陳青山 牛 濤 張 猛

(凱邁(洛陽)氣源有限公司，河南 洛陽 471003)

高壓壓縮空氣廣泛應(yīng)用于化工、石油、電子、機(jī)械及軍工等領(lǐng)域，常用的空氣站多為常溫環(huán)境下廠房安裝模式，供氣壓力均在1MPa以下，使用時(shí)有很大的局限性。

為了實(shí)現(xiàn)寬溫型(-40～50℃)高壓壓縮空氣的制備，依據(jù)GJB 2413-1995《飛機(jī)地面制冷充冷(氮)設(shè)備通用規(guī)范》，設(shè)計(jì)寬溫型高壓氣源車，要求設(shè)計(jì)壓力達(dá)到35MPa，適用于場(chǎng)站試驗(yàn)、充氣及氣體置換等，也可為其他行業(yè)提供高質(zhì)量壓縮空氣。為此，需要設(shè)計(jì)能在-40～50℃時(shí)產(chǎn)出高壓壓縮空氣的全自動(dòng)氣源車。

1.1 電路部分

氣源車電路部分的工作原理如圖1所示，采用市電和發(fā)電機(jī)兩種供電方式，通過操作面板上的電源切換開關(guān)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換過程相互自鎖，確保用電安全。整車控制系統(tǒng)集成了發(fā)電機(jī)、空氣壓縮機(jī)和干燥器控制電路并給其配電。空氣壓縮機(jī)是氣源車的主要供氣源，單獨(dú)設(shè)置了控制系統(tǒng)[1]，并將干燥器控制信號(hào)接入，實(shí)現(xiàn)與空壓機(jī)同啟停。然后將發(fā)電機(jī)和空壓機(jī)的啟動(dòng)信號(hào)接入總控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在控制面板上的“一鍵啟停”操作。

圖1 寬溫型高壓氣源車電路部分工作原理

1.2 氣路部分

氣源車氣路部分的工作原理如圖2所示，J1～J8為截止閥，ZH為止回閥，JY1為減壓閥。高壓空氣壓縮機(jī)AC從大氣中吸取空氣，增壓至35MPa，在空壓機(jī)出口處設(shè)置壓力傳感器和安全閥A1～A3，保證氣瓶組達(dá)到指定壓力35MPa時(shí)自動(dòng)停機(jī)；高壓空氣經(jīng)冷卻器LQ冷卻后由過濾器(GG1除塵、GG2除油)雙極過濾，然后到達(dá)高壓無熱再生吸附式干燥器GZQ凈化除水，從干燥器輸出的高壓氣體經(jīng)過三級(jí)過濾(GG3除塵)后輸送到氣瓶組Q1～Q15。氣瓶組分為3組，每組設(shè)置單獨(dú)的控制閥和壓力表Y1和Y2。在空氣壓縮機(jī)和氣瓶組間設(shè)有單向閥，阻止瓶?jī)?nèi)氣體回流。使用時(shí)，氣瓶組中的高壓空氣經(jīng)精密過濾器G1過濾后，由減壓器減壓到所需壓力(可調(diào)節(jié))對(duì)外輸出。

輸出分為3路，可同時(shí)使用也可分開使用。在氣瓶組旁路中增加外部氣源接入口，在設(shè)備故障時(shí)可通過外部氣源充入，保證氣源車的正常供氣。同時(shí)高壓管路均設(shè)置了安全閥A1～A3來保證用氣安全。整個(gè)氣路設(shè)計(jì)在保證安全的前提下，實(shí)現(xiàn)操作的準(zhǔn)確快捷，減少了人員的工作量。

2 總體結(jié)構(gòu)

寬溫型(-40～50℃)高壓壓縮空氣全自動(dòng)氣源車由底盤、艙體、發(fā)電機(jī)、高壓空壓機(jī)、高壓干燥器、高壓氣瓶、供氣系統(tǒng)及控制系統(tǒng)等組成，采用模塊化設(shè)計(jì)。寬溫型高壓氣源車的工作壓力可達(dá)35MPa，輸出壓力可根據(jù)要求通過減壓器調(diào)節(jié)?？諝鈨艋舐饵c(diǎn)低于-50℃，含油量小于1mg，固體顆粒小于5μm[2]。

圖2 寬溫型高壓氣源車氣路部分工作原理

氣源車的結(jié)構(gòu)布局如圖3所示，所有部件集成安裝于5m艙體內(nèi)，發(fā)電機(jī)和空壓機(jī)放置在艙體的前部和中部，艙體前部左右兩側(cè)各開一扇門，保證發(fā)電機(jī)和空氣壓縮機(jī)的用氣通暢[3]。氣瓶組置于艙體中部，平衡整個(gè)艙體重心。冷卻器和干燥器放在空壓機(jī)右側(cè)，控制系統(tǒng)和供氣系統(tǒng)在艙體后端，艙后設(shè)置有卷簾門，便于操作和使用。

圖3 寬溫型高壓氣源車結(jié)構(gòu)布局

后端的控制系統(tǒng)集成了電源模塊、指示燈、報(bào)警裝置及電源轉(zhuǎn)換開關(guān)等器件，供氣系統(tǒng)設(shè)有高壓過濾器、減壓閥、安全閥、壓力傳感器、截止閥、面板支架及管路系統(tǒng)等。在寬溫型高壓氣源車的實(shí)物中，通過模塊化設(shè)計(jì)，安裝時(shí)各設(shè)備均采取了減震及防松脫等措施，確保氣源車的移動(dòng)性能[4,5]。

