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壓縮空氣中含有各種類(lèi)型的雜質(zhì)，可能有油、油霧、油泥、水、水霧、微粒塵、微生物、異味及其他雜質(zhì)等，且它們的形態(tài)各異，有顆粒狀、有蒸汽狀，也有固態(tài)形。從理論上來(lái)講，一種過(guò)濾器可以實(shí)現(xiàn)過(guò)濾的“全覆蓋”，但從設(shè)計(jì)、應(yīng)用與經(jīng)濟(jì)性的角度，不可能一種過(guò)濾器就可實(shí)現(xiàn)過(guò)濾“全覆蓋”，為此，我們需要根據(jù)不同形態(tài)、不同類(lèi)型的雜質(zhì)進(jìn)行分類(lèi)，并根據(jù)不同的應(yīng)用場(chǎng)景(對(duì)壓縮空氣品質(zhì)需求的等級(jí))，設(shè)計(jì)不同類(lèi)型的過(guò)濾器以滿(mǎn)足實(shí)際的需求。否則，不但無(wú)法發(fā)揮過(guò)濾器的作用，還會(huì)造成更大的損失。
壓縮空氣中所含的雜質(zhì)，可以分為四類(lèi)即固體灰塵、水分、油霧和臭味，為此過(guò)濾器也可以分成四大類(lèi)型，每一類(lèi)型的過(guò)濾器又根據(jù)不同的過(guò)濾精度分成若干級(jí)別(如：Q、P、S、H四級(jí))，從而就形成了壓縮空氣過(guò)濾器完整的產(chǎn)品系列頻譜。
一、通用壓縮空氣過(guò)濾器
通用過(guò)濾器適合氣動(dòng)管路中作一般除塵用，適用于除去5μm以上的固體微粒，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。
其過(guò)濾過(guò)程是，壓縮空氣進(jìn)入過(guò)濾器后由彎曲的導(dǎo)流板引導(dǎo)做螺旋運(yùn)行，產(chǎn)生的離心力將所含的大粒徑固體顆粒和液態(tài)水滴向外拋擲，撞向集水杯內(nèi)壁，并在重力作用下躍落，越過(guò)擋水板落入集水杯中，擋水板將污液分離并防止喘流的空氣將污液二次帶到下游，然后壓縮空氣從外向內(nèi)通過(guò)濾芯，濾除細(xì)小的固體微粒，最后清潔空氣從濾芯中心經(jīng)過(guò)過(guò)濾器出口排出。
一般用氣的普通氣缸、氣動(dòng)儀表、氣動(dòng)傳感器、氣動(dòng)量?jī)x和氣動(dòng)軸承等適合用通用過(guò)濾器。
二、除灰濾水壓縮空氣過(guò)濾器
除灰濾水過(guò)濾器又稱(chēng)“前置過(guò)濾器”，是壓縮空氣后處理系統(tǒng)中的前級(jí)凈化設(shè)備。過(guò)濾精度在10～3μm，過(guò)濾效率≥99%。作為前級(jí)過(guò)濾器其進(jìn)氣是飽和的，環(huán)境溫度稍微有下降就會(huì)在過(guò)濾器內(nèi)部出凝結(jié)水，濾芯就始終是在高濕度條件下工作，工作負(fù)荷很大。
為了適應(yīng)高負(fù)荷的工作特點(diǎn)，這類(lèi)過(guò)濾器大多采用兩級(jí)過(guò)濾方式，即壓縮空氣進(jìn)入過(guò)濾器后，先遭遇能產(chǎn)生慣性分離作用的裝置，在機(jī)械力(離心、碰撞等)作用下使空氣中較大粒徑的灰塵、水滴與空氣分離，然后流入憎水處理過(guò)的蓬松型纖維主過(guò)濾層，繼續(xù)除去空氣中剩余的較小粒徑的雜質(zhì)。
基于以上理論，有各種結(jié)構(gòu)類(lèi)型的除灰濾水過(guò)濾器，如圖2。
三、主管路壓縮空氣過(guò)濾器
主管路過(guò)濾器在壓縮空氣凈化中起主力凈化作用，依據(jù)設(shè)計(jì)時(shí)所用的結(jié)構(gòu)、濾材及機(jī)理的不同，過(guò)濾精度在～1μm，過(guò)濾效率≥99%。如圖3。
1、它能有效地濾除空氣中大于1μm的固體微粒子及液態(tài)水霧，并有一定的除油霧能力。經(jīng)其過(guò)濾的壓縮空氣可以直接用于氣缸、換向閥、風(fēng)動(dòng)工具、測(cè)量?jī)x表及各種機(jī)械上的氣動(dòng)回路。
2、由于進(jìn)入主管路過(guò)濾器的壓縮空氣中含有大量粒徑間于0.1μm～0.5μm的微粒子，因它們的穿透率是最高的(根據(jù)當(dāng)前大多數(shù)理論)，為了提高其過(guò)濾效率，濾芯材料大都采用高效纖維濾紙類(lèi)材質(zhì)，如玻璃纖維濾紙。
