空氣過濾器的設(shè)計(jì)重點(diǎn)

本體設(shè)計(jì)

　　空氣過濾器的本體是整個(gè)過濾器的基體，是主要的承載部分，它在很大程度上決定了空氣過濾器的外觀和流量特性。本體的材料一般選用壓鑄鋁合金或鋅合金，塑膠材料雖便宜但強(qiáng)度不高.。在設(shè)計(jì)時(shí)，空氣過濾器本體外型要與減壓閥、油霧器的外型類似，要綜合考慮。外型設(shè)計(jì)很重要，它關(guān)系到是否能夠在眾多生產(chǎn)廠家的三聯(lián)件產(chǎn)品中突出自己的產(chǎn)品，打開銷路。筆者在設(shè)計(jì)過程中，外型設(shè)計(jì)占了約40%的工作量，這是一個(gè)難點(diǎn)。外型設(shè)計(jì)總的原則是：在保證內(nèi)部結(jié)構(gòu)的前提下，外型有特色、簡單、尺寸緊湊、易于拆裝組合和模塊化設(shè)計(jì)，尤其要考慮如何方便與其他元件連接。目前的產(chǎn)品中，主要有2種連接方式，一種為本體上有斜面，靠固定件上的斜面拉緊固定;另一種靠螺栓連接。前者便于拆裝維修，后者則尺寸緊湊。同時(shí)，為確保過濾器不會裝反，閥體上要有醒目的氣體流動方向標(biāo)志。

　　空氣過濾器本體內(nèi)部的設(shè)計(jì)主要是流道的設(shè)計(jì)，因?yàn)榱鞯朗怯绊懥髁刻匦缘闹饕蛩刂?。流道設(shè)計(jì)要注意：

　　1)要盡量擴(kuò)大進(jìn)口流道的進(jìn)氣面積，保證進(jìn)氣流道面積為設(shè)計(jì)口徑面積的1.5～2倍；

　　2)流道要盡量短，在滿足強(qiáng)度的前提下，盡量將導(dǎo)流板上移靠近進(jìn)氣口。流道短還能縮短結(jié)構(gòu)尺寸。

　　空氣過濾器本體在設(shè)計(jì)壓鑄件時(shí)，要盡量減少機(jī)加工的切削余量，一般在0.5～1.5mm。過多的切削余量會增加材料成本和加工成本，還會增加不良率。這是因?yàn)閴鸿T時(shí)內(nèi)部難免會出現(xiàn)縮孔等不良現(xiàn)象，比較致密的金屬層厚度比較薄，過多的切削量會破壞致密層。設(shè)計(jì)時(shí)要盡量使壁厚均勻，不同壁厚處要有圓弧過渡，以減少集中應(yīng)力的出現(xiàn)。

導(dǎo)流板設(shè)計(jì)

　　空氣過濾器的導(dǎo)流板是影響分水效率的關(guān)鍵部件。導(dǎo)流板的葉片在設(shè)計(jì)時(shí)要注意4點(diǎn)：

　　1)角度大小適當(dāng)：角度過大，氣流氣旋不明顯，分水效果不好;角度過小，分離出來的水會往上跑，很難流到水杯底部。葉片以30°～45°比較合適。

　　2)葉片要有足夠的強(qiáng)度，同時(shí)有足夠的過流面積。

　　3)導(dǎo)流板安裝必須牢固可靠，因?yàn)闅饬髟谕ㄟ^導(dǎo)流板時(shí)對葉片有較大的反作用力，容易使導(dǎo)流板松動或失效。

　　4)旋向。很多廠家都采用左旋，不過經(jīng)過測試，左旋和右旋并沒有明顯區(qū)別。

傘形擋水板設(shè)計(jì)

