一种清洁和干燥压缩空气的装置及方法与流程

本发明涉及一种清洁和干燥压缩空气的装置及方法。

背景技术：

1、在微电子行业、医药行业、工业自动化行业、轨道交通行业以及食品与饮料行业等的应用中，都对压缩空气或者某些工业气体的洁净度和干燥等级提出了极高的要求，以期提高生产效率，降低下游设备的故障率和维护成本。

2、常规吸附式干燥器，能对压缩空气或者某些工业气体中含有的水雾、颗粒和油等杂质进行处理，为下游设备提供洁净和干燥处理的气体，但在应用/使用的过程中存在吸附介质粉化降解，干燥器性能快速衰减等固有缺陷。如现有的双塔式压缩空气干燥器，其吸附塔是在一个容器内充填一定数量的干燥珠（硅铝酸盐、活性氧化铝、硅胶等吸附介质混合黏土制成），含水的压缩空气从容器的一端进入，通过干燥珠时，压缩空气中的水分被吸附剂吸附，从而得到干燥的压缩空气，干燥的压缩空气从容器的另一端产出。当达到一定的时间后，干燥器两个吸附塔的状态发生逆转，原来处于干燥状态的吸附塔变成反吹再生，而之前反吹再生的塔体则变为吸附塔，如此循环，以保障压缩空气干燥器可以处于连续工作的状态。但是，由于干燥珠多是由硅铝酸盐或氧化铝和一定比例的黏土等材料制备成球形或某一特定的形状，当高压、高速的压缩空气从填充满干燥珠的塔体中流过时，在高压、高速的压缩空气的吹动下，干燥珠表面相互摩擦，会产生一些极细小的粉末，这些粉末随着压缩空气从吸附塔中流出，进入到下游的设备中，使得干燥珠式干燥器成为压缩空气处理中的二次污染源，因此干燥珠式干燥器后端必须配置至少两级的高精度过滤器，用以过滤干燥珠本身的粉产生的粉尘等杂质。同时干燥珠由于含有黏土泡水会降解的特点，在含水压缩空气的作用下，干燥珠粉末化将大大的加快，造成干燥器性能快速衰减。此外，现有干燥器通常需要在出气端盖内设置独立的反吹再生气体通道和截流装置，因此反吹再生气体无法实现从中心位置喷出，导致干燥器反吹再生效率欠佳。现有干燥器通常使用反吹再生气体进行保压，双塔切换时再打开或者关断进气通道，因此干燥器输出压力容易发生波动，无法实现连续、平稳的输出压力。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是，提供一种能解决现有干燥珠干燥器使用中产生粉尘的固有缺陷，不会成为气源处理的二次污染源，能提高反吹再生效率，可实现干燥器输出压力始终平稳的清洁和干燥压缩空气的装置及方法。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：

3、一种清洁和干燥压缩空气的装置，包括支架、前置过滤器、控制箱和吸附式双塔干燥器，所述前置过滤器和控制箱安装在支架上前侧，所述吸附式双塔干燥器安装在支架上后侧，所述前置过滤器与吸附式双塔干燥器之间通过管路进行连接；

4、所述吸附式双塔干燥器包括进气端盖、铝合金筒体、出气端盖和单向阀组件，所述进气端盖安装在支架上，所述铝合金筒体为两个，分别安装在进气端盖和出气端盖之间，每个铝合金筒体内部设有第一扩散结构、第一支撑架、吸附材料封装筒、保护装置、第二支撑架和第二扩散结构，所述吸附材料封装筒由封装端盖、铝合金筒体和片状吸附材料组成，所述片状吸附材料在铝合金筒体内部为一长条多层缠绕结构，每一层间隙为气体流动的通道，所述第一扩散结构、第一支撑架安装在进气端盖上，所述吸附材料封装筒安装在第一支撑架上，所述保护装置安装在吸附材料封装筒上，所述第二支撑架安装在保护装置与出气端盖之间，所述第二扩散结构安装在出气端盖上，形成吸附塔体或反吹再生塔体，所述单向阀组件为两个，分别安装在出气端盖内，每一个塔体由一个独立的单向阀组件进行控制，所述单向阀组件上设有反吹再生气体的流道；

