設備管理與維護輪胎廠壓縮空氣的生產使用與計量（±）王其營孔令海張秀軍王洪訓李濤2（1山東泰山輪胎有限公司山東肥城271600；2山東省肥城市燃氣公司山東flB城271600）擇、運行控制；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行計量的方法。

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

　　言現在壓縮空氣是輪胎生產過程中使用*普遍的動力介質和生產介質。在輪胎廠被廣泛使用在氣動元件的控制和驅動、炭黑及粉料的輸送、原材料及半成品的吹干、內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，由于生產過程簡單、使用普遍、泄漏后不易發(fā)現，使得壓縮空氣在生產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*低的成本生產壓縮空氣、以*佳的效果使用和管理壓縮空氣、以*科學的方法計量壓縮空氣就顯得尤為重要。本文是作者總結在輪胎廠多年從事設備和動力管理的經驗，對壓縮空氣的生產、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)于青島化工學院橡膠機械專業(yè)主要從事橡膠機械的設計、管理以及輪胎生產的組織和管理等工作，已發(fā)表論文20篇。

　　1壓縮空氣的生產壓縮空氣的生產過程，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，即壓縮空氣的生產和輸送系統(tǒng)以及壓縮空氣的消耗系統(tǒng)。

　　LL1生產和輸送系統(tǒng)的部件及主要功能（1）壓縮機。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)，把機械能轉變?yōu)闅鈮耗?。）電動機。把電能轉變成機械能，提供給壓縮機。）壓力開關。用儲氣罐內壓縮空氣的2個壓力極限來控制電動機的停止和啟動。調節(jié)一個*高壓力，當達到這個壓力時，電動機就自動停止；調節(jié)一個*低壓力，當下降到這個壓力時，電動機就重新自動啟動。

　?。?）單向閥。讓壓縮空氣從壓縮機進入儲氣罐，當壓縮機關閉時，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的容量和現場壓縮空氣的用量及壓力來決定。儲氣罐的容積愈大，壓縮機運行時間間隔就愈長。

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

　?。?）安全閥。當儲氣罐內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，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，以便偶爾出現的凝結水仍留在主管道里。當壓縮空氣到達低處時，水傳到管子的下部，流入自動排水器內，將凝結水去除。）自動排水器。每一根下接管的末端都應有一個排水器，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，來控制運動的方向。）執(zhí)行元件。把壓縮空氣的壓力轉變?yōu)闄C械能，可以是直線氣缸，也可以是回轉執(zhí)行元件或氣動馬達等。）速度調節(jié)閥。能簡便實現執(zhí)行元件的無級調速。

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

　?。?）按工作原理分類a.容積式壓縮機：是依靠往復運動或旋轉運動來改變工作容積，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。

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

　　現階段使用比較普遍的空氣壓縮機主要有活塞式、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，螺桿式和滑片式正在推廣和發(fā)展之中。

　　L3常見空氣壓縮機的性能比較lil活塞式空氣壓縮機活塞式空氣壓縮機分為2類：單級活塞式壓縮機和雙級活塞式壓縮機。

　　單級活塞壓縮機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。當活塞下移時，氣缸容積加，缸內壓力小于大氣壓，空氣便從進氣閥□進入缸內。在沖程末端，活塞向上運動，進氣閥□被關閉，氣缸容積減小，空氣被壓縮，壓力升高。隨著活塞向上運動，氣缸內空氣的壓力升高，當高于排氣管內壓力時，排氣閥就被頂開，壓縮空氣被排入排氣管內，至活塞的頂端為止。輸出的壓縮空氣進入儲氣罐，然后再進行下一個工作循環(huán)。

　　單級活塞壓縮機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。在雙級活塞式壓縮機工作時，空氣在一級缸內被壓縮后排除，經中間冷卻器冷卻后，再進入二級氣缸繼續(xù)壓縮到額定工作壓力后排出，經后冷卻器冷卻，進入儲氣罐。

　　第50頁活塞式空氣壓縮機與其他類型的空氣壓縮機相比，噪音較大，進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結構簡單、價格便宜、維修方便，而且其缺點可以在一定程度上進行彌補，因此在現階段的輪胎廠和其他行業(yè)還是使用*普遍的。

　　螺桿式壓縮機螺桿式壓縮機生產技術是20世紀30年代問世的，國內于20世紀70年代設計并生產出第1批噴油螺桿式壓縮機。經過不斷的改進，螺桿式壓縮機得到了越來越廣泛的應用。

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

　　額定輸出壓力為12MPa，電機功率為132kW，容積效率在0.82左右，需用軟化水或自來水冷卻，主機用水量為48m3/h，后冷卻器用水量為4m3/h. 1臺螺桿式壓縮機相當于活塞式空壓機的臺數為：臺生產相同的壓縮空氣，螺桿式壓縮機比活塞式空壓機每年節(jié)省的電費為（1a按300個工作曰，3班運轉，電價為0 52元/kWh，功率因數為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）。）軟化水的人工費用為001元/m3左右（每天與軟化水相關的人工工資總額與相應出水量的比值）。

