Экскурсия на завод: Как работает фильтр?
То, что российские условия эксплуатации отличаются от европейских, перевозчики знают не понаслышке. Но как именно наш климат, дороги и воздух отражаются на работе техники и, в частности, фильтров, догадываются немногие. А ведь не секрет, что во многих промышленных районах в воздухе содержится большое количество агрессивных химических соединений, сажи, растворителей, паров кислот и микрокапель топлива. Все они негативно воздействует на фильтровальную бумагу воздушных фильтров двигателей. Вопрос, на сколько сокращается ресурс фильтра, весьма не простой, так как концентрация загрязнений в воздухе везде разная, и условия работы фильтров, соответственно, будут отличаться. В данной ситуации для определения ресурса фильтра необходимо провести не стандартные – лабораторные, стендовые, а натурные испытания на реальных машинах. Так мы и поступаем. В качестве подопытных используются как автомобили из собственного парка – седельные тягачи Freightliner, Iveco, КАМАЗ, так и машины наших клиентов, в основном это Mercedes, Scania, MAN.
Алгоритм испытаний следующий. После пробега десять-пятнадцать тысяч километров испытуемый фильтр снимается с машины и отправляется в лабораторию, где на специальном стенде определяются его рабочие характеристики и остаточный ресурс. При этом в журнал испытаний в обязательном порядке заносятся маршруты, по которым работала машина, а также погодные условия и время года, в которое эксплуатировался автомобиль. То есть мы увязываем остаточный ресурс фильтра с засоренностью воздуха конкретных городов и регионов России. По результатам испытаний мы оптимизируем конструкцию фильтра и характеристики фильтровальной бумаги, площадь фильтрации под конкретные условия эксплуатации. Понятно, что фильтрующая перегородка (фильтровальная бумага) является основным элементом, от которого зависит способность фильтра очищать загрязненные потоки воздуха, масла или топлива качественно и на протяжении всего периода работы.
Секрет объемной фильтрации
Свойства фильтровальной бумаги зависят от ее волокнистого состава, характеристик полимерной композиции для пропитки и технологии изготовления. Для производства бумаги применяется целлюлоза нескольких сортов древесины, при этом каждый компонент обладает уникальными свойствами: длиной и толщиной волокон, их расположением, внутренней системой каналов, пор и т. д. В зависимости от своего назначения – фильтрация воздуха, топлива или масла – бумага может включать до 5-6-ти видов волокон, в том числе и синтетических – для придания армирующих свойств и повышенной прочности.
Кроме волокнистого состава очень важно, как сформирована бумага. Например, для топливных фильтров отечественных автомобилей мы используем бумагу Цурюпинского бумажного комбината (Украина. Херсонская область), образование объемной структуры которой происходит за счет послойного формования волокон на специальной формующей машине. Впрочем, это справедливо и для других видов бумаги – для масляных, воздушных и фильтроэлементов топливных сепараторов. Разница в назначении бумаги определяется специальными техническими характеристиками.
Для организации процесса объемной фильтрации слои целлюлозы располагаются в строго определенной последовательности. Первые (внешняя сторона бумаги) имеют поры большого размера. По мере приближения к внутренней стороне размер пор каждого слоя уменьшается. При этом целлюлозу наносят таким образом, чтобы волокна соседних слоев перекрещивались, образуя так называемую фильтровальную решетку. Для того чтобы при сборке фильтра не перепутать внешнюю сторону бумаги с внутренней, на нее наносят специальные пометки – сторона бумаги с большими порами должна первой встречать поток воздуха. Несоблюдение ориентации бумаги приведет к быстрому засорению фильтра и росту его гидравлического сопротивления, что скажется на работе двигателя под нагрузкой. В лучшем случае из-за нехватки воздуха дизель потеряет тягу. В худшем – сильное разряжение во впускном трубопроводе сомнет фильтр, и неочищенный воздух пойдет в цилиндры.
Именно по такому сценарию развиваются события, и когда перевозчик вовремя не меняет отработавший свой ресурс фильтр. При этом все попытки продлить срок службы фильтроэлемента путем его чистки пылесосом, как когда-то рекомендовали, не дают заметного эффекта. Загрязнения удаляются только с внешней стороны фильтроэлемента, а пыль, что задержали внутренние слои целлюлозы, извлечь при помощи даже мощного пылесоса невозможно.
Это же справедливо и в отношении «стирки» фильтра. Такой способ «очистки» фильтроэлементов практиковался во времена СССР при тотальном дефиците запчастей. Кстати, используемые при этом моющие составы негативно воздействуют на пропитку бумаги, качество которой у некоторых производителей и так оставляет желать лучшего. Например, когда в поисках альтернативных поставщиков фильтровальной бумаги мы тестировали образцы, произведенные в Китае, то были неприятно удивлены тем, что из-за некачественной пропитки бумага, предназначенная для изготовления топливных фильтров, расслаивалась, то есть солярка ее растворяла.
