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轮胎厂压缩空气的生产使用与计量
点击次数:559 发布时间:2015-08-19

1.压缩空气的使用
1.1 压缩空气的优点
由于压缩空气具有下列的特点,所以被广泛使用在工业各个领域及轮胎行业。
(1)可以按需要很容易地贮存大容量的压缩空气;
(2)设计和控制简单,与气动控制的自动控制系统配合简单;
(3)气动元件易于实现无级调速的直线和回转运动;
(4)压缩空气的主要生产成本就是空气压缩机的运行费用及设备折旧,整套装置费用较低,所以运行、维护费用较低;
(5)气动元件价格合适且有很长的工作寿命,所以系统有很高的可靠性;
(6)压缩空气在很大程度上不受高温、灰尘、腐蚀的影响,对恶劣环境的适应性较强,这一点是其他介质所不能比的;
(7)气动元件是清洁的,且有特殊的排出空气处理方法,对环境污染少;
(8 )压缩空气在危险地区不会引起火灾;若系统过载,执行元件只会停车或打滑,其安全性能较好。
1.2 轮胎厂对压缩空气的要求
轮胎厂对压缩空气的要求可分为以下几个方面:
(1)压力的要求。根据工序的不同要求,在生产轮胎的任何工序、任何需要压缩空气的地方,对压缩空气的压力都是有要求的。在实际使用时,必须满足压缩空气的要求压力。如果压力过低,就达不到以压缩空气的压力产生作用力的要求;相反,如果压力过高,则会对设备或执行元件容易造成损害。
(2)流量的要求。在实际使用压缩空气的场合,对压缩空气的流量也是有要求的,其流量的大小应与需要相匹配。如果流量过小,就不会达到以压缩空气的流量产生速度的要求;
相反,如果流量过大,则相应的速度就会过快,不但存在不安全因素,而且还会造成压缩空气的浪费。
(3)干燥度(即含水量或露点温度)的要求。轮胎生产的不同工艺和工序对压缩空气的露点温度要求也不同,在多数场合,对压缩空气的露点温度要求在 0 ℃以上就已足够。压缩空气的露点要求通常由干燥机来实现。在轮胎生产的过程中,炭黑输送和胎面吹风等工序对压缩空气的干燥度要求较高。
(4)清洁度的要求。这是对压缩空气的品质要求,相对比较复杂,要求压缩空气中的固体物、油雾、微生物、有害气体等不能超出规定的范围。要达到清洁度的要求,一般由压缩
空气过滤器、油雾分离器等装置来完成。
1.3 轮胎厂压缩空气的使用和管理
在轮胎生产的各个工序都需用压缩空气,以达到不同的目的。
1.3.1 炼胶工序
在 炼 胶 工 序 ,压 缩 空 气 主 要 用 在 炭 黑 输送,密炼机上、下顶栓的动作,胶片浸泡隔离剂后的吹干以及气动元件的动作等。
在炭黑输送及气动元件的操作时,压缩空气必须干燥、清洁、压力稳定。这就要求气力系统中,必须配置空气吸附干燥器或冷冻式干燥器,并安装容积合适的储气罐,这样才能保
证输送管道的喷嘴及气动元件不易堵塞、炭黑输送畅通。在炭黑输送时,炭黑压送罐和日储斗的压力调整一定要合适,做到压送罐正压输送、日储斗负压牵引的要求;超高压要及时报警,以免因输送压力过高引起炭黑喷罐或堵塞管道。
对密炼机上、下顶栓的动作及胶片浸泡隔离剂后的吹干所用的压缩空气,应保证其压力稳定、流量合适。若流量过小,胶片表面的隔离剂残液会吹不干净;流量过大,则不但造成
压缩空气的浪费,还有可能造成胶片易粘连。