5、所述进气端盖内设有进气通道、排气通道、出气通道，所述进气端盖的外侧设有两个控制电磁阀，每个塔体对应设置一个，所有控制电磁阀与控制箱相连接，进行工作状态的切换。

6、进一步，所述铝合金筒体通过两侧的螺纹孔与进气端盖和出气端盖通过螺栓进行连接，并在铝合金筒体与进气端盖和出气端盖之间设置o形圈进行密封。

7、进一步，所述第一扩散结构的一侧为精密机加工凹面体，在第一扩散结构外圆周处设置四个沉孔，用于将四个锁固第一扩散结构螺栓的头部装入到第一扩散结构中，所述第二扩散结构同第一扩散结构。

8、进一步，所述第一支撑架、第二支撑架均为圆筒状结构。

9、进一步，所述保护装置为轮辐状结构平板，实心轮毂与轮辋之间设置四条轮辐，实心轮毂压住吸附材料封装筒中心，轮辋位于吸附材料封装筒与第二支撑架之间。

10、进一步，所述单向阀组件包括单向阀盖板、导向套、单向阀盖板密封圈、单向阀弹簧和单向阀板，所述导向套安装在单向阀盖板上，所述单向阀弹簧套在单向阀板的上部外侧，且单向阀板的上端伸入导向套内，所述单向阀盖板安装在出气端盖上，所述单向阀盖板密封圈安装在单向阀盖板与出气端盖之间，所述单向阀板的下端面设有硫化橡胶，所述单向阀板上设有连通孔，作为反吹再生气体的流道。

11、进一步，所述控制电磁阀为两位三通弹簧复位的常开功能电磁阀。

12、进一步，所述排气通道的出口处安装有消声器。

13、进一步，还设有后置过滤器，所述后置过滤器安装在吸附式双塔干燥器的出气口处。

14、利用所述装置实施的清洁和干燥压缩空气的方法，是：

15、由压缩机产生的压缩空气由进气口进入到前置过滤器中进行预处理，经过前置过滤器处理的压缩空气进入吸附式双塔干燥器中，由吸附式双塔干燥器将压缩空气中所含的气态水去除，从出气口排出为下游设备提供干燥的压缩空气，并按照控制箱内设定好的时序进行双塔状态的切换；

16、具体的，通过控制箱控制吸附塔体和反吹再生塔体的控制电磁阀动作，决定干燥器塔体的状态，也即处于吸附状态的塔体，其进气通道与出气通道连通，使得压缩空气进入到塔体内进行吸附干燥，而排气通道与出气通道不连通，压缩空气只能向出气端盖一侧流动；与此同时，处于反吹再生状态的塔体，其进气通道与出气通道不连通，使得压缩空气不能进入到塔体内，而排气通道与出气通道连通，使得反吹再生气体可以从塔体内流出进入到排气通道中排向大气；

17、在吸附塔体内部，压缩空气从进气端盖进气口中流出，在进气端盖内侧安装的第一扩散结构的作用下，均匀吹向铝合金筒体的四周，同时进气端盖内侧与吸附材料封装筒之间设置的第一支撑架，构建出一个足够的空间进一步降低压缩空气的流速，确保压缩空气均匀、低速的穿过吸附材料封装筒，保障吸附材料将压缩空气中的水分充分的吸附，在吸附材料封装筒的后端设置一个保护装置，并由保护装置上方的第二支撑架固定于吸附材料封装筒的上方，保护装置与吸附材料封装筒中心的凸台贴合，以加强对吸附材料封装筒的支撑强度，确保吸附材料封装筒在高压下稳定、安全的工作；干燥处理后的压缩空气通过单向阀组件后，从出气端盖内的流道中排出吸附式双塔干燥器；

