【壓縮機網】壓縮空氣因其特有的特性優勢，被廣泛的應用于各行各業，隨著人工智能、自動化技術、凈化技術、節能技術的發展，壓縮空氣被應用的領域得到了更大的拓展。但壓縮空氣中含有灰塵、水、水蒸氣、油、油蒸氣及其它機械摩擦雜質，如不進行有效的處理，將給后續壓縮空氣凈化設備、輸送管道及用氣設備和工藝造成不利的影響，也影響壓縮空氣作用的發揮。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量稱為“含塵量”，用固體粒子的質量濃度mg/m3來表示，即每m3氣體中所含的粒子個數。

　　在現代工業動力氣源系統中，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行清除。

　　壓縮空氣中所含粒子有一個特性：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水或油層所蒙復，在固體粒子的清除過程中也能把水、油等雜質除去一部分，這種分離方式稱為“濕態分離”。通常對于微小粒子，濕態分離的效率要比分離干燥的粒子更高些，但缺點是增加了分離設備負荷。

 

　　一、慣性分離

　　慣性，是物質固有的屬性，是一種抵抗的現象，它存在于每一物體當中，大小與該物體的質量成正比，并盡量使其保持現有的狀態，不論是靜止狀態，或是勻速直線運動狀態。若在壓縮空氣流動過程中，改變壓縮空氣流動規律，讓其旋轉起來或其前方突然有障礙物，有一定的質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計螺旋擋板或用其他方式，讓流經的壓縮空氣在濾筒內旋轉起來，通過離心效應（如圖示）將固體顆粒分離出來。氣體旋轉速度愈大，由不同物質慣性差異產生的分離效果也愈好，但同時壓力損失也愈大。具體原理如下：

　　在旋轉流體中，懸浮顆粒主要受到以下三個力的作用，即：⑴流體作圓周運動而產生的離心力；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 ——進入分離器空氣的容積流量，Nm³/s；

　　D ——旋風分離器直徑，m；

　　ρ——空氣在空壓機吸氣狀態下的密度，kg/m³；

　　ρp——粒子密度，kg/m³；

　　H ——粒子在分離器中垂直方向的移動距離，m；

　　L ——粒子在分離器中水平方向處的移動距離，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，是雷諾數的函數，數值參見下表；

　　k——球形系數：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，稱之為旋風分離器，其流通能力可達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，擋板放置時一定與迎風面有一定的傾角。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”，形成分級捕集，其效率可以到達50%，切割粒徑也可到13.5μm。

　　擋板分離的“濕態分離”效果比分離干燥粒子要好，因為包覆水滴、油霧的粒子一旦和擋板發生碰撞，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久耐用、體積不大、初成本和運行費用低，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，其主要設備是多種類型的過濾器，是利用物理阻隔技術來分離介質中其他成分的一種設備。根據過濾對象和凈化指標的多樣性，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，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間延長而增大（初始壓降為1500～2500Pa），使用壽命在2000h～8000h之間，與過濾材質與使用條件有關，

 

　　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，使之發生相對運動而沉降。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，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氣罐中進行。

　　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的固態粒子或液態水分，凈化效率可達到20～60%。

　　壓縮空氣中的顆粒污染物是混在壓縮空氣中的“壞蛋”，在其進入用氣設備、氣動工具或工藝之前，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，必須考慮其實用性、經濟性與過濾效果。

　　注：

　　離心效應：做圓周運動的物體，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動所需的向心力的情況下，就會做逐漸遠離圓心的運動（合外力為0時，物體保持原有速度做勻速直線運動），這種現象稱為離心現象。

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