船用高压空气干燥过滤装置的研制

姜慧君，王树胜，谭跃进，李金禄，潘艺昌，李小仨，鲍军

（合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点室验室，安徽合肥230031）

船用高压空气干燥过滤装置的研制

姜慧君，王树胜，谭跃进，李金禄，潘艺昌，李小仨，鲍军

（合肥通用机械研究院压缩机技术国家重点室验室，安徽合肥230031）

从技术要求、设计分析及实际使用等方面，对我院研制的J141-1/15型船用高压空气干燥过滤装置进行了介绍。对影响高压空气干燥过滤装置性能的重要因素进行了分析和总结，对其他型号的船用高压空气干燥过滤装置的设计、制造及使用等具有一定的参考价值。

船用；高压空气；干燥过滤

1　引言

高压空气干燥过滤装置是船用高压压缩空气系统的重要组成部分，是保证压缩空气系统正常运行所必需的。针对船用压缩空气高压，低露点值，高洁净度的要求，我们研制了J141-1/15型高压空气干燥过滤装置。该型高压空气干燥过滤装置具有抗腐蚀、抗冲击、抗电磁干扰，再生气量小，结构紧凑，操作简单及维修方便等优点。

2　技术要求

2.1主要技术参数

主要技术参数见表1。

2.2控制要求

为了提高装置的干燥过滤效率和自动化程度，干燥装置设有自动开关机、记忆工作周期、定压排气、自动排污及过滤器滤芯更换提示功能。

表1

2.3寿命指标

根据高压空气干燥过滤装置的实际使用情况，装置寿命应不小于25年，干燥塔内分子筛的最短更换周期为3年，过滤器滤芯的最短更换周期为3年。且装置的平均故障时间应大于2000 h，平均修复时间应小于1 h。

图1　高压空气干燥过滤装置系统流程图

3　设计

3.1方案设计

依据输入技术参数，确定了双塔无热再生吸附式的结构，及干燥塔塔体直径和高度。该种结构具有体积小重量轻，无需外界加热，也不会因为装置工作时间短，出现有热再生式的再生不完全现象。

依据露点要求，确定了干燥器吸附剂采用高强度4A型分子筛。对比硅胶及活性氧化铝，其热稳定性和化学稳定性高，表面微孔道相互作用能显著提高吸附势，在低含水量和高温下均具有很大的吸附容量。4A型分子筛的动态吸附率能达到8%～15%，能够在高压下保证装置的出口常压露点达到-55℃以下。

在传统的干燥装置结构基础上，改进气路控制系统，发明了新型组合换向阀，将传统的干燥器中为实现换向均压再生所需的4个阀优化为一个阀，进一步减轻了装置的体积和重量，提高了控制效率。

依据过滤精度等级要求，配置前置过滤器、精密除油过滤器、后置过滤器和活性炭过滤器。前置过滤器可以同时分离油和水份并过滤杂质，精密除油过滤器可以对残余的油水气溶胶粒子进行清除，后置过滤器可以过滤压缩空气中夹带的干燥剂粉尘，活性炭过滤器用以过滤吸附精细的微粒。为保证过滤器的正常运行和监测其工作状态，各过滤器上还配有压差计，显示过滤器进出口的压差情况，用以提示过滤器滤芯的更换。并在前置过滤器和精密除油过滤器排污阀后增加了自动排污阀，实现定时排污的功能，避免手动排污，减轻操作人员工作量。本装置的系统流程图参见图1。

装置的工作流程为：由高压压缩机排出的压缩空气，经装置的前置过滤器、精密除油过滤器，流经组合换向阀，自下而上进入干燥塔实现干燥。经干燥后的大部分压缩空气又通过单向阀，最后经后置过滤器、活性炭过滤器、背压阀、管路系统进入高压气瓶组。同时，一部分干燥后的压缩空气经过减压阀，自上而下进入另外一个塔实现再生，经组合换向阀，最后通过消声器将湿空气排放到大气中。

