設(shè)備管理與維護(hù)輪胎廠壓縮空氣的生產(chǎn)使用與計量（±）王其營孔令海張秀軍王洪訓(xùn)李濤2（1山東泰山輪胎有限公司山東肥城271600；2山東省肥城市燃?xì)夤旧綎|flB城271600）擇、運(yùn)行控制；介紹了輪胎廠使用壓縮空氣的工序及需要注意的事頃，*后介紹了用渦街流量計對壓縮空氣進(jìn)行計量的方法。

　　就如何以*低的成本生產(chǎn)壓縮空氣、以*佳的效果使用和管理壓縮空氣、以*科學(xué)的方法計量壓縮空氣提出了自己的見解。

　　言現(xiàn)在壓縮空氣是輪胎生產(chǎn)過程中使用*普遍的動力介質(zhì)和生產(chǎn)介質(zhì)。在輪胎廠被廣泛使用在氣動元件的控制和驅(qū)動、炭黑及粉料的輸送、原材料及半成品的吹干、內(nèi)外胎定型及外胎硫化的后充氣冷卻等。

　　壓縮空氣具有無色無味的特點(diǎn)，由于生產(chǎn)過程簡單、使用普遍、泄漏后不易發(fā)現(xiàn)，使得壓縮空氣在生產(chǎn)和使用過程中還存在一些容易被忽視的問題。為提高輪胎企業(yè)的管理水平，除了做到合理生產(chǎn)和使用壓縮空氣外，還必須做好壓縮空氣的計量工作。因此在輪胎廠如何以*低的成本生產(chǎn)壓縮空氣、以*佳的效果使用和管理壓縮空氣、以*科學(xué)的方法計量壓縮空氣就顯得尤為重要。本文是作者總結(jié)在輪胎廠多年從事設(shè)備和動力管理的經(jīng)驗，對壓縮空氣的生產(chǎn)、使用與計量過程中的問題加以介紹和探討，供同行。

　　1967-），男，高級工程師，1989年畢業(yè)于青島化工學(xué)院橡膠機(jī)械專業(yè)主要從事橡膠機(jī)械的設(shè)計、管理以及輪胎生產(chǎn)的組織和管理等工作，已發(fā)表論文20篇。

　　1壓縮空氣的生產(chǎn)壓縮空氣的生產(chǎn)過程，主要包括空氣的過濾、壓縮、冷卻并排除油份和水份、儲存與輸送等。

　　L1壓縮空氣系統(tǒng)的主要組成部分壓縮空氣系統(tǒng)由2個主要部分組成，即壓縮空氣的生產(chǎn)和輸送系統(tǒng)以及壓縮空氣的消耗系統(tǒng)。

　　LL1生產(chǎn)和輸送系統(tǒng)的部件及主要功能（1）壓縮機(jī)。將大氣壓力的空氣壓縮并以較高的壓力輸送給氣動系統(tǒng)，把機(jī)械能轉(zhuǎn)變?yōu)闅鈮耗堋＃╇妱訖C(jī)。把電能轉(zhuǎn)變成機(jī)械能，提供給壓縮機(jī)。）壓力開關(guān)。用儲氣罐內(nèi)壓縮空氣的2個壓力極限來控制電動機(jī)的停止和啟動。調(diào)節(jié)一個*高壓力，當(dāng)達(dá)到這個壓力時，電動機(jī)就自動停止；調(diào)節(jié)一個*低壓力，當(dāng)下降到這個壓力時，電動機(jī)就重新自動啟動。

　?。?）單向閥。讓壓縮空氣從壓縮機(jī)進(jìn)入儲氣罐，當(dāng)壓縮機(jī)關(guān)閉時，阻止壓縮空氣反方向流動。

　　第49頁）儲氣罐。貯存壓縮空氣，其尺寸大小由壓縮機(jī)的容量和現(xiàn)場壓縮空氣的用量及壓力來決定。儲氣罐的容積愈大，壓縮機(jī)運(yùn)行時間間隔就愈長。

