空气滤清器在空压机上作用

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2019-11-16 环球过滤分离技术网   guolvtech3
    摘 要：作者从不起眼的空压机空气滤清器入手，阐明了一个提高空压机低碳和高可靠性的手段。不同国家标准方法和标准剂的介绍，增加了人们判断良莠空气过滤器产品的知识，并引申出一个螺杆空压机发展的趋势。

　　我国空压机行业普遍不太重视空气滤清器，有些企业是由于空气滤清出了问题，使空压机遭到损害，才开始重视空气滤清器。国外压缩机企业的质量意识很强，对空气滤清器的要求很高，基本都用名牌产品。

　　列举一个国外压缩机企业对空压机空气过滤器的说明：旋涡滤圈粗滤度可达80%；滤芯过滤度为：＞3微米的颗粒为100%，＜1微米的颗粒为99%。过滤器公司提供的空气过滤器在用SAE标准粗灰和SAE标准细灰进行测试时，其总效率如下：ηSAE-粗灰≥99.9%，ηSAE-细灰≥99.5%；用SAE标准细灰进行测试时，其对3μm的粒子提出率为99.86~100%, 其对1μm的粒子提出率为98.5~99.3%。

　　有关“空气滤清器”

　　之前使用的是SAE J 726 -1979《空气滤清器试验规范》和SAE J 726标准1941发布，现在的最新版本是SAE J 726-2002。

　　活塞空压机、螺杆空压机用的空气过滤器一般称为空气滤清器Air cleaner，其归属于“内燃机空气滤清器”，“汽车与压缩机空气滤清装置”等。

　　2000年ISO颁布了ISO5011-2000. 内燃机和压缩机的空气进气清洁装置性能测试，英文名称：Inlet air cleaning equipment for internal combustion engines and compressors - Performance testing。JB/T 9747-2005名称还是内燃机空气滤清器性能试验方法Internal combustion engines Air filters Performance testing。

　　JB/T 9747-2005声称等效采用了ISO5001-2000.但是在5.1.1还是规定用JB/T 9747-1999规定的标准试验灰，而ISO5011-2000.的5.1.1规定使用ISO12103规定的A2 fine dust or A4 course dust。此标准灰与SAE fine dust和SAEcourse dust相当。ISO5001-2000把试验用灰规定成四种：超细A1 Ultra，细灰A2fine dust ，中等A3 medium和粗灰A4 course dust，偏偏没有JB/T 9747-2005规定的试验用灰。

　　欧美过滤器公司普遍用SAE标准细灰SAE fine test dusts和SAE标准粗灰 SAE course test dusts进行过滤器检测。我国所有的过滤器公司均不愿意从美国采购标准灰，都是采用JB/T 9747-1999规定的标准灰，对过滤器进行检测。

　　标准方法是等效采用，但作为标准剂的试验灰不同，就导致了检测结果的差异。后面可以看到，对于过滤精度更高的过滤器，国外标准采用了更细的试验粒子。

　　国外回转空压机配用空气滤清器的过滤精度为1μm，国产回转空压机普遍用过滤精度为30μm的过滤器。最近国内的大过滤器公司曾向空压机公司提供了过滤精度为10μm的空气滤清器。如此质量要求的空气滤清器怎么能使国产空压机达到国外水平？

　　实际上10年前已出现这种状况，当时的一些小空气滤清器厂家，从韩国、美国进口这种滤纸（过滤精度为10μm），用来加工空气滤清器，主要用于制作车用空气滤清器。

　　螺杆空压机用的空气滤清器比汽车用的空气滤清器要求还要高，这是因为汽车发动机吸气所夹带的灰尘几乎100%的随废气排出，而螺杆空压机吸气所夹带的灰尘几乎100%的留在压缩机油（或冷却剂）中，污染了压缩机油（或冷却剂），加速其老化。

　　这个问题不解决，螺杆空压机水平不会达到国外空压机水平。

　　中国的涡旋空压机一直搞不好的原因很大程度在于空气滤清器过滤精度低，大于1μm的硬灰尘进入了涡旋，使涡旋盘损坏。把涡旋空压机的空气过滤器换成后面讲的高效空气过滤器，涡旋空压机一直悬而未决的寿命问题将得到解决。

　　有关“空气过滤器”

　　在工业区，空气的含尘量一般每立方米1~10毫克，（《氧气及相关气体规程》要求不大于每立方米30毫克）。灰尘粒度为0.5-20微米。以10000m3/h离心空压机为例，每天进入的灰尘就有10×10000×24÷1000000=2.4公斤之多。空压机如果直接吸入，后果可想而知。

