轮胎厂压缩空气的生产使用与计量(上)

　　设备管理与维护轮胎厂压缩空气的生产使用与计量（±）王其营孔令海张秀军王洪训李涛2（1山东泰山轮胎有限公司山东肥城271600；2山东省肥城市燃气公司山东flB城271600）择、运行控制；介绍了轮胎厂使用压缩空气的工序及需要注意的事顷，*后介绍了用涡街流量计对压缩空气进行计量的方法。

　　就如何以*低的成本生产压缩空气、以*佳的效果使用和管理压缩空气、以*科学的方法计量压缩空气提出了自己的见解。

　　言现在压缩空气是轮胎生产过程中使用*普遍的动力介质和生产介质。在轮胎厂被广泛使用在气动元件的控制和驱动、炭黑及粉料的输送、原材料及半成品的吹干、内外胎定型及外胎硫化的后充气冷却等。

　　压缩空气具有无色无味的特点，由于生产过程简单、使用普遍、泄漏后不易发现，使得压缩空气在生产和使用过程中还存在一些容易被忽视的问题。为提高轮胎企业的管理水平，除了做到合理生产和使用压缩空气外，还必须做好压缩空气的计量工作。因此在轮胎厂如何以*低的成本生产压缩空气、以*佳的效果使用和管理压缩空气、以*科学的方法计量压缩空气就显得尤为重要。本文是作者总结在轮胎厂多年从事设备和动力管理的经验，对压缩空气的生产、使用与计量过程中的问题加以介绍和探讨，供同行。

　　1967-），男，高级工程师，1989年毕业于青岛化工学院橡胶机械专业主要从事橡胶机械的设计、管理以及轮胎生产的组织和管理等工作，已发表论文20篇。

　　1压缩空气的生产压缩空气的生产过程，主要包括空气的过滤、压缩、冷却并排除油份和水份、储存与输送等。

　　L1压缩空气系统的主要组成部分压缩空气系统由2个主要部分组成，即压缩空气的生产和输送系统以及压缩空气的消耗系统。

　　LL1生产和输送系统的部件及主要功能（1）压缩机。将大气压力的空气压缩并以较高的压力输送给气动系统，把机械能转变为气压能。）电动机。把电能转变成机械能，提供给压缩机。）压力开关。用储气罐内压缩空气的2个压力极限来控制电动机的停止和启动。调节一个*高压力，当达到这个压力时，电动机就自动停止；调节一个*低压力，当下降到这个压力时，电动机就重新自动启动。

　　（4）单向阀。让压缩空气从压缩机进入储气罐，当压缩机关闭时，阻止压缩空气反方向流动。

　　第49页）储气罐。贮存压缩空气，其尺寸大小由压缩机的容量和现场压缩空气的用量及压力来决定。储气罐的容积愈大，压缩机运行时间间隔就愈长。

　　（6）压力表。显示储气罐内的压力。）自动排水器。无需人手操作，排掉凝结在储气罐内的水。

　　（8）安全阀。当储气罐内的压力超过允许限度，可将压缩空气排出。）冷冻式空气干燥器。将压缩空气制冷到零上若干度，使大部分空气中的湿气凝结，这就减少了后面系统中的水份。）主管道过滤器。安装在主要管路中，具有*小的压力降和油雾分离能力，能清除管道内的灰尘、水份和油等。

　　LL2消耗系统的部件及主要功能）压缩空气的输出。压缩空气要从主管道顶部输出，以便偶尔出现的凝结水仍留在主管道里。当压缩空气到达低处时，水传到管子的下部，流入自动排水器内，将凝结水去除。）自动排水器。每一根下接管的末端都应有一个排水器，将留在管道里要用人工排掉的水自动排掉。）空气处理装置。使压缩空气保持清洁和合适的压力，并将润滑油送到需要润滑的零件中，以延长这些气动元件的寿命。）方向控制阀。通过对气缸2个接口交替地加压和排气，来控制运动的方向。）执行元件。把压缩空气的压力转变为机械能，可以是直线气缸，也可以是回转执行元件或气动马达等。）速度调节阀。能简便实现执行元件的无级调速。

