Чистое дыхание
Воздушные фильтры для тяжелой техники

Для грузовиков и специальной техники, работающих в сложных условиях, и в том числе в карьерах, очень важно применение воздушных фильтров, эффективно отсеивающих не только пыль мелкой фракции, но и имеющих при этом хорошую грязеемкость и соответственно большой ресурс.

Фильтровальный материал

На строительных объектах или на участках добычи полезных ископаемых (карьерах, разрезах и т. д.), характеризующихся высокой запыленностью воздуха, воздушным фильтрам самосвалов, специальной техники и строительных машин приходится нелегко. Как показывает практика служб главного механика многочисленных эксплуатирующих организаций, фильтроэлементы нередко полностью забиваются, не отработав и половины заложенного в них конструкторами ресурса. В результате компании – владельцы техники – вынуждены сокращать сроки проведения технического обслуживания (ТО) машин и тем самым несут дополнительные производственные расходы. Чтобы сократить издержки и довести срок службы фильтров до регламентного по ТО, некоторые механики продувают фильтровальные шторы фильтроэлементов. При этом они направляют воздушный поток от компрессора как под углом к фронтальной поверхности шторы для удаления грязи, осевшей снаружи, так и изнутри фильтра наружу для удаления загрязнений из внутренней структуры фильтра. Примечательно, что продувка применяется в основном для фильтров, шторы которых изготовлены из целлюлозы (таких фильтров осталось мало) и комбинированных целлюлозно-синтетических материалов (большинство фильтров на рынке). Справедливости ради отметим, что очистка воздухом дает некоторый, вернее будет сказать, незначительный эффект, но при этом может привести к тому, что материал шторы получит повреждения, через которые в дальнейшем в дизель попадает губительная для цилиндро-поршневой группы пыль. Особенно большая вероятность повреждения шторы возникает при обстукивании фильтра. Грязь с поверхности шторы при этом слетает легко, но и бумага может получить повреждения с высокой долей вероятности.

Не лучшим образом обстоят дела и с фильтрами, изготовленными из синтетических нетканых материалов. Для очистки их шторы промывают в мыльном растворе. Увы, но даже самая качественная «стирка» не способна вернуть рабочие параметры фильтра к приемлемым значениям. Все дело в том, что в обоих случаях (не важно, какая штора у фильтра – бумажная, комбинированная или полностью синтетическая) речь идет об объемной фильтрации. Это означает, что фильтровальный материал, несмотря на его небольшую толщину, забивается изнутри, и мелкие частички, что были уловлены шторой, засели в ее недрах очень крепко. Выдуть или вымыть их из толщи фильтровального материала не представляется возможным. Поверхностная же чистка фильтра изменяет лишь внешний вид фильтроэлемента, но не возвращает ему исходные качества.

Чтобы не заниматься самодеятельностью, которая дает сомнительный результат, некоторые компании переходят на закупки более дешевых фильтров, которые можно менять в два, а то и в три раза чаще, чем того требует регламент по ТО. Однако возникает резонный вопрос: а насколько качественно такие фильтры будут очищать поступающий в двигатель воздух и каков их реальный ресурс, то есть какой грязеемкостью они обладают? Не окажется ли в конечном итоге, что экономия выйдет боком? При этом не всегда покупка двух фильтров по цене одного, качественного и надежного, дает желаемый экономический эффект.

Другое решение проблемы – приобретение более дорогих, чем установлены на сборочном конвейере, фильтров, имеющих современную конструкцию и изготавливаемых из фильтровальных материалов последнего поколения. Именно такие фильтры, демонстрируя отменные показатели по тонкости фильтрации (лучшие образцы улавливают загрязнения размером до 5 мкм), обладают также и отменной грязеемкостью, существенно (в некоторых случаях вдвое!) превосходящей по данному параметру оригинальные фильтры. Такие фильтры могут проработать дольше, нежели штатные, и при этом не создадут критическое для конкретно взятой системы впуска противодавление. Иными словами, отработавший от ТО до ТО фильтр будет иметь остаточный ресурс, который явится отличной страховкой на случай работы техники в особо тяжелых условиях. Кроме того, сохраняя на должном уровне пропускную способность, фильтровальные шторы не станут причиной ухудшения наполнения свежим воздухом цилиндров двигателя на такте впуска, и тем самым будет обеспечено нормальное горение топлива. А когда на процесс работы дизеля нет негативного влияния со стороны системы фильтрации воздуха, обеспечивается экономичная работа силового агрегата и гарантируется минимальное потребление машиной топлива.

Ярким примером современных воздушных фильтров, предназначенных для тяжелой техники, являются некоторые модели компании Cummins Filtration (бренд Fleetguard), в которых используется новейший фильтрующий материал NanoForce^®. Этот материал был разработан с учетом жестких требований по очистке воздуха, поступающего в камеры сгорания двигателей для строительных машин и машин, работающих в горнодобывающей и нефтегазовой промышленности. При этом учитывается, что такая техника работает в условиях повышенной запыленности. Именно о таких сложных условиях эксплуатации мы и говорили выше. Материал NanoForce^®, который относится к разряду комбинированных (целлюлозно-синтетических) материалов, при высокой пропускной способности способен задерживать даже самые мелкие частички пыли размером менее 5 мкм. Уникальные в отношении качества фильтрации воздуха свойства фильтровальной шторы отчасти задают тонкие (тоньше человеческого волоса) синтетические волокна. Важную роль в качестве очистки играет и пространственное расположение волокон, в том числе друг относительно друга. Разумеется, как и в любом другом случае, речь идет об объемной фильтрации. Свои уникальные сорта и виды фильтрующих материалов, идущих на изготовление воздушных фильтров, есть и у других именитых производителей, каждый из которых имеет свое видение того, какой должна быть фильтровальная штора.

