一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置

技术领域

本发明涉及油液净化领域，尤其涉及一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置。

背景技术

大量的研究资料表明，液压系统70％到80％的故障是由于液压油中的污染物所引起的，尤其是硬质固体颗粒污染物，不仅加速液压元件的磨损而且还会堵塞元件的间隙和孔口，导致其性能下降，使用寿命减短。目前对于污油中固体颗粒物污染的处理主要采用过滤的方法，针对不同粒径的固体污染物选择不同等级的过滤器，但是在使用过程中也暴露出一些不足之处：滤芯的过滤精度越高使用寿命越低。更高精度滤芯的网孔尺寸导致纳污量更小，使用寿命也随之降低。

同时国内市场上存在的净化废油的设备还有真空净油机、高温高压净油机、静电净油机等,真空净油机主要利用有机物在真空条件下的沸点低去除废油中的杂质,这种方法设备复杂,设备投资成本高,而且能耗高,效果差；而高温高压净油机主要利用有机物在高温高压条件下有机物沸点不同去除废油中的杂质,这种方法不仅耗能巨大,处理困难,而且回收效率极低,造成处理成本非常高,因此需要开发一种低能耗的净油设备。

发明内容

针对现有技术中存在不足，本发明提供了一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置，能够利用低等级滤芯去除液压油中的微小颗粒物。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置，包括：壳体、初始过滤层、摩擦层、混流器和捕捉过滤层；

所述壳体上设有进油口和出油口，在所述壳体内，沿从进油口至出油口的方向，依次设置所述初始过滤层、所述摩擦层、所述混流器和所述捕捉过滤层，所述摩擦层包括并行设置的正摩擦层和负摩擦层；

污油通过进油口进入壳体内，先进过所述初始过滤层，随后污油被分为两股，其中一股污油经过所述正摩擦层，该股污油中的微小颗粒物带上正电荷，另一股污油经过负摩擦层，该股污油中的微小颗粒物带上负电荷，随后两股污油进过所述混流器充分混合，再经过所述捕捉过滤层后从出油口排出。

进一步的，还包括溢流阀、压力传感器和控制单元，所述溢流阀设置于所述壳体的进油口与所述初始过滤层之间，所述压力传感器用于监测壳体内污油的压力状态，所述溢流阀与所述压力传感器均与所述控制单元连接。

进一步的，所述正摩擦层包括摩擦滤芯，所述摩擦滤芯金属导电材料制成，所述摩擦滤芯上沿轴线方向设有若干通孔，所述摩擦滤芯的表面及通孔的表面设有强负电性涂层。

进一步的，还包括数据采集处理中心以及显示屏，所述采集处理中心用于测量所述正摩擦层的摩擦滤芯与所述负摩擦层的摩擦滤芯之间的电压，所述采集处理中心与所述显示屏连接，所述显示屏用于显示所述采集处理中心测得的电压值。

进一步的，若干所述通孔的直径不相同。

进一步的，所述强负电性涂层的材料为聚四氟乙烯或者聚二甲基硅氧烷或者聚氯乙烯或者聚酰亚胺或者聚丙烯。

进一步的，所述摩擦滤芯的材料为如金、银、铜、镍、铝、铝合金、铁、铁合金中的一种。

进一步的，所述负摩擦层的结构与所述正摩擦层的结构相同，所述负摩擦层内通孔的表面设有强正电性涂层。

进一步的，所述摩擦滤芯为圆柱状，所述通孔呈螺旋形式环绕所述摩擦滤芯的中心轴线，旋转角为30°。

进一步的，在所述摩擦滤芯的端面上，若干所述通孔以所述摩擦滤芯的轴线为中心沿圆周方向均匀分布。

本发明的有益效果：

本发明的污油过滤装置结构设计精巧紧凑，利用摩擦荷电取代高压静电，降低能耗的同时安全可靠、易操作，同时污油浓度监测功能以及易制造、易替换的低成本滤芯保证了过滤系统的长效稳定运行，该装置既可以用于油液处理厂规模化生产，也可以直接集成应用于工程机械油液过滤系统，实现工程油液的在线净化与检测。