  傘形擋水板用來防止杯底的水被氣流回吸，設(shè)計(jì)時(shí)要注意3點(diǎn)：

　　1)傘形擋水板與濾芯接觸的部分要有一定的彈力和強(qiáng)度，保證組裝后濾芯和傘形擋水板不會松脫。傘形擋水板的材料一般用ABS或POM，所以要充分考慮塑料在使用過程中的老化問題，防止用過一段時(shí)間后失去彈力，必要時(shí)可以加一個(gè)鎖緊螺母。

　　2)傘形擋水板的傘形板部分要有氣壓平衡孔，直徑在1～2mm，用于平衡水杯上下2部分的氣壓。

　　3)傘形擋水板的傘形板部分要盡量大，與水杯的間隙在1～4mm之間，要留有缺口，以利于分離出的水流到杯底。

　　濾芯、水杯和保護(hù)罩設(shè)計(jì)

　　根據(jù)過濾精度的需要，可以使用不同的濾芯。濾芯有金屬網(wǎng)型、燒結(jié)型和纖維凝聚型3種。金屬網(wǎng)型過濾精度最低，纖維凝聚型過濾精度最高。常用的燒結(jié)型又有銅珠燒結(jié)、樹脂燒結(jié)和陶瓷燒結(jié)3類，其中銅珠燒結(jié)最常見。通過選用不同的銅珠直徑，可達(dá)到不同的過濾精度。一般有5μm，20μm，50μm，100μm4種過濾精度。銅珠濾芯的優(yōu)點(diǎn)是可以多次清洗使用。

　　空氣過濾器的水杯一般由透明的聚碳酸酯(PC)材料制作，便于觀察杯中的水位。水杯的厚度要大于3mm，壓力越大所用的厚度越厚。由于PC易碎，一般在較大規(guī)格的過濾器上使用時(shí)，要加金屬保護(hù)罩。加保護(hù)罩時(shí)，保護(hù)罩要托住水杯的底部，讓保護(hù)罩承受主要的壓力。在高壓時(shí)可以采用金屬水杯，但要有透明刻度顯示水位。

　　排水閥設(shè)計(jì)

　　空氣過濾器的排水閥種類很多，這里介紹比較常用的3種。

       1)簡易的手動排水閥。這種最簡單，需要排水時(shí)用手打開閥， 排完水后關(guān)閉閥門。常用的有旋鈕式小球閥、按鈕式頂針閥等。這類閥設(shè)計(jì)簡單，只要解決密封問題就可以了。手動閥一定要人工操作，必須定期檢查水位并及時(shí)排水。如果排水不及時(shí)，會造成二次污染，起不到濾水作用。這種閥成本低，排水迅速，不影響正常工作，但人工維護(hù)成本高。

　　2)彈簧式自動排水器。無氣壓或極低氣壓時(shí)，彈簧頂起閥芯排水。有氣壓時(shí)，閥芯被壓緊到O型密封圈上，停止排水。這種閥排水時(shí)要求必須停氣，只能用在某些可以頻繁停氣的場所，優(yōu)點(diǎn)是不用人工控制，制造成本低。

      3)自動排水器，有常開型和常閉型2種。無氣壓時(shí)，排水口處于開啟狀 態(tài)，為常開型;排水口處于關(guān)閉狀態(tài)為常閉型。這2種結(jié)構(gòu)可以設(shè)計(jì)成如右圖所示，當(dāng)復(fù)位彈簧安裝在外側(cè)的（8）位置時(shí)，為常閉型;當(dāng)復(fù)位彈簧安裝在活塞內(nèi)部的（9）位置時(shí)為常開型。

