當壓縮空氣進入油水分離器時，會產生流動方向和速度的急劇變化，然后依靠慣性分離密度大于壓縮空氣的油和水滴。常見的有沖擊式油水分離器和環形旋轉式油水分離器。壓縮空氣從入口進入油水分離器殼體后，氣流首先被隔膜阻擋，向下折疊，然后向上拾取，產生環形旋轉。這樣，在離心力和慣性力的作用下，水滴和油滴從空氣中分離并沉淀在殼體底部
另一套油水分離系統內部采用不銹鋼絲網聚結填料，殼體采用鋼制焊接罐結構。一般情況下，工作壓力為0.1mpa-2.5mpa。其原理是利用旋風分離器與不銹鋼絲網的有機結合捕霧，采用直接攔截、慣性碰撞、布朗擴散和冷凝的機理，能有效去除壓縮空氣中的灰塵、水霧和油霧。除水量和除油量大，可適應各種工作條件。
當壓縮空氣和其他含有油和水的氣體進入油水分離器時，大液滴在重力作用下落到油水分離器的底部，小霧滴被捕獲并凝結成大液滴落到油水分離器的底部。因此，夾帶的液體被分離。分離出的液體流入下部，通過手動打開閥門或在下部安裝排氣閥排出

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