激光切割用一體式空壓機除水排污到底有多重要|激光機空壓機近幾年來(lái)，隨著(zhù)大功率和超大功率光纖激光器的國產(chǎn)化普及，我國激光切割機呈迅猛發(fā)展之勢，激光切割機從千瓦級躍升到萬(wàn)瓦級，切割能力從僅能切割幾mm的薄板發(fā)展到能切割幾十m......
近幾年來(lái)，隨著(zhù)大功率和超大功率光纖激光器的國產(chǎn)化普及，我國激光切割機呈迅猛發(fā)展之勢，激光切割機從千瓦級躍升到萬(wàn)瓦級，切割能力從僅能切割幾mm的薄板發(fā)展到能切割幾十mm的厚板，激光切割的應用越來(lái)越廣泛。作為激光切割的輔助氣體，通常有氧氣、氮氣和壓縮空氣。
本文作者曾在《激光切割機采用壓縮空氣作為輔助氣體的空氣壓縮機選擇和應用》一文中詳細論述過(guò)激光切割機采用壓縮空氣作為輔助氣體進(jìn)行金屬切割加工是一種常見(jiàn)的經(jīng)濟實(shí)用的加工方式。由于采用壓縮空氣作為輔助氣體進(jìn)行激光切割的顯著(zhù)的經(jīng)濟性，以前不主動(dòng)推空氣切割的激光切割機的生產(chǎn)商，現在推激光切割機時(shí)，都開(kāi)始主動(dòng)介紹其激光切割機適合采用壓縮空氣切割。（圖一） 和（圖二） 就是兩個(gè)激光切割機品牌的超大功率激光切割機宣傳時(shí)介紹采用壓縮空氣切割的優(yōu)勢。
采用壓縮空氣作為輔助氣體進(jìn)行激光切割的經(jīng)濟性是顯而易見(jiàn)的。同時(shí)，由于一體式空壓機安裝簡(jiǎn)便，占地面積小，方便挪動(dòng)，采用空氣切割的激光切割機通常都配套激光切割專(zhuān)用的一體式空壓機。但是，如果對一體式空氣壓縮機系統的除水排污不正確、不及時(shí)，對切割質(zhì)量和切割效率也會(huì )有很大的影響，嚴重時(shí)甚至會(huì )造成高額經(jīng)濟損失。
為什么這么說(shuō)呢？
回答這個(gè)問(wèn)題，我們先來(lái)看看壓縮 1m3/min 的空氣到 16bar 壓力（這個(gè)壓力是目前多數激光切割機采用空氣切割的壓縮空氣壓力）會(huì )產(chǎn)生多少液態(tài)水分？從熱力學(xué)，我們知道，空氣中的含濕量 W 為：
P——空氣壓力， kPa；
Ps——水蒸氣分壓力， kPa；
Psb——飽和水蒸氣分壓力， kPa；
?——空氣相對濕度， %
壓縮機在壓縮空氣時(shí)最容易產(chǎn)生液態(tài)水的季節是夏季，最常見(jiàn)的濕熱天氣的氣溫大約 35℃，相對濕度大約 80%，根據上面的公式，在大氣壓力狀態(tài)下，空氣中的含濕量為 0.0297kg/kg（干空氣）。
當壓縮到 16bar 壓力時(shí)，如果排氣溫度是 80℃，那么壓縮空氣中的含濕量為 0.0178kg/kg（干空氣）。
這意味著(zhù)會(huì )有 0.0297-0.0178=0.0119kg/kg（干空氣） 的液態(tài)水析出。假設壓縮機的排氣量是 1m3/min，每天工作 10 小時(shí)，那么一天下來(lái)析出的液態(tài)水將會(huì )是：
0.0119*60*10*1.29=9.21kg
這些析出的液態(tài)水的大部分會(huì )混合在潤滑油中，使潤滑油很快地乳化變質(zhì)，在油氣分離器中的潤滑油工作時(shí)會(huì )大量起泡（見(jiàn)圖三）。如果泡沫大量積聚，油氣分離濾芯都被泡沫包圍時(shí)，油氣分離濾芯將失去對潤滑油的攔截過(guò)濾功能，大量的潤滑油將會(huì )穿過(guò)油氣分離濾芯進(jìn)入壓縮機排氣管路，這將會(huì )使得后面的壓縮空氣過(guò)濾凈化變得異常困難。
根據計算，在環(huán)境溫度 35℃、相對濕度 80%的吸氣條件下，要保證在 16bar 排氣壓力的排氣沒(méi)有液態(tài)水析出，排氣溫度需要在 92℃以上，這需要通過(guò)溫控閥開(kāi)啟溫度的選擇或者風(fēng)機啟停溫度的設定來(lái)保證。對于空壓機容量配大很多的用戶(hù)，就需要強制把空壓機運行的下限頻率設高來(lái)防止溫度不能升上來(lái)。
