凝聚式过滤器的开发与设计

    着重介绍了凝聚式过滤器的开发、设计及与空气压缩机厂原有产品在性能上是有区别的。新的凝聚式过滤器实现了对压缩空气进行切向进气,用丝网除沫器和精滤芯等代替原有的陶瓷管堆积过滤和毛毡缠绕过滤法。在过滤精度,气流均匀性阻力特性等性能上有一定优势,且成本低、数命长,经济实用。
   
    1　前言

    压缩空气作为一种动力能源广泛应用于石化、轻纺、生化、国防等领域。但是压缩空气中含有杂质。这些杂质来源于大气层、压缩机本身和管路系统。据科学统计,大气中每立方米约含1.4亿个微粒,且80%的微粒尺寸小于2毫米,而这样小的微粒压缩机的吸气过滤是无法消除的;使用有油润滑的压缩机工作过程本身产生的废物也污染成品气体,根据压缩机工作条件及型号之差异,污染物通常在5-50ｍｇ/ｍ3之间变化。目前国内普遍采用的无油润滑压缩机大多数也只是半无油润滑型的。由于在曲轴与活塞杆连接处仍采用大量的飞溅润滑,工作部分油蒸汽仍会顺着活塞杆带入汽缸,而导致气体中有微量油存在。另外,从压缩机出来的气体随温度下降会析出水分与管道中久积物会合,形成锈斑、固体微粒等杂质。因此对压缩空气进行净化处理就是非常必要的。

    2　气压缩机原有的空气过滤器的结构、原理

    空气压缩机厂以前采用的空气过滤器ＧＹＦ-3/8、ＧＹＦ-6/8型油水分离器对空气进行净化处理,其结构示意图如图1所示,它的工作原理是:经压缩机及冷却器出来的压缩空气从本装置进气管进入,经螺旋分离后,较大微粒及液滴被抛向筒壁,经排污阀排出,进气行至封头上部的锥形盖后,经相撞改变气体流向,折向进入混乱堆积的陶瓷环(拉西环)。气体在陶瓷环间连续不断的折流,使油、水继续分离。

    气体继续向上经粗滤元件、精滤元件、最后经排气管排出。排油管的作用是把粗、精滤出来的油、水、尘埃等排出。经本装置处理后的空气,含油量 (5ｍｇ/ｍ3,含尘埃粒直径(5ｕｍ,这样的含尘指标只能满足一般的要求,对生化、医药、科研等对压缩空气有较高要求的行业并不能满足。

   3　凝聚式过滤器的设计

    本文试图开发设计新型的凝聚式过滤器的结构示意图如图2所示。它的工作原理是:从有油润滑的压缩机排出的气体经后部冷却器冷却后,切向进入该装置筒体,并在筒与内筒体环行室内强制形成高速旋转气流,悬浮于空气中粗大粒子和粗大油、水滴经离心分离,被抛向筒壁,在自重的作用下沿筒内壁经锥形盖与筒体间的间隙下沉,并沉积于容器底部,经自动排污阀排出。气流旋至筒体下部与锥形盖相遇,改变了流动方向,折流进入不锈钢扁丝网。该丝网是一种象袜筒般的很细的扁状不锈钢金属丝编织而成的网带结构,网呈连环状,可作气液、气固分离,且可拦截部分微粒。随着这些微粒及液滴的生成长大,在光滑的丝网表面下沉而排出。气体向上经精滤芯后,继续实现气溶胶体凝聚长大和重力降落,沉积滤芯内凹部的油水经排油管排出。

    4　凝聚式过滤器的性能分析

    这种结构的油水分离器是集离心分离、粗过滤、精过滤三个过程于一体,能有效去除压缩空气的尘埃、水分、油雾等杂质,其净化气含油量 ≤1ｍｇ/ｍ(,含尘粒径≤1μｍ。能够为ＪＢ/Ｔ5967-97“气动元件及系统用空气介质质量分等”中含油、尘指标大于或等于该过滤器的性能指标的行业提供纯净的空气源。

    这种新型的过滤器的研制淘汰了原有的老产品,它有以下优点:

    首先,在离心分离方法上,它改变了以前那种螺旋片焊接结构,而采用现在的切向进气。避免了由于加工方法有限而产生的螺旋片表面凹凸不平,焊接后变形量较大,且不易加工、焊接等情况。新的结构使加工工艺简化,降低了成本,并且分离效果明显提高。

    其次,采用国内较成功的丝网除沫器元件取代了陶瓷管堆积过滤法。短节陶瓷管杂乱无章的堆积,气流通过时,经多次的折流、碰撞、能够分离出一部分油、水、灰尘,但由于高压气体流动,造成陶瓷管间的相互撞击,会有破碎微粒出现,及易二次污染空气。而采用不锈钢扁丝网,就不存在污染问题,且它极易清洗,分离效果又极佳,减轻了后置精滤元件的负荷,延长了精滤芯的寿命。

    第三、采用经过鉴定的精滤芯替换了老产品那种原始的毛毡缠绕过滤方法。毛毡过滤随时间的延长会被杂质吸附饱和,极易堵塞毡孔,大大降低了过滤面积,增大压力损失。更为严重的是,若不及时清除毡孔的杂质,这些杂质通过孔后与成品气混合,使原有的设计指标无法实现。而新品所用的精密滤芯是高新技术的产物,它可以与西方工业发达国家的精密滤芯相比美。该滤芯的过滤机理是靠直接拦截、惯性碰撞、扩散(布朗)运动、凝聚等综合作用。滤材采用微纤维织成的无纺布与增强滤纸等有规则的分布排列,因这种滤材表面较光滑,杂质在其表面上结集后,极易下沉而排出器外,使成品气的质量得到了保证。

    第四、将原有的手动排污系统改成具有手动、自动排污兼有的系统。一般情况下将手动排污阀关闭,自动排污阀工作。若自动排污阀失灵或修理可将其关闭,而采用手动排污。之所以这样设计的理由是:目前国内生产的自动排污阀虽然较多,但质量不尽人意。国外的自动排污阀质量虽然可靠,但其成本高,从经济方面考虑,未采用进口阀。所以,采用手动、自动兼有的排污系统既可靠又经济。

    5　结语

    综上所述,新型的凝聚式过滤器的设计是成功的,符合过滤器的设计规范与原则。它具有过滤精度较高、准确可靠、气体流动均匀、无滞留、体积小、容尘量大、滤芯易更换、阻力小、寿命长、成本低、工作自动化程度高等诸多优点。但随着各行业对压缩空气的更高要求,精度更高的空气过滤器的设计又会是我们面临的新课题、新挑战。