　　由于結(jié)構(gòu)類似，只介紹常開型。當(dāng)水杯內(nèi)無氣壓時(shí)，浮子（11）靠自重落下，通過控制桿（1）用密封塞（12）將上節(jié)流口（3）關(guān)閉。活塞（4）在復(fù)位彈簧（9）作用下下移，活塞桿與密封通道脫開，水油排出。當(dāng)水杯內(nèi)的氣壓大于最低動作壓力后，活塞克服彈簧力和摩擦力上移，排水口關(guān)閉。當(dāng)水杯內(nèi)的水位升高到一定位置，浮子的浮力大于上節(jié)流口的密封壓力時(shí)，通過控制桿將密封塞打開，氣壓從上節(jié)流口進(jìn)入活塞內(nèi)部上腔，活塞下移，排水口打開排水。當(dāng)水位下降后，浮子將上節(jié)流口關(guān)閉。活塞上腔氣壓通過下節(jié)流孔排出，由于下節(jié)流口比上節(jié)流口小，活塞內(nèi)腔的氣體不能立即排盡，活塞上移將排水口關(guān)閉有一定的延遲，當(dāng)排水口完全關(guān)閉時(shí)，杯中的水已基本排完。自動排水器的單次蓄水量比較少，排水比手動排水頻繁。

　　常開型自動排水器在設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定2個(gè)參數(shù)：最低動作壓力和最高工作壓力；而常閉型只需要確定最高工作壓力。

　　最低動作壓力是指讓排水閥關(guān)閉的最低壓力，一般為0.1～0.2MPa，最高工作壓力一般為1.0MPa，設(shè)計(jì)時(shí)放大為1.2MPa。最低動作壓力由活塞內(nèi)外部的壓力差、內(nèi)部的復(fù)位彈簧力和活塞密封的摩擦力來決定。為盡量減少活塞密封的摩擦力，大活塞一般用摩擦力較小的Y型密封。Y型密封的唇口應(yīng)向下，確?；钊獠康臍鈮嚎梢詫⒒钊弦疲b反則失效。

　　最高工作壓力確定后，設(shè)計(jì)的關(guān)鍵就在于：上節(jié)流口和下節(jié)流口的直徑及浮子的浮力三者要綜合考慮。要能夠完成排水，必須要滿足以下的關(guān)系式:

　　ρ*g*V>π*D12*P/4>π*D22*P/4

　　式中，ρ為浮子的密度/(kg·m-3);

　　V是上節(jié)流口打開瞬間浮子浸入水中部分的體積/m3;

　　D1為上節(jié)流口的直徑/m，

　　D2為下節(jié)流口的直徑/m;

　　P是使用時(shí)的工作壓力/MPa。

　　上節(jié)流口的直徑太大，需要的浮子體積也必須大，這樣會增加水杯的結(jié)構(gòu)尺寸；直徑太小，則在注塑時(shí)制作困難。一般情況下，上節(jié)流口的直徑為0.8～1.5mm。

　　要讓活塞內(nèi)部能積聚足夠高的壓縮空氣壓力來移動活塞，下節(jié)流口的直徑必須小于上節(jié)流口。在上節(jié)流口關(guān)閉后，活塞內(nèi)的壓縮空氣不立即排出，可以使活塞不立即上升，從而將排水時(shí)間延長1.5～2.5s。

　　要滿足上述條件，下節(jié)流口直徑應(yīng)在0.5～1.0mm，由于下節(jié)流口直徑太小，制作非常困難，可以采用以下的解決辦法：下節(jié)流口直徑比上節(jié)流口直徑稍小，然后再用一根稍細(xì)的不銹鋼線通過下節(jié)流口，這樣在滿足制作工藝的同時(shí)又能大大縮小下節(jié)流口的有效通氣面積。浮子在設(shè)計(jì)時(shí)要盡量大，密度要盡量小，浮子可以用實(shí)心的發(fā)泡材料，也可以用空心的POM制作，后者一定要密封好，同時(shí)要有足夠的厚度來抵抗內(nèi)外的壓力差(內(nèi)部為常壓，外部為使用壓力)。

　　為保證下部O型密封圈的密封效果，要在活塞外部加濾網(wǎng)，防止雜質(zhì)污染密封面。另外，由于排水時(shí)有較大的沖擊力，為防止O型密封圈被沖脫，應(yīng)選用較大的線徑和較低的壓縮量，同時(shí)加導(dǎo)向槽，這樣既能排水又能保護(hù)密封圈。