其次， 即使對壓縮機排氣溫度進(jìn)行了較好的設定，使得潤滑油中沒(méi)有液態(tài)水析出，但是壓縮后的冷卻過(guò)程會(huì )使儲氣罐和氣水分離器有大量液態(tài)水凝聚。從（圖四） 可以看出，壓縮機運行幾個(gè)小時(shí)之后，可以從儲氣罐里放出很多的液態(tài)水。
還是繼續上面的例子， 我們知道，一體式空壓機都是把空壓機和冷干機安裝在儲氣罐上方，空氣經(jīng)過(guò)壓縮機壓縮并經(jīng)過(guò)油氣分離和后冷卻器后進(jìn)入儲氣罐，同時(shí)把在后冷卻器冷卻產(chǎn)生的冷凝水帶入儲氣罐。由于壓縮空氣進(jìn)入儲氣罐時(shí)速度驟降，并且儲氣罐與環(huán)境空氣有很大的接觸面積，壓縮空氣與環(huán)境空氣會(huì )產(chǎn)生較多的對流換熱， 使得壓縮空氣的溫度進(jìn)一步降低，產(chǎn)生更多的冷凝水。
一般設計上，經(jīng)過(guò)后冷卻器的壓縮空氣的溫度比環(huán)境溫度高 12~15℃左右，在儲氣罐中繼續與環(huán)境空氣對流換熱后溫度又會(huì )降低約5~8℃。因此，在 35℃環(huán)境溫度時(shí)，儲氣罐中的壓縮空氣溫度不會(huì )超過(guò) 35+15-5=45℃。在 16bar 壓力下， 45℃的飽和空氣的含濕量是 0.0035kg/kg（干空氣），這意味著(zhù)儲氣罐里會(huì )有 0.0297-0.0035=0.0262 kg/kg（干空氣）的液態(tài)水積聚。假設壓縮機的排氣量是 1m3/min，每天工作 10 小時(shí)，那么一天下來(lái)儲氣罐積聚的冷凝水將會(huì )是：
0.0262*60*10*1.29=20.28kg
一體式空壓機的儲氣罐容積大約為 300L~400L，按每天產(chǎn)生 20.28kg 的冷凝水，如果一直不放水排污，只要兩周時(shí)間，整個(gè)儲氣罐就全是水了！如果是這樣的話(huà)，壓縮空氣將會(huì )裹挾大量液態(tài)水進(jìn)入冷干機后精密過(guò)濾器等后處理設備，造成后處理設備根本就無(wú)法處理過(guò)來(lái)，無(wú)論是水，還是殘油，由于濾芯被水濕透，均無(wú)法處理。
因為，根據精密過(guò)濾器的工作原理，它只能過(guò)濾顆粒粉塵、微油和水霧，如果壓縮空氣中存在大量液態(tài)水，精密過(guò)濾器的濾芯將會(huì )很快濕潤飽和，導致空氣分子通過(guò)濾芯時(shí)本應過(guò)濾分離出來(lái)的液態(tài)水和殘油隨壓縮空氣一起通過(guò)。其結果就是出現大家最不想看到的結果，進(jìn)入激光切割機的壓縮空氣含油含水，很快就會(huì )使激光切割機保護鏡片起霧模糊（見(jiàn)圖五），造成激光切割機無(wú)法工作，尤其對于超大功率激光切割機，嚴重時(shí)會(huì )燒毀價(jià)值昂貴的光學(xué)鏡片。
壓縮空氣離開(kāi)儲氣罐進(jìn)入冷干機之前，通過(guò)管路與環(huán)境空氣的對流換熱，氣體溫度會(huì )進(jìn)一步降低，假設降低 5℃，我們來(lái)看看降低 5℃達到 40℃時(shí)又會(huì )有多少冷凝水產(chǎn)生。按前述計算公式， 45℃的飽和空氣的含濕量是 0.0035kg/kg（干空氣）， 40℃的飽和空氣的含濕量是 0.0027kg/kg（干空氣），那么進(jìn)入冷干機之前將會(huì )有 0.0035-0.0027=0.0008 kg/kg（干空氣） 的冷凝水產(chǎn)生。假設壓縮機的排氣量是 1m3/min，每天工作10 小時(shí)，那么一天下來(lái)進(jìn)入冷干機之前的管路產(chǎn)生的冷凝水將會(huì )是：
0.0008*60*10*1.29=0.6192kg