3 氣源車的高低溫設(shè)計(jì)

為保證氣源車在-40～50℃環(huán)境下工作，對(duì)內(nèi)部動(dòng)力設(shè)備(發(fā)電機(jī)、空壓機(jī)和干燥器)和總體布局提出了很高的要求。

艙體內(nèi)的發(fā)電機(jī)采用軍用定型的寬溫型發(fā)電機(jī)，經(jīng)環(huán)境試驗(yàn)考核，完全滿足-40℃～50℃環(huán)境下的可靠工作。

目前國(guó)內(nèi)外活塞式高壓空壓機(jī)使用環(huán)境溫度大多在-10～50℃。而空壓機(jī)只要滿足啟動(dòng)要求，正常工作時(shí)受環(huán)境溫度影響不大。為此，針對(duì)-40℃的環(huán)境，空壓機(jī)內(nèi)部特別增加了潤(rùn)滑油低溫加熱棒，環(huán)境溫度低于0℃時(shí)自動(dòng)補(bǔ)償預(yù)熱，滿足啟動(dòng)條件后給出啟動(dòng)信號(hào)再啟動(dòng)空壓機(jī)。

為保證氣源車在高溫下的正常工作，氣源車?yán)门擉w內(nèi)的空間和布局特點(diǎn)，形成了如圖4所示的散熱空氣流通道，便于高溫時(shí)空氣的流通，降低艙內(nèi)的工作溫度。艙體前部的發(fā)電機(jī)上方還設(shè)計(jì)了軸流風(fēng)機(jī)，有效解決了發(fā)電機(jī)局部溫度聚集時(shí)的散熱問題。并且高壓空壓機(jī)采用變頻啟動(dòng)模式，節(jié)約能耗，減少了啟動(dòng)電流和整個(gè)電路的負(fù)荷發(fā)熱量。

圖4 寬溫型高壓氣源車散熱氣流示意圖

為了確保設(shè)備穩(wěn)定的工作環(huán)境，在發(fā)電機(jī)的散熱通道上設(shè)置有三通式轉(zhuǎn)換風(fēng)道，高溫時(shí)關(guān)閉內(nèi)部通風(fēng)口，直接對(duì)外散熱。低溫時(shí)切換風(fēng)道口對(duì)內(nèi)供熱，如圖4箭頭所示。

排污管結(jié)冰也是低溫環(huán)境下常見的設(shè)備故障原因，采用外部加熱帶并加大管路通徑的方式進(jìn)行處理。

4 測(cè)試

樣機(jī)設(shè)計(jì)完成并制造了實(shí)物氣源車后，進(jìn)行了一系列實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其適用性和實(shí)用性。 首先在低溫下啟動(dòng)發(fā)電機(jī)后，關(guān)閉氣源車兩側(cè)的卷簾門，經(jīng)過20min的增溫，艙內(nèi)的溫度平均增加了約15～20℃，使空壓機(jī)和干燥器在低溫下的自加熱啟動(dòng)時(shí)間減少約20min，整車運(yùn)行平穩(wěn)。

高溫下打開兩側(cè)的卷簾門，開啟冷卻器，整車運(yùn)行并將15只氣瓶組打滿后，設(shè)備內(nèi)保持與外界不大于10℃的溫差，說明散熱效果良好。

在氣源車移動(dòng)性能測(cè)試中，經(jīng)距離約2 000km的運(yùn)輸后，開機(jī)運(yùn)行氣源車，各設(shè)備整車工作。說明寬溫型高壓氣源車的設(shè)計(jì)滿足使用要求，也為高壓空氣站的設(shè)計(jì)和應(yīng)用提供了良好的實(shí)例。

5 結(jié)束語

寬溫型高壓氣源車解決了廠房高壓空氣站使用的局限性，并且實(shí)現(xiàn)了在苛刻環(huán)境下的工作要求，可根據(jù)要求配備壓力調(diào)節(jié)、流量控制及露點(diǎn)測(cè)試等功能，達(dá)到一機(jī)多用的目的，而且使用方便的寬溫型高壓氣源車占地小、移動(dòng)性能好且工作壓力高。

目前，還沒有高壓壓縮空氣站的設(shè)計(jì)規(guī)范，寬溫型高壓氣源車的設(shè)計(jì)和使用經(jīng)驗(yàn)對(duì)高壓壓縮空氣站的設(shè)計(jì)規(guī)范出臺(tái)有借鑒意義，對(duì)提高我國(guó)的高壓氣動(dòng)設(shè)備的廣泛應(yīng)用有積極作用。

[1] 于祥春,關(guān)敬民,孔凡旭,等.船用壓載空氣壓縮機(jī)控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].化工自動(dòng)化及儀表,2015,42(4):370～373.

[2] 黎海蛟.氣源凈化系統(tǒng)設(shè)計(jì)中若干問題的討論[J].化工自動(dòng)化及儀表,1995,22(6):40～45.

[3] 張志恒,程宏杰,張和平,等.船用壓縮空氣站的設(shè)計(jì)[J].流體機(jī)械,2005,33(12):23～26.

[4] 壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)編寫組.壓縮空氣站設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1993.

[5] 路甬祥.液壓氣動(dòng)技術(shù)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003.