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

　　螺桿式壓縮機在工作時，2個嚙合的螺旋轉子以相反方向運動，它們當中自由空間的容積沿軸向減少，從而壓縮2轉子間的空氣。與活塞式壓縮機相比，螺桿式空氣壓縮機能輸送出連續(xù)的無脈動的壓縮空氣，而且具有結構簡單、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。雖然螺桿式壓縮機現階段的購買價格要比活塞式壓縮機高一些，但是按運行成本及性能價格比而言還是比較劃算的。

　　螺桿式空氣壓縮機主要有噴油式和無油式2種。

　　L立3滑片式空氣壓縮機第51頁滑片式空氣壓縮機是近年來推廣的一種壓縮機。該機型與其他壓縮機相比，具有比較明顯的優(yōu)點可靠性高，壽命長。采用旋轉滑片式設計，運行特別安靜。運動部件只有轉子一個，轉速低至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?；旧砜侩x心力自動補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。具有標準的節(jié)能控制裝置，卸載運行時耗電少。）傳動方式。壓縮機與電機由免保養(yǎng)的橈性聯軸器連接傳動，無需皮帶或速齒輪。）重量輕，外型尺寸小?；綁嚎s機重量輕、重心低，可在現場移動使用。油氣管路裝在機身內部，外型尺寸小，外圍控制管路少。）供氣純度高，品質好?；綁嚎s機排氣含油、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。

　　雖然滑片式壓縮機與活塞式壓縮機和螺桿式壓縮機相比有諸多優(yōu)點，但是由于設備的價格和流量等原因，現階段滑片式壓縮機還在發(fā)展當中。

　　14空氣壓縮機的選擇與運行壓縮空氣系統(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、如何配置和控制對壓縮空氣的生產成本、品質及穩(wěn)定性都會產生比較大的影響。

　　L4.1空氣壓縮機的選擇與配置對于活塞式、螺桿式和滑片式等壓縮機，每個企業(yè)選擇哪一種，選擇什幺規(guī)格、配置的數量及附件等等，可以根據企業(yè)的經濟狀況、廠房布局、壓縮空氣的用量、壓力及品質等來確定。但是無論如何選擇，通常都應當做到下列幾點保證壓縮空氣的連續(xù)供應；（2）保證壓縮空氣的流量、壓力及品質滿足使用要求；同時應適當考慮壓縮機的特性參數，像標準容積流量、容積效率、熱效率、總效率及單位能量消耗等；）應該配備適量的備用機臺；）若所用壓縮空氣的壓力等級相差較大，應分別配置不同壓力等級的空氣壓縮機；）要在空氣壓縮機之前安裝空氣過濾器；）活塞式空氣壓縮機應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；）每臺空氣壓縮機或整個壓縮空氣站應該配置容積合適的儲氣罐，以減弱活塞式壓縮機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要求；）壓縮空氣站的位置應盡量設立在各用氣點的中心，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根據壓縮空氣站的位置和各用氣點的布局來確定敷設形式，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)。管路可埋地敷設也可架空敷設，這要根據現場的地形、地基、敷設成本和便于維修等因素來確定。埋地敷設的管路要做好外表面的防腐，架空敷設的管路還要保證在冬季不能因積水結冰。

　　L4.2空氣壓縮機的運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及相關附件的芫好。使用壓縮空氣時，要求壓縮空氣的供應必須是連續(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組成，每臺空壓機都由1臺電機拖動，獨立進行控制。壓第52頁縮空氣站以前通常使用以下3種辦法來調節(jié)控制排氣量：①將多余的壓縮空氣放空；②關閉電機；③關閉吸氣閥使電機處于空轉。

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

　　當前比較通用的調節(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)或儲氣罐內用壓力開關預設系統(tǒng)壓力值，系統(tǒng)將根據預設的壓力值的下限與上限進行自動的加載和卸載，用來滿足用氣量的要求。根據供氣管網瞬時用氣量的變化自動調節(jié)空壓站中空壓機的轉速和運轉臺數，使管網壓力始绔保持恒定的設定壓力，從而達到了空壓機的節(jié)能降耗和提高供氣質量的目的，同時實現了控制過程的自動化，并且對空壓機進行超壓、過載、過流、欠壓等自動報警保護。

　　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，可實現控制系統(tǒng)平滑的軟啟動與軟停車，減少對電網沖擊，延長設備使用壽命。變頻恒壓控制方式通過內置的PID（比例積分/微分調節(jié)器），自動調節(jié)輸氣量與設定量的差值，使壓力恒定；系統(tǒng)壓力通過壓力變送器將管網壓力轉變成電信號送到變頻器的PID單元與設定值比較，并根據差值的大小按既定控制模式進行運算，使變頻器輸出相應的轉速來控制壓縮機的電機，使實際壓力與設定壓力相等來達到恒壓目的，實現供氣的連續(xù)調節(jié)，保證管網壓力穩(wěn)定。

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

　　新型空壓機的控制系統(tǒng)比較理想，基本都能達到高效節(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。為提高這些空氣壓縮機的效能、減少能耗，降低壓縮空氣的生產成本，對供氣系統(tǒng)進行變頻器控制改造或其他相應的改造是很有必要的。

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