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1、空气过滤器的设计技巧 在气动技术中,空气过滤器、减压阀和油雾器称为气动三大件.为得到多种功能,往往将这三种气源处理元件按顺序组装在一起,称为气动三联件,用于气源净化过滤、减压和提供润滑.[1]三大件的安装顺序按进气方向依次为空气过滤器、减压阀、油雾器.三大件是多数气动系统中不可缺少的气源装置,安装在用气设备近处,是压缩空气质量的最后保证.其设计和安装,除确保三大件自身质量外,还要考虑节省空间、操作安装方便、可任意组合等因素. 从气源出来的压缩空气中含有过量的水汽和油滴,同时还有固体杂质,如铁锈、沙粒、管道密封剂等,这些会损坏活塞密封
2、环,堵塞元器件上的小排气孔,缩短元器件的使用寿命或使之失效.空气过滤器的作用就是将压缩空气中的液态水、液态油滴分离出来,并且滤去空气中的灰尘和固体杂质,但不能除去气态的水和油.笔者研究了SMC,NOR GREN,FESTO等著名公司的产品,做了大量的设计和测试工作,从而得出空气过滤器的一些设计技巧.关于设计理论、计算公式等已有专业书籍详细介绍,本文不再涉及. 1 空气过滤器的工作原理 空气过滤器的结构如图1所示. 从进口流入的压缩空气,被引进导流板2,导流板上有均匀分布的类似风扇扇叶的斜齿,迫使高速流
3、动的压缩空气沿齿的切线方向产生强烈的旋转,混杂在空气中的液态水油和较大的杂质在强大的离心力作用下分离出来,甩到水杯7的内壁上,流到水杯的底部.除去液态水油和较大杂质的压缩空气,再通过滤芯3的进一步过滤,清除微小的固态颗粒,然后从出口输出清洁的压缩空气.伞形挡水板5将水杯分隔成上下2部分,下部保持压力静区,可以防止高速旋转的气流吸起杯底的水油.聚集在杯底的水油从排水阀8放掉.[2]空气过滤器必须竖直水杯向下安装. 2 空气过滤器的主要性能指标 1)过滤精度.指允许通过的杂质颗粒的最大直径.影响过滤精度的关键是滤芯,可根据后面元器件的需要选择
4、不同的滤芯,使其达到相应的过滤精度. 2)流量特性.指在一定的进口压力下,通过过滤器的空气流量与过滤器两端压力降之间的关系曲线.实际使用时,最好在压力损失小于0.03MPa的范围内选用.在空气过滤器中,影响流量特性的主要是本体和滤芯. 3)分水效率.指分离出来的水分与进气口空气中所含水分之比.一般要求空气过滤器的分水效率不小于80%.影响分水效率的主要是导流板. 3 空气过滤器的设计重点 3.1 空气过滤器的本体设计 空气过滤器的本体是整个过滤器的基体,是主要的承载部分,它在很大程度上决定了空气过滤器的外观和流量特性.本
5、体的材料一般选用压铸铝合金或锌合金,塑胶材料虽便宜但强度不高. 在设计时,空气过滤器本体外型要与减压阀、油雾器的外型类似,要综合考虑.外型设计很重要,它关系到是否能够在众多生产厂家的三联件产品中突出自己的产品,打开销路.笔者在设计过程中,外型设计占了约40%的工作量,这是一个难点.外型设计总的原则是:在保证内部结构的前提下,外型有特色、简单、尺寸紧凑、易于拆装组合和模块化设计,尤其要考虑如何方便与其他元件连接.目前的产品中,主要有2种连接方式,一种为本体上有斜面,靠固定件上的斜面拉紧固定;另一种靠螺栓连接.前者便于拆装维修,后者则尺寸紧凑.同时
6、,为确保过滤器不会装反,阀体上要有醒目的气体流动方向标志. 空气过滤器本体内部的设计主要是流道的设计,因为流道是影响流量特性的主要因素之一.流道设计要注意:1)要尽量扩大进口流道的进气面积,保证进气流道面积为设计口径面积的1.5～2倍;2)流道要尽量短,在满足强度的前提下,尽量将导流板上移靠近进气口.流道短还能缩短结构尺寸. 空气过滤器本体在设计压铸件时,要尽量减少机加工的切削余量,一般在0.5～1.5mm.过多的切削余量会增加材料成本和加工成本,还会增加不良率.这是因为压铸时内部难免会出现缩孔等不良现象,比较致密的金属层厚度比较薄,过多的
7、切削量会破坏致密层.设计时要尽量使壁厚均匀,不同壁厚处要有圆弧过渡,以减少集中应力的出现. 3.2 空气过滤器的导流板设计 空气过滤器的导流板是影响分水效率的关键部件.导流板的叶片在设计时要注意4点:1)角度大小适当:角度过大,气流气旋不明显,分水效果不好;角度过小,分离出来的水会往上跑,很难流到水杯底部.叶片以30°～45°比较合适.2)叶片要有足够的强度,同时有足够的过流面积.3)导流板安装必须牢固可靠,因为气流在通过导流板时对叶片有较大的反作用力,容易使导流板松动或失效.4)旋向.很多厂家都采用左旋,不过经过测试,左旋和右旋并没有明
8、显区别. 3.3 空气过滤器的伞形挡水板设计 伞形挡水板用来防止杯底的水被气流回吸,设计时要注意
