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一文看懂激光切割用一體式空壓機(jī)除水排污到底有多重要!

   【壓縮機(jī)網(wǎng)】近幾年來,隨著大功率和超大功率光纖激光器的國(guó)產(chǎn)化普及,我國(guó)激光切割機(jī)呈迅猛發(fā)展之勢(shì),激光切割機(jī)從千瓦級(jí)躍升到萬瓦級(jí),切割能力從僅能切割幾mm的薄板發(fā)展到能切割幾十mm的厚板,激光切割的應(yīng)用越來越廣泛。作為激光切割的輔助氣體,通常有氧氣、氮?dú)夂蛪嚎s空氣。
 
  本文作者曾在《激光切割機(jī)采用壓縮空氣作為輔助氣體的空氣壓縮機(jī)選擇和應(yīng)用》一文中詳細(xì)論述過激光切割機(jī)采用壓縮空氣作為輔助氣體進(jìn)行金屬切割加工是一種常見的經(jīng)濟(jì)實(shí)用的加工方式。由于采用壓縮空氣作為輔助氣體進(jìn)行激光切割的顯著的經(jīng)濟(jì)性,以前不主動(dòng)推空氣切割的激光切割機(jī)的生產(chǎn)商,現(xiàn)在推激光切割機(jī)時(shí),都開始主動(dòng)介紹其激光切割機(jī)適合采用壓縮空氣切割。(圖一) 和(圖二) 就是兩個(gè)激光切割機(jī)品牌的超大功率激光切割機(jī)宣傳時(shí)介紹采用壓縮空氣切割的優(yōu)勢(shì)。
一文看懂激光切割用一體式空壓機(jī)除水排污到底有多重要!
  采用壓縮空氣作為輔助氣體進(jìn)行激光切割的經(jīng)濟(jì)性是顯而易見的。同時(shí),由于一體式空壓機(jī)安裝簡(jiǎn)便,占地面積小,方便挪動(dòng),采用空氣切割的激光切割機(jī)通常都配套激光切割專用的一體式空壓機(jī)。但是,如果對(duì)一體式空氣壓縮機(jī)系統(tǒng)的除水排污不正確、不及時(shí),對(duì)切割質(zhì)量和切割效率也會(huì)有很大的影響,嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)斐筛哳~經(jīng)濟(jì)損失。
 
  為什么這么說呢?
 
  回答這個(gè)問題,我們先來看看壓縮 1m3/min 的空氣到 16bar 壓力(這個(gè)壓力是目前多數(shù)激光切割機(jī)采用空氣切割的壓縮空氣壓力)會(huì)產(chǎn)生多少液態(tài)水分?從熱力學(xué),我們知道,空氣中的含濕量 W 為:
 
  式中,
  P——空氣壓力, kPa;
  Ps——水蒸氣分壓力, kPa;
  Psb——飽和水蒸氣分壓力, kPa;
  ?——空氣相對(duì)濕度, %
 
  壓縮機(jī)在壓縮空氣時(shí)最容易產(chǎn)生液態(tài)水的季節(jié)是夏季,最常見的濕熱天氣的氣溫大約 35℃,相對(duì)濕度大約 80%,根據(jù)上面的公式,在大氣壓力狀態(tài)下,空氣中的含濕量為 0.0297kg/kg(干空氣)。
 
  當(dāng)壓縮到 16bar 壓力時(shí),如果排氣溫度是 80℃,那么壓縮空氣中的含濕量為 0.0178kg/kg(干空氣)。
 
  這意味著會(huì)有 0.0297-0.0178=0.0119kg/kg(干空氣) 的液態(tài)水析出。假設(shè)壓縮機(jī)的排氣量是 1m3/min,每天工作 10 小時(shí),那么一天下來析出的液態(tài)水將會(huì)是:
 
  0.0119*60*10*1.29=9.21kg
 
  這些析出的液態(tài)水的大部分會(huì)混合在潤(rùn)滑油中,使?jié)櫥秃芸斓厝榛冑|(zhì),在油氣分離器中的潤(rùn)滑油工作時(shí)會(huì)大量起泡(見圖三)。如果泡沫大量積聚,油氣分離濾芯都被泡沫包圍時(shí),油氣分離濾芯將失去對(duì)潤(rùn)滑油的攔截過濾功能,大量的潤(rùn)滑油將會(huì)穿過油氣分離濾芯進(jìn)入壓縮機(jī)排氣管路,這將會(huì)使得后面的壓縮空氣過濾凈化變得異常困難。
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  根據(jù)計(jì)算,在環(huán)境溫度 35℃、相對(duì)濕度 80%的吸氣條件下,要保證在 16bar 排氣壓力的排氣沒有液態(tài)水析出,排氣溫度需要在 92℃以上,這需要通過溫控開啟溫度的選擇或者風(fēng)機(jī)啟停溫度的設(shè)定來保證。對(duì)于空壓機(jī)容量配大很多的用戶,就需要強(qiáng)制把空壓機(jī)運(yùn)行的下限頻率設(shè)高來防止溫度不能升上來。
 
