自洁式空气过滤器的降阻设计要求

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doi：10.3969/j.issn.1007-7804.2013.04.006Decreasing Resistance Design Requirement For Self-Cleaning Air FilterPENG DeLong(Yingde Gas Co.，Ltd，Hangzhou 311112，China)Abstract：From the use of self-cleaning air filter，reduce energy consumptiOn point of view to explore the design require-ments of self-cleaning filter。

Key words：air filter；decreasing resistance；energy consumption1 概 述自洁式空气过滤器是气体分离的源头设备，其应用范围越来越广，处理能力越来越大。为减小占地面积、也便于制造和管理，相继出现了二层和三层的布局设计。在此，从节能降耗的角度，我们就空气压缩机进口端的前置自洁式空气过滤器的设计和使用进行探讨。

空气过滤器由于运行压力低(负压运行，有-定的真空度)，其流速高低的控制将直接影响空压机能耗的高低。以空压机吸入口的前段水平直管为例：其直管压力降和流量为：APA /2000 D (1)VAuD 盯 (2)该直管中气体克服压力降所需的功率：NV·△P/(102/g) (3)将式(1)和式(2)代入式(3)，得到式(4)：N(A加 /816叼g)· (4)其中，A为摩擦阻力系数； 为管道阻损长度 管长收稿日期：2013-04-11；修回日期：2013-06-20管件当量长度，m；D为管道内直径，mm；p为当前压力下的空气密度，kg/m ；M为空气流速，m/s；V为流量，m /s；7/为风机效率。

由式(4)看到功率 Ⅳ是流速 的三次方关系，所以在压缩机吸人端流速是降低能耗的关键因素之例如：假设 A、P、叼、L及流量不变时，当空气流速由115 m/s降至 M214 m/s，管径则由 Dl1800 mm略增至 D 1863 mm，其功率的下降率为： 0%(AL1D1 1Tp/816田g)Ml -(A2D2，rtp/816lg)u2。

(AL1D1'rp/816rig)lD1 l -D2u2D11 15.85% (5)显然，管道长度L的增减远不及流速 u变化对能耗(功率Ⅳ)的影响。因此，降低介质流速是有效节能降耗的-个重要手段。任何设计上的不妥都有第4期 彭德龙：自洁式空气过滤器的降阻设计要求 21可能造成流体流速和阻力的增大，进而造成能耗的增加。在我们的产品设计中，通常从滤筒和箱体两方面的设计予以考虑，以降低流速在合理的范围之内，控制阻力的增加。

2 滤筒设计滤筒(即滤芯)是过滤器的核心部件。作为滤芯制作原材料的滤纸的选材及制作工艺直接影响到过滤器的过滤精度和效率。

2.1 滤纸选择首先应根据工艺要求，确定过滤精度和效率。

不能简单地认为：精度越高，过滤效果越好。事实上精度越高(过滤污物粒度小)，效率固然越高(拦截污物与污物总量的百分比)，但相应的过滤网(这里是滤纸)孔径就越小，这在-定流量下，会使介质的流速增加、流通阻力增大，最终导致压缩机的能耗急剧增加。而影响滤纸阻力变化的主要因素有：2.1.1 纤维原料常用的是 100%木浆纤维。其最大特点是价格便宜，且能满足常规的空气过滤要求。不足之处是：易受潮变形，降低空气处理量；强度差；遇潮粘尘。

故在湿度大或寒冷的地方可选用含 10% ～20%聚酯纤维的滤纸，以提高滤纸的强度和稳定性，避免粘尘，保证工艺要求的流量。

2.1.2 抗张强度抗张强度是指在-定纸张宽度下所承受的最大作用力」张强度愈大，过滤器愈能承受过滤时较大的内外压差，以及清洁时较大的反吹压力 (0.6MPa左右的脉冲压力)。

2.1.3 透气度透气度是指在规定条件下，在单位时间和单位压差下，通过单位面积滤纸的平均空气流量。它在- 定程度上反映了滤纸孔径和开孔率的大小，是决定过滤精度、效率的主要参数。

