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1.壓縮空氣的使用
1.1 壓縮空氣的優(yōu)點(diǎn)
由于壓縮空氣具有下列的特點(diǎn)，所以被廣泛使用在工業(yè)各個(gè)領(lǐng)域及輪胎行業(yè)。
（1）可以按需要很容易地貯存大容量的壓縮空氣；
（2）設(shè)計(jì)和控制簡單，與氣動(dòng)控制的自動(dòng)控制系統(tǒng)配合簡單；
（3）氣動(dòng)元件易于實(shí)現(xiàn)無級(jí)調(diào)速的直線和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)；
（4）壓縮空氣的主要生產(chǎn)成本就是空氣壓縮機(jī)的運(yùn)行費(fèi)用及設(shè)備折舊，整套裝置費(fèi)用較低，所以運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用較低；
（5）氣動(dòng)元件價(jià)格合適且有很長的工作壽命，所以系統(tǒng)有很高的可靠性；
（6）壓縮空氣在很大程度上不受高溫、灰塵、腐蝕的影響，對(duì)惡劣環(huán)境的適應(yīng)性較強(qiáng)，這一點(diǎn)是其他介質(zhì)所不能比的；
（7）氣動(dòng)元件是清潔的，且有特殊的排出空氣處理方法，對(duì)環(huán)境污染少；
（8 ）壓縮空氣在危險(xiǎn)地區(qū)不會(huì)引起火災(zāi)；若系統(tǒng)過載，執(zhí)行元件只會(huì)停車或打滑，其安全性能較好。
1.2 輪胎廠對(duì)壓縮空氣的要求
輪胎廠對(duì)壓縮空氣的要求可分為以下幾個(gè)方面：
（1）壓力的要求。根據(jù)工序的不同要求，在生產(chǎn)輪胎的任何工序、任何需要壓縮空氣的地方，對(duì)壓縮空氣的壓力都是有要求的。在實(shí)際使用時(shí)，必須滿足壓縮空氣的要求壓力。如果壓力過低，就達(dá)不到以壓縮空氣的壓力產(chǎn)生作用力的要求；相反，如果壓力過高，則會(huì)對(duì)設(shè)備或執(zhí)行元件容易造成損害。
（2）流量的要求。在實(shí)際使用壓縮空氣的場(chǎng)合，對(duì)壓縮空氣的流量也是有要求的，其流量的大小應(yīng)與需要相匹配。如果流量過小，就不會(huì)達(dá)到以壓縮空氣的流量產(chǎn)生速度的要求；
相反，如果流量過大，則相應(yīng)的速度就會(huì)過快，不但存在不安全因素，而且還會(huì)造成壓縮空氣的浪費(fèi)。
（3）干燥度（即含水量或露點(diǎn)溫度）的要求。輪胎生產(chǎn)的不同工藝和工序?qū)嚎s空氣的露點(diǎn)溫度要求也不同，在多數(shù)場(chǎng)合，對(duì)壓縮空氣的露點(diǎn)溫度要求在 0 ℃以上就已足夠。壓縮空氣的露點(diǎn)要求通常由干燥機(jī)來實(shí)現(xiàn)。在輪胎生產(chǎn)的過程中，炭黑輸送和胎面吹風(fēng)等工序?qū)嚎s空氣的干燥度要求較高。
（4）清潔度的要求。這是對(duì)壓縮空氣的品質(zhì)要求，相對(duì)比較復(fù)雜，要求壓縮空氣中的固體物、油霧、微生物、有害氣體等不能超出規(guī)定的范圍。要達(dá)到清潔度的要求，一般由壓縮
空氣過濾器、油霧分離器等裝置來完成。
1.3 輪胎廠壓縮空氣的使用和管理
在輪胎生產(chǎn)的各個(gè)工序都需用壓縮空氣，以達(dá)到不同的目的。
1.3.1 煉膠工序
