基于印刷設(shè)備的VOCs集氣效率分析與研究

路文龍，蔡吉飛

基于印刷設(shè)備的VOCs集氣效率分析與研究

路文龍，蔡吉飛

（北京印刷學(xué)院，北京 102627）

為了縮小印刷設(shè)備VOCs集氣空間，提高VOCs集氣效率，節(jié)約企業(yè)排廢成本。以實驗室現(xiàn)有四開雙色印刷機為基礎(chǔ)建立印刷機的三維模型，利用印刷滾筒等回轉(zhuǎn)部件、墻板之間連接梁等固定連接件，以及兩側(cè)墻板上空白地方增加墻板孔作為吸氣源頭，將機器前后護(hù)罩的密封措施加以改進(jìn)，與兩側(cè)墻板之間形成完全密封狀態(tài)，使VOCs的集氣空間完全限制在機器內(nèi)部?？蓪⒋藱C器的VOCs的集氣空間由原來機器上方加罩方式下的18 m3集氣空間，限制在2 m3以內(nèi)，至少可減少無用集氣量85%。再扣除機器內(nèi)部零部件所占用的空間，無用集氣空間還可進(jìn)一步減少。若用該集氣技術(shù)對印刷機等類似包裝印刷設(shè)備進(jìn)行技術(shù)改造，則為此所配置的VOCs處理設(shè)備功率可大幅度下降。

印刷機；VOCs集氣裝置；VOCs集氣空間

隨著國家對各行各業(yè)中揮發(fā)性有機物（Volatile Organic Compounds，VOCs）的管控越來越嚴(yán)格，大部分的企業(yè)都需要安裝VOCs處理裝置。目前VOCs處理的成本較高，很多中小型企業(yè)（如印刷企業(yè)等）都難以承受，部分企業(yè)因VOCs治理未達(dá)標(biāo)不得不關(guān)門停產(chǎn)。要達(dá)到人人參與、全面治理VOCs，目前最有效的辦法就是降低VOCs設(shè)備的制造和使用成本。

國內(nèi)外包裝印刷行業(yè)控制VOCs的方法主要有3個，分別是源頭控制、生產(chǎn)過程控制和后處理[1]。源頭控制主要指調(diào)整油墨等原輔材料，減少有機溶劑的使用，從而從源頭上減少VOCs的釋放，目前國內(nèi)在塑料凹印水性墨研究和應(yīng)用上已經(jīng)有突破性進(jìn)展。生產(chǎn)過程控制指通過安裝VOCs收集裝置收集生產(chǎn)過程中排放的含VOCs的氣體，生產(chǎn)過程控制最難的是如何防止或減少無組織排放。后處理是指將收集到的含VOCs的氣體無害化處理并排出，這部分是VOCS處理技術(shù)的核心，直接關(guān)系到排放指標(biāo)是否達(dá)標(biāo)。

VOCs處理裝置主要有3個部分：集氣部分、處理部分和排放部分。集氣部分是根據(jù)生產(chǎn)設(shè)備空間所決定的，目前的集氣裝置大多數(shù)是直接安裝在機器上面或車間頂棚上，對全車間進(jìn)行VOCs集氣。車間空間越大，所需的功耗就越大。處理部分是技術(shù)含量最高的部分，目前有活性炭、光氧化和RTO幾種模 式[2-3]，安裝成本最低的是第1種，最高的是最后一種。排放部分成本基本上是固定的，現(xiàn)在很多地方的VOCs排放要求一是高度要達(dá)到10～15 m以上，二是要加裝時時檢測裝置[4]。新的標(biāo)準(zhǔn)中還對VOCs排氣速度提出要求，速度越高，需要的集氣動力就越大，成本也隨之升高。

