數(shù)控設(shè)備供氣過濾設(shè)計

鄧鴻一

摘 要：壓縮空氣是數(shù)控設(shè)備的一項重要組成部分。在用途上主要作為動力單元和清潔單元。作為壓縮空氣的屬性，除了壓力和流量，氣質(zhì)也是一項至關(guān)重要的屬性，且往往被忽視。當(dāng)氣質(zhì)較差時，往往會影響流量，進(jìn)而影響實(shí)際空氣壓力，較嚴(yán)重時還會造成設(shè)備部件損傷，進(jìn)而造成設(shè)備故障、停機(jī)。因而需要設(shè)計出對氣質(zhì)的過濾方案，解決此類問題。

關(guān)鍵詞：精密設(shè)備；壓縮空氣；過濾；除雜；排水

1、對設(shè)備前端氣路進(jìn)行分類過濾

從過濾器進(jìn)口流入的壓縮空氣，被引進(jìn)導(dǎo)流板，導(dǎo)流板上有均勻分布的斜齒，迫使高速流動的壓縮空氣沿齒的切線方向產(chǎn)生強(qiáng)烈的旋轉(zhuǎn)，混雜在空氣中的液態(tài)水油和較大的雜質(zhì)在強(qiáng)大的離心力作用下分離出來，甩到水杯的內(nèi)壁上，留到水杯的底部。除去液態(tài)水油，再通過濾芯的過濾，清除微小顆粒，然后從出口輸出清潔的壓縮空氣。傘形擋水板將水杯分隔成上下兩部分，下部保持壓力靜區(qū)，可以防止高速旋轉(zhuǎn)的氣流吸起杯底的水油。聚集在杯底的水油從排水閥放掉。

1.1雜質(zhì)的過濾

現(xiàn)在很多過濾器都使用常開式自排水式。當(dāng)水杯內(nèi)無氣壓時，浮子靠自重落下，通過控制桿用密封賽將上節(jié)流口關(guān)閉。活塞在復(fù)位彈簧作用下下移，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時，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，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，排水孔打開排水。當(dāng)水位下降后，浮子將上節(jié)流口關(guān)閉。在實(shí)際使用中無需操作，使用方便，省時省力。但因?qū)嶋H環(huán)境影響，氣質(zhì)中雜質(zhì)過多會使浮子不能在正確的位置工作從而導(dǎo)致過濾器故障，漏氣。因而在氣質(zhì)較差的位置應(yīng)改用彈簧式排水器。彈簧式排水器為改良型簡易的手動排水器。在使用時按按鈕式頂針閥便可將水排出。只要過濾器的密封完好，便可正常使用。

1.2水的過濾

通常氣路的末端會有大量的氣態(tài)到液態(tài)的水的沉積。尤其在每年的夏季，空氣濕度較大，氣路中的水急劇增多，導(dǎo)致一般過濾裝置無法完全將水濾掉，而這些會通過設(shè)備吹氣清潔功能將水噴淋在光柵尺，測座，激光發(fā)射接收等精密部件上造成損壞。為了過濾并排出大量的水，應(yīng)在設(shè)備前端安裝相對應(yīng)的過濾水裝置。

在含水量較少的氣路中安裝普通的油水分離器便可以對水、油進(jìn)行有效的過濾。當(dāng)壓縮空氣進(jìn)入油水分離器后產(chǎn)生流向和速度的急劇變化，再依靠慣性作用，將密度比壓縮空氣大的油滴和水滴分離出來。常見的為撞擊式油水分離器和環(huán)形回轉(zhuǎn)式油水分離器。壓縮空氣自如空進(jìn)入油水分離器殼體后，氣流先受隔板阻擋撞擊折回向下，繼而又回升向上，產(chǎn)生環(huán)形回轉(zhuǎn)。這樣使水滴和油滴在離心力和慣性力作用下，從空氣中分離析出并沉降在殼體底部。

當(dāng)氣路中沉積了大量的液態(tài)水時，普通的油水分離器的排水量和濾水效率已經(jīng)無法滿足，此時應(yīng)采用重載型排水器進(jìn)行過濾。

當(dāng)氣路的回路中含有水油時，說明氣路中含有大量氣態(tài)水。此時需要用冷干機(jī)將氣態(tài)的水冷凝成液態(tài)的水再進(jìn)行過濾排出。壓縮空氣在換熱器中與干燥過的低溫壓縮空氣進(jìn)行熱交換，降低溫度，然后進(jìn)入蒸發(fā)器被進(jìn)一步降溫至2℃左右，在此露點(diǎn)，壓縮空氣中的大部分水已成液態(tài)配排出，將含水量極少的壓縮空氣進(jìn)入吸附塔內(nèi)，進(jìn)一步干燥除水，最后低溫的干燥要所空氣進(jìn)入換熱器，冷卻高溫濕空氣，同時本身溫度也升高，可防止壓縮空氣輸送管路外壁結(jié)露，經(jīng)升溫后的壓縮空氣中取一小部分用作吸附劑的再生，提高再生效率，降低能耗。利用冷媒與壓縮空氣進(jìn)行熱交換，把壓縮空氣溫度降到2～10℃范圍的露點(diǎn)溫度，使壓縮空氣中含水量趨于超飽和的狀態(tài)，從而除去壓縮空氣中的水分。從而大大的提高了對水的篩慮效果。