在 煉 膠 工 序 ，壓 縮 空 氣 主 要 用 在 炭 黑 輸送，密煉機(jī)上、下頂栓的動(dòng)作，膠片浸泡隔離劑后的吹干以及氣動(dòng)元件的動(dòng)作等。
在炭黑輸送及氣動(dòng)元件的操作時(shí)，壓縮空氣必須干燥、清潔、壓力穩(wěn)定。這就要求氣力系統(tǒng)中，必須配置空氣吸附干燥器或冷凍式干燥器，并安裝容積合適的儲(chǔ)氣罐，這樣才能保
證輸送管道的噴嘴及氣動(dòng)元件不易堵塞、炭黑輸送暢通。在炭黑輸送時(shí)，炭黑壓送罐和日儲(chǔ)斗的壓力調(diào)整一定要合適，做到壓送罐正壓輸送、日儲(chǔ)斗負(fù)壓牽引的要求；超高壓要及時(shí)報(bào)警，以免因輸送壓力過高引起炭黑噴罐或堵塞管道。
對(duì)密煉機(jī)上、下頂栓的動(dòng)作及膠片浸泡隔離劑后的吹干所用的壓縮空氣，應(yīng)保證其壓力穩(wěn)定、流量合適。若流量過小，膠片表面的隔離劑殘液會(huì)吹不干凈；流量過大，則不但造成
壓縮空氣的浪費(fèi)，還有可能造成膠片易粘連。
壓力不穩(wěn)定會(huì)造成密煉機(jī)上、下頂栓的速度及壓力不一致，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行及膠料質(zhì)量都會(huì)產(chǎn)生一定的影響。煉膠時(shí)要求密煉機(jī)上頂栓必須達(dá)到規(guī)定的壓力，因此上頂栓風(fēng)缸的直徑較大。同時(shí)由于在一個(gè)煉膠周期內(nèi)上頂栓要起落數(shù)次，上頂栓的用風(fēng)量比較大。為節(jié)約壓縮空氣，可對(duì)上頂栓控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，對(duì)壓縮空氣進(jìn)行部分回收。具體做法是：在上頂栓的升、降管路上各增加 1 套單向閥組，將上頂栓在上升和下降時(shí)排出的壓縮空氣，利用上頂栓氣缸內(nèi)的壓力差分別進(jìn)入相反的氣缸內(nèi)，到壓力接近時(shí)停止進(jìn)氣，再靠氣力系統(tǒng)的壓縮空氣完成相關(guān)的動(dòng)作，這樣可以節(jié)省 25% 左右的壓縮空氣，而且可以降低壓縮空氣在排放時(shí)的噪音 。
1.3.2 壓延壓出工序
在壓延工序，壓縮空氣主要用在氣動(dòng)元件動(dòng)作的執(zhí)行方面，只要壓力、流量合適即可。
在壓出工序，壓縮空氣主要用于經(jīng)冷卻水槽浸泡或噴淋后的胎面吹干、氣動(dòng)元件動(dòng)作的執(zhí)行等。胎面吹干所用的壓縮空氣必須清潔、干燥，不能含有油、水或其他雜質(zhì)，以免在胎
面使用時(shí)產(chǎn)生隔離作用。氣動(dòng)元件所用的壓縮空氣除要求清潔外，還要求壓力和流量必須穩(wěn)定，以保證氣動(dòng)元件動(dòng)作的準(zhǔn)確性。為此，可在氣力系統(tǒng)上增加一套儲(chǔ)氣過濾器即可滿足使用要求。
1.3.3 成型工序
在成型工序，壓縮空氣的用途比較廣泛，在臥式裁斷機(jī)、立式裁斷機(jī) / 多刀縱裁機(jī)、鋼絲圈包布機(jī)、層布貼合機(jī)、輪胎成型機(jī)等設(shè)備上都需要壓縮空氣，有的是用作動(dòng)力，有的是用作氣動(dòng)元件的執(zhí)行。
對(duì)臥式裁斷機(jī)、立式裁斷機(jī) / 多刀縱裁機(jī)等設(shè)備，主要用在無桿風(fēng)缸及氣動(dòng)元件的動(dòng)作上，要求壓縮空氣必須清潔、無雜質(zhì)，壓力和流量穩(wěn)定，以保證無桿風(fēng)缸和氣動(dòng)元件動(dòng)作的正常。