降低VOCs成本的其中一條途徑是降低后處理的制造成本。就活性炭、光氧化和RTO幾種處理方式[5]來說，成本最低的是第1種，但其維護(hù)成本很高。第2種是光氧化，其制造成本相對高一些，需要加裝很多電氣控制系統(tǒng)。第3種RTO的機械和電氣成本都相當(dāng)高，但最大的優(yōu)點是維護(hù)成本比較低。當(dāng)然也有這幾種原理組合式的VOCs處理系統(tǒng)。關(guān)于VOCs處理部分的相關(guān)技術(shù)，國內(nèi)外已經(jīng)研究多年了，很多技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟了[6-8]，有些VOCs處理裝置已經(jīng)形成了模塊化、專業(yè)化生產(chǎn)方式，降低制造成本的空間已經(jīng)很小了[9-11]。

關(guān)于VOCs排氣部分的成本也基本上是固定的?；钚蕴炕旧鲜前垂锸召M，光氧化和RTO都是直接排到大氣里面，但要在出風(fēng)口加裝檢測裝置，并與國家或地方相關(guān)環(huán)保部門檢測機構(gòu)聯(lián)網(wǎng)。這個檢測和通信費用也是相對固定的，引出VOCs排放部分的成本相對來說是固定不變的。除了上面這些成本外，VOCs處理裝置還有部分日常維護(hù)成本。更換的原材料越頻繁，處理系統(tǒng)越復(fù)雜，維護(hù)的成本就越高。

通過減少其集氣空間來降低VOCs整體處理的成本就變得非常有效。VOCs處理推廣困難的原因主要是成本問題。造成現(xiàn)有VOCs處理成本過高的主要原因正是VOCs處理裝置的集氣效率過低、設(shè)備選型過大，導(dǎo)致VOCs設(shè)備的制造和使用成本過高。從VOCs生產(chǎn)商的角度，他們所做的只能是改進(jìn)VOCs的內(nèi)部處理技術(shù)，降低成本。由于VOCs處理裝置已經(jīng)過多年研究，是一個非常成熟的系統(tǒng)，要降低VOCs的制造和使用成本是很困難的，因此要降低VOCs的相關(guān)成本最有效的辦法就是選用小型VOCs處理裝置。VOCs裝置大小是根據(jù)集氣 空間所決定的，因此最直接的辦法就是減小集氣空間，從而實現(xiàn)小VOCs裝置能夠滿足大工廠的使用要求。

文中主要研究如何提高VOCs處理裝置的集氣效率，就是要通過將VOCs集氣裝置與用戶使用的生產(chǎn)設(shè)備進(jìn)行集成設(shè)計，以最小的集氣空間、最低的VOCs設(shè)備制造成本，解決VOCs的集氣問題，從而減少用戶的VOCs設(shè)備的制造和使用成本，最終的目的是讓家家企業(yè)都用得起VOCs處理裝置，達(dá)到全社會共同參與VOCs治理的根本目的。

1 集氣原理設(shè)計分析

部分企業(yè)直接在車間上方加裝集氣裝置收集VOCs氣體[12]，如圖1所示，但集氣效率和集氣成本過高。很多企業(yè)為了降低集氣成本，用專用的立體形罩子只將機器罩起來，見圖2，這樣做的優(yōu)點是將機器產(chǎn)生的VOCs控制在一個小房間內(nèi)，從而大幅度減少了集氣空間，使VOCs的功耗大幅度下降。缺點是內(nèi)外物流很不方便，很多原材料和半成品隨時需要進(jìn)行內(nèi)外交換，變相增加了人工成本。同時如果保護(hù)不到位，高劑量VOCs對機器操作人員的傷害也比較大。另外一種辦法就是在機器上面加裝集氣罩[13-14]，見圖3。集氣罩所覆蓋的空間與集氣罩的高度成正比，因此現(xiàn)場都是盡可能降低機器罩的高度。機器罩的高度如果過低，可能因收集面過小，導(dǎo)致VOCS無組織排放；可能給機器上面的操作帶來很多不便；每臺機器上面都加裝了多個集氣罩，占用了很大空間，給其他管線安裝帶來極大障礙，同時也影響車間美觀。有些印刷廠為了降低VOCS處理裝置能耗，在集氣口安裝了LEL等裝置對VOCs的含量進(jìn)行檢測[15-17]，根據(jù)VOCs的濃度控制VOCs集氣功率。對于短版印刷生產(chǎn)的企業(yè)，這種方法可以大幅度降低VOCs的功耗，但對長版來說，VOCs集氣裝置必須24 h工作，這種方法基本無效。

