数控设备供气过滤设计

邓鸿一

摘 要：压缩空气是数控设备的一项重要组成部分。在用途上主要作为动力单元和清洁单元。作为压缩空气的属性，除了压力和流量，气质也是一项至关重要的属性，且往往被忽视。当气质较差时，往往会影响流量，进而影响实际空气压力，较严重时还会造成设备部件损伤，进而造成设备故障、停机。因而需要设计出对气质的过滤方案，解决此类问题。

关键词：精密设备；压缩空气；过滤；除杂；排水

1、对设备前端气路进行分类过滤

从过滤器进口流入的压缩空气，被引进导流板，导流板上有均匀分布的斜齿，迫使高速流动的压缩空气沿齿的切线方向产生强烈的旋转，混杂在空气中的液态水油和较大的杂质在强大的离心力作用下分离出来，甩到水杯的内壁上，留到水杯的底部。除去液态水油，再通过滤芯的过滤，清除微小颗粒，然后从出口输出清洁的压缩空气。伞形挡水板将水杯分隔成上下两部分，下部保持压力静区，可以防止高速旋转的气流吸起杯底的水油。聚集在杯底的水油从排水阀放掉。

1.1杂质的过滤

现在很多过滤器都使用常开式自排水式。当水杯内无气压时，浮子靠自重落下，通过控制杆用密封赛将上节流口关闭。活塞在复位弹簧作用下下移，活塞杆与密封通道脱开，水油排出。当水杯内的气压大于最低动作压力时，活塞克服弹簧力和摩擦力上移，排水口关闭。当水杯内的水位升高到一定位置，浮子的浮力大于上节流口的密封压力时，通过控制杆将密封塞打开，气压从上节流口进入活塞内部上腔，活塞下移，排水孔打开排水。当水位下降后，浮子将上节流口关闭。在实际使用中无需操作，使用方便，省时省力。但因实际环境影响，气质中杂质过多会使浮子不能在正确的位置工作从而导致过滤器故障，漏气。因而在气质较差的位置应改用弹簧式排水器。弹簧式排水器为改良型简易的手动排水器。在使用时按按钮式顶针阀便可将水排出。只要过滤器的密封完好，便可正常使用。

1.2水的过滤

通常气路的末端会有大量的气态到液态的水的沉积。尤其在每年的夏季，空气湿度较大，气路中的水急剧增多，导致一般过滤装置无法完全将水滤掉，而这些会通过设备吹气清洁功能将水喷淋在光栅尺，测座，激光发射接收等精密部件上造成损坏。为了过滤并排出大量的水，应在设备前端安装相对应的过滤水装置。

在含水量较少的气路中安装普通的油水分离器便可以对水、油进行有效的过滤。当压缩空气进入油水分离器后产生流向和速度的急剧变化，再依靠惯性作用，将密度比压缩空气大的油滴和水滴分离出来。常见的为撞击式油水分离器和环形回转式油水分离器。压缩空气自如空进入油水分离器壳体后，气流先受隔板阻挡撞击折回向下，继而又回升向上，产生环形回转。这样使水滴和油滴在离心力和惯性力作用下，从空气中分离析出并沉降在壳体底部。

当气路中沉积了大量的液态水时，普通的油水分离器的排水量和滤水效率已经无法满足，此时应采用重载型排水器进行过滤。

当气路的回路中含有水油时，说明气路中含有大量气态水。此时需要用冷干机将气态的水冷凝成液态的水再进行过滤排出。压缩空气在换热器中与干燥过的低温压缩空气进行热交换，降低温度，然后进入蒸发器被进一步降温至2℃左右，在此露点，压缩空气中的大部分水已成液态配排出，将含水量极少的压缩空气进入吸附塔内，进一步干燥除水，最后低温的干燥要所空气进入换热器，冷却高温湿空气，同时本身温度也升高，可防止压缩空气输送管路外壁结露，经升温后的压缩空气中取一小部分用作吸附劑的再生，提高再生效率，降低能耗。利用冷媒与压缩空气进行热交换，把压缩空气温度降到2～10℃范围的露点温度，使压缩空气中含水量趋于超饱和的状态，从而除去压缩空气中的水分。从而大大的提高了对水的筛虑效果。