對(duì)鋼絲圈包布機(jī)和層布貼合機(jī)等設(shè)備，主要利用壓縮空氣使風(fēng)缸產(chǎn)生壓力，完成鋼絲圈包布和層布貼合等工序。
對(duì)輪胎成型機(jī)則主要用在簾布筒擴(kuò)布器、成型棒風(fēng)筒、正包器、下壓輥、后壓輥等部位，要求壓縮空氣流量和壓力必須穩(wěn)定。簾布筒擴(kuò)布器在動(dòng)作時(shí)，所用的壓縮空氣不能含油、水等雜質(zhì)，以免在成型時(shí)造成簾布筒之間的隔離。
為達(dá)到成型機(jī)的使用要求，可在氣力系統(tǒng)上增加一套過濾器及儲(chǔ)氣罐。
1.3.4 硫化工序
在硫化工序，壓縮空氣主要用于胎坯的定型，輪胎硫化后的充氣冷卻以及氣動(dòng)元件的控制等。在空氣定型機(jī)上對(duì)胎坯定型時(shí)，要求壓縮空氣除壓力穩(wěn)定外，還應(yīng)同時(shí)保證流量，以
便于胎坯在定型時(shí)膠料和簾布得到充分的舒展。如果壓力太低或流量太小，容易造成胎坯定型不充分，在硫化時(shí)出現(xiàn)缺膠、起褶等缺陷的幾率會(huì)增加。
硫化機(jī)用壓縮空氣的壓力一般分 3 類，儀表控制用壓縮空氣為 0.343 MPa 左右，動(dòng)力用壓縮空氣為 0.686 MPa 左右，后充器用壓縮空氣為0.98 MPa 左右?？梢愿鶕?jù)壓縮空氣用量和供應(yīng)情況，按壓力等級(jí)單獨(dú)敷設(shè)管道或?qū)⒏邏猴L(fēng)降壓后使用。為保證壓縮空氣壓力的穩(wěn)定，特別是減少后充器用壓縮空氣壓力的波動(dòng)，可在壓縮空氣管網(wǎng)中加設(shè)容積合適的儲(chǔ)氣罐。其容積大小可以根據(jù)氣態(tài)方程以及進(jìn)氣壓力、使用壓力和瞬間zui大用氣量等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算確定。
1.3.5 內(nèi)胎工序
在內(nèi)胎工序，主要用于內(nèi)胎的壓出冷卻吹干、定型、氣動(dòng)元件的控制等。在內(nèi)胎定型時(shí)，要適當(dāng)控制壓縮空氣的流量，以免流量過大，使內(nèi)胎半成品膨脹太快而造成內(nèi)胎硫化后厚薄不均。
2.壓縮空氣的計(jì)量
為規(guī)范能源管理，降低能耗成本，必須取得準(zhǔn)確的考核數(shù)據(jù)。而準(zhǔn)確的考核數(shù)據(jù)又與科學(xué)的計(jì)量方法分不開。對(duì)壓縮空氣的計(jì)量，由于是壓縮性流體，要求儀表必須將工作狀況下
的體積流量換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況下的對(duì)應(yīng)體積流量。為此，我們對(duì)壓縮空氣的計(jì)量摸索了許多方法，經(jīng)反復(fù)比較，采用了壓縮空氣流量計(jì)對(duì)壓縮空氣進(jìn)行計(jì)量。經(jīng)過幾年的使用，效果比較理想。
2.1 壓縮空氣流量計(jì)的基本特點(diǎn)
（1）結(jié)構(gòu)簡單，無可動(dòng)部件，使用壽命長，便于安裝和維修；
（2）檢測(cè)元件封裝在探頭中，與被測(cè)介質(zhì)不接觸，對(duì)被測(cè)介質(zhì)要求不高，工作穩(wěn)定可靠；
（3）輸出脈沖信號(hào)與流量呈線性關(guān)系，其頻率與流速成正比；