附图说明

图1为本发明实施例的一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置的结构示意图；

图2为图1中正摩擦层的结构示意图；

图3为本发明中污油中固体颗粒物浓度监测原理图；

附图标记：

1、溢流阀 2、初始过滤层 3、压力传感器 4、正摩擦层 5、混流器 6、捕捉过滤层7、数据采集处理中心 8、负摩擦层 9、显示屏 10、强负电性涂层 11、摩擦层电极。

具体实施方式

为了使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受于下面公开的具体实施的限制。

下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置。

请参阅图1至图3，根据本发明实施例的一种基于摩擦荷电原理的工程污油高效过滤装置，包括壳体、溢流阀1、初始过滤层2、压力传感器3、摩擦层、混流器5、捕捉过滤层6、数据采集处理中心7以及显示屏9。

如图1所示，壳体上设有进油口和出油口，在壳体内，沿从进油口至出油口的方向，依次设置溢流阀1、初始过滤层2、摩擦层、混流器5和捕捉过滤层6，摩擦层包括并行设置的正摩擦层4和负摩擦层8。正摩擦层4包括摩擦滤芯，摩擦滤芯金属导电材料制成，形成摩擦层电极11，摩擦滤芯上沿轴线方向设有若干通孔，摩擦滤芯以及通孔的表面设有强负电性涂层10。负摩擦层8的结构与正摩擦层4的结构相同，负摩擦层8中摩擦滤芯以及通孔的表面设有强正电性涂层。

当过滤装置开始工作时，污油通过进油口后首先经过溢流阀1，然后在初始滤层2完成初次过滤，除去大颗粒固体颗粒物，随后污油分为两股，其中一股经过正摩擦层4与其摩擦后污油中的微小颗粒物带上正电荷，另外一股经过负摩擦层8与其摩擦后污油中的微小颗粒物带上负电，之后两股污油交汇为一股并经过混流器5，此时污油中带有正、负电荷的微小颗粒物，在静电力的作用下互相吸附，发生团聚形成较大的固体颗粒物，其中混流器5的作用是使两股液体充分混合，团聚后的固体颗粒物经过捕捉过滤层6时被捕捉收集，最终达到去除污油中微小固体污染物的目的。

进一步的，摩擦滤芯为圆柱状，摩擦滤芯上的若干通孔的直径不相同，若干通孔呈螺旋形式环绕摩擦滤芯的中心轴线，旋转角为30°。在摩擦滤芯的端面上，若干通孔以摩擦滤芯的轴线为中心沿圆周方向均匀分布。目的是为了使污油中的固体颗粒物与摩擦层充分接触摩擦，同时保证液体经过正、负滤层管道后具有良好的聚流效果，以便带电颗粒更好地团聚。

进一步的，摩擦滤芯的材料选择具有优良导电特性的金属及合金，如金、银、铜、镍、铝及铝合金、铁及铁合金等等，结构成型工艺选择3D打印、金属网直接裁剪或其他特种加工方法。

前述摩擦层的涂层材料选择与固体颗粒物电负性不同的聚合物材料以达到摩擦荷电的目的，正摩擦层上强负电性涂层10的材料选用聚四氟乙烯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚酰亚胺、聚丙烯等，当固体颗粒物与其摩擦时由于其强电负性，固体颗粒物与之接触后发生电子转移带正电荷；负摩擦层8的强正电性涂层材料选用尼龙、乙基纤维素、三聚氰胺等，当固体颗粒物与其摩擦时由于其弱电负性，固体颗粒物带上负电荷。表面涂层成型工艺选用表面沉积法或静电纺丝的方法制备。

