金屬加工公司為其機(jī)床配備了油霧除塵器來幫助提供潔凈空氣，以減少接觸金屬加工液的不良影響，遵守室內(nèi)空氣質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，降低維護(hù)成本，降低后勤成本并提高零件質(zhì)量。 雖然油霧收集的好處很多，但選擇油霧除塵設(shè)備卻是一件令人頭疼的事。 本文將根據(jù)從氣流中分離霧滴的基本設(shè)計(jì)原理，研究不同類型的油霧除塵器。 主題包括：

• 油霧和煙霧的定義

• 可見效率

• 性能特征

• 不同類型油霧除塵器的操作基礎(chǔ)知識

• 濾芯優(yōu)化

• 測量除塵器效率

油霧和煙霧

油霧通常被定義為直徑 20 microns 微米或更小的液滴。 本文著重介紹使用油性和水溶性潤滑劑和冷卻劑的應(yīng)用場合。 這類潤滑劑和冷卻劑用于多種應(yīng)用場合，包括金屬切割、金屬成形、磨削、零件清洗等等。 例如，使用水溶性金屬加工液的銑削和車削操作通常會產(chǎn)生直徑在 2 微米到 20 微米范圍內(nèi)的霧滴。 使用油性液體的同類操作通常會產(chǎn)生直徑在 0.5 微米到 10 微米范圍內(nèi)的油霧滴。

煙霧通常是一種小得多的物質(zhì)，即直徑為 0.07 微米到 1 微米的固體或液體懸浮微粒，是不完全燃燒或過飽和水汽冷凝的產(chǎn)物1。 有時被稱為熱生成霧或油煙。 產(chǎn)生煙霧的常見應(yīng)用包括冷鍛、使用直餾油加工硬金屬、為大型發(fā)電機(jī)配備潤滑油箱以及熱處理。

可見效率

一些制造商認(rèn)為，他們看不到油霧就說明不存在油霧。 這種觀點(diǎn)沒有意識到亞微級油霧對生產(chǎn)環(huán)境帶來的危害，包括工人接觸、維護(hù)和后勤以及遵守室內(nèi)空氣質(zhì)量或排放標(biāo)準(zhǔn)等方面。 事實(shí)上，人眼看不到直徑小于 40 微米的單個液滴，但有實(shí)質(zhì)證據(jù)可以證明許多金屬加工操作會產(chǎn)生更小的霧滴。 您可能看不到它們，但能聞到氣味！ 

性能特征

油霧除塵器的主要功能是去除所過濾氣流中的油霧滴和煙霧滴。 執(zhí)行此功能時，除塵器必須將小液滴合并為較大液滴，然后在濾芯堵塞以前將收集到的冷卻劑從濾芯中排出。

可以根據(jù)三個可測特性描述油霧除塵器的性能：

• 壓降： 作為能耗成本方程式的一部分，除塵器的運(yùn)行壓降非常重要。 較高的壓降意味著需要更多的能量才能將所需的氣流量抽入除塵器。
   

• 效率： 除塵器從氣流中去除油霧滴和煙霧滴的效率是很重要的，因?yàn)樗鼪Q定了除塵器排出且通常會排放到室內(nèi)環(huán)境中的空氣的清潔度。 這就是安裝油霧除塵器的原因，即凈化空氣。 效率是一個關(guān)鍵指標(biāo)，決定了除塵器所排放空氣的清潔度。

• 流量： 除塵器的氣體流量很重要，因?yàn)樗鼪Q定了要清潔的氣流量。 如果量速過低，則抽入除塵器的含油霧/煙霧氣流量就會很少，導(dǎo)致大量含油霧/煙霧空氣不會被預(yù)期的捕獲系統(tǒng)所捕集。 如果流量過高，則會將多余空氣抽入除塵器，導(dǎo)致能量浪費(fèi)。 另外，要保持恒定的液滴捕獲效率，也需要恒定的氣體流量。

除了除塵器的基本設(shè)計(jì)以外，很多油霧特性也會影響油霧除塵器的性能：

• 油霧濃度– 在不同應(yīng)用中，一定體積的空氣中所含的油霧量各不相同。 在現(xiàn)場測試中，測得的油霧濃度最低為 3 毫克/立方米，最高為 37 mg/m3 毫克/立方米。 在實(shí)際應(yīng)用中，油霧濃度的范圍甚至可能會更大。 OSHA 對空氣中各類金屬加工液油霧的濃度規(guī)定有不同的限值，從針對礦物油的 5 mg/m3 毫克/立方米（暴露時間為 8 小時），到針對其他冷卻液霧的 15 mg/m3 毫克/立方米毫克/立方米（暴露時間為 8 小時）。 NIOSH 的建議限值更低，僅為 0.4 mg/m3 毫克/立方米。2在常規(guī)辦公環(huán)境中，顆粒物質(zhì)濃度往往在 0.02–0.03 mg/m3 毫克/立方米的范圍內(nèi)，明顯低于金屬加工操作地點(diǎn)附近的油霧濃度。
   

• 油霧溫度 - 高溫油霧遇冷會凝結(jié)，這會影響液滴大小和收集方式。 對于水基型冷卻液，水分會在溫度較高以及
  相對濕度較低的情況下蒸發(fā)，從而產(chǎn)生直徑更小的水滴。 另外，在選擇油霧或煙霧收集技術(shù)時，濾材工作溫度限值也是需要考慮的重要因素。
   