（4）輸出脈沖信號(hào)不受流體的溫度、壓力、密度、成分、粘度、導(dǎo)電率等的影響；
（5）與孔板、渦輪流量計(jì)相比較，壓力損失小，節(jié)能*，量程比寬。
2.2 壓縮空氣流量計(jì)的工作原理
在管道流體內(nèi)放置一非流線型物體，會(huì)在物體的后面發(fā)生一個(gè)規(guī)則的振蕩運(yùn)動(dòng)，即在物體 2 側(cè)交替地形成旋渦，并隨著流體運(yùn)動(dòng)。其結(jié)果是在物體后面形成 2 列非對(duì)稱的旋渦列，稱為卡門渦列。一側(cè)旋渦頻率與流體流速成正比，與非流線型物體的寬度成反比。
表達(dá)式為 ： f=S t ×v/d （1）
式中：
f ——側(cè)卡門旋渦頻率；
St——斯特勞哈爾數(shù)；
V ——流體平均流速；
d ——非流線型物體的寬度或直徑。
斯特勞哈爾數(shù)是無因次量綱數(shù)，是壓縮空氣流量計(jì)的重要系數(shù)。它與雷諾數(shù) R e 的關(guān)系如圖 1所示。當(dāng)柱體的幾何形狀一定時(shí)，在一定的雷諾范圍內(nèi)，St是一個(gè)常數(shù)（線性范圍內(nèi)） ，例如對(duì)于三角柱，S t =0.17。
由于在一定的雷諾數(shù)區(qū)域內(nèi)，St為一常數(shù)，所以從流量方程式可知，體積流量與頻率之間呈線性關(guān)系。
2.3 流量測(cè)量系統(tǒng)的選擇、 安裝和調(diào)試
依據(jù)我公司壓縮空氣管網(wǎng)布局圖，并通過咨詢生產(chǎn)壓縮空氣流量計(jì)的廠家，經(jīng)過比質(zhì)比價(jià), 我們采用了威海三新智能儀表有限公司生產(chǎn)的LUGB2 型渦街流量傳感器，及 LXJ- Ⅲ型定值補(bǔ)償流量積算儀共同組成的渦街流量測(cè)量系統(tǒng)。
2.3.1 系統(tǒng)組成
測(cè)量系統(tǒng)儀表主要由表體、旋渦發(fā)生體、檢測(cè)探頭、轉(zhuǎn)換器、屏蔽罩組成。該型號(hào)的檢測(cè)探頭與旋渦發(fā)生體分離，抗振能力強(qiáng)，壓電晶體封裝件可拆卸，可進(jìn)行不斷流維修。安裝
完畢后，只須進(jìn)行簡單的調(diào)試就可穩(wěn)定運(yùn)行。
2.3.2 安裝與接線
安裝結(jié)構(gòu)圖如圖 2 所示。
安裝時(shí)可按下列步驟進(jìn)行安裝：
（1）將法蘭焊接在前后直管段上。檢查管內(nèi)是否有凸出部分，要保持管內(nèi)光滑無雜物；
（2 ）法蘭的凹槽內(nèi)裝上石棉密封墊；
（3）將測(cè)量儀表夾裝在焊有法蘭的前后直管段上，并檢查流量方向是否正確；
（4）把裝好儀表的前后直管段通過法蘭盤分別用雙頭螺栓固定在被測(cè)量的管道上。
儀表安裝完畢后，就可以進(jìn)行接線。傳感器為三線制；電源線提供電源電壓，電壓為+5~+12 V 均可工作；信號(hào)線輸出脈沖，地線為公用地線；與流量積算儀連接時(shí)，應(yīng)采用屏蔽電纜。
2.3.3 參數(shù)確定
（1 ）儀表常數(shù) K
流經(jīng)傳感器單位體積流量所產(chǎn)生的脈沖數(shù)稱為儀表常數(shù)，儀表常數(shù) K 由生產(chǎn)廠家實(shí)際測(cè)定后直接給出。
