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          壓縮空氣過濾器設(shè)計要點及方法分析

            【壓縮機網(wǎng)】在壓縮空氣系統(tǒng)中,雖然壓縮空氣過濾器的經(jīng)濟(jì)成本不高,其成本所占系統(tǒng)總成本的比例很微小,但其作用是不容忽視的。它就相當(dāng)于人體的“肝臟”,雖沒有大腦、五官、心臟那么被人所熟悉,但它卻是人體內(nèi)最大的解毒器官,體內(nèi)產(chǎn)生的毒物、廢物,吃進(jìn)去的毒物、有損健康的藥物等等必須依靠肝臟解毒。那么過濾器的作用就是把壓縮空氣中所含有的“毒物”——水霧、油霧、微塵粒及微生物等通通解毒掉,讓潔凈的壓縮空氣作用于氣動設(shè)備、儀表、生產(chǎn)工藝過程中,甚至是作為人體的呼吸用氣源(在醫(yī)療行業(yè))。

            不同的行業(yè)、不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)嚎s空氣的品質(zhì)要求均不同,那么,如何從性能、價格、技術(shù)的合理性角度去設(shè)計壓縮空氣過濾器呢?我們從濾材的選用、過濾面積的計算、濾速的確定以及過濾器殼體的選用角度進(jìn)行簡要分析。

            一、濾材的選擇

            壓縮空氣中所含的雜質(zhì)是多種多樣的,不同的用氣場景對所使用的壓縮空氣質(zhì)量要求也是不同的,而隨著科技的發(fā)展濾材也是多種多樣的,各有特點各有特性。不可能有一種濾材,能滿足對一切雜質(zhì)的有效過濾,所以選擇濾芯材料時,我們要盡量考慮以下兩項基本要求:

            1、實際使用場合的過濾精度和過濾效率

            不同濾材的過濾精度、機械性能是不同的,對不同過濾對象雜質(zhì)的過濾效率是存在很大差異的。如:有適合過濾雜質(zhì)的尺寸≧5μm的粉末冶金過濾材料和陶瓷過濾材料;也有適合過濾雜質(zhì)的尺寸<5μm的,過濾精度≧99%的纖維過濾材料。但當(dāng)過濾對象為油霧時,以上兩種濾材就不適合選用了,因為油霧的尺寸通常是<0.1μm,這時就不能選用蓬散的纖維濾料做濾芯材料,而應(yīng)當(dāng)采用高性的玻璃纖維濾紙做濾芯。而為進(jìn)一步提高綜合性能,濾芯一般是做成復(fù)合結(jié)構(gòu),也就是多種濾材按科學(xué)設(shè)計的方式與結(jié)構(gòu)一起使用,如下表所示。

          19.JPG

            2、經(jīng)濟(jì)性

            對于壓縮空氣品質(zhì)沒有那么高要求的場合,就沒有必要選用高性能的濾材。如果選用,不僅會造成經(jīng)濟(jì)上的浪費,過濾效果也不一定會好。如:高精密的過濾器在粉塵多場合,就容易堵塞,且在技術(shù)上也不應(yīng)該用這樣的濾材。

            二、過濾面積的計算

            過濾面積是指垂直于氣流方向的過濾材料的有效面積。濾速是設(shè)計過濾器時的重要參數(shù),它是決定濾芯過濾面積的主要依據(jù)。

            1、對于纖維濾材,過濾面積計算公式:20.JPG

            2、對于粉末治金材料,過濾面積計算公式:21.JPG

            3、對過濾陶瓷濾材,過濾面積計算公式:22.JPG

            式中:A--過濾面積,m2

            c--氣流通過濾料層時的流速,m/s;

            23.JPG--過濾器在額定狀態(tài)下過濾器的空氣有壓流量,m3/h

            B--粉末冶金濾材的滲透系數(shù)(m2),它取決于材料的常數(shù),由實驗確定。

            η--空氣的動力粘度,N·s/m2;

            δ--濾層厚度,m

            K--過濾陶瓷透氣度,m2·mm-2·s-1·Pa-1;

            △Р--空氣透過過濾層產(chǎn)生的壓力損失,Pa。

            三、濾速的確定原則

            濾速用C0表示:如圖1。

          24.JPG

          25.JPG

            式中:C0--計算濾速度,m/s;

