкой отстойника, и вверх через фильтрующий материал в корпусе вставки. Этот U-образный поворот направляет воздушный поток на высокой скорости вдоль поверхности масляного резервуара. Более крупные и тяжелые частицы пыли и грязи не могут совершить поворот из-за инерции и оседают в масле на дне отстойника. Более мелкие и легкие частицы прилипают к фильтрующему материалу в вставке, который увлажняется капельками масла, захватываемыми потоком воздуха. Постоянное всасывание масла в фильтрующий материал постепенно переносит большую часть уловленных мелких частиц вниз, а масло стекает обратно в резервуар, где частицы накапливаются. Очистители воздуха с масляной ванной широко использовались в автомобильной промышленности и в двигателях малой мощности до широкого внедрения бумажных фильтров в начале 1960-х годов. Такие очистители по-прежнему используются в внедорожной технике, где наблюдается очень высокий уровень запыленности, поскольку они способны удерживать большое количество грязи относительно своих размеров без снижения эффективности фильтрации или пропускной способности воздуха. Однако использование жидкого масла делает очистку и обслуживание таких очистителей грязным и неудобным, они должны быть относительно большими, чтобы избежать чрезмерного сопротивления воздушному потоку, и они склонны к увеличению выбросов несгоревших углеводородов из-за аспирации масла при использовании в двигателях с искровым зажиганием.
Водная ванна
В начале XX века (около 1900–1930 годов) воздушные фильтры с водяной очисткой применялись в некоторых областях (в автомобилях, грузовиках, тракторах, а также в переносных и стационарных двигателях). Они работали по тем же принципам, что и воздушные фильтры с масляной очисткой. Например, оригинальный трактор Fordson был оснащен воздушным фильтром с водяной очисткой. К 1940-м годам конструкция с масляной очисткой вытеснила конструкцию с водяной очисткой благодаря более эффективной фильтрации.
Фильтры для перемещения твердых веществ
Перевозка сыпучих материалов включает в себя транспортировку твердых веществ (механическая транспортировка, пневматическая транспортировка), которые могут находиться в порошкообразной форме. Многие отрасли промышленности работают с сыпучими материалами (горнодобывающая, химическая, пищевая промышленность), что требует очистки воздушных потоков, покидающих процесс, для предотвращения выброса мелких частиц, в соответствии с нормативными требованиями или по экономическим соображениям (во избежание потерь материалов). Следовательно, воздушные фильтры устанавливаются во многих точках технологического процесса, особенно на приемных устройствах пневматических транспортных линий, где объемы воздуха велики и концентрация мелких частиц высока. Фильтры также могут быть установлены в любой точке воздухообмена в процессе, чтобы предотвратить попадание загрязняющих веществ внутрь, что особенно важно в фармацевтической и пищевой промышленности. Основными физическими явлениями, задействованными в улавливании частиц фильтром, являются инерция и диффузия.