2、對設(shè)備前端氣路進(jìn)行分級過濾

在實(shí)際使用過程中，由于雜質(zhì)的混合較為復(fù)雜，各項過濾并不能一次性完成，因而需要對壓縮空氣進(jìn)行多級過濾。

1對于精密設(shè)備的第一級過濾的過濾精度應(yīng)達(dá)到5μ。此一級可對壓縮空氣中的大顆粒雜質(zhì)進(jìn)行過濾。

2將壓縮空氣中的大顆粒雜質(zhì)過濾后應(yīng)進(jìn)行對水油的過濾。此一級應(yīng)使用油水分離器或重載型排水器對壓縮空氣中液態(tài)的水進(jìn)行過濾。

3對于高精密設(shè)備應(yīng)對壓縮空氣中的微小顆粒進(jìn)行過濾。此一級的過濾精度應(yīng)達(dá)到0.3μ。將微小顆粒的固體雜質(zhì)基本過濾完成。

4如壓縮空氣應(yīng)用于光學(xué)部件上，應(yīng)進(jìn)一步的提高過濾精度，將過濾精度最終達(dá)到0.01μ。保證將所有的固體雜質(zhì)徹底過濾。

5當(dāng)壓縮空氣的回路中含有水、油時，應(yīng)在過濾的最后一級接入冷干機(jī)，將壓縮空氣中氣態(tài)存在的水油去除干凈，避免產(chǎn)生露化沉積。

通過對壓縮空氣進(jìn)行分級過濾，完成了對其中雜質(zhì)的從大到小，水油從液到氣的過濾，最終將壓縮空氣中各類雜質(zhì)徹底去除。

3、對設(shè)備前端氣路進(jìn)行分部件加強(qiáng)過濾

由于壓縮空氣在設(shè)備的具體使用位置的不同，對壓縮空氣的過濾方式、等級也應(yīng)有相應(yīng)的變化。對于一些昂貴的、精密的部件的前端過濾也應(yīng)重點(diǎn)加強(qiáng)。

3.1、光學(xué)部件

現(xiàn)在許多高精密的光學(xué)部件都采用壓縮空氣清潔，雜質(zhì)對光柵的輕微遮擋都會造成光學(xué)部件的失效或精度偏差。因而對于光學(xué)部件應(yīng)采用多級過濾。作為密封空氣的壓縮空氣在直接接入光柵尺或編碼器殼內(nèi)前必須用二級及以上過濾器過濾，壓縮空氣至少滿足DIN/ISO8573-1（2010年版）標(biāo)準(zhǔn)的以下純凈度要求：

固體雜質(zhì)： 1級

顆粒大小 顆粒物數(shù)量/m3

0.1 μm至0.5 μm 20 000

0.5 μm至1.0 μm 400

1.0 μm至5.0 μm 10

最大壓力結(jié)露點(diǎn)： 4級

（3 °C時的壓力結(jié)露點(diǎn)）

總含油量： 1級

（最大含油量：0.01 mg/m3）

為向光柵尺或編碼器提供高質(zhì)量密封空氣，每一個直線光柵尺需空氣流量7至10L/min或每一個角度編碼器需1至4 L/min。空氣流量最好用節(jié)流閥的連接件。輸入壓力約為1·105 Pa（1 bar），節(jié)流閥用于確保所需空氣流量。從而進(jìn)一步的提高對壓縮空氣過濾的效果。

3.2、電子部件

通常電子部件并不直接接觸到壓縮空氣，但由于一些電子部件的安裝位置比較特殊，會與使用壓縮空氣的部件直接或間接連接，例如氣缸下方測座、氣動電磁閥、抓松刀碟簧前置傳感器。當(dāng)這些部件中的壓縮空氣沒有被充分過濾水、油。液體甚至于潮氣都會導(dǎo)致電子部件短路故障。因而對電子部件附近使用壓縮空氣的部分都應(yīng)對水、油進(jìn)行著重過濾。

3.3、機(jī)械式增壓泵

一些設(shè)備采用氣動式抱閘，這種抱閘方式耗氣量大，氣壓壓力要求高，因而常在前端安裝機(jī)械式增壓泵。這種增壓泵內(nèi)部配合精度高，容許雜質(zhì)量很低。因此前端壓縮空氣的過濾更應(yīng)著重于對雜質(zhì)的精密過濾。應(yīng)逐級安裝5μ，0.3μ，二級過濾裝置。機(jī)械式增壓泵內(nèi)部工作不容許有水油存在，因而在二級過濾雜質(zhì)后應(yīng)著重對水油進(jìn)行過濾，確保水油徹底排除，從而保證其最終過濾效果，使增壓泵的工作正常。

4、供氣補(bǔ)充

當(dāng)壓縮空氣進(jìn)行多級過濾后，在流量上也會產(chǎn)生逐級損耗，而且與過濾精度有關(guān)。這會產(chǎn)生供氣流量無法滿足實(shí)際使用需求，因而需要對此進(jìn)行補(bǔ)充設(shè)計。最簡便且可靠有效的方法是在過濾終端加設(shè)蓄能器，通過蓄能器的緩沖作用使供氣滿足用氣時的使用需求量，再在非用氣時緩慢補(bǔ)充。值得注意的是使用蓄能器，在滿足需求的同時也要考慮壓力容器的相關(guān)安全注意事項。