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如何設(shè)計(jì)一個(gè)完美的空氣過(guò)濾器呢
來(lái)源:http://m.waicaiquan.com/  發(fā)布時(shí)間:2012-04-30 22:56:21  點(diǎn)擊數(shù):7328

如何設(shè)計(jì)一個(gè)完美的空氣過(guò)濾器呢

   空氣過(guò)濾器的本體是整個(gè)過(guò)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(guò)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.。

   特殊設(shè)計(jì)的空氣過(guò)濾器在設(shè)計(jì)時(shí),空氣過(guò)濾器m.waicaiquan.com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(guò)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(jiǎn)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(guò)濾器不會(huì)裝反,閥體上要有醒目的氣體流動(dòng)方向標(biāo)志。   

     空氣過(guò)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弧A鞯涝O(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(guò)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(guò)多的切削余量會(huì)增加材料成本和加工成本,還會(huì)增加不良率。這是因?yàn)閴鸿T時(shí)內(nèi)部難免會(huì)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(guò)多的切削量會(huì)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(guò)渡,以減少集中應(yīng)力的出現(xiàn)。


導(dǎo)流板設(shè)計(jì)
   空氣過(guò)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)導(dǎo)流板
計(jì)時(shí)要注意4點(diǎn):

  1)角度大小適當(dāng):角度過(guò)大,氣流氣旋不明顯,分水效果不好;角度過(guò)小,分離出來(lái)的水會(huì)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(guò)流面積。

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

  4)旋向。很多廠家都采用左旋,不過(guò)經(jīng)過(guò)測(cè)試,左旋和右旋并沒有明顯區(qū)別。
傘形擋水板設(shè)計(jì)
   擋水板
   傘形擋水板用來(lái)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(huì)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(guò)程中的老化問題,防止用過(guò)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(guò)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(guò)濾精度最低,纖維凝聚型過(guò)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(guò)選用不同的銅珠直徑,可達(dá)到不同的過(guò)濾精度。一般有5μm,20μm,50μm,100μm4種過(guò)濾精度。銅珠濾芯的優(yōu)點(diǎn)是可以多次清洗使用。

  空氣過(guò)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(guò)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(guò)濾器的排水閥種類很多,這里介紹比較常用的3種。

  彈簧式自動(dòng)排水器
  1)簡(jiǎn)易的手動(dòng)排水閥。這種最簡(jiǎn)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(jiǎn)單,只要解決密封問題就可以了。手動(dòng)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(huì)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(dòng)排水器。無(wú)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(chǎng)所,優(yōu)點(diǎn)是不用人工控制,制造成本低。

  常開式自動(dòng)排水閥
  3)自動(dòng)排水器,有常開型和常閉型2種。無(wú)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(wú)氣壓時(shí),浮子(11)靠自重落下,通過(guò)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(dòng)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(guò)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?;钊锨粴鈮和ㄟ^(guò)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(dòng)排水器的單次蓄水量比較少,排水比手動(dòng)排水頻繁。

  常開型自動(dòng)排水器在設(shè)計(jì)時(shí)首先要確定2個(gè)參數(shù):最低動(dòng)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(dòng)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(dòng)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(lái)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?,裝反則失效。

  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(huì)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(lái)移動(dòng)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(zhǎng)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(guò)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(lái)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。
設(shè)計(jì)后續(xù)處理
   在空氣過(guò)濾器的設(shè)計(jì)中,對(duì)過(guò)濾器各個(gè)部件(本體、導(dǎo)流板、傘形擋水板、排水裝置等)的設(shè)計(jì)都要采取細(xì)心、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。

  設(shè)計(jì)完成后,必須制作產(chǎn)品樣品,做流量特性測(cè)試和分水效率測(cè)試,詳細(xì)分析測(cè)試數(shù)據(jù),找出不理想的地方并修改,這樣經(jīng)過(guò)多次反復(fù)后,才可以得到比較優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品。

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