摘要：著重介紹了凝聚式過濾器的開發、設計及與空氣壓縮機廠原有產品在性能上是有區別的。新的凝聚式過濾器實現了對壓縮空氣進行切向進氣,用絲網除沫器和精濾芯等代替原有的陶瓷管堆積過濾和毛氈纏繞過濾法。在過濾精度,氣流均勻性阻力特性等性能上有一定優勢,且成本低、數命長,經濟實用。
關鍵詞：壓縮空氣;凝聚式過濾器;切向進氣;離心分離
中圖分類號：ＴＵ834.8+3 文獻標識碼:Ａ 文章編號:1008-9233(2006)01-0046-02
1 前言
壓縮空氣作為一種動力能源廣泛應用于石化、輕紡、生化、國防等領域。但是壓縮空氣中含有雜質。這些雜質來源于大氣層、壓縮機本身和管路系統。據科學統計,大氣中每立方米約含1.4億個微粒,且80％的微粒尺寸小于2毫米,而這樣小的微粒壓縮機的吸氣過濾是無法消除的;使用有油潤滑的壓縮機工作過程本身產生的廢物也污染成品氣體,根據壓縮機工作條件及型號之差異,污染物通常在5-50ｍｇ/ｍ3之間變化。目前國內普遍采用的無油潤滑壓縮機大多數也只是半無油潤滑型的。由于在曲軸與活塞桿連接處仍采用大量的飛濺潤滑,工作部分油蒸汽仍會順著活塞桿帶入汽缸,而導致氣體中有微量油存在。另外,從壓縮機出來的氣體隨溫度下降會析出水分與管道中久積物會合,形成銹斑、固體微粒等雜質。因此對壓縮空氣進行凈化處理就是非常必要的。
2 氣壓縮機原有的空氣過濾器的結構、原理
空氣壓縮機廠以前采用的空氣過濾器ＧＹＦ-3/8、ＧＹＦ-6/8型油水分離器對空氣進行凈化處理,其結構示意圖如圖1所示,它的工作原理是:經壓縮機及冷卻器出來的壓縮空氣從本裝置進氣管進入,經螺旋分離后,較大微粒及液滴被拋向筒壁,經排污閥排出,進氣行至封頭上部的錐形蓋后,經相撞改變氣體流向,折向進入混亂堆積的陶瓷環(拉西環)。氣體在陶瓷環間連續不斷的折流,使油、水繼續分離。
氣體繼續向上經粗濾元件、精濾元件、最后經排氣管排出。排油管的作用是把粗、精濾出來的油、水、塵埃等排出。經本裝置處理后的空氣,含油量(5ｍｇ/ｍ3,含塵埃粒直徑(5ｕｍ,這樣的含塵指標只能滿足一般的要求,對生化、醫藥、科研等對壓縮空氣有較高要求的行業并不能滿足。
3 凝聚式過濾器的設計
本文試圖開發設計新型的凝聚式過濾器的結構示意圖如圖2所示。它的工作原理是:從有油潤滑的壓縮機排出的氣體經后部冷卻器冷卻后,切向進入該裝置筒體,并在筒與內筒體環行室內強制形成高速旋轉氣流,懸浮于空氣中粗大粒子和粗大油、水滴經離心分離,被拋向筒壁,在自重的作用下沿筒內壁經錐形蓋與筒體間的間隙下沉,并沉積于容器底部,經自動排污閥排出。氣流旋至筒體下部與錐形蓋相遇,改變了流動方向,折流進入不銹鋼扁絲網。該絲網是一種象襪筒般的很細的扁狀不銹鋼金屬絲編織而成的網帶結構,網呈連環狀,可作氣液、氣固分離,且可攔截部分微粒。隨著這些微粒及液滴的生成長大,在光滑的絲網表面下沉而排出。氣體向上經精濾芯后,繼續實現氣溶膠體凝聚長大和重力降落,沉積濾芯內凹部的油水經排油管排出。
4 凝聚式過濾器的性能分析
這種結構的油水分離器是集離心分離、粗過濾、精過濾三個過程于一體,能有效去除壓縮空氣的塵埃、水分、油霧等雜質,其凈化氣含油量≤1ｍｇ/ｍ(,含塵粒徑≤1μｍ。能夠為ＪＢ/Ｔ5967-97“氣動元件及系統用空氣介質質量分等”中含油、塵指標大于或等于該過濾器的性能指標的行業提供純凈的空氣源。
這種新型的過濾器的研制淘汰了原有的老產品,它有以下優點:
首先,在離心分離方法上,它改變了以前那種螺旋片焊接結構,而采用現在的切向進氣。避免了由于加工方法有限而產生的螺旋片表面凹凸不平,焊接后變形量較大,且不易加工、焊接等情況。新的結構使加工工藝簡化,降低了成本,并且分離效果明顯提高。
其次,采用國內較成功的絲網除沫器元件取代了陶瓷管堆積過濾法。短節陶瓷管雜亂無章的堆積,氣流通過時,經多次的折流、碰撞、能夠分離出一部分油、水、灰塵,但由于高壓氣體流動,造成陶瓷管間的相互撞擊,會有破碎微粒出現,及易二次污染空氣。而采用不銹鋼扁絲網,就不存在污染問題,且它極易清洗,分離效果又極佳,減輕了后置精濾元件的負荷,延長了精濾芯的壽命。
第三、采用經過鑒定的精濾芯替換了老產品那種原始的毛氈纏繞過濾方法。毛氈過濾隨時間的延長會被雜質吸附飽和,極易堵塞氈孔,大大降低了過濾面積,增大壓力損失。更為嚴重的是,若不及時清除氈孔的雜質,這些雜質通過孔后與成品氣混合,使原有的設計指標無法實現。而新品所用的精密濾芯是高新技術的產物,它可以與西方工業發達國家的精密濾芯相比美。該濾芯的過濾機理是靠直接攔截、慣性碰撞、擴散(布朗)運動、凝聚等綜合作用。濾材采用微纖維織成的無紡布與增強濾紙等有規則的分布排列,因這種濾材表面較光滑,雜質在其表面上結集后,極易下沉而排出器外,使成品氣的質量得到了保證。
第四、將原有的手動排污系統改成具有手動、自動排污兼有的系統。一般情況下將手動排污閥關閉,自動排污閥工作。若自動排污閥失靈或修理可將其關閉,而采用手動排污。之所以這樣設計的理由是:目前國內生產的自動排污閥雖然較多,但質量不盡人意。國外的自動排污閥質量雖然可靠,但其成本高,從經濟方面考慮,未采用進口閥。所以,采用手動、自動兼有的排污系統既可靠又經濟。
5 結語
綜上所述,新型的凝聚式過濾器的設計是成功的,符合過濾器的設計規范與原則。它具有過濾精度較高、準確可靠、氣體流動均勻、無滯留、體積小、容塵量大、濾芯易更換、阻力小、壽命長、成本低、工作自動化程度高等諸多優點。但隨著各行業對壓縮空氣的更高要求,精度更高的空氣過濾器的設計又會是我們面臨的新課題、新挑戰。
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