　　12空气压缩机的分类工业用压缩机形式有多种多样，其中分类有以下2种方式。）按结构形式分类按结构形式压缩机可分为容积式和速度式2种。其中容积式压缩机又可分为往复和回转2种。而速度式压缩机又可分为轴流式、离心式、涡流式、轴流式+离心复合式、喷射式等。

　　（2）按工作原理分类a.容积式压缩机：是依靠往复运动或旋转运动来改变工作容积，从而使气体体积缩小而提高气体压力，即压力的提高是依靠直接将气体体积压缩来实现。

　　b.动力压缩机：是依靠高速旋转叶轮的作用，提高气体的压力和速度，使一部分气体的速度转变为气体的压力能，即借助高速旋转叶轮的作用，使气体分子得到一个很高的速度，然后在扩压器内使速度降下来，把动能转化为压力能。

　　现阶段使用比较普遍的空气压缩机主要有活塞式、螺杆式、滑片式、轴流式和离心式等几类。在轮胎行业，*广泛采用的是活塞式空气压缩机，螺杆式和滑片式正在推广和发展之中。

　　L3常见空气压缩机的性能比较lil活塞式空气压缩机活塞式空气压缩机分为2类：单级活塞式压缩机和双级活塞式压缩机。

　　单级活塞压缩机只用一个过程就将吸入的大气压空气压缩到所需要的压力。当活塞下移时，气缸容积加，缸内压力小于大气压，空气便从进气阀□进入缸内。在冲程末端，活塞向上运动，进气阀□被关闭，气缸容积减小，空气被压缩，压力升高。随着活塞向上运动，气缸内空气的压力升高，当高于排气管内压力时，排气阀就被顶开，压缩空气被排入排气管内，至活塞的顶端为止。输出的压缩空气进入储气罐，然后再进行下一个工作循环。

　　单级活塞压缩机通常用于压力较低的系统，对压力要求较高的系统，则需要双缸双级、双作用活塞式压缩机。在双级活塞式压缩机工作时，空气在一级缸内被压缩后排除，经中间冷却器冷却后，再进入二级气缸继续压缩到额定工作压力后排出，经后冷却器冷却，进入储气罐。

　　第50页活塞式空气压缩机与其他类型的空气压缩机相比，噪音较大，进入储气罐的压缩空气温度偏高（*高时能超过140C），压力有连续的脉动，其单位能量消耗较高，容积效率、热效率及总效率不是很理想。但是由于活塞式空气压缩机结构简单、价格便宜、维修方便，而且其缺点可以在一定程度上进行弥补，因此在现阶段的轮胎厂和其他行业还是使用*普遍的。

　　螺杆式压缩机螺杆式压缩机生产技术是20世纪30年代问世的，国内于20世纪70年代设计并生产出第1批喷油螺杆式压缩机。经过不断的改进，螺杆式压缩机得到了越来越广泛的应用。

　　螺杆式压缩机之所以能得到不断的推广，关键是其综合运行费用要比活塞式空压机低的多。以LU250W-13型螺杆式压缩机（以下简称螺杆式压缩机）和L3.5-15/12型活塞式空压机（以下简称活塞式压缩机）为例进行比较：螺杆式空气压缩机的排气量为32m3/min，额定输出压力为13MPa，电机功率为250kW，容积效率在0.93左右，风冷却。

　　额定输出压力为12MPa，电机功率为132kW，容积效率在0.82左右，需用软化水或自来水冷却，主机用水量为48m3/h，后冷却器用水量为4m3/h. 1台螺杆式压缩机相当于活塞式空压机的台数为：台生产相同的压缩空气，螺杆式压缩机比活塞式空压机每年节省的电费为（1a按300个工作曰，3班运转，电价为0 52元/kWh，功率因数为085）一般情况下，软化水的电能消耗单价为015元/m3左右（软化水水泵每小时的电能消耗价格与出水量的比值）。）软化水的人工费用为001元/m3左右（每天与软化水相关的人工工资总额与相应出水量的比值）。