（2 ）空氣壓縮系數(shù) Km對(duì)壓縮性流體進(jìn)行流量測(cè)量，應(yīng)將工作狀況下的體積流量（Qg ）換算成標(biāo)準(zhǔn)狀況（壓力P = 0.101 325 MPa，溫度 t = 20 ℃）下的對(duì)應(yīng)體積流量（Q ） 。如果壓縮空氣的工作壓力為 Pg ，環(huán)境溫度為 tg ，根據(jù)氣體方程得：Q(273.15+t g )P =Q g (273.15+t)·(P+P g )那么空氣壓縮系數(shù) Km = Q/ Q g =(273.15+t )(P+P g )/(273.15+t g )P例如當(dāng) P g = 0.686 MPa，t g =40 ℃時(shí)，0.98 MPaK m =[(273.15+20)×(0.101 325+0.686)]/[0.101 325×(273.15+40)]≈ 7.274當(dāng) P g =0.98 MPa，t g = 40 ℃時(shí)，K m =[(273.15+20)×(0.101 325+0.98)]/[0.101 325×(273.15+40)]≈ 9.990（3）儀表參數(shù) K1因?yàn)閮x表采用公式 Q=3 600 f/K 進(jìn)行積算，在測(cè)量不可壓縮流體時(shí)直接將儀表常數(shù)置入?yún)?shù) K1就可進(jìn)行積算。現(xiàn)在用來測(cè)壓縮空氣，須將儀表常數(shù)進(jìn)行換算，即用儀表常數(shù) K 與壓縮系數(shù) Km 的比值置入?yún)?shù) K 1進(jìn)行積算，得到標(biāo)準(zhǔn)狀況下的體積流量。
2.3.4 調(diào)試
調(diào)試前先檢查傳感器流量方向與管道內(nèi)壓縮空氣流向是否一致，傳感器放大板與流量積算儀接線是否正確，電源線連接是否可靠，特別是儀表的接地線應(yīng)注意與儀表外殼和管道連
接，以消除外界的干擾。各項(xiàng)工作檢查無誤后，即可進(jìn)行調(diào)試。調(diào)試時(shí)，使用通用示波器作為調(diào)試儀器。在管道中通入壓縮空氣，調(diào)節(jié)閥門使流量減少，大體在量程的 10%~20%。調(diào)節(jié)電位器 W1，如圖 3 所示，使放大器放大倍數(shù)適當(dāng)。調(diào)節(jié)觸發(fā)靈敏度電位器 W 2，使之無增波和掉波，見圖 4。再調(diào)節(jié)閥門使流量為零時(shí)應(yīng)無波形輸出。調(diào)節(jié)完畢即可投入試運(yùn)行。
2.3.5 示值誤差調(diào)整
壓縮空氣流量計(jì)在投入試運(yùn)行后，從使用情況看效果比較好，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，儀表沒有出現(xiàn)故障。但是通過對(duì)所測(cè)得的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、比對(duì)，發(fā)現(xiàn)儀表誤差較大。為此我們利用示波器再對(duì)放大器進(jìn)行檢測(cè)，發(fā)現(xiàn)放大器存在有增波、掉波現(xiàn)象。這是由于放大器觸發(fā)電平調(diào)整不當(dāng)所致。通過調(diào)整觸發(fā)靈敏度電位器 W 2，使放大器輸出正確波形，我們重新按以下方式進(jìn)行了調(diào)試。
（1）關(guān)閉閥門，使管道內(nèi)無壓縮空氣流動(dòng)，流量積算儀瞬時(shí)流量顯示應(yīng)為零，累計(jì)值無變化；用木塊輕敲管道，此時(shí)瞬時(shí)流量有微小變化，瞬即消失，即可以認(rèn)為正常。
