涂装车间空气压缩机设计选型简介

崔德源 张建福 陶 禹

压缩空气是汽车涂装过程中不可缺少的一种能源，压缩空气系统的正确使用与否直接关系到汽车的涂装质量与成本，如何选用合适的空气压缩机是决定压缩空气系统好坏的核心。压缩机是通过将气体压缩提高输送气体压力，是一种重要的动力机械设备。因此，压缩机与泵、风机、电机在工业领域合称为“三机一泵”，是机械工业发展水平的重要标志之一。

1 往复式压缩机

随着工业的不断发展，往复式压缩机最早出现并应用于工业领域。近年来，螺旋式、离心式空压机在市场上的占有率不断上升，往复式压缩机的市场被不断挤压。往复式压缩机具有以下优点：进气、排气压力覆盖面非常大；风量的涵盖范围相当广泛，在风量小、气压高的工况下，往复式空压机可当作增压机使用；气密性良好，适合压缩除空气或氮气外的特种气体；设计强度高、转速低、结构结实耐用、设备开动率高。其缺点为：在压力及风量上与其他类型空压机有重复，自身无显著竞争力，采用高强度设计标准的往复式空压机单位风量的造价高；往复式空压机有吸气及排气的行程，排气是间歇性而非连续性，会造成明显的压力脉动现象，必须经过仔细核算才能避免压力脉动造成的对管路损伤；阀片、活塞环、密合垫等消耗性零件的状况是否良好，直接影响到空压机的能源效率，在缺乏其他检测设备时，空压机的能源效率是否因为内部的泄漏而逐日下降难以确定。

往复式压缩机典型产品为活塞式压缩机，利用气缸内活塞的往复运动对气体进行压缩，提高输送气体的能量。目前，活塞式压缩机应用范围比较广泛，应用时间相较其他压缩机也长。此外，膜片式压缩机也是往复式压缩机的一种重要产品，通过具有弹性的膜片对输送气体进行压缩，使输送气体与运动部件隔离，防止输送气体被污染。

2 回转式压缩机

在压缩机内的回转轮进行回转的过程中，空腔体积呈现有规律的变化，从而实现对输送气体的压缩。根据结构形式划分，回转式压缩机可分为滑片式和螺杆式。滑片式压缩机，机壳内部转子进行偏心安装，将径向沟槽设置在转子上，沟槽中固定滑片，当压缩机运转时，机壳内壁与滑片的间隙随着转子旋转而不断减小，输送气体的体积也不断缩小，增加了气体的能量。螺杆式压缩机，机壳内腔为8字形状，并安装有两个相对转子，压缩机运转过程中，螺杆表面的沟槽与机壳内壁间隙不断变化行程压差，从而实现对输送气体的压缩。

3 涂装车间空压机系统设计选型

压缩机总体设计应符合以下基本原则：客户提出的排气量、排气压力，及有关使用条件等设计要求应满足；寿命与可靠性应满足设计要求，运转经济性好；良好的动力特性；便于维护；制作工艺性良好；机器尺寸小，重量轻，结构紧凑。

涂装车间经常选用排气量为10、20、40m3/min；排气压力为0.8MPa的空压机。由于螺杆式空压机制造出的压缩空气质量比活塞式空压机制造出的空气质量好，所以，现经常选用螺杆式空气压缩机，下面简要介绍螺杆式空气压缩机设计选型的基本方法。

空压机采用电机驱动，二级压缩与螺杆空压机之间有管道和导线连接，配套有后处理装置等附件，配置如下：进气空气过滤器、空压机与电机总成、气量控制系统、电机起动控制系统、仪表、安全装置、级间冷却器、后冷却器、第一/二级水分离器和第一/二级自动冷凝水排放。

