1、前言

　　隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)的持續(xù)增長(zhǎng),各類壓縮機(jī)的需求量不斷增大,同時(shí)也對(duì)壓縮空氣的質(zhì)量要求進(jìn)一步提高。如何獲得含油量低、潔凈的高品質(zhì)壓縮空氣,是壓縮機(jī)行業(yè)和用戶十分關(guān)注的一個(gè)課題。

　　近年來(lái),合肥通用機(jī)械研究院在開(kāi)發(fā)研制新系列LHC-28/147型螺桿- 活塞串聯(lián)空壓機(jī)組過(guò)程中,對(duì)螺桿壓縮機(jī)油氣分離器進(jìn)行了重新設(shè)計(jì),據(jù)試驗(yàn)和用戶使用表明,該壓縮空氣質(zhì)量、耗油量均達(dá)到控制目標(biāo)。新設(shè)計(jì)的油氣分離器,體積較老型號(hào)產(chǎn)品明顯減小,油氣分離芯的使用壽命增加,保證了機(jī)組運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性。本文詳細(xì)介紹該油氣分離器相關(guān)設(shè)計(jì)、試驗(yàn)及使用情況。

2、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

　　本機(jī)組螺桿壓縮機(jī)油氣分離器由粗分離和精分離兩部分組成,如圖1所示。其中粗分離部分由進(jìn)氣管、折流板、罐體、及出油管等組成;精分離部分由油氣分離芯、回油管組成。油氣分離芯為雙層結(jié)構(gòu)第一層為細(xì)微粒層,由具有一定厚度和孔隙的硼硅酸鹽玻璃纖維制成。這種幾乎不能粘接的微米級(jí)纖維紙可確保不同潤(rùn)滑油的穩(wěn)定性,并可在較高溫度下工作。第二層由聚酯合成纖維制成。這種復(fù)合過(guò)濾材料抗壓強(qiáng)度高,并通過(guò)多層結(jié)構(gòu)合成的纖維能獲得最佳過(guò)濾效果。

3、工作原理

3. 1、粗分離過(guò)程

　　由圖1所示,來(lái)自螺桿壓縮機(jī)的油氣混合氣從切向布置的進(jìn)氣管進(jìn)入,沿罐體內(nèi)側(cè)切向流動(dòng)并在由折流板構(gòu)成的容器中進(jìn)行碰撞,通過(guò)慣性和重力作用將體積大的油滴粗分離出來(lái),油從出油管流出,粗分離后油氣混合氣進(jìn)入油氣分離芯進(jìn)行精分離。

圖1　油氣分離器結(jié)構(gòu)示意

　　切向布置的進(jìn)氣管使油氣混合氣沿罐體內(nèi)側(cè)切向流動(dòng),這樣能最大限度降低氣流的流動(dòng)阻力;而由折流板及擋油板構(gòu)成的上、下、末端均封閉且兩側(cè)與罐體相通的容器,不僅可充分利用慣性和重力分離油滴,還可有效防止帶壓力的油氣直接對(duì)油氣分離芯的沖擊破壞,同時(shí)還可避免油氣向下沖擊使罐體底部的油上竄。

3. 2、精分離過(guò)程

　　經(jīng)過(guò)粗分離后油氣進(jìn)入油氣分離芯進(jìn)行精分離,且回油管將殘油回收,潔凈的氣體從保壓止回閥排出。

　　油氣分離芯進(jìn)行精分離的工作原理為“聚合作用”。油氣分離芯所用的微米級(jí)的玻璃纖維層將油滴從壓縮空氣中分離出來(lái),然后粘聚成較大的油滴,重新回到壓縮機(jī)油路中。這種分離過(guò)程可達(dá)到亞微米級(jí),從而確保壓縮機(jī)的油耗量和進(jìn)入到壓縮空氣管路中的油量為最小。油氣分離共分3個(gè)步驟實(shí)現(xiàn):

　　(1)油滴分離。油滴從壓縮空氣中分離出來(lái)的各種物理方法對(duì)微米級(jí)的玻璃纖維吸收細(xì)油滴的效果影響因油滴大小而異。纖維的數(shù)量、直徑和油氣流速是決定分離效果的決定因素。圖2為通過(guò)試驗(yàn)得出的油滴分離效果圖(過(guò)濾纖維直徑為3μm) 。從圖中可以看到,較大的油滴流速越高,分離效果越好;而較小的油滴,則流速越低,分離效果越好。

圖2　油滴分離效果圖(濾芯纖維直徑為3μm)

　　(2)細(xì)微油滴分離。細(xì)微油滴在第一次分離階段聚合成較大的油滴,油滴穿過(guò)玻璃纖維層,并在重力作用下沉到干凈空氣端的底部。空氣中的殘余的少量油滴在第二次分離階段繼續(xù)分離。因此在設(shè)計(jì)油氣分離器芯時(shí),不但要選擇合適微米級(jí)的玻璃纖維過(guò)濾材料,同時(shí)還要求具有低的流動(dòng)阻力,這樣才可確保空氣中的絕大部分油滴分離出來(lái),并被排除掉。根據(jù)試驗(yàn)獲得的相對(duì)負(fù)載與流阻關(guān)系圖(圖3) ,可以看出: 當(dāng)相對(duì)負(fù)載在70%～130%時(shí),油氣分離器芯的流阻值為0.12～0.27;在這個(gè)區(qū)間內(nèi)選擇流阻為0. 17～ 0. 22是比較合理的。

圖3　相對(duì)負(fù)荷與流阻關(guān)系

　　(3)回油收集。根據(jù)油氣分離芯的設(shè)計(jì)原理:油/氣混合氣由外向內(nèi)流動(dòng),LHC - 28 /147型串聯(lián)空壓機(jī)組的螺桿壓縮機(jī)油氣分離器采用了一個(gè)位于油氣分離芯中心的、稍離開(kāi)底部的回油管(見(jiàn)圖1)將沉積在油氣分離芯底端的油抽出。