压力不稳定会造成密炼机上、下顶栓的速度及压力不一致,对设备的正常运行及胶料质量都会产生一定的影响。炼胶时要求密炼机上顶栓必须达到规定的压力,因此上顶栓风缸的直径较大。同时由于在一个炼胶周期内上顶栓要起落数次,上顶栓的用风量比较大。为节约压缩空气,可对上顶栓控制系统进行改造,对压缩空气进行部分回收。具体做法是:在上顶栓的升、降管路上各增加 1 套单向阀组,将上顶栓在上升和下降时排出的压缩空气,利用上顶栓气缸内的压力差分别进入相反的气缸内,到压力接近时停止进气,再靠气力系统的压缩空气完成相关的动作,这样可以节省 25% 左右的压缩空气,而且可以降低压缩空气在排放时的噪音 。
1.3.2 压延压出工序
在压延工序,压缩空气主要用在气动元件动作的执行方面,只要压力、流量合适即可。
在压出工序,压缩空气主要用于经冷却水槽浸泡或喷淋后的胎面吹干、气动元件动作的执行等。胎面吹干所用的压缩空气必须清洁、干燥,不能含有油、水或其他杂质,以免在胎
面使用时产生隔离作用。气动元件所用的压缩空气除要求清洁外,还要求压力和流量必须稳定,以保证气动元件动作的准确性。为此,可在气力系统上增加一套储气过滤器即可满足使用要求。
1.3.3 成型工序
在成型工序,压缩空气的用途比较广泛,在卧式裁断机、立式裁断机 / 多刀纵裁机、钢丝圈包布机、层布贴合机、轮胎成型机等设备上都需要压缩空气,有的是用作动力,有的是用作气动元件的执行。
对卧式裁断机、立式裁断机 / 多刀纵裁机等设备,主要用在无杆风缸及气动元件的动作上,要求压缩空气必须清洁、无杂质,压力和流量稳定,以保证无杆风缸和气动元件动作的正常。
对钢丝圈包布机和层布贴合机等设备,主要利用压缩空气使风缸产生压力,完成钢丝圈包布和层布贴合等工序。
对轮胎成型机则主要用在帘布筒扩布器、成型棒风筒、正包器、下压辊、后压辊等部位,要求压缩空气流量和压力必须稳定。帘布筒扩布器在动作时,所用的压缩空气不能含油、水等杂质,以免在成型时造成帘布筒之间的隔离。
为达到成型机的使用要求,可在气力系统上增加一套过滤器及储气罐。
1.3.4 硫化工序
在硫化工序,压缩空气主要用于胎坯的定型,轮胎硫化后的充气冷却以及气动元件的控制等。在空气定型机上对胎坯定型时,要求压缩空气除压力稳定外,还应同时保证流量,以
便于胎坯在定型时胶料和帘布得到充分的舒展。如果压力太低或流量太小,容易造成胎坯定型不充分,在硫化时出现缺胶、起褶等缺陷的几率会增加。
硫化机用压缩空气的压力一般分 3 类,仪表控制用压缩空气为 0.343 MPa 左右,动力用压缩空气为 0.686 MPa 左右,后充器用压缩空气为0.98 MPa 左右。可以根据压缩空气用量和供应情况,按压力等级单独敷设管道或将高压风降压后使用。为保证压缩空气压力的稳定,特别是减少后充器用压缩空气压力的波动,可在压缩空气管网中加设容积合适的储气罐。其容积大小可以根据气态方程以及进气压力、使用压力和瞬间zui大用气量等参数进行计算确定。
1.3.5 内胎工序
在内胎工序,主要用于内胎的压出冷却吹干、定型、气动元件的控制等。在内胎定型时,要适当控制压缩空气的流量,以免流量过大,使内胎半成品膨胀太快而造成内胎硫化后厚薄不均。
2.压缩空气的计量
为规范能源管理,降低能耗成本,必须取得准确的考核数据。而准确的考核数据又与科学的计量方法分不开。对压缩空气的计量,由于是压缩性流体,要求仪表必须将工作状况下
的体积流量换算成标准状况下的对应体积流量。为此,我们对压缩空气的计量摸索了许多方法,经反复比较,采用了压缩空气流量计对压缩空气进行计量。经过几年的使用,效果比较理想。
2.1 压缩空气流量计的基本特点
(1)结构简单,无可动部件,使用寿命长,便于安装和维修;
(2)检测元件封装在探头中,与被测介质不接触,对被测介质要求不高,工作稳定可靠;
(3)输出脉冲信号与流量呈线性关系,其频率与流速成正比;