　?。?）壓力表。顯示儲氣罐內(nèi)的壓力。）自動排水器。無需人手操作，排掉凝結(jié)在儲氣罐內(nèi)的水。

　　（8）安全閥。當(dāng)儲氣罐內(nèi)的壓力超過允許限度，可將壓縮空氣排出。）冷凍式空氣干燥器。將壓縮空氣制冷到零上若干度，使大部分空氣中的濕氣凝結(jié)，這就減少了后面系統(tǒng)中的水份。）主管道過濾器。安裝在主要管路中，具有*小的壓力降和油霧分離能力，能清除管道內(nèi)的灰塵、水份和油等。

　　LL2消耗系統(tǒng)的部件及主要功能）壓縮空氣的輸出。壓縮空氣要從主管道頂部輸出，以便偶爾出現(xiàn)的凝結(jié)水仍留在主管道里。當(dāng)壓縮空氣到達(dá)低處時，水傳到管子的下部，流入自動排水器內(nèi)，將凝結(jié)水去除。）自動排水器。每一根下接管的末端都應(yīng)有一個排水器，將留在管道里要用人工排掉的水自動排掉。）空氣處理裝置。使壓縮空氣保持清潔和合適的壓力，并將潤滑油送到需要潤滑的零件中，以延長這些氣動元件的壽命。）方向控制閥。通過對氣缸2個接口交替地加壓和排氣，來控制運(yùn)動的方向。）執(zhí)行元件。把壓縮空氣的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，可以是直線氣缸，也可以是回轉(zhuǎn)執(zhí)行元件或氣動馬達(dá)等。）速度調(diào)節(jié)閥。能簡便實現(xiàn)執(zhí)行元件的無級調(diào)速。

　　12空氣壓縮機(jī)的分類工業(yè)用壓縮機(jī)形式有多種多樣，其中分類有以下2種方式。）按結(jié)構(gòu)形式分類按結(jié)構(gòu)形式壓縮機(jī)可分為容積式和速度式2種。其中容積式壓縮機(jī)又可分為往復(fù)和回轉(zhuǎn)2種。而速度式壓縮機(jī)又可分為軸流式、離心式、渦流式、軸流式+離心復(fù)合式、噴射式等。

　?。?）按工作原理分類a.容積式壓縮機(jī)：是依靠往復(fù)運(yùn)動或旋轉(zhuǎn)運(yùn)動來改變工作容積，從而使氣體體積縮小而提高氣體壓力，即壓力的提高是依靠直接將氣體體積壓縮來實現(xiàn)。

　　b.動力壓縮機(jī)：是依靠高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，提高氣體的壓力和速度，使一部分氣體的速度轉(zhuǎn)變?yōu)闅怏w的壓力能，即借助高速旋轉(zhuǎn)葉輪的作用，使氣體分子得到一個很高的速度，然后在擴(kuò)壓器內(nèi)使速度降下來，把動能轉(zhuǎn)化為壓力能。

　　現(xiàn)階段使用比較普遍的空氣壓縮機(jī)主要有活塞式、螺桿式、滑片式、軸流式和離心式等幾類。在輪胎行業(yè)，*廣泛采用的是活塞式空氣壓縮機(jī)，螺桿式和滑片式正在推廣和發(fā)展之中。

　　L3常見空氣壓縮機(jī)的性能比較lil活塞式空氣壓縮機(jī)活塞式空氣壓縮機(jī)分為2類：單級活塞式壓縮機(jī)和雙級活塞式壓縮機(jī)。

　　單級活塞壓縮機(jī)只用一個過程就將吸入的大氣壓空氣壓縮到所需要的壓力。當(dāng)活塞下移時，氣缸容積加，缸內(nèi)壓力小于大氣壓，空氣便從進(jìn)氣閥□進(jìn)入缸內(nèi)。在沖程末端，活塞向上運(yùn)動，進(jìn)氣閥□被關(guān)閉，氣缸容積減小，空氣被壓縮，壓力升高。隨著活塞向上運(yùn)動，氣缸內(nèi)空氣的壓力升高，當(dāng)高于排氣管內(nèi)壓力時，排氣閥就被頂開，壓縮空氣被排入排氣管內(nèi)，至活塞的頂端為止。輸出的壓縮空氣進(jìn)入儲氣罐，然后再進(jìn)行下一個工作循環(huán)。