3、它的過(guò)濾機(jī)理以慣性沖擊和攔截滯留為主，對(duì)粒徑小于0.1μm的油霧微粒擴(kuò)散機(jī)理起著主要作用，但濾速不能太高。
四、除油霧壓縮空氣過(guò)濾器
壓縮空氣中所含的油類(lèi)雜質(zhì)，除少數(shù)粒徑較大的焦油可以被主管路過(guò)濾器除外，極大多數(shù)是粒徑為0.01μm～1.0μm的氣溶膠和超細(xì)懸浮飛沫，普通形式的過(guò)濾器無(wú)法清除這類(lèi)超細(xì)油霧氣溶膠。為此，這類(lèi)除油霧過(guò)濾器會(huì)做成“凝聚式”結(jié)構(gòu)即“凝聚式過(guò)濾器”。
在凝聚式過(guò)濾器中，壓縮空氣必須從濾芯的內(nèi)側(cè)向外側(cè)流動(dòng)，濾芯材質(zhì)十分緊密，使其不僅能依靠縫隙狹窄的微孔捕獲粒徑微小的顆粒，而且還能捕獲它所能接觸到的，比濾芯氣流通道實(shí)際尺寸更微小的液態(tài)和懸浮粒子。其主要過(guò)濾對(duì)象是粒徑小于0.1μm的油霧微粒，過(guò)濾機(jī)理以擴(kuò)散沉降為主，設(shè)計(jì)濾速不能太高。
如圖4所示，其過(guò)濾過(guò)程是，壓縮空氣進(jìn)入凝聚式過(guò)濾器的內(nèi)部空間，由于容積突然擴(kuò)大，氣流速度減慢，形成層流由內(nèi)向外地流過(guò)圓筒狀濾芯過(guò)濾層。在穿過(guò)濾層的流出過(guò)程中，空氣中微粒被多種不同機(jī)理效應(yīng)所捕獲，并在氣流帶領(lǐng)下進(jìn)入泡沫塑料外復(fù)層。
油霧微粒在通過(guò)泡沫塑料層時(shí)相互碰撞凝聚，長(zhǎng)大成粒徑較大的液態(tài)油滴，在重力作用下沿外復(fù)泡沫塑料層沉降至過(guò)濾器底部，再由排污口排出。
五、吸附式壓縮空氣過(guò)濾器(又稱(chēng)除臭過(guò)濾器)
吸附式過(guò)濾器的濾芯結(jié)構(gòu)與除油霧過(guò)濾器濾芯基本相同，但它是采用具有活性炭濾芯，能有效除去壓縮空氣中的臭味(粒徑為0.002～0.003μm的有機(jī)化學(xué)物質(zhì)微粒)、某些細(xì)菌和極其微小的油霧微粒，使壓縮空氣凈化為能用于醫(yī)藥食品、啤酒釀造、化妝品生產(chǎn)和潛水、呼吸用氣等場(chǎng)景。其過(guò)濾芯精度達(dá)0.01～0.001μm，過(guò)濾效率達(dá)99.9999%。
六、除菌壓縮空氣過(guò)濾器
壓縮空氣也被廣泛用于醫(yī)藥、食品等工業(yè)的工藝流程中，如發(fā)酵。因壓縮空氣中含有各種各樣的微生物(一般都附在灰塵上，大多在5～20μm)，因有害細(xì)菌在有利的條件下，其繁殖能力是驚人的，如果不進(jìn)行有效的濾除，讓其進(jìn)入到這類(lèi)工藝流程，將帶來(lái)不可預(yù)想到的危害。為此，除菌過(guò)濾器采用定期滅菌的介質(zhì)來(lái)阻截空氣中所含的微生物，以取得無(wú)菌空氣。同時(shí)，其結(jié)構(gòu)上也是有所不同的：
1、除菌過(guò)濾器必須通過(guò)增加濾層的厚度，來(lái)降低穿透率，但阻力會(huì)有所上升，壓損會(huì)增加，所以，濾速必須很低，一般在0.1m/s以下。
2、除菌過(guò)濾器必須能耐接近200℃高溫蒸汽的反復(fù)滅菌，那么它的濾材必須有很高的抗?jié)駨?qiáng)度和耐高溫性。
3、因?yàn)橥耆珶o(wú)菌，那么除菌過(guò)濾器除了濾材有要求外，其他輔材如密封膠、粘結(jié)劑等，也同樣要滿(mǎn)足耐高溫、抗?jié)駨?qiáng)度高、不易老化等要求。同時(shí)，殼體等都必須是不銹鋼的。
注意，除菌過(guò)濾器必須是經(jīng)過(guò)醫(yī)療衛(wèi)生、食品藥物權(quán)威機(jī)構(gòu)認(rèn)證通過(guò)的，且在使用過(guò)程中嚴(yán)格執(zhí)行定期消毒的規(guī)定。如圖5。
總結(jié)，本文簡(jiǎn)要分析了常用 的結(jié)構(gòu)與特性以及過(guò)濾器的過(guò)濾原理，為設(shè)計(jì)、研發(fā)與制造高品質(zhì)過(guò)濾器提供了理論依據(jù)。隨著科技的發(fā)展，也許還有更有效的過(guò)濾器結(jié)構(gòu)，等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)與研究。
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