圖1 車間上方加裝收集裝置

圖2 加裝立體罩子收集VOCs

圖3 機器上方加裝集氣罩收集VOCs

VOCs處理推廣困難的原因主要是成本問題。以印刷廠為例，一臺四色印刷機的占地空間為10（長）m× 5（寬）m×3（高）m=150 m3；考慮到整個機器的操作空間，至少為14×9×5=630 m3；再考慮到半成品等其他配套生產(chǎn)空間，整個車間空間至少還應(yīng)再增加3倍，接近2 000 m3；機器上每色組體積（即可能產(chǎn)生VOCs的體積空間）為1×0.5×1=0.5 m3，4個色組為2 m3。采用全車間集氣方法，整個工廠全部安裝VOCs集氣裝置，這種集氣方法效率極其低下，無效功耗為99.9%，99%以上屬于無用集氣，造成巨大能源浪費。采用機器全封閉集氣方法，集氣空間等于箱體的體積，封閉罩的無效功耗為99.68%，至少90%屬于無用集氣。采用機器上面加裝集氣罩的方法，這個效率相對前2種效果好一些，但最大問題是VOCS無組織排放。一般來說，集氣罩至少要與印刷機頂部保持1 m的距離。由于集氣罩的形狀多為四邊形吸入口或者圓形吸入口，所形成的吸風(fēng)區(qū)域可近似為四棱臺或圓臺，見圖3。以此機器為例，通過計算四棱臺的體積為18 m3（四棱臺的底邊長為3 m、上邊長為2 m，高為3 m），四棱臺內(nèi)部機器體積為2 m3，則無效功耗為88.89%，也就是至少85%屬于無用集氣。如果考慮集氣罩吸氣時，周邊的空氣也會隨同四棱臺內(nèi)的氣體一起進(jìn)入集氣管道，則集氣罩的無用集氣效率還要大于這個值。

從這些數(shù)據(jù)分析可以看出，無論現(xiàn)在使用的哪一種集氣方式，VOCs的集氣效率都明顯過低。實際上每色組上內(nèi)部還有很多零部件，其產(chǎn)生VOCs的空間比上面所說的0.5 m3還要小得多，最多不超過0.1 m3，因此文中研究每色組內(nèi)部的0.1 m3廢氣的集氣方法，如果能用僅可集氣0.1 m3的集氣裝置直接集氣這0.1 m3的廢氣，則無效功耗可降為0%。

為達(dá)到“用僅可集氣0.1 m3的集氣裝置直接集氣這0.1 m3的廢氣，則無效功耗可降為0%”的目的，必須從機體內(nèi)部進(jìn)行吸風(fēng)集氣，若從外部進(jìn)行集氣，則必會產(chǎn)生機體與機體外集氣裝置之間的無用集氣區(qū)域。對印刷設(shè)備來說，在保證良好密封性能的條件下，可以充分利用其內(nèi)部結(jié)構(gòu)達(dá)到從內(nèi)部集氣的目的，此時就需要對印刷設(shè)備本身結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計。具體思路是利用印刷設(shè)備內(nèi)部可能利用的動態(tài)與靜態(tài)部件作為吸風(fēng)口，通過兩側(cè)墻板或其他部位將氣流引出，然后集中到機器底座上面的匯流排，最后與VOCs處理裝置的集氣管道相連接。印刷機上的運動部件有滾筒、水墨輥等相關(guān)機構(gòu)，靜止的部件有墻板和拉梁等。除此之外要保證集氣空間最小，還必須把印刷機組前后和上面的護(hù)罩密封系統(tǒng)進(jìn)行改進(jìn)，使VOCs被嚴(yán)格控制在一個極小的區(qū)域內(nèi)，不形成無組織排放。