2.1.4 挺度挺度是指在规定条件下纸的抗弯曲程度∠高的挺度是滤纸折叠成形后，在有内外压差较大或湿度较大时，防止因变形、压溃而使阻力提高。

所以滤纸的选择必须兼顾精度、效率和阻力的关系；同时，还需根据周围环境情况，结合各厂家的滤纸特性来确定合适的滤纸。如：对空气相对干燥(湿度 <75%)、精度要求不是太高或污物灰尘少的地区，可选用 100%的木浆纤维、透气度大的滤纸，这样既避免其吸潮变形而降低强度和挺度，又可减少阻力，提高效率。反之，则熏 10% ～20%聚酯纤维、或能提高强度和稳定性的滤纸。因为除吸潮变形外，精度越高(污尘粒度越小)，滤纸密度就越高，滤纸内外压力差也越大，那么对其强度等的要求也越高。

2.2 几何尺寸的确定滤筒(芯)是由纸幅宽 曰的滤纸折成宽度为 b、折数为n、前后相连成筒状；两端分别由密封端盖和开孔端盖固定而成(见图1)。这在有限的空间内大幅提高了过滤面积，降低了介质流速，也就降低了过滤阻力及运行能耗。

图 1 滤简结构 图Fig.1 Structure of the filter当滤筒外径D-定时，应处理好折宽 b与滤筒口径 d的关系；折数 凡与过滤气体的通道面积 A的关系。因为折宽 b越大，纸筒刚性越好，过滤面积大；但滤筒出气口径 d就会缩小，流速增大(流速 <8.5 m/s为宜)。滤纸折数 凡越多，过滤面积就越大，但也会缩小滤纸间的空隙而降低气体的有效通道面积。

另外滤筒的长度 B不宜过长，否则会降低反吹脉冲气的气锤”作用；以及因出气 口径已确定了滤筒的有效长度，而浪费了多余的滤筒长度。

2.3 保证有较佳的反吹压力厂家提供的滤筒 自洁时的反吹压力范围是 0.4～ 0.8 MPa，较宽。而最佳压力是0.55～0.75 MPa，使脉冲气锤”作用最大化，使每次反吹能把滤纸空隙吹扫干净，保证有效的过滤面积。同时，这也要求滤筒应有能承受因此产生相应压力的强度。

22 低 温 与 特 气 第31卷3 箱体设计3.1 低流速根据式(4)所明确低流速设计，在箱体设计中主要考虑：1.经滤筒过滤的净气在集气室(箱)汇集时的流速要缓，约3～8 m/s；2.汇流总管前的支管截面积之和应为总管截面积的 1.3～1.5倍 ，以弥补三通、弯头处的压损；3.同理，进压缩机前的直管管径应适当放大些，这对降低流速(要求 <15 m/s)、节约能耗是有利的。

3.2 减少管件我们知道，-个三通的压损当量长度远大于阀门、弯头、异径管等管件，且随着管径的增大而增大。

图2是二、三层布置形式，其最大优点就是占地面积校但二层和三层的布局有汇总管，就有弯头和三通，就会增加能耗；而-层布局就没有这些问题 。

所以从长远看，只要场地许可，就旧能使用低层(-、二层)布置，尤其是要避免使用三层(它有两个 90。弯头、两个三通)。因为能耗是长期运行的付出，是无限的；场地则是-次性投资的付出，是有限的。

图2 过滤器二、三层布置形式Fig.2 The type of 2 and 3 floors for filter3.3 改进汇总管对二层布局，需要把出口汇总管进行调整。由T”形改为Y”形，90。弯头改为 035。-45。弯头，如图3所示，这就相当于取消了-个T”形三通和- 个 90。弯头，使压力损失及能耗进-步降低。

若是三层布置，就不能作此改进，这也是避免三层布置的理由。

图3 汇总管改进示意图Fig.3 Improvement of colecting pipe4 结 论综上所述，通过合理选材(滤纸)、降低流速、减少管件，使过滤器整体在运行中的初阻力由 145 Pa左右降到 115 Pa左右，可节约过滤器上的能耗约15% ～25% 。

所以，为降低运行能耗和成本，在自洁式空气过滤器设计中应兼顾过滤精度、效率和运行阻力的关系，以大空间、低流速、少管件”为原则，来控制好每-个部件的设计是有效提高过滤器效率的解决方案，并通过系统理论分析和试验验证，最终达到节能降耗的目的。