            K--波爾茨曼常數(shù),J/K;

            T--絕對溫度,K;

            df--濾材纖維直徑,m;

            υ--空氣的動動粘度,m2/s;

            η--空氣的動力粘度,Pa·s

            dp--需過濾雜質(zhì)的顆粒直徑,m,即過濾精度

            確定纖維類過濾材料(包括濾紙)的濾速時,要考慮濾材的速度特性,即過濾效率與濾速的關(guān)系。擴散效應(yīng)隨濾速增加而減小,慣性沖擊效應(yīng)隨濾速的增加而提高,而其他效應(yīng)基本上與濾速關(guān)系不大。當(dāng)過濾對象為dp≥0.3μm,慣性沖擊作用起主要作用,設(shè)計濾速C時應(yīng)盡量大于計算C0。式中可以看出,df與C0成正比關(guān)系,那么纖維直徑也不可太大;當(dāng)過濾對象的dp為0.01μm~0.3μm的細(xì)微粒子時(如油霧粒子),擴散沉積機理起主要作用,設(shè)計濾速C時應(yīng)盡量小于計算C0。式中可以看出,df與C0提成正比關(guān)系,那么纖維直徑也不可太小。

            四、過濾器的殼體

            壓縮空氣過濾器需要承受壓縮空氣的壓力,一般做成管狀結(jié)構(gòu),過濾主體——濾芯就密封在殼體里。由于工作時濾芯上的壓力降與被處理的空氣壓力相比可忽略不計,過濾器的殼體就承受了壓縮空氣的全部壓力。因而殼體就屬于壓力容器,必須有壓力容器生產(chǎn)資質(zhì)才能生產(chǎn)。

            1、殼體材料。一般金屬材料,小型過濾器的殼體常用高強度鋅鋁合金壓鑄而成;大流量過濾器的殼體多用承壓性能良好的鍋爐鋼板焊接而成。隨著技術(shù)的發(fā)展與需求的變化,現(xiàn)在也有用不銹鋼材料制造而成。不管用什么材料,成品殼體必須進(jìn)行密封試驗和水壓試驗。如圖2。

          26.JPG

            2、殼體結(jié)構(gòu)。如圖2,一般由上下兩部分組成,上半部分為“濾蓋”,下半部分為“濾筒”。濾蓋上有壓縮空氣進(jìn)出通道(進(jìn)出氣口,口徑與外部管徑一致),濾芯(如右圖7)也是懸掛固定在濾蓋上。壓縮空氣進(jìn)入過濾器后,只能通過濾芯才能從排氣口排出,為此,進(jìn)、出氣口之間是不能有泄露點的,否則壓縮空氣就會短路,從而不起到過濾作用。

            濾筒的作用,一是密封,限制壓縮空氣只能在過濾器殼體范圍內(nèi)并按規(guī)定的方向流動;二是接納過濾出來的水、油等濾液(為了及時排除濾液污物,在濾筒底部設(shè)有手動或自動的排污裝置)。一般濾筒的直徑比濾芯直徑大一倍即可,濾筒的長度應(yīng)比濾芯長1.25~1.5倍左右,以保證濾芯不遭濾液的浸淹。

            過濾器與外部管道的連接,小流量一般用螺紋,大流量一般用法蘭。

            3、大流量的過濾器的結(jié)構(gòu)有點特殊,有時濾筒內(nèi)要裝幾支到幾十支濾芯,這時,濾芯的排列顯得很重要。通常要求任意三支相鄰濾芯應(yīng)呈等邊三角形布置,而相鄰兩支濾芯的中心距應(yīng)不小于濾芯直徑的1.25倍,以保持氣流在濾芯間有足夠的流通空間,如圖3。

          27.JPG

            以上簡要闡述了壓縮空氣過濾器設(shè)計時應(yīng)考慮的一些要素如濾材、濾速、過濾面積,及其結(jié)構(gòu)特征,為依據(jù)不同使用場景,設(shè)計高性能過濾器提供了理論參考,也為壓縮空氣行業(yè)從者提供了提升專業(yè)知識的素材,以便我們更好的為壓縮空氣用戶提供專業(yè)服務(wù)。

            注:文中部分內(nèi)容來源于網(wǎng)絡(luò)、書本等資料。


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