在設(shè)計過程中還要考慮的一個問題是設(shè)備操作對VOCs集氣的影響。印刷機組的前后和上面的護(hù)罩因操作原因需要經(jīng)常打開和關(guān)閉，如果不加處理就會造成VOCs無組織排放。解決這個問題的辦法就是在打開這些護(hù)罩之前，立即升高集氣功率，確保護(hù)罩打開之后印刷機組周圍立即形成負(fù)壓空間，從而使VOCs等有害氣體不會向印刷機機外的其他外部空間流動。當(dāng)罩子關(guān)閉的時候，VOCs的集氣功率再恢復(fù)到常態(tài)。

1.1 滾筒等回轉(zhuǎn)部件的集氣原理分析

印刷設(shè)備上的運動部件主要是印刷滾筒（印版滾筒、橡皮滾筒和壓印滾筒）、水輥和墨輥等。要使這些零部件部分能夠滿足作為吸氣源頭要求，需要根據(jù)其結(jié)構(gòu)特點制定不同的改進(jìn)方案。

1）印刷滾筒。對橡皮滾筒、壓印滾筒、印版滾筒3個部件來說，由于輸紙方式限制，單張紙膠印機的滾筒表面不能完全利用，見圖4。通常將滾筒表面沿圓周方向分為空檔部分和工作部分，空檔部分用來安裝某些機構(gòu)（如咬紙機構(gòu)、夾版機構(gòu)和鎖橡皮機構(gòu)等）。由于滾筒表面凹下去的部分不參與印刷過程，所以可以利用這部分位置徑向打孔作為吸風(fēng)口，然后利用滾筒軸線處所打孔作為軸向遞氣流的通道，從而可將機器中間的部分VOCs直接吸到外面。

1.滾筒軸頭；2.滾筒肩鐵；3.滾筒筒身；4.滾筒截面；5.滾筒缺口。

2）水墨輥。對印刷機內(nèi)部的水輥和墨輥而言，部分水墨輥安裝在墻板內(nèi)側(cè)，軸端與墻板外側(cè)沒有聯(lián)系通道，因而無法使用。還有一部分水墨輥就是串水輥和串墨輥，它們兩側(cè)是與墻板外側(cè)樣聯(lián)系的，見圖5，因而可通過其墻板內(nèi)側(cè)部分靠近工作面附近的軸肩上徑向打孔作為吸氣孔，然后再用軸心作為傳遞氣流通道，將VOCs傳到墻板外側(cè)。要將這些運動部件的氣流傳遞出來，必須在這些運動部件的軸頭上安裝旋轉(zhuǎn)接頭。這種接頭的特點是內(nèi)部轉(zhuǎn)子隨回轉(zhuǎn)構(gòu)件轉(zhuǎn)動，外部定子可固定在外側(cè)墻板上。對于串動部件，氣動滑環(huán)的外部固定不能限制其軸向移動，只能限制其轉(zhuǎn)動，這是設(shè)計時要特別注意的。水墨輥的串動量一般為20 mm左右，印版滾筒允許的串動量一般為3 mm左右。

圖5 串墨輥和串水輥

1.2 拉梁等連接桿的集氣原理分析

為提高機器整體的剛性，一般在兩側(cè)墻板之間都安裝多根拉梁，見圖6。現(xiàn)在這些拉梁都是實心的，只起到固定作用。如果將其改成空間的圓管或矩形方管，則可像滾筒一樣，在中間徑向打孔，作為VOCs的集氣口。這些拉梁的最大優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單，外面連接時也不需要氣動滑環(huán)，因而改造成本最低。由于其中心變成空心后，其剛度會隨截面積的減少成比例下降，因此在設(shè)計時要適當(dāng)增加這些部件的截面積。當(dāng)其截面積增大時，可能會對周邊部件的布局產(chǎn)生一定影響，設(shè)計時要統(tǒng)籌考慮。