  其次, 即使對(duì)壓縮機(jī)排氣溫度進(jìn)行了較好的設(shè)定,使得潤(rùn)滑油中沒有液態(tài)水析出,但是壓縮后的冷卻過程會(huì)使儲(chǔ)氣罐和氣水分離器有大量液態(tài)水凝聚。從(圖四) 可以看出,壓縮機(jī)運(yùn)行幾個(gè)小時(shí)之后,可以從儲(chǔ)氣罐里放出很多的液態(tài)水。
 
  還是繼續(xù)上面的例子, 我們知道,一體式空壓機(jī)都是把空壓機(jī)和冷干機(jī)安裝在儲(chǔ)氣罐上方,空氣經(jīng)過壓縮機(jī)壓縮并經(jīng)過油氣分離和后冷卻器后進(jìn)入儲(chǔ)氣罐,同時(shí)把在后冷卻器冷卻產(chǎn)生的冷凝水帶入儲(chǔ)氣罐。由于壓縮空氣進(jìn)入儲(chǔ)氣罐時(shí)速度驟降,并且儲(chǔ)氣罐與環(huán)境空氣有很大的接觸面積,壓縮空氣與環(huán)境空氣會(huì)產(chǎn)生較多的對(duì)流換熱, 使得壓縮空氣的溫度進(jìn)一步降低,產(chǎn)生更多的冷凝水。
 
  一般設(shè)計(jì)上,經(jīng)過后冷卻器的壓縮空氣的溫度比環(huán)境溫度高 12~15℃左右,在儲(chǔ)氣罐中繼續(xù)與環(huán)境空氣對(duì)流換熱后溫度又會(huì)降低約5~8℃。因此,在 35℃環(huán)境溫度時(shí),儲(chǔ)氣罐中的壓縮空氣溫度不會(huì)超過 35+15-5=45℃。在 16bar 壓力下, 45℃的飽和空氣的含濕量是 0.0035kg/kg(干空氣),這意味著儲(chǔ)氣罐里會(huì)有 0.0297-0.0035=0.0262 kg/kg(干空氣)的液態(tài)水積聚。假設(shè)壓縮機(jī)的排氣量是 1m3/min,每天工作 10 小時(shí),那么一天下來儲(chǔ)氣罐積聚的冷凝水將會(huì)是:
 
  0.0262*60*10*1.29=20.28kg
 
  一體式空壓機(jī)的儲(chǔ)氣罐容積大約為 300L~400L,按每天產(chǎn)生 20.28kg 的冷凝水,如果一直不放水排污,只要兩周時(shí)間,整個(gè)儲(chǔ)氣罐就全是水了!如果是這樣的話,壓縮空氣將會(huì)裹挾大量液態(tài)水進(jìn)入冷干機(jī)后精密過濾器等后處理設(shè)備,造成后處理設(shè)備根本就無法處理過來,無論是水,還是殘油,由于濾芯被水濕透,均無法處理。
 
  因?yàn)?,根?jù)精密過濾器的工作原理,它只能過濾顆粒粉塵、微油和水霧,如果壓縮空氣中存在大量液態(tài)水,精密過濾器的濾芯將會(huì)很快濕潤(rùn)飽和,導(dǎo)致空氣分子通過濾芯時(shí)本應(yīng)過濾分離出來的液態(tài)水和殘油隨壓縮空氣一起通過。其結(jié)果就是出現(xiàn)大家最不想看到的結(jié)果,進(jìn)入激光切割機(jī)的壓縮空氣含油含水,很快就會(huì)使激光切割機(jī)保護(hù)鏡片起霧模糊(見圖五),造成激光切割機(jī)無法工作,尤其對(duì)于超大功率激光切割機(jī),嚴(yán)重時(shí)會(huì)燒毀價(jià)值昂貴的光學(xué)鏡片。
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  因此,對(duì)于一體式空壓機(jī),一定要告訴操作人員,為了保障激光切割機(jī)的正常工作,必須養(yǎng)成每天開機(jī)前和停機(jī)后手動(dòng)排放掉儲(chǔ)氣罐中的冷凝水的良好習(xí)慣。即使儲(chǔ)氣罐已經(jīng)安裝了自動(dòng)排污,也有必要每天進(jìn)行這樣的操作,因?yàn)樽詣?dòng)排污閥有可能臟堵。
 
  壓縮空氣離開儲(chǔ)氣罐進(jìn)入冷干機(jī)之前,通過管路與環(huán)境空氣的對(duì)流換熱,氣體溫度會(huì)進(jìn)一步降低,假設(shè)降低 5℃,我們來看看降低 5℃達(dá)到 40℃時(shí)又會(huì)有多少冷凝水產(chǎn)生。按前述計(jì)算公式, 45℃的飽和空氣的含濕量是 0.0035kg/kg(干空氣), 40℃的飽和空氣的含濕量是 0.0027kg/kg(干空氣),那么進(jìn)入冷干機(jī)之前將會(huì)有 0.0035-0.0027=0.0008 kg/kg(干空氣) 的冷凝水產(chǎn)生。假設(shè)壓縮機(jī)的排氣量是 1m3/min,每天工作10 小時(shí),那么一天下來進(jìn)入冷干機(jī)之前的管路產(chǎn)生的冷凝水將會(huì)是:
 