进一步的，摩擦荷电的过程可以解释为如图2、3所示，当污油中固体颗粒物与正摩擦层4碰撞时，固体颗粒物与强负电性涂层10接触，由于强负电性涂层10的强电负性，污油中的固体颗粒物带上正电荷、强负电性涂层110带上负电荷，基于静电感应原理摩擦层电极11感应出正电荷。与之相对应的，污油经过负摩擦层8的过程与上述过程相同，电荷转移方式相反，在此不再赘述。

进一步的，压力传感器3用于监测壳体内污油的压力状态，溢流阀1与压力传感器3均与控制单元连接，目的是为了监测和控制系统的压力保障过滤的顺利进行。

进一步的，基于静电感应原理，固体颗粒物的数量即污油中固体颗粒物浓度会影响电荷转移量，由于摩擦层的内部设有若干通孔，通孔表面的涂层聚合物由于摩擦带电，基于静电感应原理，在摩擦滤芯上产生感应电势，将正摩擦层和负摩擦层的摩擦滤芯与采集处理中心7连接，采集处理中心7与显示屏9连接，通过对输出电压的数据处理、分析可以实时反映油液中的污染物浓度，该功能不需借助任何外部电源或设备。

本发明通过摩擦荷电的方式实现对微小颗粒物正、负电荷加载，然后使其团聚成较大颗粒，再被低等级滤芯过滤，从而达到去除已有技术无法去除的微小颗粒物的目的，经过长时间的循环净化，应用于液压系统中可以有效去除和抑制设备系统内部的油泥和氧化物的再生，提高设备的可靠性和稳定性。

摩擦荷电的液压油过滤技术其优点在于不需要借助外部高压电即可完成荷电、过滤、净油的过程，降低对高精度滤芯的依赖，减少了设备生产投入成本及后续使用的能耗损失，保障净油系统长时间高效有序运行。同时，本发明中提出的基于摩擦荷电原理的污油过滤装置还具有污染物浓度监测功能，该功能不需借助任何外部供电或设备即可实现。

实施例1

首先将溢流阀1与初始过滤器2连接，初始过滤器2型号选用Y型网式过滤器，精度200目。随后将溢流阀1与入口管路连接，其中入口管道长50mm、管外径32mm、壁厚3mm，压力表安装于入口管道处，初始过滤器2与Y型管接件连接，其中Y型管接件内径32mm，Y型管接件后分别接120°弯头，其中Y型管接件与弯头之间通过长5mm长50mm、管外径32mm、壁厚3mmPVC管连接，弯头内径32mm。120°弯头后接32mm转50mm变径管接件，随后接长60mm、管外径50、壁厚3mmPVC管，再接50mm转32mm变径管接件即形成一段直径44mm、长60mm的内部管路用于安装摩擦滤芯。变径管接件后接120°弯头以及Y型管接件，与上述过程相同，Y型管接件后为长80mm、外径32mm、壁厚3mmPVC管作为出口，管内安装了的混流器6，其目的是强混流效果促进粒子团聚。最后出口与捕捉过滤器7相连，捕捉过滤器7型号选用Y型网式过滤器，过滤精度120目，用于捕捉团聚后的颗粒物。

正摩擦层4的涂层材料选用聚丙烯、负摩擦层8的涂层材料选用尼龙材料、摩擦滤芯电极都选用铝材料、模拟污染颗粒物选用5-20μm尺寸的铁及四氧化三铁粉末、液压油选用L-HM46#液压油。摩擦滤芯电极尺寸为直径42mm、厚5mm圆片状，内部孔隙旋向为外螺旋、旋转角30°、孔径4mm的通孔，在摩擦滤芯的端面上，上述若干通孔以摩擦滤芯的轴线为中心沿圆周方向均匀分布，滤芯整体通过3D打印成型，涂层厚度1mm均匀包裹在摩擦电极表面及孔隙内部。外部油路通过循环泵驱动，驱动功率120W可以保证油路每分钟处理污油量20L持续稳定循环

经测试，经过3-5min循环后污油得到有效净化，污染等级由NAS7级降到NAS4级，污染浓度监测功能可行

以上实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。