涂裝車間空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)選型簡介

崔德源 張建福 陶 禹

壓縮空氣是汽車涂裝過程中不可缺少的一種能源，壓縮空氣系統(tǒng)的正確使用與否直接關(guān)系到汽車的涂裝質(zhì)量與成本，如何選用合適的空氣壓縮機(jī)是決定壓縮空氣系統(tǒng)好壞的核心。壓縮機(jī)是通過將氣體壓縮提高輸送氣體壓力，是一種重要的動力機(jī)械設(shè)備。因此，壓縮機(jī)與泵、風(fēng)機(jī)、電機(jī)在工業(yè)領(lǐng)域合稱為“三機(jī)一泵”，是機(jī)械工業(yè)發(fā)展水平的重要標(biāo)志之一。

1 往復(fù)式壓縮機(jī)

隨著工業(yè)的不斷發(fā)展，往復(fù)式壓縮機(jī)最早出現(xiàn)并應(yīng)用于工業(yè)領(lǐng)域。近年來，螺旋式、離心式空壓機(jī)在市場上的占有率不斷上升，往復(fù)式壓縮機(jī)的市場被不斷擠壓。往復(fù)式壓縮機(jī)具有以下優(yōu)點(diǎn)：進(jìn)氣、排氣壓力覆蓋面非常大；風(fēng)量的涵蓋范圍相當(dāng)廣泛，在風(fēng)量小、氣壓高的工況下，往復(fù)式空壓機(jī)可當(dāng)作增壓機(jī)使用；氣密性良好，適合壓縮除空氣或氮?dú)馔獾奶胤N氣體；設(shè)計(jì)強(qiáng)度高、轉(zhuǎn)速低、結(jié)構(gòu)結(jié)實(shí)耐用、設(shè)備開動率高。其缺點(diǎn)為：在壓力及風(fēng)量上與其他類型空壓機(jī)有重復(fù)，自身無顯著競爭力，采用高強(qiáng)度設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的往復(fù)式空壓機(jī)單位風(fēng)量的造價(jià)高；往復(fù)式空壓機(jī)有吸氣及排氣的行程，排氣是間歇性而非連續(xù)性，會造成明顯的壓力脈動現(xiàn)象，必須經(jīng)過仔細(xì)核算才能避免壓力脈動造成的對管路損傷；閥片、活塞環(huán)、密合墊等消耗性零件的狀況是否良好，直接影響到空壓機(jī)的能源效率，在缺乏其他檢測設(shè)備時，空壓機(jī)的能源效率是否因?yàn)閮?nèi)部的泄漏而逐日下降難以確定。

往復(fù)式壓縮機(jī)典型產(chǎn)品為活塞式壓縮機(jī)，利用氣缸內(nèi)活塞的往復(fù)運(yùn)動對氣體進(jìn)行壓縮，提高輸送氣體的能量。目前，活塞式壓縮機(jī)應(yīng)用范圍比較廣泛，應(yīng)用時間相較其他壓縮機(jī)也長。此外，膜片式壓縮機(jī)也是往復(fù)式壓縮機(jī)的一種重要產(chǎn)品，通過具有彈性的膜片對輸送氣體進(jìn)行壓縮，使輸送氣體與運(yùn)動部件隔離，防止輸送氣體被污染。

2 回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)

在壓縮機(jī)內(nèi)的回轉(zhuǎn)輪進(jìn)行回轉(zhuǎn)的過程中，空腔體積呈現(xiàn)有規(guī)律的變化，從而實(shí)現(xiàn)對輸送氣體的壓縮。根據(jù)結(jié)構(gòu)形式劃分，回轉(zhuǎn)式壓縮機(jī)可分為滑片式和螺桿式?；綁嚎s機(jī)，機(jī)殼內(nèi)部轉(zhuǎn)子進(jìn)行偏心安裝，將徑向溝槽設(shè)置在轉(zhuǎn)子上，溝槽中固定滑片，當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時，機(jī)殼內(nèi)壁與滑片的間隙隨著轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)而不斷減小，輸送氣體的體積也不斷縮小，增加了氣體的能量。螺桿式壓縮機(jī)，機(jī)殼內(nèi)腔為8字形狀，并安裝有兩個相對轉(zhuǎn)子，壓縮機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中，螺桿表面的溝槽與機(jī)殼內(nèi)壁間隙不斷變化行程壓差，從而實(shí)現(xiàn)對輸送氣體的壓縮。