设计压力：空压机的正常工作压力8bar，最大需用压力高于正常工作压力0.2bar，级间安全阀设定3.1bar，第二级安全阀设定在11.3bar。

设计温度：2～46℃。

工作原理：螺杆将空气压缩到1.7～2.6bar的压力下，空气再排入文丘里管，使可能存在的压力波动得到缓冲。空气进入第二级压缩之前由级间冷却器降低其温度。系统中的安全减压阀防止级间压力过高。在级间冷却器后面设置水分离器，以去除一定湿度和温度条件下产生的冷凝水。水分离器和第二级压缩之间采用膨胀节。第二级继续将空气压缩到要求的压力。压力波动在文丘里管里得到缓冲。用膨胀节来防止震动的传递。采用薄片式止回阀来防止空气回流到空压机里。后冷却器则将空气冷却到适当温度，同时由排气水分离器去除大量的冷凝水。

冷凝水排放系统：水分离器设置在级间冷却器和后冷却器后面，用以收集排除压缩空气中形成的冷凝水，冷凝水通过电磁阀定时排放，一般设定为每间隔2min排放5s。冷凝水阀前端设置有粗过滤器，防止颗粒进入电磁阀。

润滑系统：油池设置在齿轮箱内，油泵选用容积式齿轮泵，由压缩机从动轴驱动，因此，转速与主电机相同。油泵出来的油经过减压阀进入油冷却器，减压阀的功能是防止系统压力过高，同时可以调节油压，并可以使一些油流回到油池。在油冷却器的排油端装有温控阀，此阀将冷油与旁通冷却器的热油混合，以便为轴承和齿轮提供温度最佳的油。然后，油通过过滤器进入油分配复式接头，复式接头上设置有节流小孔，保证在正常工作温度（54～63℃）下油压为2.8～3.6bar。齿轮箱设置有通风器，防止油蒸汽从油池逃逸，通风器的排气口用管道连接到机组的压力通风区域。

冷却系统（风冷）：将级间冷却器、后冷却器、油冷却器、风扇和电机进行总成，热交换器和风扇为垂直安装，冷风流过罩壳左侧，经过热交换器从机组顶部排出。

电器系统：空压机电器系统采用以微处理机为基础的控制器，电子部件含控制器、星三角电机启动器、带辅助触点和过载继电器、冷却风扇电机手控启动器及断路器。

气量控制：空压机始终以卸载模式启动，在卸载时进气阀几乎完全关闭，排气阀打开，空压机以最小功耗运行。启动后，如果气量足够大，空压机便会自动加载。

起跳/回跳控制：在不同的供气量下，控制器根据系统压力的变化来控制空压机。当压力低于回跳压力设定点时，控制器加载电磁阀使之得电，空压机加载以满气状态向外界供气，如果压力高于起跳压力设定点，电磁阀失电，液压缸去功能化，从而使机器卸载，空压机将以最小功耗继续运行。如果外界无用气量，空压机运行一段时间后进入待机模式。

自动启动/停止功能：许多工厂的空气系统用气量变化很大，或者具备很大的储气能力，设置此功能。在用气量低时，如果管线压力升到设定上限点以上维持一定时间后，空压机将停机，当管线压力跌到设定下限点以下时，空压机便自动启动。

延迟加载时间：这是空压机可以加载或启动之前管道压力必须保持在回跳压力设定点以下的时间量。此计时器在一次启动之后，如果时间设定为0时将不会延迟加载。当延迟加载计时器激活时，显示器将切换到管线压力，然后显示延迟加载倒计时。一旦倒计时为0，机组启动，显示管线压力。

远程启动停止选项：此功能采用插入式PROM（可编程序的只读存储器）模块，可以把两个不同的开关用导线接到启动器上的远程启动/停机接口电路板上，停机开关触电是常闭触点，启动开关为常开触点。

4 结语

总之，科学选用设备、合理布置管道、正确地使用压缩空气系统以及严格的管理，对涂装生产线的建设成本、使用成本及涂装质量有着很大的影响，本文介绍了不同压缩机的特点，并就涂装车间空气压缩机的设计选型进行了讨论，为涂装车间螺杆式压缩机（含配套设备）的设计选型提供了思路。

[1]周康渠，邹冰倩.汽车涂装车间节能方法研究与应用[J].重庆理工大学学报（自然科学版），2016，30（1）：37-43.

[2]吉学刚.压缩空气配送系统在汽车涂装中的设计应用[J].客车技术与研究，2007，29（6）：34-36.