【壓縮機(jī)網(wǎng)】壓縮空氣因其特有的特性優(yōu)勢，被廣泛的應(yīng)用于各行各業(yè)，隨著人工智能、自動(dòng)化技術(shù)、凈化技術(shù)、節(jié)能技術(shù)的發(fā)展，壓縮空氣被應(yīng)用的領(lǐng)域得到了更大的拓展。但壓縮空氣中含有灰塵、水、水蒸氣、油、油蒸氣及其它機(jī)械摩擦雜質(zhì)，如不進(jìn)行有效的處理，將給后續(xù)壓縮空氣凈化設(shè)備、輸送管道及用氣設(shè)備和工藝造成不利的影響，也影響壓縮空氣作用的發(fā)揮。本文簡要介紹清除壓縮空氣中所含顆粒的幾種原理。

　　每立方米壓縮空氣中所含有的粒子數(shù)量稱為“含塵量”，用固體粒子的質(zhì)量濃度mg/m3來表示，即每m3氣體中所含的粒子個(gè)數(shù)。

　　在現(xiàn)代工業(yè)動(dòng)力氣源系統(tǒng)中，常將固體粒子按其粒徑分成0～5μm、5～10μm、10～25μm、25～50μm、50～75μm等群落，對不同群落的粒子采用不同方法進(jìn)行清除。

　　壓縮空氣中所含粒子有一個(gè)特性：干燥器前方的所有固體粒子幾乎全部懸浮在飽和空氣之中，即所有粒子表面都可能被液態(tài)水或油層所蒙復(fù)，在固體粒子的清除過程中也能把水、油等雜質(zhì)除去一部分，這種分離方式稱為“濕態(tài)分離”。通常對于微小粒子，濕態(tài)分離的效率要比分離干燥的粒子更高些，但缺點(diǎn)是增加了分離設(shè)備負(fù)荷。

 

　　一、慣性分離

　　慣性，是物質(zhì)固有的屬性，是一種抵抗的現(xiàn)象，它存在于每一物體當(dāng)中，大小與該物體的質(zhì)量成正比，并盡量使其保持現(xiàn)有的狀態(tài)，不論是靜止?fàn)顟B(tài)，或是勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。若在壓縮空氣流動(dòng)過程中，改變壓縮空氣流動(dòng)規(guī)律，讓其旋轉(zhuǎn)起來或其前方突然有障礙物，有一定的質(zhì)量固體顆粒將被分離出來。慣性分離常有離心式分離和擋板式分離。

　　1）離心式分離是通過在濾筒中設(shè)計(jì)螺旋擋板或用其他方式，讓流經(jīng)的壓縮空氣在濾筒內(nèi)旋轉(zhuǎn)起來，通過離心效應(yīng)（如圖示）將固體顆粒分離出來。氣體旋轉(zhuǎn)速度愈大，由不同物質(zhì)慣性差異產(chǎn)生的分離效果也愈好，但同時(shí)壓力損失也愈大。具體原理如下：

　　在旋轉(zhuǎn)流體中，懸浮顆粒主要受到以下三個(gè)力的作用，即：⑴流體作圓周運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的離心力；⑵顆粒本身的重力；⑶流體對顆粒向上的浮力。在這三種力的聯(lián)合作用下，受到離心力的較大的顆粒被拋向外壁，然后向下沉降，但微小的顆粒將隨氣流向上遷移。所能分離的顆粒最小粒徑稱為“切割粒徑”dp，

　　式中 C0 ——氣流在垂直方向上的平均速度，C0=    （m/s）

　　qv ——進(jìn)入分離器空氣的容積流量，Nm³/s；

　　D ——旋風(fēng)分離器直徑，m；

　　ρ——空氣在空壓機(jī)吸氣狀態(tài)下的密度，kg/m³；

　　ρp——粒子密度，kg/m³；

　　H ——粒子在分離器中垂直方向的移動(dòng)距離，m；

　　L ——粒子在分離器中水平方向處的移動(dòng)距離，L可取     ，m；

　　g——重力加速度，9.8m/s³

　　ac——平均向心加速度，m/s³，ac=—

　　cd——流體的圓周速度，           ，m/s

　　r——代表半徑，可取     ，m

　　ξ——阻力系數(shù)，是雷諾數(shù)的函數(shù)，數(shù)值參見下表；

　　k——球形系數(shù)：球形1為1，錐形為1.5，長條形為1.76，針形為3.8。

　　利用慣性分離中離心式分離原理制造的過濾器，稱之為旋風(fēng)分離器，其流通能力可達(dá)0.04～400Nm3/min，壓力損失隨分離效率的提高而上升，一般在400～15000Pa左右。

