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如何设计一个完美的空气过滤器呢
来源://guyblaise.com/  发布时间:2012-04-30 22:56:21  点击数:3290
如何设计一个完美的空气过滤器呢    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.。    特殊设计的空气过滤器在设计时,空气过滤器guyblaise.com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,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。
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。导流板的叶片在设导流板
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显区别。
伞形挡水板设计
   挡水板
   伞形挡水板用来防止杯底的水被气流回吸,设计时要注意3点:
  1)伞形挡水板与滤芯接触的部分要有一定的弹力和强度,保证组装后滤芯和伞形挡水板不会松脱。伞形挡水板的材料一般用ABS或POM,所以要充分考虑塑料在使用过程中的老化问题,防止用过一段时间后失去弹力,必要时可以加一个锁紧螺母。   2)伞形挡水板的伞形板部分要有气压平衡孔,直径在1~2mm,用于平衡水杯上下2部分的气压。   3)伞形挡水板的伞形板部分要尽量大,与水杯的间隙在1~4mm之间,要留有缺口,以利于分离出的水流到杯底。
滤芯、水杯和保护罩设计
   根据过滤精度的需要,可以使用不同的滤芯。滤芯有金属网型、烧结型和纤维凝聚型3种。金属网型过滤精度最低,纤维凝聚型过滤精度最高。常用的烧结型又有铜珠烧结、树脂烧结和陶瓷烧结3类,其中铜珠烧结最常见。通过选用不同的铜珠直径,可达到不同的过滤精度。一般有5μm,20μm,50μm,100μm4种过滤精度。铜珠滤芯的优点是可以多次清洗使用。
  空气过滤器的水杯一般由透明的聚碳酸酯(PC)材料制作,便于观察杯中的水位。水杯的厚度要大于3mm,压力越大所用的厚度越厚。由于PC易碎,一般在较大规格的过滤器上使用时,要加金属保护罩。加保护罩时,保护罩要托住水杯的底部,让保护罩承受主要的压力。在高压时可以采用金属水杯,但要有透明刻度显示水位。
排水阀设计
   空气过滤器的排水阀种类很多,这里介绍比较常用的3种。
  弹簧式自动排水器
  1)简易的手动排水阀。这种最简单,需要排水时用手打开阀, 排完水后关闭阀门。常用的有旋钮式小球阀、按钮式顶针阀等。这类阀设计简单,只要解决密封问题就可以了。手动阀一定要人工操作,必须定期检查水位并及时排水。如果排水不及时,会造成二次污染,起不到滤水作用。这种阀成本低,排水迅速,不影响正常工作,但人工维护成本高。
  2)弹簧式自动排水器。无气压或极低气压时,弹簧顶起阀芯排水。有气压时,阀芯被压紧到O型密封圈上,停止排水。这种阀排水时要求必须停气,只能用在某些可以频繁停气的场所,优点是不用人工控制,制造成本低。   常开式自动排水阀
  3)自动排水器,有常开型和常闭型2种。无气压时,排水口处于开启状 态,为常开型;排水口处于关闭状态为常闭型。这2种结构可以设计成如右图所示,当复位弹簧安装在外侧的(8)位置时,为常闭型;当复位弹簧安装在活塞内部的(9)位置时为常开型。
  由于结构类似,只介绍常开型。当水杯内无气压时,浮子(11)靠自重落下,通过控制杆(1)用密封塞(12)将上节流口(3)关闭。活塞(4)在复位弹簧(9)作用下下移,活塞杆与密封通道脱开,水油排出。当水杯内的气压大于最低动作压力后,活塞克服弹簧力和摩擦力上移,排水口关闭。当水杯内的水位升高到一定位置,浮子的浮力大于上节流口的密封压力时,通过控制杆将密封塞打开,气压从上节流口进入活塞内部上腔,活塞下移,排水口打开排水。当水位下降后,浮子将上节流口关闭。活塞上腔气压通过下节流孔排出,由于下节流口比上节流口小,活塞内腔的气体不能立即排尽,活塞上移将排水口关闭有一定的延迟,当排水口完全关闭时,杯中的水已基本排完。自动排水器的单次蓄水量比较少,排水比手动排水频繁。   常开型自动排水器在设计时首先要确定2个参数:最低动作压力和最高工作压力;而常闭型只需要确定最高工作压力。   最低动作压力是指让排水阀关闭的最低压力,一般为0.1~0.2MPa,最高工作压力一般为1.0MPa,设计时放大为1.2MPa。最低动作压力由活塞内外部的压力差、内部的复位弹簧力和活塞密封的摩擦力来决定。为尽量减少活塞密封的摩擦力,大活塞一般用摩擦力较小的Y型密封。Y型密封的唇口应向下,确保活塞外部的气压可以将活塞上移,装反则失效。   最高工作压力确定后,设计的关键就在于:上节流口和下节流口的直径及浮子的浮力三者要综合考虑。要能够完成排水,必须要满足以下的关系式:   ρ*g*V>π*D12*P/4>π*D22*P/4   式中,ρ为浮子的密度/(kg·m-3);   V是上节流口打开瞬间浮子浸入水中部分的体积/m3;   D1为上节流口的直径/m,D2为下节流口的直径/m;   P是使用时的工作压力/MPa。   上节流口的直径太大,需要的浮子体积也必须大,这样会增加水杯的结构尺寸;直径太小,则在注塑时制作困难。一般情况下,上节流口的直径为0.8~1.5mm。   要让活塞内部能积聚足够高的压缩空气压力来移动活塞,下节流口的直径必须小于上节流口。在上节流口关闭后,活塞内的压缩空气不立即排出,可以使活塞不立即上升,从而将排水时间延长1.5~2.5s。   要满足上述条件,下节流口直径应在0.5~1.0mm,由于下节流口直径太小,制作非常困难,可以采用以下的解决办法:下节流口直径比上节流口直径稍小,然后再用一根稍细的不锈钢线通过下节流口,这样在满足制作工艺的同时又能大大缩小下节流口的有效通气面积。浮子在设计时要尽量大,密度要尽量小,浮子可以用实心的发泡材料,也可以用空心的POM制作,后者一定要密封好,同时要有足够的厚度来抵抗内外的压力差(内部为常压,外部为使用压力)。   为保证下部O型密封圈的密封效果,要在活塞外部加滤网,防止杂质污染密封面。另外,由于排水时有较大的冲击力,为防止O型密封圈被冲脱,应选用较大的线径和较低的压缩量,同时加导向槽,这样既能排水又能保护密封圈。
设计后续处理
   在空气过滤器的设计中,对过滤器各个部件(本体、导流板、伞形挡水板、排水装置等)的设计都要采取细心、严谨的态度。
  设计完成后,必须制作产品样品,做流量特性测试和分水效率测试,详细分析测试数据,找出不理想的地方并修改,这样经过多次反复后,才可以得到比较优质的产品。
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