压缩空气过滤器设计要点及方法分析

      在压缩空气系统中，虽然压缩空气过滤器的经济成本不高，其成本所占系统总成本的比例很微小，但其作用是不容忽视的。它就相当于人体的“肝脏”，虽没有大脑、五官、心脏那么被人所熟悉，但它却是人体内最大的解毒器官，体内产生的毒物、废物，吃进去的毒物、有损健康的药物等等必须依靠肝脏解毒。那么过滤器的作用就是把压缩空气中所含有的“毒物”——水雾、油雾、微尘粒及微生物等通通解毒掉，让洁净的压缩空气作用于气动设备、仪表、生产工艺过程中，甚至是作为人体的呼吸用气源（在医疗行业）。

　　不同的行业、不同的应用领域对压缩空气的品质要求均不同，那么，如何从性能、价格、技术的合理性角度去设计压缩空气过滤器呢？我们从滤材的选用、过滤面积的计算、滤速的确定以及过滤器壳体的选用角度进行简要分析。

　　一、滤材的选择

　　压缩空气中所含的杂质是多种多样的，不同的用气场景对所使用的压缩空气质量要求也是不同的，而随着科技的发展滤材也是多种多样的，各有特点各有特性。不可能有一种滤材，能满足对一切杂质的有效过滤，所以选择滤芯材料时，我们要尽量考虑以下两项基本要求：

　　1、实际使用场合的过滤精度和过滤效率

　　不同滤材的过滤精度、机械性能是不同的，对不同过滤对象杂质的过滤效率是存在很大差异的。如：有适合过滤杂质的尺寸≧5μm的粉末冶金过滤材料和陶瓷过滤材料；也有适合过滤杂质的尺寸<5μm的，过滤精度≧99%的纤维过滤材料。但当过滤对象为油雾时，以上两种滤材就不适合选用了，因为油雾的尺寸通常是<0.1μm，这时就不能选用蓬散的纤维滤料做滤芯材料，而应当采用高性的玻璃纤维滤纸做滤芯。而为进一步提高综合性能，滤芯一般是做成复合结构，也就是多种滤材按科学设计的方式与结构一起使用，如下表所示。

　　2、经济性

　　对于压缩空气品质没有那么高要求的场合，就没有必要选用高性能的滤材。如果选用，不仅会造成经济上的浪费，过滤效果也不一定会好。如：高精密的过滤器在粉尘多场合，就容易堵塞，且在技术上也不应该用这样的滤材。

　　二、过滤面积的计算

　　过滤面积是指垂直于气流方向的过滤材料的有效面积。滤速是设计过滤器时的重要参数，它是决定滤芯过滤面积的主要依据。

　　1、对于纤维滤材，过滤面积计算公式：

　　2、对于粉末治金材料，过滤面积计算公式：

　　3、对过滤陶瓷滤材，过滤面积计算公式：

　　式中：A--过滤面积，m2

　　c--气流通过滤料层时的流速，m/s；

　　--过滤器在额定状态下过滤器的空气有压流量，m3/h

　　B--粉末冶金滤材的渗透系数（m2），它取决于材料的常数，由实验确定。

　　η--空气的动力粘度，N·s/m2;

　　δ--滤层厚度，m

　　K--过滤陶瓷透气度，m2·mm-2·s-1·Pa-1;

　　△Р--空气透过过滤层产生的压力损失，Pa。

　　三、滤速的确定原则

　　滤速用C0表示：如图1。

　　式中：C0--计算滤速度，m/s；

　　K--波尔茨曼常数，J/K；

　　T--绝对温度，K；

　　df--滤材纤维直径，m；

　　υ--空气的动动粘度，m2/s；

　　η--空气的动力粘度，Pa·s

　　dp--需过滤杂质的颗粒直径，m，即过滤精度

　　确定纤维类过滤材料（包括滤纸）的滤速时，要考虑滤材的速度特性，即过滤效率与滤速的关系。扩散效应随滤速增加而减小，惯性冲击效应随滤速的增加而提高，而其他效应基本上与滤速关系不大。当过滤对象为dp≥0.3μm，惯性冲击作用起主要作用，设计滤速C时应尽量大于计算C0。式中可以看出，df与C0成正比关系，那么纤维直径也不可太大；当过滤对象的dp为0.01μm～0.3μm的细微粒子时（如油雾粒子），扩散沉积机理起主要作用，设计滤速C时应尽量小于计算C0。式中可以看出，df与C0提成正比关系，那么纤维直径也不可太小。

　　四、过滤器的壳体

　　压缩空气过滤器需要承受压缩空气的压力，一般做成管状结构，过滤主体——滤芯就密封在壳体里。由于工作时滤芯上的压力降与被处理的空气压力相比可忽略不计，过滤器的壳体就承受了压缩空气的全部压力。因而壳体就属于压力容器，必须有压力容器生产资质才能生产。

　　1、壳体材料。一般金属材料，小型过滤器的壳体常用高强度锌铝合金压铸而成；大流量过滤器的壳体多用承压性能良好的锅炉钢板焊接而成。随着技术的发展与需求的变化，现在也有用不锈钢材料制造而成。不管用什么材料，成品壳体必须进行密封试验和水压试验。如图2。

　　2、壳体结构。如图2，一般由上下两部分组成，上半部分为“滤盖”，下半部分为“滤筒”。滤盖上有压缩空气进出通道（进出气口，口径与外部管径一致），滤芯（如右图7）也是悬挂固定在滤盖上。压缩空气进入过滤器后，只能通过滤芯才能从排气口排出，为此，进、出气口之间是不能有泄露点的，否则压缩空气就会短路，从而不起到过滤作用。

　　滤筒的作用，一是密封，限制压缩空气只能在过滤器壳体范围内并按规定的方向流动；二是接纳过滤出来的水、油等滤液（为了及时排除滤液污物，在滤筒底部设有手动或自动的排污装置）。一般滤筒的直径比滤芯直径大一倍即可，滤筒的长度应比滤芯长1.25～1.5倍左右，以保证滤芯不遭滤液的浸淹。

　　过滤器与外部管道的连接，小流量一般用螺纹，大流量一般用法兰。

　　3、大流量的过滤器的结构有点特殊，有时滤筒内要装几支到几十支滤芯，这时，滤芯的排列显得很重要。通常要求任意三支相邻滤芯应呈等边三角形布置，而相邻两支滤芯的中心距应不小于滤芯直径的1.25倍，以保持气流在滤芯间有足够的流通空间，如图3。

　　以上简要阐述了压缩空气过滤器设计时应考虑的一些要素如滤材、滤速、过滤面积，及其结构特征，为依据不同使用场景，设计高性能过滤器提供了理论参考，也为压缩空气行业从者提供了提升专业知识的素材，以便我们更好的为压缩空气用户提供专业服务。

　　注：文中部分内容来源于网络、书本等资料。

来源：压缩机杂志

转发：武汉瑞气节能科技