油漆供应冷却系统原理及控制功能优化分析

赵晨思，宋衍国

（1.一汽-大众汽车有限公司，吉林 长春 130011；2.机械工业第九设计研究院有限公司，吉林 长春 130011）

1 油漆供应冷却系统的工作原理

汽车涂装行业中，喷涂车身的油漆通过油漆循环供应系统进行输送。油漆的性能参数直接影响着车身漆面的外观和质量，而在循环过程中，油漆的温度是影响油漆性能的关键因素之一。通常，在涂装车间的油漆循环系统中，会安装一套温控系统对油漆温度进行调控，由于不同厂商生产工艺或者地域的不同，该温控系统一般分为加热系统、加热&冷却系统以及冷却系统，针对一汽大众某项目实际使用情况，本文针对冷却系统的原理进行阐述。

冷却系统主要由三个部分组成，即红圈1区域的换热单元，红圈2区域的比例阀单元，红圈3的管中管单元。每个比例阀单元对应一个管中管，同时对应一个颜色油漆，换热单元称之为一次侧，比例阀单元和管中管共同组成二次侧，通过这三个单元连接控制，并辅助一些背压阀等连接控制器件，可以实现对油漆温度的调节控制。

图1 油漆供应冷却系统工作原理图

（1阀门所在的管路为冷水进水管，旁边的管路为冷水出水管，2为三通调节阀，功能是分流阀，该阀的作用是调节冷水进入换热单元的量，3.1为主单向阀，该单向阀用来防止从换热单元流出的水再次进入换热单元，3.2为泵单向阀，用来防止逆流，4为流量计，用来测量冷水使用量，5为一次侧水泵，6.1为一次侧电接点压力表，7为一次侧温度传感器，用来给三通调节阀提供信号，8为板式换热器，9为二次侧水泵，10为压力罐，用来储水并能起到节能的作用，11为二次侧温度传感器，用来监测二次侧主管路水温，12.1为比例阀单元供端压力表，12.2为比例阀单元回端压力表，13.1为比例阀单元供端温度表，13.2为比例阀单元回端温度表，14为比例阀单元流量表，15为管中管温度传感器，用来给比例阀单元中的17流量控制阀提供温度信号，16为管中管，18为背压阀，用来在比例阀单元供回之间建立压力差。）

1.1 换热单元

换热单元集成了水泵、板式换热器、三通调节阀以及温度传感器等，用来实现一次侧和二次侧的换热，详见图2。

1.2 比例阀单元

每一个比例阀单元由供端和回端组成，共同对应一种油漆的温度控制，供端管路上安装有温度表、压力表以及流量表来实现对冷水的观测，回管上安装有压力表、温度表以及流量调节阀，流量调节阀通过收集每个比例阀单元对应的管中管上的温度传感器的信号进行回流流量调节，进而实现对该种油漆的温度控制。

1.3 管中管单元

管中管顾名思义为两层管路嵌套，里层为油漆，外层为冷水，并且为了更好的起到冷却效果，油漆和冷水的流量是相反的，通过计算油漆流量和温度控制的需求，每种油漆管中管的数量可以由一段到多端组成，每两个关注公关之间通过如图4所示的管路将两段水管中的水连接起来，每种油漆对应的管中管的末端有一个温度传感器，用来监测油漆通过温控单元后的温度，该信号将发送给比例阀单元回端上的流量控制阀来实现冷水量的控制，进而实现对该种油漆的温度控制。

图2 油漆供应换热单元

图3 油漆供应比例阀单元

图4 油漆供应管中管单元

2 油漆供应冷却系统的优化分析

通过多年实践探索，对图图1原理图进行二次优化，调整部件功能及位置，主要包括零件4流量计的位置做了调整，零件2三通调节阀的功能由分流变成了汇流，零件3.1主单向阀的方向进行了 180°对调。优化后的油漆供应冷却系统的原理图如下图5所示：

图5 油漆供应冷却系统工作原理图（优化）

冷水从1阀门所在的管路进入换热单元的一次侧，由于2三通调节阀的作用，该水路作为进入一次侧水泵的两条水路中的一条（定为水路 1），而另一条水路则是从换热单元出来并经过3.1主单向阀的水路（定为水路2），该阀作用为汇流阀，通过感知 7一次侧温度传感器发来的温度信号，来控制这两条水路的通路大小，比如当7一次侧温度传感器测得的温度较低时，那么水路2的通路就会扩大，相应的水路1的通路就会缩小，如果测得的温度低到一定程度，那么多水路1将完全关闭，水路2将全部打开，这时侯一次侧水泵完全是内循环；当7一次侧温度传感器测得的温度较高时，那么水路2的通路就会缩小，相应的水路1的通路就会扩大，如果测得的温度高到一定程度，那么多水路1将完全打开，水路2将全部关闭，这时侯一次侧水泵完全是外循环，而4流量计由于设置在了三通调节阀的上游，其监测到的冷水用量仍然是准确的，如此一来，可以节省一部分的冷水用量，达到节能效果。

此外，每个比例阀单元对应的管中管是二次侧中油漆和冷水进行热量交换的区域，而15作为该区域的温度传感器，一般设置在管中管的末端，由于该位置距离温控单元较近，可以较为灵敏的对油漆温度进行控制，但同时很可能意味着该温度传感器距离机器人使用终端较远，这也许意味着使用终端的温度会和此处测得的温度有变化，从而导致存在油漆温度偏离工艺要求的可能性，如果将15温度传感器移动到机器人使用终端的管路附近，那么测得的温度信号就是实际使用的油漆温度，该信号去控制17流量调节阀。但是如此一来会带来两个不利的影响，一是很可能增加这些温度传感器的维修难度，二是由于温度监测点和温控单元（比例阀单元和管中管）距离较远，对软件控制以及系统的平稳性是一个考验。

3 总结

油漆供应冷却系统作为涂装车间里必备的一套系统，其原理和应用已经很成熟，本文仅从理论角度进行了进一步的优化分析，虽然系统还存在一定的优化和改进空间，但是总体是而言该技术的应用还是利大于弊。由于涉及到流体动力等更进一步的理论知识和实际应用测试，需要通过实际的试验才可以更加准确的判断优化效果。