　　固体杂质颗粒直径大于100μm的在重力作用下会自然降落，小于0.1μm的不致引起危害，故净除的对象是0.1～100μm的尘粒。显然，粒度越小越难清除。空气过滤器捕集的对象主要是0.1～10μm的尘粒。

　　对空气过滤器考核的性能指标主要是除尘效率、阻力及过滤器的容尘量。

　　除尘效率-过滤器所捕集的尘量占气体带入过滤器总尘量的百分比。

　　阻力-就是气体通过过滤器的压降。当然，随着捕集灰尘的积累，阻力越来越大，会影响空气量。

　　容尘量-表示过滤器滤料开始工作到需要更换滤料的时间内，过滤器单位面积所捕集的尘量。

　　离心空压机使用的空气过滤器属另一标准范畴“空气过滤器-Air filter”，分“一般用空气过滤器”，“高效空气过滤器”等。国内多用欧洲标准N779和N1882试验方法，也有用美国标准ASHRAE 52.1和IES-RP-CC001.3 <HEPA and ULPA FILTERS> 标准的。ASHRAE 52.1规定用重量为72%SAE亚利桑那细灰，重量为23%的炭黑，重量为5%的棉绒粉末。IES-RP-CC001.3规定用10~20毫克/m3DOP邻苯二甲酸二辛酯气溶胶进行试验，N779也引用了ASHRAE52.1试验用灰。这些标准几乎涵盖了所有空气过滤需要，能对1μm粒子提供相当高的过滤精度（99.97%或更高），对0.1~0.2μm粒子过滤度最高效率可以≥99.999。可供军用和原子能机构使用。

　　透平压缩机经过一段时间运转，在工作轮、叶片、固定元件壁面可能残留沉淀物、结垢等。例如空气滤清器对清除5~10μm的灰尘十分有效，而对≤5μm特别是1~2μm的颗粒滤清效果很差。当轴流式或离心式压缩机运行一段时间后，这些未被滤清器滤掉的微粒伴随着空气中的湿气常常容易在叶片或叶轮上结垢。空压机污垢的类型和结垢速率主要取决于运行环境和进气滤清器的滤清效果。叶轮结垢后，形成叶轮道的堵塞，其结果一方面使离心式叶轮出口流速加快，圆周分速度减小，叶轮的加功量减小；另一方面由于工况偏离设计工况，使损失增加，效率降低。两方面结果都会使排气压力降低，流量下降。至于功耗，由于减小了叶轮的加功量，因而会有些降低，还会出现振动加大。

　　PM2.5的污染源主要是扬尘、机动车尾气、燃油尘、餐饮油烟尘等。在全球范围内，中国是PM2.5的重污染区，其中北京、长三角、珠三角又是中国的重污染区。

　　1~10μm尘埃包括：油蒸汽、烟草烟雾、油漆喷雾、冶金尘埃、细菌、水泥灰、煤灰、水雾、烟雾、煤烟、树脂尘埃、大气尘埃、油汽悬浮物等。这些污染物一经进入空压机，就会粘在空压机的叶轮、气缸、转子、机体上，形成结垢。笔者发现，在离心空压机的二级叶轮上也存在有结垢。照理说空气经离心空压机一级压缩后，进入冷却器和分离器，空气中的杂质应该很少了，但是，由于这些污染物粒子体积小，粘度高，不易被捕捉，随气流飞到二级，粘在叶轮上。

　　为了防止不洁净介质进入压缩机组，造成设备部件磨损、叶轮和气体冷却器污染从而降低效率；同时氧气透平压缩机组又为了防止因摩擦导致着火、爆炸等重大事故发生，故设置机前过滤器。有些空压机使用低压脉冲袋式空气过滤器，其脉冲反吹气源压力在0.25MPa-0.3MPa。有的离心空压机配用自洁式空气过滤器和不锈钢过滤器。

　　由于离心空压机气量较大，多用一般用空气过滤器。终阻力为350~500Pa。

　　燃气轮机与离心式空压机 F7～F8（欧洲标准N 779,）轴流式空压机 F5～F7，往复式空压机、内燃机用 G3～F5就行。

　　由于G1~G4是用计重法（%）检测，F5~F9是用比色法或计数法（%）检测，两者差异较大。

　　故过滤精度为1μm的空气滤清器（用SAE J 726 -1979检测），相当于F7。过滤精度为10μm的空气滤清器（用JB/T 9747-2005检测），相当于F6。过滤精度为30μm的空气滤清器（用JB/T 9747-2005检测），相当于F5。

　　现状、建议及趋势

　　现状
　　1、现今不同的螺杆空压机商，采用不同的空气滤清器、油过滤器和油气分离器配置。空气滤清器的过滤精度、初阻力和容灰量，油过滤器的阻力和精度，油气分离器的精度、流速，阻力相差甚大。有些螺杆空压机看起来价格低，但其配置也低，用户看不出来，使用中必然出现电耗高，故障多的现象。