Ведя разговор о воздушных фильтрах, мы не можем не затронуть один очень важный вопрос, а именно защиты эксклюзивных разработок. Ни для кого не секрет, что фильтровальную бумагу в мире производят несколько компаний – безоговорочных лидеров сегмента. Именно их продукция поступает на сборочные конвейеры многочисленных заводов. Иными словами, производитель фильтров имеет возможность выбирать бумагу согласно своему видению того, каким должен быть его фильтр, и регулировать стоимость конечного изделия. Чем дешевле бумага, тем меньше конечная стоимость фильтра.

Однако в отношении эксклюзивных продуктов общие правила, действующие на рынке фильтров, как правило, не работают. Купить эксклюзивный фильтровальный материал на свободном рынке невозможно. Дело в том, что все права на него принадлежат исключительно держателю бренда, который финансово и технически участвовал в разработке продукта, то есть эксклюзивный фильтровальный материал является закрытым для всех других участников рынка фильтров. Чтобы обезопасить себя от финансовых потерь, разработчики фильтровальных материалов и владельцы брендов либо заключают со специализированными компаниями – производителями фильтровальной бумаги договоры, жестко регламентирующие обращение фильтровального материала (если фирма не имеет своих производственных мощностей), либо производят бумагу на собственных мощностях.

 

Материал обечайки и датчики засоренности фильтрующего элемента

Однако помимо собственно фильтровальной шторы на качество фильтрации и надежную работу фильтра оказывают влияние и некоторые иные факторы. Одним из таких является материал обечайки и технология, по которой она изготавливается. Известно, что воздушный фильтр «дышит» вместе с ходом поршней дизеля, и чем больше рабочий объем ДВС, тем сильнее пульсация во впускном коллекторе и, разумеется, в корпусе воздушного фильтра, где и установлен фильтро­элемент. При неграмотном расположении обечайки (ошибках в позиционировании частей фильтра), наличии заусенцев, остающихся в процессе просечки листов металла, может иметь место перетирание (повреждение) фильтровальной шторы и соответственно нарушение работы системы очистки воздуха.

Производители специальных машин, работающих в особо сложных условиях, например повышенной запыленности, заинтересованы в сотрудничестве с поставщиками фильтров, продукция которых при относительно невысокой закупочной цене позволит обеспечить максимальную наработку в моточасах, при этом не допустит пропуска пыли в дизель и не создаст сильного, превышающего расчетные значения противодавления во впускном трубопроводе. Большинство современных машин оснащаются датчиками, фиксирующими разрежение на впуске, то есть датчиками засоренности воздушного фильтра. Такие системы не просто позволяют избежать работы дизеля с нехваткой воздуха (дымление при недостатке кислорода), но и защитят мотор от пыли, которая попадет в цилиндры при деформации фильтра с забитой напрочь шторой, а также вовремя просигналят о проблемах в системе впуска.

 

Многостадийные системы очистки воздуха

Чтобы снизить саму вероятность проникновения в цилиндры неочищенного воздуха в результате нештатной работы основного фильтра, некоторые производители автомобилей и специальной техники требуют от своих партнеров – изготовителей фильтров и систем фильтрации в целом разрабатывать многостадийные системы очистки воздуха. Одним из самых простых вариантов таких систем является тандем из основного и предохранительного фильтров. Первый принимает на себя основную нагрузку в процессе работы машины, а второй, устанавливаемый позади основного, является страховочным и в некоторых случаях по совместительству выполняет «финишную» очистку воздуха. Конструктивно тандемы могут выполняться по схеме, когда один цилиндрический фильтр устанавливается внутрь другого (фильтр в фильтре). По сути, воздух, поступающий в мотор, проходит через две фильтровальные шторы. Они, как правило, различаются по своим свойствам и качествам. Это объясняется исходными параметрами воздуха, который пропускают сквозь себя элементы.

Первый, наружный, принимает на себя удар всего спектра загрязнителей, присутствующих в воздухе. Второй имеет дело с уже очищенным воздушным потоком, и его задача уловить то, что пропустил первый фильтр. Само собой ра­зумеется, при разрушении основного фильтра, например смятия его шторы, забитой вследствие сильного разряжения во впускном коллекторе, второй, внутренний фильтр преградит путь грязи и пыли в цилиндры двигателя, то есть выполнит функцию защиты в форс-мажорных обстоятельствах. Помимо описанной выше схемы распространение получила и другая, при которой фильтры стоят один за одним в прямом смысле этого слова. Первый – основной – имеет форму кольца или овала, а второй панельного типа монтируется на самом выходе из корпуса фильтра. Часто тандемы устанавливаются в корпуса, имеющие «циклоны», отсеивающие бóльшую часть крупного мусора. Такие предфильтры, или фильтры грубой очистки воздуха, существенно снижают нагрузку на основной и страховочный фильтроэлементы, продлевая срок их службы. «Циклоны» – это тема отдельной статьи, которую мы опубликуем в ближайших номерах журнала.