圖6 印刷機拉梁

1.3 墻板部位的集氣原理分析

印刷機墻板內(nèi)部通常安裝了很多零部件，如水墨輥擺架、推動墨輥擺動的氣缸、水墨輥壓力調(diào)整機構(gòu)等。除了這些部件，能用的空間就不多了，見圖7。盡管如此，這些少許的空白空間還是可以利用起來，在這些部位打孔，從墻板外側(cè)向內(nèi)側(cè)安裝吸氣接頭，將內(nèi)部的VOCs通過墻板孔向外吸出。一般印刷機的墻板都是經(jīng)過嚴(yán)格理論設(shè)計的，如果開孔，一定要考慮對周邊零部件和自身剛度、強度的影響，因此在原有的機器上進(jìn)行墻板打孔原則上是不行的。在新設(shè)計的機器上，將開孔對墻板剛度和強度的影響一并考慮進(jìn)去，重新設(shè)計墻板的相關(guān)結(jié)構(gòu)，保證墻板原來的力學(xué)性能不受影響，這種結(jié)構(gòu)才是切實可行的。

圖7 印刷墻板上的空白空間

1.4 護(hù)罩的密封原理分析

護(hù)罩與墻板之間形成密封是確保VOCs氣體不向外泄漏的關(guān)鍵所在。由于這些護(hù)罩在操作時還需要打開，為防止VOCs氣體無組織排放，必須使機器內(nèi)部形成一定的負(fù)壓空間。良好的密封性可以減輕負(fù)壓空間形成所需的吸風(fēng)功率，從而降低吸風(fēng)設(shè)備所需能耗。

1）密封護(hù)罩設(shè)計。對機體保護(hù)罩來說，兩側(cè)的墻板已起到左右側(cè)密封作用。不過墻板上的工藝孔等也會形成一定的VOCs泄漏。如果這些工藝孔可以改成吸風(fēng)口，則直接外接氣管即可；如果不允許再改成集氣口，則要應(yīng)盡可能封死。除非特別需要外，對于一些維修用的工藝孔，可采用活動密封裝置。需要的時候打開，不需要的時候封上。除了墻板可以作為兩側(cè)的護(hù)罩外，關(guān)鍵要重新設(shè)計前后和上面護(hù)罩。目前機器上護(hù)罩與兩側(cè)墻板之間的空隙都較大，另外在護(hù)罩上面還開有長條孔，可起到散熱的作用。如果從VOCs集氣的角度看，這些空隙都需要封死或者幾乎達(dá)到不漏氣的地步。不過這些護(hù)罩由于經(jīng)常需要打開或關(guān)閉，因而其轉(zhuǎn)動部位最容易形成新的泄漏，所以轉(zhuǎn)動部位要考慮柔性密封措施。

2）補充氣流設(shè)計。由于VOCs集氣裝置不斷向外吸氣，內(nèi)部還需要不斷地補充氣體，但同時還要防止灰塵等雜質(zhì)進(jìn)入水墨路里面或到滾筒表面上，因此除了有氣流補充通道外，還要加裝過濾裝置。一般情況下，如果氣流向上流動，那么補充的氣流就從下面進(jìn)入，這時就需要在下面適當(dāng)部位安裝過濾裝置。另外還可通過控制集氣功率來防止灰塵從下面向上面流動。

1.5 集氣效率計算分析

假定印刷色組部分實現(xiàn)了完全封閉，則可根據(jù)封閉空間的容積減去滾筒、水墨輥、拉梁等零部件體積，得到VOCs所在的空間體積，此數(shù)據(jù)可以作為VOCs設(shè)備造型的依據(jù)。事實上這部分空間里面還有一些屬于無效空間，可以進(jìn)一步壓縮。如在不影響操作的情況下，再增加一些固定的可移動的橫梁等，從而既能起到壓縮無效空間，又能起到增加吸氣通道的作用。通過這些改進(jìn)設(shè)計，VOCs的集氣容積逐步向零靠近，集氣效率接近100%。

1.6 小結(jié)