3 涂裝車間空壓機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)選型

壓縮機(jī)總體設(shè)計(jì)應(yīng)符合以下基本原則：客戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關(guān)使用條件等設(shè)計(jì)要求應(yīng)滿足；壽命與可靠性應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求，運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性好；良好的動力特性；便于維護(hù)；制作工藝性良好；機(jī)器尺寸小，重量輕，結(jié)構(gòu)緊湊。

涂裝車間經(jīng)常選用排氣量為10、20、40m3/min；排氣壓力為0.8MPa的空壓機(jī)。由于螺桿式空壓機(jī)制造出的壓縮空氣質(zhì)量比活塞式空壓機(jī)制造出的空氣質(zhì)量好，所以，現(xiàn)經(jīng)常選用螺桿式空氣壓縮機(jī)，下面簡要介紹螺桿式空氣壓縮機(jī)設(shè)計(jì)選型的基本方法。

空壓機(jī)采用電機(jī)驅(qū)動，二級壓縮與螺桿空壓機(jī)之間有管道和導(dǎo)線連接，配套有后處理裝置等附件，配置如下：進(jìn)氣空氣過濾器、空壓機(jī)與電機(jī)總成、氣量控制系統(tǒng)、電機(jī)起動控制系統(tǒng)、儀表、安全裝置、級間冷卻器、后冷卻器、第一/二級水分離器和第一/二級自動冷凝水排放。

設(shè)計(jì)壓力：空壓機(jī)的正常工作壓力8bar，最大需用壓力高于正常工作壓力0.2bar，級間安全閥設(shè)定3.1bar，第二級安全閥設(shè)定在11.3bar。

設(shè)計(jì)溫度：2～46℃。

工作原理：螺桿將空氣壓縮到1.7～2.6bar的壓力下，空氣再排入文丘里管，使可能存在的壓力波動得到緩沖?？諝膺M(jìn)入第二級壓縮之前由級間冷卻器降低其溫度。系統(tǒng)中的安全減壓閥防止級間壓力過高。在級間冷卻器后面設(shè)置水分離器，以去除一定濕度和溫度條件下產(chǎn)生的冷凝水。水分離器和第二級壓縮之間采用膨脹節(jié)。第二級繼續(xù)將空氣壓縮到要求的壓力。壓力波動在文丘里管里得到緩沖。用膨脹節(jié)來防止震動的傳遞。采用薄片式止回閥來防止空氣回流到空壓機(jī)里。后冷卻器則將空氣冷卻到適當(dāng)溫度，同時由排氣水分離器去除大量的冷凝水。

冷凝水排放系統(tǒng)：水分離器設(shè)置在級間冷卻器和后冷卻器后面，用以收集排除壓縮空氣中形成的冷凝水，冷凝水通過電磁閥定時排放，一般設(shè)定為每間隔2min排放5s。冷凝水閥前端設(shè)置有粗過濾器，防止顆粒進(jìn)入電磁閥。

潤滑系統(tǒng)：油池設(shè)置在齒輪箱內(nèi)，油泵選用容積式齒輪泵，由壓縮機(jī)從動軸驅(qū)動，因此，轉(zhuǎn)速與主電機(jī)相同。油泵出來的油經(jīng)過減壓閥進(jìn)入油冷卻器，減壓閥的功能是防止系統(tǒng)壓力過高，同時可以調(diào)節(jié)油壓，并可以使一些油流回到油池。在油冷卻器的排油端裝有溫控閥，此閥將冷油與旁通冷卻器的熱油混合，以便為軸承和齒輪提供溫度最佳的油。然后，油通過過濾器進(jìn)入油分配復(fù)式接頭，復(fù)式接頭上設(shè)置有節(jié)流小孔，保證在正常工作溫度（54～63℃）下油壓為2.8～3.6bar。齒輪箱設(shè)置有通風(fēng)器，防止油蒸汽從油池逃逸，通風(fēng)器的排氣口用管道連接到機(jī)組的壓力通風(fēng)區(qū)域。