(4)输出脉冲信号不受流体的温度、压力、密度、成分、粘度、导电率等的影响;
(5)与孔板、涡轮流量计相比较,压力损失小,节能效果显著,量程比宽。
2.2 压缩空气流量计的工作原理
在管道流体内放置一非流线型物体,会在物体的后面发生一个规则的振荡运动,即在物体 2 侧交替地形成旋涡,并随着流体运动。其结果是在物体后面形成 2 列非对称的旋涡列,称为卡门涡列。一侧旋涡频率与流体流速成正比,与非流线型物体的宽度成反比。
表达式为 : f=S t ×v/d (1)
式中:
f ——侧卡门旋涡频率;
St——斯特劳哈尔数;
V ——流体平均流速;
d ——非流线型物体的宽度或直径。
斯特劳哈尔数是无因次量纲数,是压缩空气流量计的重要系数。它与雷诺数 R e 的关系如图 1所示。当柱体的几何形状一定时,在一定的雷诺范围内,St是一个常数(线性范围内) ,例如对于三角柱,S t =0.17。
由于在一定的雷诺数区域内,St为一常数,所以从流量方程式可知,体积流量与频率之间呈线性关系。
2.3 流量测量系统的选择、 安装和调试
依据我公司压缩空气管网布局图,并通过咨询生产压缩空气流量计的厂家,经过比质比价, 我们采用了威海三新智能仪表有限公司生产的LUGB2 型涡街流量传感器,及 LXJ- Ⅲ型定值补偿流量积算仪共同组成的涡街流量测量系统。
2.3.1 系统组成
测量系统仪表主要由表体、旋涡发生体、检测探头、转换器、屏蔽罩组成。该型号的检测探头与旋涡发生体分离,抗振能力强,压电晶体封装件可拆卸,可进行不断流维修。安装
完毕后,只须进行简单的调试就可稳定运行。
2.3.2 安装与接线
安装结构图如图 2 所示。

安装时可按下列步骤进行安装:
(1)将法兰焊接在前后直管段上。检查管内是否有凸出部分,要保持管内光滑无杂物;
(2 )法兰的凹槽内装上石棉密封垫;
(3)将测量仪表夹装在焊有法兰的前后直管段上,并检查流量方向是否正确;
(4)把装好仪表的前后直管段通过法兰盘分别用双头螺栓固定在被测量的管道上。
仪表安装完毕后,就可以进行接线。传感器为三线制;电源线提供电源电压,电压为+5~+12 V 均可工作;信号线输出脉冲,地线为公用地线;与流量积算仪连接时,应采用屏蔽电缆。
2.3.3 参数确定
(1 )仪表常数 K
流经传感器单位体积流量所产生的脉冲数称为仪表常数,仪表常数 K 由生产厂家实际测定后直接给出。
(2 )空气压缩系数 Km对压缩性流体进行流量测量,应将工作状况下的体积流量(Qg )换算成标准状况(压力P = 0.101 325 MPa,温度 t = 20 ℃)下的对应体积流量(Q ) 。如果压缩空气的工作压力为 Pg ,环境温度为 tg ,根据气体方程得:Q(273.15+t g )P =Q g (273.15+t)·(P+P g )那么空气压缩系数 Km = Q/ Q g =(273.15+t )(P+P g )/(273.15+t g )P例如当 P g = 0.686 MPa,t g =40 ℃时,0.98 MPaK m =[(273.15+20)×(0.101 325+0.686)]/[0.101 325×(273.15+40)]≈ 7.274当 P g =0.98 MPa,t g = 40 ℃时,K m =[(273.15+20)×(0.101 325+0.98)]/[0.101 325×(273.15+40)]≈ 9.990(3)仪表参数 K1因为仪表采用公式 Q=3 600 f/K 进行积算,在测量不可压缩流体时直接将仪表常数置入参数 K1就可进行积算。现在用来测压缩空气,须将仪表常数进行换算,即用仪表常数 K 与压缩系数 Km 的比值置入参数 K 1进行积算,得到标准状况下的体积流量。