VOCs集氣效率提高主要是減少無效空間，因而壓縮無效空間是印刷色組綠色設(shè)計要考慮的第一要素，因此要盡可能將機器護(hù)罩貼近機器的零部件表面，同時盡可能多地增加吸氣口，從而使產(chǎn)生的VOCs能夠順利地進(jìn)入VOCs收集通道，然后再將這些通道匯集到主通道上，最后將其與VOCs集氣通道相連。鑒于設(shè)計時要考慮到VOCs集氣要求，印刷色組內(nèi)部的一些對原有構(gòu)件可能要重新設(shè)計或它們的安裝位置要重新調(diào)整，這些因素要在整體設(shè)計時一并考慮。

2 集氣裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

鑒于印刷色組設(shè)計時要考慮到VOCs的集氣問題，因而很多零部件的結(jié)構(gòu)、位置等都要重新設(shè)計。新設(shè)計的印刷色組既能夠滿足正常的印刷操作要求，同時又能夠滿足VOCs的集氣效率要求。

2.1 滾筒等回轉(zhuǎn)部件的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

2）串墨輥的結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計。如圖9所示，在串墨輥現(xiàn)端靠近工作面部分附近拓徑向打孔。由于此處打孔可能對串墨輥的剛度和強度造成較大的影響，因此建議孔打得要盡可能小一些。除非必要，此處的孔也可以不打或者只打一個即可。軸向的孔也要適當(dāng)控制，否則會影響到串墨輥軸承所占用的墻板空間，給墻板設(shè)計帶來較大的困難。

2.2 拉梁等連接桿的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

拉梁的結(jié)構(gòu)及改進(jìn)方式見圖10，其改進(jìn)設(shè)計相對比較方便。拉梁上面的集氣孔可根據(jù)需要橫向排列，孔的大小也可根據(jù)需要而定。由于拉梁對墻板結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性起到重要作用，所以對其進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計時要采用有限元分析，確保其上面不存在薄弱環(huán)節(jié)，具體操作時，可以根據(jù)內(nèi)部通孔大小判斷對其總體剛度產(chǎn)生的影響，拉梁周圍相對空間較多，可采取加粗拉梁的方式保證其支撐強度不受影響。機器上的拉梁較多，有的是圓形的，有的是矩形的，有的可能還是其他形狀的。不同的拉梁改進(jìn)設(shè)計所考慮的因素也可能有所差別，這個是在設(shè)計時要注意的。由于拉梁固定不動，所以其與外部的氣動接頭設(shè)計也非常簡單，兩端面攻螺紋孔即可。

圖8 印刷滾筒結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖9 串墨輥結(jié)構(gòu)設(shè)計

圖10 拉梁結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.3 墻板空白部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

由于要減小VOCs無效集氣空間，因而墻板上的空白部位其實也是非常少的。如果從墻板內(nèi)側(cè)看，幾乎沒有可以利用的空間。由于墻板上的部分空白空間被零部件擋住，要使其吸氣通道暢通，就需要在前面的零部件上開孔。如水墨輥擺架將墻板上部分空白空間遮住了，假定能在擺架上打一個孔，則相當(dāng)于墻板上該部位是空白的。采用此技術(shù)，可以在墻板上找到很多這樣的位置打孔。由于墻板上的孔較多，再增加孔可能會影響到墻板的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，所以墻板上盡量少增加孔。如果必須要增加孔，新的孔必須與其他孔保持足夠的距離。在可能的情況下，盡量減少墻板上的數(shù)量。另外墻板上孔的密度盡可能均勻分布，不宜過分集中，這樣有利于提高集氣速度。墻板上的氣路聯(lián)結(jié)孔設(shè)計較簡單，直接在上面開螺紋孔，將帶螺紋的接頭直接裝上即可。

