【压缩机网】压缩空气因其特有的特性优势，被广泛的应用于各行各业，随着人工智能、自动化技术、净化技术、节能技术的发展，压缩空气被应用的领域得到了更大的拓展。但压缩空气中含有灰尘、水、水蒸气、油、油蒸气及其它机械摩擦杂质，如不进行有效的处理，将给后续压缩空气净化设备、输送管道及用气设备和工艺造成不利的影响，也影响压缩空气作用的发挥。本文简要介绍清除压缩空气中所含颗粒的几种原理。

　　每立方米压缩空气中所含有的粒子数量称为“含尘量”，用固体粒子的质量浓度mg/m3来表示，即每m3气体中所含的粒子个数。

　　在现代工业动力气源系统中，常将固体粒子按其粒径分成0～5μm、5～10μm、10～25μm、25～50μm、50～75μm等群落，对不同群落的粒子采用不同方法进行清除。

　　压缩空气中所含粒子有一个特性：干燥器前方的所有固体粒子几乎全部悬浮在饱和空气之中，即所有粒子表面都可能被液态水或油层所蒙复，在固体粒子的清除过程中也能把水、油等杂质除去一部分，这种分离方式称为“湿态分离”。通常对于微小粒子，湿态分离的效率要比分离干燥的粒子更高些，但缺点是增加了分离设备负荷。

 

　　一、惯性分离

　　惯性，是物质固有的属性，是一种抵抗的现象，它存在于每一物体当中，大小与该物体的质量成正比，并尽量使其保持现有的状态，不论是静止状态，或是匀速直线运动状态。若在压缩空气流动过程中，改变压缩空气流动规律，让其旋转起来或其前方突然有障碍物，有一定的质量固体颗粒将被分离出来。惯性分离常有离心式分离和挡板式分离。

　　1）离心式分离是通过在滤筒中设计螺旋挡板或用其他方式，让流经的压缩空气在滤筒内旋转起来，通过离心效应（如图示）将固体颗粒分离出来。气体旋转速度愈大，由不同物质惯性差异产生的分离效果也愈好，但同时压力损失也愈大。具体原理如下：

　　在旋转流体中，悬浮颗粒主要受到以下三个力的作用，即：⑴流体作圆周运动而产生的离心力；⑵颗粒本身的重力；⑶流体对颗粒向上的浮力。在这三种力的联合作用下，受到离心力的较大的颗粒被抛向外壁，然后向下沉降，但微小的颗粒将随气流向上迁移。所能分离的颗粒最小粒径称为“切割粒径”dp，

　　式中 C0 ——气流在垂直方向上的平均速度，C0=    （m/s）

　　qv ——进入分离器空气的容积流量，Nm³/s；

　　D ——旋风分离器直径，m；

　　ρ——空气在空压机吸气状态下的密度，kg/m³；

　　ρp——粒子密度，kg/m³；

　　H ——粒子在分离器中垂直方向的移动距离，m；

　　L ——粒子在分离器中水平方向处的移动距离，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——流体的圆周速度，           ，m/s

　　r——代表半径，可取     ，m

　　ξ——阻力系数，是雷诺数的函数，数值参见下表；

　　k——球形系数：球形1为1，锥形为1.5，长条形为1.76，针形为3.8。

　　利用惯性分离中离心式分离原理制造的过滤器，称之为旋风分离器，其流通能力可达0.04～400Nm3/min，压力损失随分离效率的提高而上升，一般在400～15000Pa左右。

　　2）挡板分离（如下图参考图形）

　　挡板常采用平板形和V形两种类型，挡板放置时一定与迎风面有一定的倾角。其切割粒径dp=10～40μm。为增加捕集效果，可以采用几块挡板组合成“百叶窗式”，形成分级捕集，其效率可以到达50%，切割粒径也可到13.5μm。

　　挡板分离的“湿态分离”效果比分离干燥粒子要好，因为包覆水滴、油雾的粒子一旦和挡板发生碰撞，很薄的一层水就顺着挡板表面流下来，并在挡板边缘积聚成更大粒径的水珠，在重力作用下落入收集器。V形挡板的捕集率要大于平板形挡板，且压力降也要小很多。

　　以上两种以惯性分离的分离器经久耐用、体积不大、初成本和运行费用低，对各种成分的污染物都有一定的净化作用。但对于20μm以下的小粒径颗粒的分离效率不高。

　　二、过滤净化

　　过滤净化是去除压缩空气中固体微粒、雾状水滴、油雾及有蒸汽的主要方法，其主要设备是多种类型的过滤器，是利用物理阻隔技术来分离介质中其他成分的一种设备。根据过滤对象和净化指标的多样性，可供使用的过滤材料也是各种各样的。主要有粗效过滤器（过滤5μm以上的颗粒）、主管道过滤器（过滤1～10μm的颗粒）、除油过滤器（过滤0.01～1μm的颗粒）、除臭过滤器（过滤以0.01μm为准，常见活性炭过滤器）。详见笔者《……过滤器系列》文章。

　　这种类型过滤器是非再生的，压力损失也随使用时间延长而增大（初始压降为1500～2500Pa），使用寿命在2000h～8000h之间，与过滤材质与使用条件有关，

 

　　三、重力沉降

　　重力沉降是依靠地球引力场的作用，利用颗粒与流体的密度差异，使之发生相对运动而沉降。一种使悬浮在流体中的固体颗粒下沉而与流体分离的过程。也是从气流中分离出尘粒的最简单方法。只有颗粒较大，气速较小时，重力沉降的作用才较明显。利用该办法来净化压缩空气主要在储气罐中进行。

　　利用重力沉降法，能够完全脱离气流而沉积下来的最小微粒直径由下式确定：

 

　　式中：μ——空气的动力粘度，Pa·s； 

　　ρp——微粒的密度，kg/m3 ；

　　ρa——压缩空气密度，kg/m3

　　g——重力加速度；

　　l和H——装置沉降室的长和高，m；

　　c——在装置中的空气流速，m/s

　　利用重力沉降的净化装置使用寿命接近无限，压力损失也非常小，主要用于清除颗粒大于60μm的固态粒子或液态水分，净化效率可达到20～60%。

　　压缩空气中的颗粒污染物是混在压缩空气中的“坏蛋”，在其进入用气设备、气动工具或工艺之前，一定要将其过滤干净。具体用什么原理与方法进行过滤，取决于具体的用气需求，不可过分追求高精度。在不必要的场合，选用高精度的过滤方式，必须考虑其实用性、经济性与过滤效果。

　　注：

　　离心效应：做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞去的倾向，在所受合外力突然消失或不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下，就会做逐渐远离圆心的运动（合外力为0时，物体保持原有速度做匀速直线运动），这种现象称为离心现象。

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