2、对设备前端气路进行分级过滤

在实际使用过程中，由于杂质的混合较为复杂，各项过滤并不能一次性完成，因而需要对压缩空气进行多级过滤。

1对于精密设备的第一级过滤的过滤精度应达到5μ。此一级可对压缩空气中的大颗粒杂质进行过滤。

2将压缩空气中的大颗粒杂质过滤后应进行对水油的过滤。此一级应使用油水分离器或重载型排水器对压缩空气中液态的水进行过滤。

3对于高精密设备应对压缩空气中的微小颗粒进行过滤。此一级的过滤精度应达到0.3μ。将微小颗粒的固体杂质基本过滤完成。

4如压缩空气应用于光学部件上，应进一步的提高过滤精度，将过滤精度最终达到0.01μ。保证将所有的固体杂质彻底过滤。

5当压缩空气的回路中含有水、油时，应在过滤的最后一级接入冷干机，将压缩空气中气态存在的水油去除干净，避免产生露化沉积。

通过对压缩空气进行分级过滤，完成了对其中杂质的从大到小，水油从液到气的过滤，最终将压缩空气中各类杂质彻底去除。

3、对设备前端气路进行分部件加强过滤

由于压缩空气在设备的具体使用位置的不同，对压缩空气的过滤方式、等级也应有相应的变化。对于一些昂贵的、精密的部件的前端过滤也应重点加强。

3.1、光学部件

现在许多高精密的光学部件都采用压缩空气清洁，杂质对光栅的轻微遮挡都会造成光学部件的失效或精度偏差。因而对于光学部件应采用多级过滤。作为密封空气的压缩空气在直接接入光栅尺或编码器壳内前必须用二级及以上过滤器过滤，压缩空气至少满足DIN/ISO8573-1（2010年版）标准的以下纯净度要求：

固体杂质： 1级

颗粒大小 颗粒物数量/m3

0.1 μm至0.5 μm 20 000

0.5 μm至1.0 μm 400

1.0 μm至5.0 μm 10

最大压力结露点： 4级

（3 °C时的压力结露点）

总含油量： 1级

（最大含油量：0.01 mg/m3）

为向光栅尺或编码器提供高质量密封空气，每一个直线光栅尺需空气流量7至10L/min或每一个角度编码器需1至4 L/min。空气流量最好用节流阀的连接件。输入压力约为1·105 Pa（1 bar），节流阀用于确保所需空气流量。从而进一步的提高对压缩空气过滤的效果。

3.2、电子部件

通常电子部件并不直接接触到压缩空气，但由于一些电子部件的安装位置比较特殊，会与使用压缩空气的部件直接或间接连接，例如气缸下方测座、气动电磁阀、抓松刀碟簧前置传感器。当这些部件中的压缩空气没有被充分过滤水、油。液体甚至于潮气都会导致电子部件短路故障。因而对电子部件附近使用压缩空气的部分都应对水、油进行着重过滤。

3.3、机械式增压泵

一些设备采用气动式抱闸，这种抱闸方式耗气量大，气压压力要求高，因而常在前端安装机械式增压泵。这种增压泵内部配合精度高，容许杂质量很低。因此前端压缩空气的过滤更应着重于对杂质的精密过滤。应逐级安装5μ，0.3μ，二级过滤装置。机械式增压泵内部工作不容许有水油存在，因而在二级过滤杂质后应着重对水油进行过滤，确保水油彻底排除，从而保证其最终过滤效果，使增压泵的工作正常。

4、供气补充

当压缩空气进行多级过滤后，在流量上也会产生逐级损耗，而且与过滤精度有关。这会产生供气流量无法满足实际使用需求，因而需要对此进行补充设计。最简便且可靠有效的方法是在过滤终端加设蓄能器，通过蓄能器的缓冲作用使供气满足用气时的使用需求量，再在非用气时缓慢补充。值得注意的是使用蓄能器，在满足需求的同时也要考虑压力容器的相关安全注意事项。