2.4 護(hù)罩的密封結(jié)構(gòu)設(shè)計分析

護(hù)罩的改進(jìn)設(shè)計見圖11。除了取消原護(hù)罩上面的散熱孔外，還需要將其上下和左右適當(dāng)加寬，讓其各側(cè)邊與墻板或橫梁搭接在一起，但由于在印刷色組墻板內(nèi)側(cè)上還有一些常用的調(diào)節(jié)裝置，這些裝置需要在不打開護(hù)罩的前提下調(diào)節(jié)，因此這些部位護(hù)罩設(shè)計要特別注意，使其與調(diào)節(jié)裝置之間的縫隙盡可能小，只要不影響調(diào)節(jié)機構(gòu)轉(zhuǎn)動即可。對于需要擺動的部件，可采取柔性連接裝置，使其在擺動件許可工作的空間范圍內(nèi)可任意移動而不漏氣。另外由于在護(hù)罩打開時要保證內(nèi)部仍然處于原來的負(fù)壓狀態(tài)，需要考慮在印刷色組內(nèi)部安裝壓力或位置檢測裝置。只要有護(hù)罩打開或負(fù)壓升高，則必須即刻啟動集氣功率，加大集氣量。

2.5 內(nèi)部氣路與外部氣路接口設(shè)計分析

對于滾筒等回轉(zhuǎn)部件，無法在軸端直接安裝固定氣管進(jìn)行集氣，必須加裝氣動滑環(huán)等元器件，對不同的回轉(zhuǎn)部件和不同的氣動滑環(huán)，需要不同的安裝固定方式。

1）對印刷滾筒來說，選擇小型單路氣滑環(huán)，外形及安裝方式見圖12。在印刷滾筒軸端的齒輪盤上安裝圖示墊片，并按照示意圖安裝，再將氣滑環(huán)進(jìn)氣端的氣管插入印刷滾筒軸的中心通孔中，即可完成氣滑環(huán)轉(zhuǎn)子端安裝。在對固定端安裝時，要使放置于墻板上的固定件“腳”盡可能小，保證符合墻板狹小空白區(qū)域空間要求，并在此情況下保證牢固性和可靠性。

圖11 護(hù)罩改進(jìn)設(shè)計

圖12 印刷滾筒外部氣路接口

2）對串墨輥來說，由于其在軸向往復(fù)移動，移動的最大距離在20 mm左右，應(yīng)選擇無需固定定子端的小型氣動旋轉(zhuǎn)接頭即可。

3）對拉梁和新增集氣橫梁來說，無需加裝滑環(huán)過渡，直接加裝管路即可。

2.6 外接氣路選擇與規(guī)劃

1）印刷色組內(nèi)部氣流匯總結(jié)構(gòu)設(shè)計。轉(zhuǎn)動部件、固定拉梁、墻板上的集氣孔最后都要與外側(cè)集氣通道連接在一起，但在此之前要相對集中。如附近的2個先連到一起，然后再與其他的集氣通道連在一起，最后在墻板的一側(cè)形成一個主集氣管道，與機器底座上的集氣管道連成在一起。考慮到集氣效率問題，選用硬質(zhì)管路，其變形量小，管內(nèi)氣流阻力小。

2）與外接氣路聯(lián)結(jié)。所有底座上的集氣管道相對集中在一起，與VOCs處理裝置前端的管道連在一起。這樣就將VOCs處理裝置與機器上的各個部位集氣裝置全面打通。

2.7 小結(jié)

印刷色組內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，給集氣結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計帶來較大的困難。特注意零部件尺寸變動時，因為印刷色組里面的水墨路排列、外形尺寸都是經(jīng)過多年實踐或嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)計算得到的，這些尺寸一旦變動可能會對印刷色組的工作質(zhì)量帶來破壞性影響。所以在沒有經(jīng)過大量實驗數(shù)據(jù)的情況下，這些結(jié)構(gòu)尺寸盡量不宜改動。另外在結(jié)構(gòu)改進(jìn)設(shè)計時，還要充分考慮安全問題的影響，VOCs集氣效率提高時，要避免機器的安全系數(shù)下降，確保操作人員和機器本身的安全。