18、在反吹再生塔体内部，从吸附塔体内流出的再生气体从单向阀组件中心的孔中吹出，在出气端盖内侧第二扩散结构的作用下，再生气体均匀的吹向铝合金筒体的四周，同时出气端盖内侧与吸附材料封装筒之间设置的第二支撑架，构建出一个足够的空间进一步降低再生气体的流速和压力，确保再生气体将吸附材料中析出的水蒸气完全吹扫干净，提高再生效率，降低反吹再生气体的消耗；

19、在双塔状态即将发生切换时，在控制箱预设程序的控制下，处于反吹再生状态的塔体控制电磁阀动作，使得其进气通道与出气通道变为连通，压缩空气可以进入到塔体内，而排气通道与出气通道变为不连通，压缩空气只能向出气端盖一侧流动，此时塔体内的吸附材料封装筒开始吸附压缩空气中的水分，也即其已经转换为吸附塔，塔体的压力在短时间内迅速上升，当原反吹再生塔体单向阀组件内的单向阀板完全打开时，原反吹再生塔体内的压力与吸附塔体一致，该过程称为反吹再生塔的保压阶段；在控制箱预设程序的控制下，处于吸附状态的塔体控制电磁阀动作，其进气通道与出气通道变为不连通，使得压缩空气不能再进入到塔体内，而排气通道与出气通道2变为连通，使得吸附塔体内的气体从塔体内迅速流出进入到排气通道中排向大气，此过程中，吸附塔体内部的压力迅速的降低，导致其单向阀组件内的单向阀板迅速关闭，反吹再生气体从连通孔中反向进入到塔体内部，使其状态转换为反吹再生状态；至此双塔的状态发生了切换，在控制箱预设程序的控制下，双塔的状态进行循环切换，使得吸附式双塔干燥器可以连续工作。

20、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

21、1.干燥器运行中无粉尘产品，解决了现有技术的干燥珠干燥器使用中产生粉尘的固有缺陷，不会成为气源处理的二次污染源；干燥器吸附材料可耐水饱和且长期泡水不会降解，耐油性极强且可通过清洗恢复吸附材料的性能；干燥器可在恶劣环境和工况下稳定运行，在有保障的维护下，吸附材料封装筒的寿命达到30000运行小时以上；干燥器性能不受安装方式的影响，可以水平或者垂直安装；干燥器性能不受振动或冲击等外部因数的影响；

22、2.在流体计算以及有限元仿真的辅助下，设计扩散结构，并在大量试验测数据的验证下确定了吸附材料封装筒两侧的支撑空间，保障在扩散结构和支撑空间的共同作用下，压缩空气均匀、低速的通过吸附材料封装筒，使吸附材料将压缩空气中的水分充分的吸附，在反吹再生时，再生气体对吸附材料进行均匀的吹扫，提高再生效率，降低反吹再生气体的消耗；

23、3.在单向阀板上钻一个小孔，作为干燥塔反吹再生时再生气体的流道使用，保障反吹再生气体从中心吹出，在扩散结构的作用下均匀的吹向干燥器塔体四周，同时也不需要单独在出气端盖上布置再生气体流道和流量控制装置，简化端盖的流道设计，减少部件以提高干燥器的可靠性；

24、4.确保在双塔切换时干燥器的输出压力不受影响，在控制箱预设程序的控制下，在反吹再生塔再生结束进入保压阶段时，通过打开反吹再生塔控制电磁阀的进气通路，上游的压缩空气进入到反吹再生塔中，使得反吹再生塔的压力在短时间内迅速上升到与吸附塔内的压力一致，也即在保压阶段的末段，反吹再生塔与吸附塔的单向阀都将完全打开，双塔切换时通过关闭原来干燥塔控制电磁阀的进气通路并打开再生气体的排气通道，使原来干燥塔变为进行反吹再生，实现双塔状态的切换，在这一过程中，由于反吹再生塔与干燥塔的压力一致，因此切换过程中，干燥器的输出压力保持不变，实现干燥器输出压力始终平稳。