　　單級活塞壓縮機(jī)通常用于壓力較低的系統(tǒng)，對壓力要求較高的系統(tǒng)，則需要雙缸雙級、雙作用活塞式壓縮機(jī)。在雙級活塞式壓縮機(jī)工作時，空氣在一級缸內(nèi)被壓縮后排除，經(jīng)中間冷卻器冷卻后，再進(jìn)入二級氣缸繼續(xù)壓縮到額定工作壓力后排出，經(jīng)后冷卻器冷卻，進(jìn)入儲氣罐。

　　第50頁活塞式空氣壓縮機(jī)與其他類型的空氣壓縮機(jī)相比，噪音較大，進(jìn)入儲氣罐的壓縮空氣溫度偏高（*高時能超過140C），壓力有連續(xù)的脈動，其單位能量消耗較高，容積效率、熱效率及總效率不是很理想。但是由于活塞式空氣壓縮機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、價格便宜、維修方便，而且其缺點(diǎn)可以在一定程度上進(jìn)行彌補(bǔ)，因此在現(xiàn)階段的輪胎廠和其他行業(yè)還是使用*普遍的。

　　螺桿式壓縮機(jī)螺桿式壓縮機(jī)生產(chǎn)技術(shù)是20世紀(jì)30年代問世的，國內(nèi)于20世紀(jì)70年代設(shè)計并生產(chǎn)出第1批噴油螺桿式壓縮機(jī)。經(jīng)過不斷的改進(jìn)，螺桿式壓縮機(jī)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。

　　螺桿式壓縮機(jī)之所以能得到不斷的推廣，關(guān)鍵是其綜合運(yùn)行費(fèi)用要比活塞式空壓機(jī)低的多。以LU250W-13型螺桿式壓縮機(jī)（以下簡稱螺桿式壓縮機(jī)）和L3.5-15/12型活塞式空壓機(jī)（以下簡稱活塞式壓縮機(jī)）為例進(jìn)行比較：螺桿式空氣壓縮機(jī)的排氣量為32m3/min，額定輸出壓力為13MPa，電機(jī)功率為250kW，容積效率在0.93左右，風(fēng)冷卻。

　　額定輸出壓力為12MPa，電機(jī)功率為132kW，容積效率在0.82左右，需用軟化水或自來水冷卻，主機(jī)用水量為48m3/h，后冷卻器用水量為4m3/h. 1臺螺桿式壓縮機(jī)相當(dāng)于活塞式空壓機(jī)的臺數(shù)為：臺生產(chǎn)相同的壓縮空氣，螺桿式壓縮機(jī)比活塞式空壓機(jī)每年節(jié)省的電費(fèi)為（1a按300個工作曰，3班運(yùn)轉(zhuǎn)，電價為0 52元/kWh，功率因數(shù)為085）一般情況下，軟化水的電能消耗單價為015元/m3左右（軟化水水泵每小時的電能消耗價格與出水量的比值）。）軟化水的人工費(fèi)用為001元/m3左右（每天與軟化水相關(guān)的人工工資總額與相應(yīng)出水量的比值）。