3 結(jié)語

對VOCS集氣裝置與機器護(hù)罩集成在一起的方法進(jìn)行了分析研究。主要采取了以下一系列措施。

1）在印刷機內(nèi)部的轉(zhuǎn)動件、固定件、墻板上的空白部位上增加吸嘴，作為吸氣源頭取代傳統(tǒng)的機器上面加裝的吸氣罩。不僅減少了VOC集氣裝置所占用的空間，還可保持機器外觀形狀不變。文中通過對集氣接頭的結(jié)構(gòu)及動靜轉(zhuǎn)換方法分析，為VOCS集氣裝置設(shè)計提供了一種思路。

2）通過改進(jìn)機器上的前后活動護(hù)罩的密封措施，使之與機器兩側(cè)墻板形成密封狀態(tài)，從而使機器工作過程中產(chǎn)生的VOCs完全限制在這個空間內(nèi)，既減少了VOCS的集氣量，又減少了VOCS無組織排放的可能性。鑒于有時需要打開護(hù)罩進(jìn)行操作，這時可通過提升吸氣裝置的功率，讓其瞬間增大吸氣量，從而防止VOCS向外擴散。

由于此技術(shù)要對機器內(nèi)部做部分改動，因此部分零部件要重新設(shè)計。改進(jìn)的目的主要是利用回轉(zhuǎn)件的軸心和墻板上空白地方增加集氣孔，占用空間很小。對軸類件，幾乎不需要重新進(jìn)行剛度設(shè)計，對拉梁等部件適當(dāng)增加截面積即可?？傊蛯嶒炗玫挠∷C而言，基本上不需要做太大的改動。對確實可能影響到剛度和強度的結(jié)構(gòu)改進(jìn)，可通過更換高性能材料來解決。

由于印刷機械結(jié)構(gòu)復(fù)雜，每進(jìn)行一步改進(jìn)涉及到的因素都較多，因此每步改進(jìn)都要慎重而行，要進(jìn)行大量的科學(xué)實驗，確保改進(jìn)后的機器安全穩(wěn)定，性能保持不變。對印刷色組進(jìn)行密封后，可將空調(diào)產(chǎn)生的恒溫氣流直接送入到機組內(nèi)部，既保證了補充氣體的清潔度，又保證了印刷油墨的工作溫度。由于前后護(hù)罩形成的密閉空間很小，印刷機工作溫度控制所需要的功耗也很小，因此這種結(jié)構(gòu)改進(jìn)既有利于保證印刷質(zhì)量，又降低了能耗。

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Analysis and Research on Efficiency of VOCs Gas Collection Based on Printing Equipment

LU Wen-long, CAI Ji-fei

(Beijing Institute of Graphic Communication, Beijing 102627, China)

The work aims to reduce the VOCs gas collection space of printing equipment, improve the efficiency of VOCs gas collection, and save the cost of enterprise waste discharge. Based on the existing four open two-color printing presses in laboratory, a three-dimensional model of the printing press was built with rotary parts such as the printing roller, fixed fittings, connection between the wall and beams, and the blank place on both sides of the wall to increase the wallboard hole as inspiration source. The seal measures before and after shield machine were improved to form a sealed state with wall plates on both sides. The VOCs air collection space was completely limited in the machine. The VOCs air collection space of the machine can be limited to 2 cubic meters from the 18 cubic meters under the cover mode above the original machine, which can reduce the useless air collection volume by more than 85% at least. After deducting the space occupied by the internal parts of the machine, the useless gas collecting space can be further reduced. If the gas collecting technology is used to carry out technical transformation on the printing press and other similar packaging printing equipment, the power of the VOCs processing equipment configured for this purpose can be greatly reduced.

printing press; volatile organic compounds gas collecting device; volatile organic compounds gas collection space

TS803.6

A

1001-3563(2022)07-0209-09

10.19554/j.cnki.1001-3563.2022.07.027

2021-06-02

北京市科技重大專項（Z191100009119002）；北京市教委面上項目（KM201810015007）

路文龍（1997—），男，北京印刷學(xué)院碩士生，主攻印刷機械創(chuàng)新設(shè)計。

蔡吉飛（1964—），男，博士，北京印刷學(xué)院教授，主要研究方向為印刷機械創(chuàng)新設(shè)計。

責(zé)任編輯：曾鈺嬋