• 油霧類型 – 不同類型油霧滴具有不同的表面張力和粘度特性，會影響油霧除塵器凝結(jié)和排出油霧的能力。

• 油霧滴大小分布– 一般來說，捕獲較大液滴更為容易，但較大液滴質(zhì)量同時也占油霧中所含液體總質(zhì)量的絕大部分且最終會被從除塵器中排出。 圖 1 為假設(shè)的油霧滴和煙霧滴大小分布。
  
  

• 包含物– 如果油霧是潔凈的，則不會包含干燥顆粒，我們只需考慮凝聚結(jié)和排出其中的液體。 然而，污濁油霧中還會包含一部分干燥顆粒（切削屑），必須將其從氣流中分離出來。
  

不同類型油霧除塵器的操作基礎(chǔ)知識

可以通過多種方法捕獲油霧滴。

靜電沉淀法

靜電沉淀法的原理是將含油霧的空氣吸入離子發(fā)生器，使每個液滴都帶有正電荷或負(fù)電荷。 然后，荷電液滴被電除塵單元捕獲，這些電除塵單元利用交變高壓和接地板將荷電液滴推向/吸附到接地板上。 液滴在板上聚結(jié)并從除塵器中排出。 靜電沉淀法有很多優(yōu)點(diǎn)，包括不需要更換濾芯、相對能耗較低以及在全新和完全清潔的情況下的效率很高。 不過，由于其維護(hù)難度大且頻率高，靜電除塵器已不再受歡迎。 靜電沉淀器內(nèi)部零件需要保持得非常干凈，才能保證使液滴荷電和捕獲液滴的效率。 即便有定期維護(hù)，也可能會遇到其他問題。 電除塵單元中的荷電板受到任何損害，都會導(dǎo)致產(chǎn)生電弧。 同樣，需要收集包含金屬粉塵、碎屑或切削屑的油霧滴的應(yīng)用也會導(dǎo)致靜電除塵器內(nèi)產(chǎn)生電弧。 最后，靜電除塵器會產(chǎn)生臭氧，這是一種已知的具有刺激性的室內(nèi)空氣污染物。

慣性分離

主要依賴于慣性分離的除塵器通過以下方式分離氣流中攜帶的液滴。 隨著氣流在濾材表面被分流，液滴因具有動量而得以沿原軌跡繼續(xù)前進(jìn)，撞到濾材表面并最終與其他液滴凝結(jié)，之后被排出。 雖然有多種不同類型和型號的慣性除塵器，但它們都有一些共同之處。 首先，慣性除塵器工作時無需使用屏障過濾機(jī)制，因此通常沒有需要更換的初級濾芯。 但是，它們通常需要相當(dāng)頻繁的定期維護(hù)，以清除部件上的任何污染物。 另外，慣性分離更適用于較大液滴，因?yàn)椴东@液滴時正是依賴于這些液滴不會隨氣流移動。 液滴越大，其質(zhì)量和動量也越大，撞到捕獲表面的可能性就越大。 對于直徑在 1-2 微米以下的液滴，慣性除塵器的效率較差。 最后，對于旋轉(zhuǎn)式動力慣性除塵器，固體物質(zhì)會聚積并卡在旋轉(zhuǎn)零件中，最終導(dǎo)致后者失去平衡狀態(tài)并將振動傳導(dǎo)給機(jī)床，并可能影響機(jī)加工部件的公差。

1. 篩分是指收集直徑在 10 微米以上的較大液滴的主要過濾機(jī)制。 當(dāng)液滴體積過大以致于無法通過兩根或多根纖維之間時，就會發(fā)生篩分。 篩分類似于阻止飛蟲穿過紗窗。 當(dāng)液滴接觸到纖維時，會附著到纖維表面、與其他液滴聚結(jié)，然后從除塵器中排出。
   
   

2. 慣性碰撞是指收集大部分微米級和更大液滴的過濾機(jī)制。 慣性碰撞發(fā)生的原因是，在氣流被濾材纖維改變方向時，液滴因具有一定質(zhì)量而沿原軌跡繼續(xù)前進(jìn)。
    

3. 攔截是指主要收集直徑在 0.1 到 1 微米之間的液滴的過濾機(jī)制。 當(dāng)液滴隨氣流移動，但仍然因足夠靠近纖維而附著到纖維上時，就會發(fā)生攔截。
    

4. 擴(kuò)散是指主要收集直徑不足 0.1 微米的極小液滴的過濾機(jī)制。 因?yàn)橐旱畏浅Ｐ?，所以會受氣流中的分子力影響，使得液滴與氣流沿同一大方向移動，但同時又獨(dú)立于氣流移動。

液滴附著到濾材中的纖維上后，就會與纖維上的其他液滴聚結(jié)。 當(dāng)聚結(jié)的液滴足夠大時，重力將拉動液滴沿著纖維排出。 在油霧過濾方面的一個重大權(quán)衡就是在對液滴排出的需求與對高效率的需要之間保持平衡。 通過使用更細(xì)的纖維來實(shí)現(xiàn)更高的過濾效率。 但纖維較細(xì)時需要使用樹脂將濾料連結(jié)起來，而樹脂則會妨礙聚結(jié)液體的有效排出（請參見圖 3）。 由細(xì)纖維制成的濾材容易被捕獲的液體堵塞，例如在不采取任何預(yù)篩分措施的情況下使用高級過濾 (HEPA) 濾芯（圖 4）。 如果濾材由較粗纖維制成，則排水特性會得到顯著改善，但濾材捕獲油霧滴（特別是較小霧滴）的能力會受到嚴(yán)重影響。