　　2）擋板分離（如下圖參考圖形）

　　擋板常采用平板形和V形兩種類型，擋板放置時(shí)一定與迎風(fēng)面有一定的傾角。其切割粒徑dp=10～40μm。為增加捕集效果，可以采用幾塊擋板組合成“百葉窗式”，形成分級(jí)捕集，其效率可以到達(dá)50%，切割粒徑也可到13.5μm。

　　擋板分離的“濕態(tài)分離”效果比分離干燥粒子要好，因?yàn)榘菜?、油霧的粒子一旦和擋板發(fā)生碰撞，很薄的一層水就順著擋板表面流下來，并在擋板邊緣積聚成更大粒徑的水珠，在重力作用下落入收集器。V形擋板的捕集率要大于平板形擋板，且壓力降也要小很多。

　　以上兩種以慣性分離的分離器經(jīng)久耐用、體積不大、初成本和運(yùn)行費(fèi)用低，對各種成分的污染物都有一定的凈化作用。但對于20μm以下的小粒徑顆粒的分離效率不高。

　　二、過濾凈化

　　過濾凈化是去除壓縮空氣中固體微粒、霧狀水滴、油霧及有蒸汽的主要方法，其主要設(shè)備是多種類型的過濾器，是利用物理阻隔技術(shù)來分離介質(zhì)中其他成分的一種設(shè)備。根據(jù)過濾對象和凈化指標(biāo)的多樣性，可供使用的過濾材料也是各種各樣的。主要有粗效過濾器（過濾5μm以上的顆粒）、主管道過濾器（過濾1～10μm的顆粒）、除油過濾器（過濾0.01～1μm的顆粒）、除臭過濾器（過濾以0.01μm為準(zhǔn)，常見活性炭過濾器）。詳見筆者《……過濾器系列》文章。

　　這種類型過濾器是非再生的，壓力損失也隨使用時(shí)間延長而增大（初始?jí)航禐?500～2500Pa），使用壽命在2000h～8000h之間，與過濾材質(zhì)與使用條件有關(guān)，

 

　　三、重力沉降

　　重力沉降是依靠地球引力場的作用，利用顆粒與流體的密度差異，使之發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)而沉降。一種使懸浮在流體中的固體顆粒下沉而與流體分離的過程。也是從氣流中分離出塵粒的最簡單方法。只有顆粒較大，氣速較小時(shí)，重力沉降的作用才較明顯。利用該辦法來凈化壓縮空氣主要在儲(chǔ)氣罐中進(jìn)行。

　　利用重力沉降法，能夠完全脫離氣流而沉積下來的最小微粒直徑由下式確定：

 

　　式中：μ——空氣的動(dòng)力粘度，Pa·s； 

　　ρp——微粒的密度，kg/m3 ；

　　ρa——壓縮空氣密度，kg/m3

　　g——重力加速度；

　　l和H——裝置沉降室的長和高，m；

　　c——在裝置中的空氣流速，m/s

　　利用重力沉降的凈化裝置使用壽命接近無限，壓力損失也非常小，主要用于清除顆粒大于60μm的固態(tài)粒子或液態(tài)水分，凈化效率可達(dá)到20～60%。

　　壓縮空氣中的顆粒污染物是混在壓縮空氣中的“壞蛋”，在其進(jìn)入用氣設(shè)備、氣動(dòng)工具或工藝之前，一定要將其過濾干凈。具體用什么原理與方法進(jìn)行過濾，取決于具體的用氣需求，不可過分追求高精度。在不必要的場合，選用高精度的過濾方式，必須考慮其實(shí)用性、經(jīng)濟(jì)性與過濾效果。

　　注：

　　離心效應(yīng)：做圓周運(yùn)動(dòng)的物體，由于本身的慣性，總有沿著圓周切線方向飛去的傾向，在所受合外力突然消失或不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力的情況下，就會(huì)做逐漸遠(yuǎn)離圓心的運(yùn)動(dòng)（合外力為0時(shí)，物體保持原有速度做勻速直線運(yùn)動(dòng)），這種現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象。

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