　　（3）软化水的单价为4元/m3左右，循环使用，按6%的损耗计算，软化水的损耗费用为不计软化水设备的折旧和其他相关费用，活塞式空压机使用软化水的费用为与螺杆式压缩机相比，生产相同的压缩空气，活塞式空压机每年使用软化水的费用为：一般情况下，活塞式压缩机每台每年的维修费及缸体等部位的清洗费用需要3万元左右，而螺杆式压缩机的维修量较小，维修费每台每年有05万元就足够了。因此生产相同的压缩空气，螺杆式压缩机可节约的维修费为：13型螺杆式压缩机生产相同的压缩空气比L35-15/12型活塞式空压机每年节省的费用为：因此，螺杆式压缩机使用的综合效益要比活塞式压缩机好得多。以螺杆式压缩机代替活塞式压缩机，是空气动力用压缩机发展的*新趋势。

　　螺杆式压缩机在工作时，2个啮合的螺旋转子以相反方向运动，它们当中自由空间的容积沿轴向减少，从而压缩2转子间的空气。与活塞式压缩机相比，螺杆式空气压缩机能输送出连续的无脉动的压缩空气，而且具有结构简单、易损件少、能耗低（卸载时消耗的功率仅为满载时功率的15%X容积效率高、排气温度低（比环境温度高12~24C）、热效率及总效率比较理想等特点。虽然螺杆式压缩机现阶段的购买价格要比活塞式压缩机高一些，但是按运行成本及性能价格比而言还是比较划算的。

　　螺杆式空气压缩机主要有喷油式和无油式2种。

　　L立3滑片式空气压缩机第51页滑片式空气压缩机是近年来推广的一种压缩机。该机型与其他压缩机相比，具有比较明显的优点可靠性高，寿命长。采用旋转滑片式设计，运行特别安静。运动部件只有转子一个，转速低至1000r/min，可靠性高。使用寿命超过10万小时，无需更换主要的金属部件，寿命长、残留值高。）性能优良，比功率高。滑片本身靠离心力自动补偿与定子腔壁的间隙，几乎不会有二次压缩的情况，容积效率高。）维护低廉，节省能源。易耗品只需备油、油分芯和空滤芯3种即可。具有标准的节能控制装置，卸载运行时耗电少。）传动方式。压缩机与电机由免保养的桡性联轴器连接传动，无需皮带或速齿轮。）重量轻，外型尺寸小。滑片式压缩机重量轻、重心低，可在现场移动使用。油气管路装在机身内部，外型尺寸小，外围控制管路少。）供气纯度高，品质好。滑片式压缩机排气含油、含水少，残油量小于2X10-6，排气温度与环境温度差在10C以内。

　　虽然滑片式压缩机与活塞式压缩机和螺杆式压缩机相比有诸多优点，但是由于设备的价格和流量等原因，现阶段滑片式压缩机还在发展当中。

　　14空气压缩机的选择与运行压缩空气系统要求都是连续及稳定的，对轮胎企业更是如此。因此选择何种空气压缩机、如何配置和控制对压缩空气的生产成本、品质及稳定性都会产生比较大的影响。

　　L4.1空气压缩机的选择与配置对于活塞式、螺杆式和滑片式等压缩机，每个企业选择哪一种，选择什幺规格、配置的数量及附件等等，可以根据企业的经济状况、厂房布局、压缩空气的用量、压力及品质等来确定。但是无论如何选择，通常都应当做到下列几点保证压缩空气的连续供应；（2）保证压缩空气的流量、压力及品质满足使用要求；同时应适当考虑压缩机的特性参数，像标准容积流量、容积效率、热效率、总效率及单位能量消耗等；）应该配备适量的备用机台；）若所用压缩空气的压力等级相差较大，应分别配置不同压力等级的空气压缩机；）要在空气压缩机之前安装空气过滤器；）活塞式空气压缩机应该配置合适的后冷却器，以免排出压缩空气的温度太高，影响安全和使用；）每台空气压缩机或整个压缩空气站应该配置容积合适的储气罐，以减弱活塞式压缩机排出气流的周期性脉动或用气量不均匀时引起的压力波动；）配置相应的油水分离器、空气干燥器、废油收集器等，以满足压缩空气的品质要求；）压缩空气站的位置应尽量设立在各用气点的中心，以减小压缩空气在输送过程中的压力损耗；0）压缩空气的输送管路应根据压缩空气站的位置和各用气点的布局来确定敷设形式，管路布局要力求短、直，以有效距离*短为原则。一般情况有3种敷设形式，即单树技状管路系统、环状管路系统和双树技状管路系统。管路可埋地敷设也可架空敷设，这要根据现场的地形、地基、敷设成本和便于维修等因素来确定。埋地敷设的管路要做好外表面的防腐，架空敷设的管路还要保证在冬季不能因积水结冰。