　?。?）軟化水的單價為4元/m3左右，循環(huán)使用，按6%的損耗計算，軟化水的損耗費(fèi)用為不計軟化水設(shè)備的折舊和其他相關(guān)費(fèi)用，活塞式空壓機(jī)使用軟化水的費(fèi)用為與螺桿式壓縮機(jī)相比，生產(chǎn)相同的壓縮空氣，活塞式空壓機(jī)每年使用軟化水的費(fèi)用為：一般情況下，活塞式壓縮機(jī)每臺每年的維修費(fèi)及缸體等部位的清洗費(fèi)用需要3萬元左右，而螺桿式壓縮機(jī)的維修量較小，維修費(fèi)每臺每年有05萬元就足夠了。因此生產(chǎn)相同的壓縮空氣，螺桿式壓縮機(jī)可節(jié)約的維修費(fèi)為：13型螺桿式壓縮機(jī)生產(chǎn)相同的壓縮空氣比L35-15/12型活塞式空壓機(jī)每年節(jié)省的費(fèi)用為：因此，螺桿式壓縮機(jī)使用的綜合效益要比活塞式壓縮機(jī)好得多。以螺桿式壓縮機(jī)代替活塞式壓縮機(jī)，是空氣動力用壓縮機(jī)發(fā)展的*新趨勢。

　　螺桿式壓縮機(jī)在工作時，2個嚙合的螺旋轉(zhuǎn)子以相反方向運(yùn)動，它們當(dāng)中自由空間的容積沿軸向減少，從而壓縮2轉(zhuǎn)子間的空氣。與活塞式壓縮機(jī)相比，螺桿式空氣壓縮機(jī)能輸送出連續(xù)的無脈動的壓縮空氣，而且具有結(jié)構(gòu)簡單、易損件少、能耗低（卸載時消耗的功率僅為滿載時功率的15%X容積效率高、排氣溫度低（比環(huán)境溫度高12~24C）、熱效率及總效率比較理想等特點(diǎn)。雖然螺桿式壓縮機(jī)現(xiàn)階段的購買價格要比活塞式壓縮機(jī)高一些，但是按運(yùn)行成本及性能價格比而言還是比較劃算的。

　　螺桿式空氣壓縮機(jī)主要有噴油式和無油式2種。

　　L立3滑片式空氣壓縮機(jī)第51頁滑片式空氣壓縮機(jī)是近年來推廣的一種壓縮機(jī)。該機(jī)型與其他壓縮機(jī)相比，具有比較明顯的優(yōu)點(diǎn)可靠性高，壽命長。采用旋轉(zhuǎn)滑片式設(shè)計，運(yùn)行特別安靜。運(yùn)動部件只有轉(zhuǎn)子一個，轉(zhuǎn)速低至1000r/min，可靠性高。使用壽命超過10萬小時，無需更換主要的金屬部件，壽命長、殘留值高。）性能優(yōu)良，比功率高。滑片本身靠離心力自動補(bǔ)償與定子腔壁的間隙，幾乎不會有二次壓縮的情況，容積效率高。）維護(hù)低廉，節(jié)省能源。易耗品只需備油、油分芯和空濾芯3種即可。具有標(biāo)準(zhǔn)的節(jié)能控制裝置，卸載運(yùn)行時耗電少。）傳動方式。壓縮機(jī)與電機(jī)由免保養(yǎng)的橈性聯(lián)軸器連接傳動，無需皮帶或速齒輪。）重量輕，外型尺寸小?；綁嚎s機(jī)重量輕、重心低，可在現(xiàn)場移動使用。油氣管路裝在機(jī)身內(nèi)部，外型尺寸小，外圍控制管路少。）供氣純度高，品質(zhì)好?；綁嚎s機(jī)排氣含油、含水少，殘油量小于2X10-6，排氣溫度與環(huán)境溫度差在10C以內(nèi)。

　　雖然滑片式壓縮機(jī)與活塞式壓縮機(jī)和螺桿式壓縮機(jī)相比有諸多優(yōu)點(diǎn)，但是由于設(shè)備的價格和流量等原因，現(xiàn)階段滑片式壓縮機(jī)還在發(fā)展當(dāng)中。

　　14空氣壓縮機(jī)的選擇與運(yùn)行壓縮空氣系統(tǒng)要求都是連續(xù)及穩(wěn)定的，對輪胎企業(yè)更是如此。因此選擇何種空氣壓縮機(jī)、如何配置和控制對壓縮空氣的生產(chǎn)成本、品質(zhì)及穩(wěn)定性都會產(chǎn)生比較大的影響。