Сегодня ведущие производители фильтровальной бумаги для ее пропитки применяют многокомпонентные полимерные составы. При этом бумага не требует последующей термообработки, что упрощает технологический процесс изготовления фильтров и сокращает вероятность появления некачественной продукции, ведь от соблюдения режима термообработки во многом зависели свойства бумаги и ее качество. Мало того, если раньше для производства каждого вида фильтров – топливных, масляных, воздушных – требовалась своя, оригинальная пропитка, то теперь все чаще используется одна-единственная – универсальная. По крайней мере, наши основные поставщики – известные производители фильтровальной бумаги Ahlstrom (Италия) и Hollingsworth (Америка) – являются сторонниками именно универсальных пропиток. То есть, по сути, современная фильтровальная бумага делится по фильтрующим и механическим свойствам.
Про швы и складки
Оценить по внешнему виду качество бумаги даже для профессионала задача не простая. Если в местах сгиба бумаги вы увидите трещины, то такой фильтр однозначно покупать не стоит. Поэтому рядовому потребителю проще ориентироваться в выборе фильтра на качество раскладки бумаги и суммарную площадь шторки. Если укладка шторок равномерная – хорошо. Если нет, то стоит задуматься, по какой технологии и на каком оборудовании произведен данный фильтр. Серьезный производитель добивается равномерного шага 1,5-2 мм между шторками фильтра, для чего вводит в технологический процесс операцию «придавки», которая дает положительный эффект при плотной укладке фильтровальной бумаги. Если зазоры между шторками будут более 3-4 миллиметра, то бумага ляжет неровно и в процессе эксплуатации ровные стрелки станут зигзагообразными. Бумага коробится также и от влаги вследствие своей гидроскопичности. Раньше некоторые образцы бумаги Цурюпинского комбината зимой коробило. Сегодня таких проблем нет опять же благодаря пропиточным составам, в которые вводятся силиконовые водоотталкивающие компоненты.
Герметичность – закон
Даже если при производстве фильтра изготовитель не экономил на бумаге, мотор может «дышать» неочищенным воздухом. Такое происходит, когда фильтроэлемент не плотно встает в корпус. Чаще всего виновниками являются уплотнения фильтров, которые должны изготавливаться из материалов, не теряющих форму в процессе эксплуатации и неоднократных снятий/установок. Чаще всего в качестве материала уплотнений используются полиуретаны. Более дешевые, губчатая резина или пластик, уходят в прошлое. Их применяют исключительно в случаях, когда это экономически оправданно. Наш завод, как, впрочем, и другие российские производители фильтров, применяет, как правило, полиуретаны производства владимирской компании ДАО «Изолан», которая работает на импортном сырье.
Одно из важных качеств уплотнения – отсутствие его усадки в процессе эксплуатации. Дешевые сорта полиуретанов таковым не обладают. Мало того, под воздействием агрессивной среды и температуры такой материал может выкрашиваться. Ни о какой герметичности здесь не идет и речи. К сожалению, распознать, из какого полиуретана изготовлено уплотнение фильтра, качественного или дешевого, можно только в процессе эксплуатации. Но оценить геометрию, к примеру, высоту фильтра, можно и перед его покупкой. За ориентир в этом случае принимается высота оригинального фильтроэлемента. Оптимальный вариант – заводской чертеж или данные из каталога производителя фильтров.
Несминаемые
Совершенно понятно, что при загрязнении фильтра его гидравлическое сопротивление возрастает, растет нагрузка и на каркас. Чтобы не допустить смятия фильтроэлемента, его каркас должен обладать высокой прочностью. Часто хребет фильтра представляет собой трубку, скрученную из просечного стального листа, который просекался на прессе и растягивался до получения мелкоячеистой сетки. Эта технология, несмотря на широкое распространение, к сожалению, не гарантирует 100% надежность каркаса фильтра. Желательно использовать, особенно при эксплуатации техники в жестких условиях, фильтры с усиленным каркасом, который изготавливается не из просечной сетки, а навивкой из ленты. Наше предприятие в свое время закупило трубконавивочные станки, позволяющие работать со стальной полосой шириной 130 миллиметров. Как показали испытания, усиленный каркас в четыре раза крепче традиционного, изготовленного из просечного материала. В особо сложных случаях, например, в фильтрах, предназначенных для карьерной техники, работающей в условиях сильной запыленности, каркас дополнительно усиливается распорными кольцами, которые ввариваются внутрь трубки. Фильтры с усиленным каркасом будут полезны также и на самосвалах, задействованных на вывозе грунта, мусора, песка, прочих сыпучих грузов – словом, везде, где в воздухе содержится большое количество пыли.
Отличить воздушный фильтр с обычным каркасом от усиленного очень просто. Для этого достаточно заглянуть внутрь фильтра – там видны усилительные кольца. Замечу, что для изготовления таких фильтров идет бумага большей пылеемкости, а значит, если такой фильтроэлемент будет установлен на автомобиль, работающий на дорогах общего пользования, то фильтр отработает больше положенного регламентом ТО срока. Но опять-таки, сказать точно, насколько ресурс фильтра будет больше оригинального, можно только после проведения натурных испытаний. «Цитрон» изготавливает усиленные фильтры под конкретного перевозчика, то есть имея данные об условиях эксплуатации техники. При этом поскольку изготовление усиленных фильтров у нас выведено в отдельное производство, обладающее гибкостью и возможностью быстрой перенастройки оборудования, рентабельны даже малые партии. То есть даже мелкий перевозчик, на балансе которого стоит три-четыре автомобиля про запас, может заказать десяток фильтров.