　　L4.2空气压缩机的运行控制在压缩空气系统按用后，必须保持每台空气压缩机及相关附件的芫好。使用压缩空气时，要求压缩空气的供应必须是连续的，但是系统使用压缩空气的用量并不是固定不变的，管网瞬时用气量是变化的，用气高峰和低谷与平均用气量之间的空气流量差别比较大。

　　通常压缩空气站由多台空压机组成，每台空压机都由1台电机拖动，独立进行控制。压第52页缩空气站以前通常使用以下3种办法来调节控制排气量：①将多余的压缩空气放空；②关闭电机；③关闭吸气阀使电机处于空转。

　　这3种调节控制排气量的方式存在相应的问题：①将压缩空气放空，会造成很大的能量浪费；②停止电机调节压力仅在小容量的空压机中使用。电机的频繁启、停，不但消耗大量的能量，还会缩短空压机的使用寿命；③关闭空压机吸气阀使电机空转来调节压力，能量浪费较大。因为活塞式压缩机在卸载运行时的能耗约占满载运行时的30%左右，螺杆式压缩机卸载时的能耗也能达到满载时的15%.电机起动时是大转动惯量负载，电机空载启动时所需的功率大致相当于满负荷运行所消耗功率的2~3倍，时间约为5~60s.在频繁启动电机来控制排气量时，对电网冲击也比较大，能耗比较明显。当用气量不断变化时，供气压力不可避免地产生较大幅度的波动，使供气量无法实现连续调节，容易造成设备的损坏，对电网和空压机都有相当大的冲击。

　　当前比较通用的调节排气量的办法是用变频器控制供气系统的压力。在供气系统或储气罐内用压力开关预设系统压力值，系统将根据预设的压力值的下限与上限进行自动的加载和卸载，用来满足用气量的要求。根据供气管网瞬时用气量的变化自动调节空压站中空压机的转速和运转台数，使管网压力始绔保持恒定的设定压力，从而达到了空压机的节能降耗和提高供气质量的目的，同时实现了控制过程的自动化，并且对空压机进行超压、过载、过流、欠压等自动报警保护。

　　采取变频器控制供气系统压力的方式，其节能效果比较明显：使用恒压供气变频自动控制后，可实现控制系统平滑的软启动与软停车，减少对电网冲击，延长设备使用寿命。变频恒压控制方式通过内置的PID（比例积分/微分调节器），自动调节输气量与设定量的差值，使压力恒定；系统压力通过压力变送器将管网压力转变成电信号送到变频器的PID单元与设定值比较，并根据差值的大小按既定控制模式进行运算，使变频器输出相应的转速来控制压缩机的电机，使实际压力与设定压力相等来达到恒压目的，实现供气的连续调节，保证管网压力稳定。

　　变频器控制供气系统压力可适用的空气压缩机类型有：活塞式空压机、螺杆式空压机、滑片式空压机。

　　新型空压机的控制系统比较理想，基本都能达到高效节能的要求。但对大部分轮胎企业，还沿用着传统的活塞式空气压缩机。为提高这些空气压缩机的效能、减少能耗，降低压缩空气的生产成本，对供气系统进行变频器控制改造或其他相应的改造是很有必要的。

　　（未完待续）