（2）調(diào)節(jié)閥門使管道中壓縮空氣流量大體在量程的 10%~20%，觀察輸出波形是否正常；若不正常則調(diào)節(jié)觸發(fā)靈敏度電位器 W 2，使之無增波和掉波；再調(diào)節(jié)閥門使流量為零時(shí)，應(yīng)無波形輸出。放大器在下*程工作正常。
（3）調(diào)節(jié)閥門使管道中通入正常流量壓縮空氣后，檢測(cè)放大器輸出方波脈沖信號(hào)，顯示儀表的指示值與實(shí)際流量的變化相對(duì)應(yīng)，當(dāng)穩(wěn)定在某*量時(shí)，瞬時(shí)流量指示平穩(wěn)，無突跳忽高忽低現(xiàn)象，示波器觀察波形正常，則放大器工作正常。
調(diào)節(jié)完畢，再次投入運(yùn)行，經(jīng)數(shù)據(jù)分析后證實(shí)，問題得到解決。
2.4 使用效果評(píng)價(jià)
壓縮空氣流量計(jì)自投入使用以來，通過對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、對(duì)比，我們認(rèn)為達(dá)到了使用要求。由于我們地處北方，冬夏氣溫變化較大，對(duì)壓縮空氣流量計(jì)的測(cè)量數(shù)據(jù)有一定的影響。但是在我們摸索出規(guī)律后，依據(jù)冬夏季節(jié)環(huán)境溫度的變化對(duì)儀表參數(shù)作了適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，測(cè)量數(shù)據(jù)基本達(dá)到穩(wěn)定可靠。
我公司現(xiàn)在已經(jīng)配備了 16 臺(tái)壓縮空氣流量計(jì)，使用情況比較穩(wěn)定，故障率很低，只做一些簡單的維護(hù)即可，基本達(dá)到了長周期、高精度運(yùn)行。通過對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行認(rèn)真的分析，我們制定了較為科學(xué)合理的壓縮空氣消耗定額考核指標(biāo)，為規(guī)范能源管理，降低能耗成本、提高經(jīng)濟(jì)效益打下了基礎(chǔ)。
由于自身具有的特點(diǎn)，使壓縮空氣的使用范圍比較普遍。在生產(chǎn)過程中，由于壓縮空氣生產(chǎn)簡單，各企業(yè)對(duì)壓縮機(jī)的配置、運(yùn)行控制以及管道的敷設(shè)等方面都不同程度地存在一些
問題，從而影響著壓縮空氣的生產(chǎn)成本；在使用過程中，由于壓縮空氣無色無味、泄漏后不易發(fā)現(xiàn)，還存在浪費(fèi)和回收不到位的現(xiàn)象，從而造成壓縮空氣的使用效果不理想；而對(duì)壓縮空氣的計(jì)量如何服務(wù)于企業(yè)的管理和考核，相比而言需要做的工作更多。這些問題解決的好，就會(huì)在無形中降低能耗成本并能提高企業(yè)的管理水平；相反，如果這些問題不被重視或處理的不好，就會(huì)使能耗成本上升，而且不利于企業(yè)的管理和考核。因此，如何以zui低的成本生產(chǎn)壓縮空氣、以*的效果使用和管理壓縮空氣、以zui科學(xué)的方法計(jì)量壓縮空氣就是每個(gè)輪胎廠時(shí)刻關(guān)注和控制的問題。當(dāng)然，本文中的觀點(diǎn)只是作者將在工作中所觀察到的現(xiàn)象和所做的一些工作加以總結(jié)而得到的，不一定正確或全面，僅供同行參考。
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