涂裝車間空氣壓縮機設計選型簡介

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，壓縮空氣系統的正確使用與否直接關系到汽車的涂裝質量與成本，如何選用合適的空氣壓縮機是決定壓縮空氣系統好壞的核心。壓縮機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械設備。因此，壓縮機與泵、風機、電機在工業領域合稱為“三機一泵”，是機械工業發展水平的重要標志之一。

1 往復式壓縮機

隨著工業的不斷發展，往復式壓縮機最早出現并應用于工業領域。近年來，螺旋式、離心式空壓機在市場上的占有率不斷上升，往復式壓縮機的市場被不斷擠壓。往復式壓縮機具有以下優點：進氣、排氣壓力覆蓋面非常大；風量的涵蓋范圍相當廣泛，在風量小、氣壓高的工況下，往復式空壓機可當作增壓機使用；氣密性良好，適合壓縮除空氣或氮氣外的特種氣體；設計強度高、轉速低、結構結實耐用、設備開動率高。其缺點為：在壓力及風量上與其他類型空壓機有重復，自身無顯著競爭力，采用高強度設計標準的往復式空壓機單位風量的造價高；往復式空壓機有吸氣及排氣的行程，排氣是間歇性而非連續性，會造成明顯的壓力脈動現象，必須經過仔細核算才能避免壓力脈動造成的對管路損傷；閥片、活塞環、密合墊等消耗性零件的狀況是否良好，直接影響到空壓機的能源效率，在缺乏其他檢測設備時，空壓機的能源效率是否因為內部的泄漏而逐日下降難以確定。

往復式壓縮機典型產品為活塞式壓縮機，利用氣缸內活塞的往復運動對氣體進行壓縮，提高輸送氣體的能量。目前，活塞式壓縮機應用范圍比較廣泛，應用時間相較其他壓縮機也長。此外，膜片式壓縮機也是往復式壓縮機的一種重要產品，通過具有彈性的膜片對輸送氣體進行壓縮，使輸送氣體與運動部件隔離，防止輸送氣體被污染。

2 回轉式壓縮機

在壓縮機內的回轉輪進行回轉的過程中，空腔體積呈現有規律的變化，從而實現對輸送氣體的壓縮。根據結構形式劃分，回轉式壓縮機可分為滑片式和螺桿式。滑片式壓縮機，機殼內部轉子進行偏心安裝，將徑向溝槽設置在轉子上，溝槽中固定滑片，當壓縮機運轉時，機殼內壁與滑片的間隙隨著轉子旋轉而不斷減小，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，機殼內腔為8字形狀，并安裝有兩個相對轉子，壓縮機運轉過程中，螺桿表面的溝槽與機殼內壁間隙不斷變化行程壓差，從而實現對輸送氣體的壓縮。

3 涂裝車間空壓機系統設計選型

壓縮機總體設計應符合以下基本原則：客戶提出的排氣量、排氣壓力，及有關使用條件等設計要求應滿足；壽命與可靠性應滿足設計要求，運轉經濟性好；良好的動力特性；便于維護；制作工藝性良好；機器尺寸小，重量輕，結構緊湊。

涂裝車間經常選用排氣量為10、20、40m3/min；排氣壓力為0.8MPa的空壓機。由于螺桿式空壓機制造出的壓縮空氣質量比活塞式空壓機制造出的空氣質量好，所以，現經常選用螺桿式空氣壓縮機，下面簡要介紹螺桿式空氣壓縮機設計選型的基本方法。

空壓機采用電機驅動，二級壓縮與螺桿空壓機之間有管道和導線連接，配套有后處理裝置等附件，配置如下：進氣空氣過濾器、空壓機與電機總成、氣量控制系統、電機起動控制系統、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。

設計壓力：空壓機的正常工作壓力8bar，最大需用壓力高于正常工作壓力0.2bar，級間安全閥設定3.1bar，第二級安全閥設定在11.3bar。

設計溫度：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。空氣進入第二級壓縮之前由級間冷卻器降低其溫度。系統中的安全減壓閥防止級間壓力過高。在級間冷卻器后面設置水分離器，以去除一定濕度和溫度條件下產生的冷凝水。水分離器和第二級壓縮之間采用膨脹節。第二級繼續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里。后冷卻器則將空氣冷卻到適當溫度，同時由排氣水分離器去除大量的冷凝水。

冷凝水排放系統：水分離器設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，一般設定為每間隔2min排放5s。冷凝水閥前端設置有粗過濾器，防止顆粒進入電磁閥。

潤滑系統：油池設置在齒輪箱內，油泵選用容積式齒輪泵，由壓縮機從動軸驅動，因此，轉速與主電機相同。油泵出來的油經過減壓閥進入油冷卻器，減壓閥的功能是防止系統壓力過高，同時可以調節油壓，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，油通過過濾器進入油分配復式接頭，復式接頭上設置有節流小孔，保證在正常工作溫度（54～63℃）下油壓為2.8～3.6bar。齒輪箱設置有通風器，防止油蒸汽從油池逃逸，通風器的排氣口用管道連接到機組的壓力通風區域。

冷卻系統（風冷）：將級間冷卻器、后冷卻器、油冷卻器、風扇和電機進行總成，熱交換器和風扇為垂直安裝，冷風流過罩殼左側，經過熱交換器從機組頂部排出。

電器系統：空壓機電器系統采用以微處理機為基礎的控制器，電子部件含控制器、星三角電機啟動器、帶輔助觸點和過載繼電器、冷卻風扇電機手控啟動器及斷路器。

氣量控制：空壓機始終以卸載模式啟動，在卸載時進氣閥幾乎完全關閉，排氣閥打開，空壓機以最小功耗運行。啟動后，如果氣量足夠大，空壓機便會自動加載。

起跳/回跳控制：在不同的供氣量下，控制器根據系統壓力的變化來控制空壓機。當壓力低于回跳壓力設定點時，控制器加載電磁閥使之得電，空壓機加載以滿氣狀態向外界供氣，如果壓力高于起跳壓力設定點，電磁閥失電，液壓缸去功能化，從而使機器卸載，空壓機將以最小功耗繼續運行。如果外界無用氣量，空壓機運行一段時間后進入待機模式。

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

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

遠程啟動停止選項：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用導線接到啟動器上的遠程啟動/停機接口電路板上，停機開關觸電是常閉觸點，啟動開關為常開觸點。

4 結語

總之，科學選用設備、合理布置管道、正確地使用壓縮空氣系統以及嚴格的管理，對涂裝生產線的建設成本、使用成本及涂裝質量有著很大的影響，本文介紹了不同壓縮機的特點，并就涂裝車間空氣壓縮機的設計選型進行了討論，為涂裝車間螺桿式壓縮機（含配套設備）的設計選型提供了思路。

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