這就是為什么在壓縮空氣進(jìn)入冷干機之前要安裝一個(gè)氣水分離器的原因。這個(gè)氣水分離器下部安裝有浮球式自動(dòng)排污器（見(jiàn)圖六），在夏季濕熱天氣，自動(dòng)排污器應該在壓縮機每工作 30-45min 左右就能自動(dòng)排放一次污水。浮球式自動(dòng)排污器的下方還有一個(gè)手動(dòng)排污口，如果自動(dòng)排污器長(cháng)時(shí)間都沒(méi)有自動(dòng)排污，應該檢查手動(dòng)排污口，如果手動(dòng)排污口能放出很多水，那就表示自動(dòng)排污出了故障，需要維修或者更換。
激光切割用一體式空壓機都是集成了冷凍式干燥機的， 如果冷干機之前的除水排污都按本文要求正確地做了， 壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷干機后，壓力露點(diǎn)溫度降低到 2-5℃， 壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷干機時(shí)產(chǎn)生的冷凝水（進(jìn)氣參數按前述，壓力露點(diǎn)按 5℃）為 0.0024kg/kg（干空氣）。假設壓縮機的排氣量是 1m3/min，每天工作 10小時(shí)，那么一天下來(lái)進(jìn)入冷干機產(chǎn)生的冷凝水將會(huì )是：
0.0024*60*10*1.29=1.858kg
這么多的冷凝水量，如果不及時(shí)排放干凈，同樣會(huì )使后面的精密過(guò)濾器失去過(guò)濾的功能。因此冷干機內置有水分離器，水分離器下方安裝有電子自動(dòng)排污閥（見(jiàn)圖七）。為了及時(shí)排放冷凝水，電子自動(dòng)排污閥的排放間隔時(shí)間不能設置太長(cháng)，應以不超過(guò) 10-15min 為宜，每次排放時(shí)間宜設置為 3-5sec。
壓縮空氣經(jīng)過(guò)冷干機把壓力露點(diǎn)降低到 2-5℃，所產(chǎn)生的冷凝水及時(shí)排放干凈， 再回溫到 20 度左右，再經(jīng)過(guò)一組精密過(guò)濾器濾除極微量的水霧、油霧和顆粒物， 這樣的壓縮空氣就是干燥的不含任何液態(tài)水的，這樣的壓力露點(diǎn)的壓縮空氣在激光切割機的保護鏡片上是沒(méi)有形成水霧的條件的，并且由于這組精密過(guò)濾器可以使液態(tài)油的去除效果達到 0.001ppm，使油蒸汽的去除效果達到 0.003ppm，在保護鏡片上形成油霧也是非常困難的。
值得一提的是，對于激光切割機來(lái)說(shuō)，每個(gè)精密過(guò)濾器下面的手動(dòng)旋塞閥都應該保持微微開(kāi)啟狀態(tài)（見(jiàn)圖八），這樣才能隨時(shí)把精密過(guò)濾器捕捉攔截到的任何液態(tài)物質(zhì)（水或油）及時(shí)沖刷出去而不帶入激光切割機的供氣管路。在這里不安裝自動(dòng)排污閥而是安裝手動(dòng)旋塞閥，一是為了保證能隨時(shí)將捕捉攔截到的任何液態(tài)物質(zhì)沖刷出系統，二是為了保持供氣系統的壓力穩定。根據我們的測試，每一個(gè)自動(dòng)排污閥自動(dòng)排污時(shí)，供氣壓力會(huì )下降約 1bar，如果四個(gè)自動(dòng)排污閥同時(shí)排污，那么就會(huì )引起很大的供氣壓力下降，對激光切割質(zhì)量造成很不穩定的影響。
激光切割用一體式空壓機的除水排污，絕不是一件可有可無(wú)的小事。除水排污沒(méi)有做好，往小處說(shuō)，是會(huì )影響激光切割的質(zhì)量和效率；往大處說(shuō)，是會(huì )影響空氣激光切割技術(shù)的推廣應用。無(wú)論是設計人員，還是使用維護人員，都應該對激光切割用一體式空壓機除水排污的重要性有正確的認識，在實(shí)踐中能夠切實(shí)保障一體式空壓機正確、及時(shí)的除水排污，共同推進(jìn)空氣激光切割技術(shù)的發(fā)展。