　　L4.1空氣壓縮機(jī)的選擇與配置對于活塞式、螺桿式和滑片式等壓縮機(jī)，每個企業(yè)選擇哪一種，選擇什幺規(guī)格、配置的數(shù)量及附件等等，可以根據(jù)企業(yè)的經(jīng)濟(jì)狀況、廠房布局、壓縮空氣的用量、壓力及品質(zhì)等來確定。但是無論如何選擇，通常都應(yīng)當(dāng)做到下列幾點(diǎn)保證壓縮空氣的連續(xù)供應(yīng)；（2）保證壓縮空氣的流量、壓力及品質(zhì)滿足使用要求；同時應(yīng)適當(dāng)考慮壓縮機(jī)的特性參數(shù)，像標(biāo)準(zhǔn)容積流量、容積效率、熱效率、總效率及單位能量消耗等；）應(yīng)該配備適量的備用機(jī)臺；）若所用壓縮空氣的壓力等級相差較大，應(yīng)分別配置不同壓力等級的空氣壓縮機(jī)；）要在空氣壓縮機(jī)之前安裝空氣過濾器；）活塞式空氣壓縮機(jī)應(yīng)該配置合適的后冷卻器，以免排出壓縮空氣的溫度太高，影響安全和使用；）每臺空氣壓縮機(jī)或整個壓縮空氣站應(yīng)該配置容積合適的儲氣罐，以減弱活塞式壓縮機(jī)排出氣流的周期性脈動或用氣量不均勻時引起的壓力波動；）配置相應(yīng)的油水分離器、空氣干燥器、廢油收集器等，以滿足壓縮空氣的品質(zhì)要求；）壓縮空氣站的位置應(yīng)盡量設(shè)立在各用氣點(diǎn)的中心，以減小壓縮空氣在輸送過程中的壓力損耗；0）壓縮空氣的輸送管路應(yīng)根據(jù)壓縮空氣站的位置和各用氣點(diǎn)的布局來確定敷設(shè)形式，管路布局要力求短、直，以有效距離*短為原則。一般情況有3種敷設(shè)形式，即單樹技狀管路系統(tǒng)、環(huán)狀管路系統(tǒng)和雙樹技狀管路系統(tǒng)。管路可埋地敷設(shè)也可架空敷設(shè)，這要根據(jù)現(xiàn)場的地形、地基、敷設(shè)成本和便于維修等因素來確定。埋地敷設(shè)的管路要做好外表面的防腐，架空敷設(shè)的管路還要保證在冬季不能因積水結(jié)冰。

　　L4.2空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行控制在壓縮空氣系統(tǒng)按用后，必須保持每臺空氣壓縮機(jī)及相關(guān)附件的芫好。使用壓縮空氣時，要求壓縮空氣的供應(yīng)必須是連續(xù)的，但是系統(tǒng)使用壓縮空氣的用量并不是固定不變的，管網(wǎng)瞬時用氣量是變化的，用氣高峰和低谷與平均用氣量之間的空氣流量差別比較大。

　　通常壓縮空氣站由多臺空壓機(jī)組成，每臺空壓機(jī)都由1臺電機(jī)拖動，獨(dú)立進(jìn)行控制。壓第52頁縮空氣站以前通常使用以下3種辦法來調(diào)節(jié)控制排氣量：①將多余的壓縮空氣放空；②關(guān)閉電機(jī)；③關(guān)閉吸氣閥使電機(jī)處于空轉(zhuǎn)。

