A C-1型加工中心電離型氣霧過濾器的設(shè)計研究

陳 娟，劉新玲，李海慶

（濰坊職業(yè)學院，山東 濰坊 262737）

在空氣凈化中，如何高效收集油霧氣體，如何高效凈化處理氣體是關(guān)鍵問題，直接影響凈化后氣體的干凈程度。

1 設(shè)計背景以及意義

（1）設(shè)計背景。由于我國自動化行業(yè)起步較晚，國內(nèi)對機械加工過程中產(chǎn)生的氣霧污染認識還比較少，在氣霧處理方面不重視，因此對氣霧處理方面的研究僅僅處于初級階段，缺乏理論研究，只能憑借平常積累的經(jīng)驗對加工的霧狀物進行簡單的收集以及簡易處理，在一定程度上存在盲目性和不確定性。國內(nèi)市場油霧過濾器，其目的僅僅為實現(xiàn)收集設(shè)備產(chǎn)生的油霧氣體，并將其冷凝排放，并不能達到將微小顆粒固體、有害氣體進行真正的回收與處理。

（2）設(shè)計意義。為切合國家發(fā)展理念，堅持綠色發(fā)展，推動低碳循環(huán)發(fā)展，建設(shè)清潔低碳、安全高效的現(xiàn)代能源體系。項目組自主研發(fā)設(shè)計全封閉電離型氣霧過濾器，將機械加工過程中產(chǎn)生的氣霧、油霧進行收集，再通過高壓靜電電離收集，且過濾層可長期使用、定期更換，達到99.8%的凈化效果。

2 設(shè)計方案

該氣霧過濾器采用密封艙式機構(gòu)，主要由油霧收集艙，前置過濾系統(tǒng)，靜電高壓電離系統(tǒng)，靜電收集系統(tǒng)，后置過濾系統(tǒng)以及電氣控制系統(tǒng)等組成。根據(jù)庫倫定律，兩個帶電體之間互相作用力的大小與其所帶電量乘積成正比，與其之間距離平方比成反比，電場上任何一點電場強度在量值和方向上等于單位正電荷在該點所受作用力。圖1為靜電高壓氣霧過濾器效果圖。

圖1 靜電高壓氣霧過濾器效果圖

（1）前置、后置過濾系統(tǒng)。鑒于整體過濾系統(tǒng)的可靠運行以及低維護費用，該系統(tǒng)的收集以及處理局采用分離型，避免了油霧對系統(tǒng)的侵蝕。前過濾系統(tǒng)采用離心風機帶動高拋光漩渦式收集器對產(chǎn)生油霧的范圍進行高效收集。

前置過濾器使用不銹鋼絲過濾網(wǎng)，對絕大部分大顆粒油霧進行收集，可根據(jù)現(xiàn)場油霧種類和濃度選擇不同配置，后置過濾器采用超密集過濾網(wǎng)與木炭組成夾層過濾網(wǎng)，電離后的氣體再次過濾凈化，達到標準排放要求。該產(chǎn)品所有使用的不銹鋼過濾網(wǎng)以及超密夾層過濾網(wǎng)均采用屜式，便于后期的清理、維護、保養(yǎng)。

（2）靜電高壓電離系統(tǒng)。靜電高壓電離系統(tǒng)選用穩(wěn)定的高壓電源模塊，污染油霧通過電離段時，利用高壓電極絲和電極板間形成電場，將小顆粒油霧進行高壓充電，使其帶正電荷，當帶電氣霧通過收集段時，設(shè)置多層陰極板，由于帶電正電荷小顆粒油霧與陰極電極的相互吸附作用，使油霧中的小顆粒全部吸附于陰極板中，使具有一定厚度的顆粒在自重作用下跌落在灰斗中，從而達到清除小顆粒物體的目的。

（3）電氣控制系統(tǒng)。電離型氣霧過濾器可作為單一裝置與需氣霧處理的設(shè)備進行連接，電氣控制采用多重保護，包括電源穩(wěn)壓監(jiān)控、電動機短路、過載、過電流保護以及防護門開關(guān)保護等，并預(yù)留信號交互接口，與需氣霧處理的設(shè)備進行電氣信號交互，達到過濾器的自動啟停、報警輸出與診斷，實現(xiàn)與使用設(shè)備的實時同步。