2.3.4 调试
调试前先检查传感器流量方向与管道内压缩空气流向是否一致,传感器放大板与流量积算仪接线是否正确,电源线连接是否可靠,特别是仪表的接地线应注意与仪表外壳和管道连
接,以消除外界的干扰。各项工作检查无误后,即可进行调试。调试时,使用通用示波器作为调试仪器。在管道中通入压缩空气,调节阀门使流量减少,大体在量程的 10%~20%。调节电位器 W1,如图 3 所示,使放大器放大倍数适当。调节触发灵敏度电位器 W 2,使之无增波和掉波,见图 4。再调节阀门使流量为零时应无波形输出。调节完毕即可投入试运行。
2.3.5 示值误差调整
压缩空气流量计在投入试运行后,从使用情况看效果比较好,数据稳定,仪表没有出现故障。但是通过对所测得的数据进行分析、比对,发现仪表误差较大。为此我们利用示波器再对放大器进行检测,发现放大器存在有增波、掉波现象。这是由于放大器触发电平调整不当所致。通过调整触发灵敏度电位器 W 2,使放大器输出正确波形,我们重新按以下方式进行了调试。
(1)关闭阀门,使管道内无压缩空气流动,流量积算仪瞬时流量显示应为零,累计值无变化;用木块轻敲管道,此时瞬时流量有微小变化,瞬即消失,即可以认为正常。
(2)调节阀门使管道中压缩空气流量大体在量程的 10%~20%,观察输出波形是否正常;若不正常则调节触发灵敏度电位器 W 2,使之无增波和掉波;再调节阀门使流量为零时,应无波形输出。放大器在下限量程工作正常。
(3)调节阀门使管道中通入正常流量压缩空气后,检测放大器输出方波脉冲信号,显示仪表的指示值与实际流量的变化相对应,当稳定在某*量时,瞬时流量指示平稳,无突跳忽高忽低现象,示波器观察波形正常,则放大器工作正常。
调节完毕,再次投入运行,经数据分析后证实,问题得到解决。
2.4 使用效果评价
压缩空气流量计自投入使用以来,通过对数据进行分析、对比,我们认为达到了使用要求。由于我们地处北方,冬夏气温变化较大,对压缩空气流量计的测量数据有一定的影响。但是在我们摸索出规律后,依据冬夏季节环境温度的变化对仪表参数作了适当的调整,测量数据基本达到稳定可靠。
我公司现在已经配备了 16 台压缩空气流量计,使用情况比较稳定,故障率很低,只做一些简单的维护即可,基本达到了长周期、高精度运行。通过对测量数据进行认真的分析,我们制定了较为科学合理的压缩空气消耗定额考核指标,为规范能源管理,降低能耗成本、提高经济效益打下了基础。
由于自身具有的特点,使压缩空气的使用范围比较普遍。在生产过程中,由于压缩空气生产简单,各企业对压缩机的配置、运行控制以及管道的敷设等方面都不同程度地存在一些
问题,从而影响着压缩空气的生产成本;在使用过程中,由于压缩空气无色无味、泄漏后不易发现,还存在浪费和回收不到位的现象,从而造成压缩空气的使用效果不理想;而对压缩空气的计量如何服务于企业的管理和考核,相比而言需要做的工作更多。这些问题解决的好,就会在无形中降低能耗成本并能提高企业的管理水平;相反,如果这些问题不被重视或处理的不好,就会使能耗成本上升,而且不利于企业的管理和考核。因此,如何以zui低的成本生产压缩空气、以zui佳的效果使用和管理压缩空气、以zui科学的方法计量压缩空气就是每个轮胎厂时刻关注和控制的问题。当然,本文中的观点只是作者将在工作中所观察到的现象和所做的一些工作加以总结而得到的,不一定正确或全面,仅供同行参考。

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