　　2、用户多不太明白质劣的空气过滤器到底能给空压机带来多大损害，以及缺少空气过滤器的损害有大。笔者了解到，有些空压机厂家提供的空气滤清器是单层20目的铁丝布，有些根本就没有滤网。

　　有些螺杆空压机用户的空气滤清器严重堵塞；有的离心空压机用户甚至用塑料地毯代替空气过滤器。

　　这些做法会对空压机造成伤害和安全隐患。
　　3、笔者对市场上流量为40m3/min，排气压力为7bar的螺杆空压机空气滤清器和油气分离器进行了流速对比，发现Sullair同规格螺杆空压机空气滤清器和油气分离器流速最低，而且，空气滤清器和油气分离器都是两级配置

　　4、高质量要求过滤器公司只使用特殊技术生产的滤纸，这种滤纸必须能够完成生产阶段、加工处理阶段和最终安装时所要求的最高质量。纤维的结构以及滤纸的孔径和精度应是准确无误的。滤纸中仅有10%的体积是纤维，其余的90%是由大小大致相等的微孔组成，这样就能保证其具有很高的灰尘分离能力和持灰能力，因此寿命较长。这种滤纸能截住远小于1μm的粒子，具有流入面毛和流出面光滑的特点，可以增加持灰能力，并使滤芯的过滤面积有效增大。

　　好的过滤器公司会不断地研究过滤器的新技术，新材料和新方法，包括测试方法，不断地创造空气过滤器奇迹。他们的过滤器产品不仅效率高，可靠性高，而且对自己的每一种产品都有流量-阻力曲线和阻力-集尘量曲线，供高级用户（空压机制造商）设计选型用。并且对同一流量有不同阻力、不同容尘量的不同结构设计，拥有丰富的配件选择资源。使得高级的空压机制造商不得不选用他们的产品。同时也使得高级空压机产品不断扩充市场占有率，步入良性循环轨道。

　　5、相比那些只能测绘别人产品，粗劣仿造的过滤器商的产品具有更高的可靠性和经济性。粗劣的过滤器产品不仅使空压机维修频率加大，更重要的是高耗电高电费这个软刀子不断地割用户的肉。使用户承受高成本和高发事故的折磨，甚至破产倒闭。
　　建议

　　不同吸气环境的压缩机应使用不同结构的空气滤清器。沙漠环境应使用带有预过滤装置的带有集尘室和橡胶排尘阀的两级空气滤清器，并及时更换滤芯。空气滤清器堵塞，使气量减少，吸气阻力增大10mbar（1000Pa），滤清减少1%。螺杆空压机和离心空压机进气过滤器的终阻力一般规定为不超过50mbar或500Pa.

　　空气滤清器精度低或失效，会导致空压机油老化，最终使油气分离器阻力过大，压缩机电流增大，甚至使空压机轴承快速磨损，压缩机振动、噪声增大.

　　在大气灰尘含量高的环境使用的螺杆空压机，应根据空压机油的状况及时更换油过滤器，即高于正常更换频率。当压缩机油污染时，油过滤器会先行堵塞，不及时更换油过滤器，会使油过滤器的旁路阀打开，脏油直接喷入压缩机并使油气分离器阻力增大。出现上述危害。

　　趋势

　　现在螺杆空压机的价格角逐必然会演变为螺杆空压机系统的竞争，那些低价的质量差的螺杆空压机必然会被淘汰，人们逐渐从自身实践和别人的实践中发现设计、制造质量差的螺杆空压机会带来太多的不便和高支持费用。

　　螺杆空压机的空气过滤器将会发生较大的变化：一是向低流速，高容尘量发展；二是设计两级或三级的空气过滤器，最末一级可用15到20年。前面一级或两级可用采用低价的粗过滤器或可冲洗滤布粗过滤器。

　　对沙漠地区或重沙尘暴地区使用的空压机配置效率高的机械预过滤器。

　　有些高明的空压机商家已在尝试这种做法，相信不久就会出现一个不拘一格的螺杆空压机格局，打破目前单一的紧凑型螺杆空压机局面。就像前30年活塞空压机仅有3、6、9、10、20、40、60、100m3/min，8kg/cm2一样，发展到后来的几百种规格和不同的设计。低碳（高效率）和少维修（高可靠性）是未来的必然趋势。

　　螺杆空压机将从目前的拼机头（主机）转到拼系统，时代的要求和越来越聪明的用户必然会选择低碳（高效率）和少维修（高可靠性）的空压机。

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