3 工作原理及性能分析

（1）工作原理。電離型氣霧過濾器的工作原理是利用高壓電場使油霧發(fā)生電離，氣流中的小顆粒油霧荷電在電場作用下與氣流分離。正極由不同斷面形狀的金屬導線制成，叫放電電極。負極由不同幾何形狀的金屬板制成，叫集塵電極。

電離型氣霧過濾器的性能受油霧性質(zhì)、設(shè)備構(gòu)造和氣流速等三個因素的影響。油霧的比電阻是評價導電性的指標，對除塵效率有直接的影響。比電阻過低，塵粒 難以保持在集塵電極上，致使其重返氣流。比電阻過高，到達集塵電極的塵粒電荷不易放出，在塵層之間形成電壓梯度會產(chǎn)生局部擊穿和放電現(xiàn)象。這些情況都會造 成除塵效率下降。

電離型氣霧過濾器的電源由控制箱、升壓變壓器和整流器組成。電源輸出的電壓高低對電離效率也有很大影響。因此，電離型氣霧過濾器運行電壓需保持40～75kV乃至100 kV以上。

（2）工作性能分析。 電離型氣霧過濾器采用先進的設(shè)計理念，充分考慮人機工程學，采用一些列模塊化設(shè)計，包括：集霧口的軟連接、各過濾裝置的抽屜式設(shè)計、電離系統(tǒng)的過載、短路保護以及電氣控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)與使用設(shè)備的工作運行狀態(tài)實時監(jiān)控、過濾器的故障輸出與診斷，過濾器所有模塊均采用機械結(jié)構(gòu)與電氣結(jié)構(gòu)雙重保護，最大程度的實現(xiàn)設(shè)備的保護功能。

經(jīng)實驗驗證，該電離型氣霧過濾器性能要求達到理論設(shè)計方案，并取得了較好的經(jīng)濟效益，靜電式空氣凈化裝置具有凈化效率高，處理煙氣、霧氣量大，使用壽命長，運行費用低等優(yōu)點。不僅用于磨床、齒輪加工、大型加工中心，也適用于加工時產(chǎn)生大量油霧、塵埃、油煙、乳化氣霧的其他設(shè)備上。

4 結(jié)語

隨著科學技術(shù)和工業(yè)發(fā)展水平的日益提高，人們對環(huán)境意識的增強，對操作環(huán)境空氣污染的控制，對車間及生產(chǎn)場地空氣污染的治理已不再是一種奢求，經(jīng)過大量的實驗測試，在電離式氣霧過濾器中，采用葉輪將空氣流動放大作為油霧抽吸裝置，從性能上完全滿足油霧抽吸的需求。而葉輪與傳動電機之間防護密封良好，油霧不會傳入傳動裝置，降低了后期的維修問題。

采用電離法作為油氣的分離方法，結(jié)構(gòu)簡單，安裝、維修方便，工作連續(xù)可靠，成本低，易于清洗，易于實現(xiàn)自動控制，可收集1um以下顆粒，且能耗低，被吸附的油霧粒子，聚集為油滴留下。

目前國內(nèi)對油霧的處理很少有相對應(yīng)的理論研究報告，其設(shè)計的全封閉電離型氣霧過濾器，在結(jié)構(gòu)性能設(shè)計上有更好的突破。通過空氣流動學的加入，對油霧冷卻預(yù)分離有了更好的效果，全封閉電離型氣霧過濾器外形能很好融入機場設(shè)計風格，可實現(xiàn)批量化生產(chǎn)?？傊忾]電離型氣霧過濾器有很大的發(fā)展機遇，市場需求及產(chǎn)業(yè)化前景良好。

［1］劉天琪，邱曉燕.電力系統(tǒng)分析理論［M］.北京：科學出版社，2005.

［2］王鳳鳴.靜電除塵器荷電粒子在電場中的運動方式研究［D］.河北：河北大學，2006.

［3］GB13223-2001，大氣污染物排放標準［S］.北京：中國環(huán)境科學出版社，2011.