3.2电控设计

本系统干燥器切换周期短，动作频繁，要求时间准确，动作灵敏。电控系统采用单片机芯片控制各电磁阀的动作，用经过减压后的干燥空气在电磁阀的控制下推动组合换向阀内的柱塞工作，实现两塔的周期性吸附和再生。且在电控箱中增加了干燥塔工作周期的记录，实现了两塔切换的记忆功能，在下次开机时能继续从上次关机前工作的那个塔开始运行，完成未完成的时间周期后再切换，能有效避免传统干燥器因工作时间短而出现的长时间单塔工作的情况。

为了满足电磁兼容要求，电控箱箱体采用连续屏蔽型设计，门框上增加屏蔽线圈，且不设门锁而是采用螺钉紧固，进线填料函采用金属结构，以提高电控系统的稳定性和可靠性，满足IP56的防护等级要求。

3.3抗冲击设计

根据抗冲击要求，其抗冲击动力学计算如下：冲击加速度

式中ma——装置的质量，0.19 t

代入上式得

Aa=2244 m/s2

则横向加速度：Ax=0.4Aa=898 m/s2

纵向加速度：Ay=0.2Aa=449 m/s2

装置是由6只M16（性能等级8.8）的螺栓固定在底板上，该型螺栓的抗拉强度σ的范围为830～1030 MPa，取最小值830 MPa。

抗剪切强度τ=0.6～0.8σ，取最小倍数0.6，代入σ值，τ=498 MPa

则螺栓的公称抗剪切力，F=As·τ

式中As——该型螺栓的公称应力截面积，157 mm2

F=78186 N

则6只螺栓不发生塑性变形的总最大剪力为6× 78186 N。

根据牛顿第二定律，计算得

横向抗冲击加速度

纵向抗冲击加速度

即通过计算，设备抗冲击的能力计算值大于冲击要求许可值，是满足要求的。

3.4高压管路系统安全性设计

装置塔体、组合换向阀、排污阀、减压阀、背压阀及管路，全部采用不锈钢材料制成，以保证其不受盐雾、潮湿等腐蚀。为加大安全系数，塔体、管路等壁厚还留有一定的腐蚀余量。连接接头采用焊接球形接头或铜垫平面密封，保证连接的可靠和密封的严密。

4　结语

该型高压空气干燥过滤装置，通过采用新型组合换向阀，减少了气动阀的数量，使得结构更紧凑简洁；采用单片机芯片用于控制系统，通过电磁阀实现了准确有效的干燥再生及自动排污要求；而4A型分子筛和配置4级过滤器保证了出口空气的品质。该型装置自验收通过开始使用已有超过2年的时间，此间未发生重大问题，用户反馈良好，达到了设计要求。总体上来说是满足了船用气的正常需求，是船用压缩空气系统中不可缺少的一部分。

［1］GJB 1060.1-91.舰船环境条件要求机械环境.

［2］成大先.机械设计手册［M］.化学工业出版社，2002.

［3］李申.压缩空气净化原理及设备［M］.浙江：浙江大学出版社，2005.

Development and Research on High-pressure Compressed Air Dryer Filter Unit for Marine

JIANG Hui-jun，WANG Shu-sheng，TAN Yue-jin，LI Jin-lu，PAN Yi-chang，LI Xiao-sa，BAO Jun
（State Key Laboratory of Compressor Technology，Hefei General Machinery Institute，Hefei 230031，China）

The high-pressure compressed air dryer filter unit（J141-1/15）for marine is introduced in this paper from technical requirements，design analysis and practical uses.Important factors affecting on the performance of the unit are analyzed and summarized.The analysis can be referred to the design，manufacture and use about high-pressure compressed air dryer filter unit for marine of other models.

marine；high pressure air；dryer filter

TH45

B

1006-2971（2015）01-0049-03

姜慧君（1989-），男，安徽安庆人，助理工程师，学士学位，主要研究方向为压缩机及压缩空气后处理设备。

2014-12-16