冷卻系統(tǒng)（風(fēng)冷）：將級間冷卻器、后冷卻器、油冷卻器、風(fēng)扇和電機(jī)進(jìn)行總成，熱交換器和風(fēng)扇為垂直安裝，冷風(fēng)流過罩殼左側(cè)，經(jīng)過熱交換器從機(jī)組頂部排出。

電器系統(tǒng)：空壓機(jī)電器系統(tǒng)采用以微處理機(jī)為基礎(chǔ)的控制器，電子部件含控制器、星三角電機(jī)啟動器、帶輔助觸點(diǎn)和過載繼電器、冷卻風(fēng)扇電機(jī)手控啟動器及斷路器。

氣量控制：空壓機(jī)始終以卸載模式啟動，在卸載時進(jìn)氣閥幾乎完全關(guān)閉，排氣閥打開，空壓機(jī)以最小功耗運(yùn)行。啟動后，如果氣量足夠大，空壓機(jī)便會自動加載。

起跳/回跳控制：在不同的供氣量下，控制器根據(jù)系統(tǒng)壓力的變化來控制空壓機(jī)。當(dāng)壓力低于回跳壓力設(shè)定點(diǎn)時，控制器加載電磁閥使之得電，空壓機(jī)加載以滿氣狀態(tài)向外界供氣，如果壓力高于起跳壓力設(shè)定點(diǎn)，電磁閥失電，液壓缸去功能化，從而使機(jī)器卸載，空壓機(jī)將以最小功耗繼續(xù)運(yùn)行。如果外界無用氣量，空壓機(jī)運(yùn)行一段時間后進(jìn)入待機(jī)模式。

自動啟動/停止功能：許多工廠的空氣系統(tǒng)用氣量變化很大，或者具備很大的儲氣能力，設(shè)置此功能。在用氣量低時，如果管線壓力升到設(shè)定上限點(diǎn)以上維持一定時間后，空壓機(jī)將停機(jī)，當(dāng)管線壓力跌到設(shè)定下限點(diǎn)以下時，空壓機(jī)便自動啟動。

延遲加載時間：這是空壓機(jī)可以加載或啟動之前管道壓力必須保持在回跳壓力設(shè)定點(diǎn)以下的時間量。此計(jì)時器在一次啟動之后，如果時間設(shè)定為0時將不會延遲加載。當(dāng)延遲加載計(jì)時器激活時，顯示器將切換到管線壓力，然后顯示延遲加載倒計(jì)時。一旦倒計(jì)時為0，機(jī)組啟動，顯示管線壓力。

遠(yuǎn)程啟動停止選項(xiàng)：此功能采用插入式PROM（可編程序的只讀存儲器）模塊，可以把兩個不同的開關(guān)用導(dǎo)線接到啟動器上的遠(yuǎn)程啟動/停機(jī)接口電路板上，停機(jī)開關(guān)觸電是常閉觸點(diǎn)，啟動開關(guān)為常開觸點(diǎn)。

4 結(jié)語

總之，科學(xué)選用設(shè)備、合理布置管道、正確地使用壓縮空氣系統(tǒng)以及嚴(yán)格的管理，對涂裝生產(chǎn)線的建設(shè)成本、使用成本及涂裝質(zhì)量有著很大的影響，本文介紹了不同壓縮機(jī)的特點(diǎn)，并就涂裝車間空氣壓縮機(jī)的設(shè)計(jì)選型進(jìn)行了討論，為涂裝車間螺桿式壓縮機(jī)（含配套設(shè)備）的設(shè)計(jì)選型提供了思路。

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