　　這3種調(diào)節(jié)控制排氣量的方式存在相應(yīng)的問題：①將壓縮空氣放空，會造成很大的能量浪費(fèi)；②停止電機(jī)調(diào)節(jié)壓力僅在小容量的空壓機(jī)中使用。電機(jī)的頻繁啟、停，不但消耗大量的能量，還會縮短空壓機(jī)的使用壽命；③關(guān)閉空壓機(jī)吸氣閥使電機(jī)空轉(zhuǎn)來調(diào)節(jié)壓力，能量浪費(fèi)較大。因為活塞式壓縮機(jī)在卸載運(yùn)行時的能耗約占滿載運(yùn)行時的30%左右，螺桿式壓縮機(jī)卸載時的能耗也能達(dá)到滿載時的15%.電機(jī)起動時是大轉(zhuǎn)動慣量負(fù)載，電機(jī)空載啟動時所需的功率大致相當(dāng)于滿負(fù)荷運(yùn)行所消耗功率的2~3倍，時間約為5~60s.在頻繁啟動電機(jī)來控制排氣量時，對電網(wǎng)沖擊也比較大，能耗比較明顯。當(dāng)用氣量不斷變化時，供氣壓力不可避免地產(chǎn)生較大幅度的波動，使供氣量無法實現(xiàn)連續(xù)調(diào)節(jié)，容易造成設(shè)備的損壞，對電網(wǎng)和空壓機(jī)都有相當(dāng)大的沖擊。

　　當(dāng)前比較通用的調(diào)節(jié)排氣量的辦法是用變頻器控制供氣系統(tǒng)的壓力。在供氣系統(tǒng)或儲氣罐內(nèi)用壓力開關(guān)預(yù)設(shè)系統(tǒng)壓力值，系統(tǒng)將根據(jù)預(yù)設(shè)的壓力值的下限與上限進(jìn)行自動的加載和卸載，用來滿足用氣量的要求。根據(jù)供氣管網(wǎng)瞬時用氣量的變化自動調(diào)節(jié)空壓站中空壓機(jī)的轉(zhuǎn)速和運(yùn)轉(zhuǎn)臺數(shù)，使管網(wǎng)壓力始绔保持恒定的設(shè)定壓力，從而達(dá)到了空壓機(jī)的節(jié)能降耗和提高供氣質(zhì)量的目的，同時實現(xiàn)了控制過程的自動化，并且對空壓機(jī)進(jìn)行超壓、過載、過流、欠壓等自動報警保護(hù)。

　　采取變頻器控制供氣系統(tǒng)壓力的方式，其節(jié)能效果比較明顯：使用恒壓供氣變頻自動控制后，可實現(xiàn)控制系統(tǒng)平滑的軟啟動與軟停車，減少對電網(wǎng)沖擊，延長設(shè)備使用壽命。變頻恒壓控制方式通過內(nèi)置的PID（比例積分/微分調(diào)節(jié)器），自動調(diào)節(jié)輸氣量與設(shè)定量的差值，使壓力恒定；系統(tǒng)壓力通過壓力變送器將管網(wǎng)壓力轉(zhuǎn)變成電信號送到變頻器的PID單元與設(shè)定值比較，并根據(jù)差值的大小按既定控制模式進(jìn)行運(yùn)算，使變頻器輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速來控制壓縮機(jī)的電機(jī)，使實際壓力與設(shè)定壓力相等來達(dá)到恒壓目的，實現(xiàn)供氣的連續(xù)調(diào)節(jié)，保證管網(wǎng)壓力穩(wěn)定。

　　變頻器控制供氣系統(tǒng)壓力可適用的空氣壓縮機(jī)類型有：活塞式空壓機(jī)、螺桿式空壓機(jī)、滑片式空壓機(jī)。

　　新型空壓機(jī)的控制系統(tǒng)比較理想，基本都能達(dá)到高效節(jié)能的要求。但對大部分輪胎企業(yè)，還沿用著傳統(tǒng)的活塞式空氣壓縮機(jī)。為提高這些空氣壓縮機(jī)的效能、減少能耗，降低壓縮空氣的生產(chǎn)成本，對供氣系統(tǒng)進(jìn)行變頻器控制改造或其他相應(yīng)的改造是很有必要的。

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