  0.0008*60*10*1.29=0.6192kg
 
  這就是為什么在壓縮空氣進(jìn)入冷干機(jī)之前要安裝一個(gè)氣水分離器的原因。這個(gè)氣水分離器下部安裝有浮球式自動(dòng)排污器(見圖六),在夏季濕熱天氣,自動(dòng)排污器應(yīng)該在壓縮機(jī)每工作 30-45min 左右就能自動(dòng)排放一次污水。浮球式自動(dòng)排污器的下方還有一個(gè)手動(dòng)排污口,如果自動(dòng)排污器長(zhǎng)時(shí)間都沒有自動(dòng)排污,應(yīng)該檢查手動(dòng)排污口,如果手動(dòng)排污口能放出很多水,那就表示自動(dòng)排污出了故障,需要維修或者更換。
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  激光切割用一體式空壓機(jī)都是集成了冷凍干燥機(jī)的, 如果冷干機(jī)之前的除水排污都按本文要求正確地做了, 壓縮空氣經(jīng)過冷干機(jī)后,壓力露點(diǎn)溫度降低到 2-5℃, 壓縮空氣經(jīng)過冷干機(jī)時(shí)產(chǎn)生的冷凝水(進(jìn)氣參數(shù)按前述,壓力露點(diǎn)按 5℃)為 0.0024kg/kg(干空氣)。假設(shè)壓縮機(jī)的排氣量是 1m3/min,每天工作 10小時(shí),那么一天下來進(jìn)入冷干機(jī)產(chǎn)生的冷凝水將會(huì)是:
 
  0.0024*60*10*1.29=1.858kg
 
  這么多的冷凝水量,如果不及時(shí)排放干凈,同樣會(huì)使后面的精密過濾器失去過濾的功能。因此冷干機(jī)內(nèi)置有水分離器,水分離器下方安裝有電子自動(dòng)排污閥(見圖七)。為了及時(shí)排放冷凝水,電子自動(dòng)排污閥的排放間隔時(shí)間不能設(shè)置太長(zhǎng),應(yīng)以不超過 10-15min 為宜,每次排放時(shí)間宜設(shè)置為 3-5sec。
 
  壓縮空氣經(jīng)過冷干機(jī)把壓力露點(diǎn)降低到 2-5℃,所產(chǎn)生的冷凝水及時(shí)排放干凈, 再回溫到 20 度左右,再經(jīng)過一組精密過濾器濾除極微量的水霧、油霧和顆粒物, 這樣的壓縮空氣就是干燥的不含任何液態(tài)水的,這樣的壓力露點(diǎn)的壓縮空氣在激光切割機(jī)的保護(hù)鏡片上是沒有形成水霧的條件的,并且由于這組精密過濾器可以使液態(tài)油的去除效果達(dá)到 0.001ppm,使油蒸汽的去除效果達(dá)到 0.003ppm,在保護(hù)鏡片上形成油霧也是非常困難的。
 
  值得一提的是,對(duì)于激光切割機(jī)來說,每個(gè)精密過濾器下面的手動(dòng)旋塞閥都應(yīng)該保持微微開啟狀態(tài)(見圖八),這樣才能隨時(shí)把精密過濾器捕捉攔截到的任何液態(tài)物質(zhì)(水或油)及時(shí)沖刷出去而不帶入激光切割機(jī)的供氣管路。在這里不安裝自動(dòng)排污閥而是安裝手動(dòng)旋塞閥,一是為了保證能隨時(shí)將捕捉攔截到的任何液態(tài)物質(zhì)沖刷出系統(tǒng),二是為了保持供氣系統(tǒng)的壓力穩(wěn)定。根據(jù)我們的測(cè)試,每一個(gè)自動(dòng)排污閥自動(dòng)排污時(shí),供氣壓力會(huì)下降約 1bar,如果四個(gè)自動(dòng)排污閥同時(shí)排污,那么就會(huì)引起很大的供氣壓力下降,對(duì)激光切割質(zhì)量造成很不穩(wěn)定的影響。
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  總結(jié)
  激光切割用一體式空壓機(jī)的除水排污,絕不是一件可有可無的小事。除水排污沒有做好,往小處說,是會(huì)影響激光切割的質(zhì)量和效率;往大處說,是會(huì)影響空氣激光切割技術(shù)的推廣應(yīng)用。無論是設(shè)計(jì)人員,還是使用維護(hù)人員,都應(yīng)該對(duì)激光切割用一體式空壓機(jī)除水排污的重要性有正確的認(rèn)識(shí),在實(shí)踐中能夠切實(shí)保障一體式空壓機(jī)正確、及時(shí)的除水排污,共同推進(jìn)空氣激光切割技術(shù)的發(fā)展。

來源:本站原創(chuàng)

標(biāo)簽: 一文激光切割空壓機(jī)  

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