王麗霞 ,趙川野

(鄭州日產(chǎn)汽車有限公司 ,河南鄭州 451450)

部品返線烘干室的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

王麗霞 ,趙川野

(鄭州日產(chǎn)汽車有限公司 ,河南鄭州 451450)

通過設(shè)計(jì)合理的部品返線間歇式加熱烘干室,實(shí)現(xiàn)多種類、多顏色的返線部品在中面漆噴涂后的高溫固化,有效地提高中涂、面漆線體的生產(chǎn)能力。

熱風(fēng)對(duì)流 ;循環(huán)加熱 ;固化 ;烘干室

1引言

涂層的固化是涂裝生產(chǎn)過程中不可缺少的工序,所用裝備 (烘干室)是工業(yè)涂裝線的關(guān)鍵設(shè)備,其耗能量的大小直接影響涂裝成本。因此設(shè)計(jì)合理的油漆烘干室,是節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境、提高工件干燥效率的重要途徑。

熱風(fēng)加熱時(shí)利用強(qiáng)制對(duì)流循環(huán)熱風(fēng)對(duì)工件進(jìn)行加熱,它是工件涂層固化技術(shù)中使用最廣泛的應(yīng)用方式。循環(huán)熱風(fēng)對(duì)流烘干室的特征是可以均勻加熱幾何形狀和結(jié)構(gòu)復(fù)雜的工件,溫度范圍大,適合于各種涂料的干燥與固化,能確保烘干物的溫度分布非常均勻,而且設(shè)備使用與維護(hù)方便。返線部品主要是引擎蓋、前后車門、翼子板、后備門,由于外形較復(fù)雜,返線數(shù)量不確定,一般采用熱風(fēng)循環(huán)加熱。

2烘干室種類

烘干室按形狀分為通過式烘干室和間歇式烘干室。通過式烘干室可分為直通式和橋式兩種。一般地,直通式烘干室熱量外溢較大,但設(shè)備較矮;橋式烘干室較長(zhǎng),空間較高,但熱量外溢較少;間歇式烘干室一般適用于非流水式涂裝作業(yè),根據(jù)部品返線噴涂的特點(diǎn)及廠房條件的制約,將部品返線烘干室設(shè)計(jì)為間歇式熱風(fēng)循環(huán)加熱。

3熱風(fēng)循環(huán)烘干室

3.1循環(huán)空氣的加熱方式

熱風(fēng)循環(huán)固化設(shè)備一般按加熱空氣介質(zhì)的方式分為直接加熱和間接加熱兩種形式。直接加熱烘干室的工作原理是:燃料經(jīng)加熱器加熱后產(chǎn)生的高溫空氣與烘干室內(nèi)的循環(huán)空氣混合后經(jīng)送風(fēng)管送入烘干室內(nèi),對(duì)工件進(jìn)行加熱固化。由于燃料燃燒后產(chǎn)生的高溫空氣參與循環(huán),因此涂膜的品質(zhì)較低,適合于對(duì)工件涂膜烘干要求品質(zhì)不高的場(chǎng)合。如下頁(yè)圖1所示。間接加熱式熱風(fēng)循環(huán)固化設(shè)備的工作原理是:熱源經(jīng)熱交換后加熱烘干室內(nèi)的循環(huán)空氣,經(jīng)送風(fēng)管送入烘干室內(nèi)進(jìn)行熱風(fēng)對(duì)流循環(huán)加熱工件,此方式適合于在烘干品質(zhì)要求較高的場(chǎng)合。如下頁(yè)圖2所示。

3.2熱風(fēng)循環(huán)烘干室的主要結(jié)構(gòu)

一般烘干室由室本體、進(jìn)出口端部 (氣封室)、熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng) (含循環(huán)風(fēng)機(jī)、排風(fēng)風(fēng)機(jī)、循環(huán)風(fēng)管、吸風(fēng)口和吹風(fēng)口)、加熱器和溫度控制系統(tǒng)組成。

3.2.1烘干室室體

烘干室室體的主要特征是阻止烘干室內(nèi)熱空氣的散失及外界冷空氣的侵入,應(yīng)具有優(yōu)良的熱絕緣性、保溫性。因此烘干室結(jié)構(gòu)和性能的優(yōu)劣,直接影響涂層質(zhì)量和涂裝成本。根據(jù)返線部品需在 160℃高溫條件下進(jìn)行固化,因此間歇式烘干室的保溫層選用 100mm玻璃棉,內(nèi)壁板采用 1mm鍍鋅鋼板,外壁板選用 0.6mm鋼板,可用銀灰色或指定色涂裝。送風(fēng)管和吸風(fēng)管采用與內(nèi)壁板相同的鍍鋅鋼板。

3.2.2進(jìn)出口端部設(shè)計(jì)

由于烘干室有效空間的氣溫高于外界和周圍設(shè)備的溫度,因此烘干室的進(jìn)出口端是熱量浪費(fèi)的主要部分,從進(jìn)出口端逸出的熱量不僅造成了烘干室能耗的增加,而且也容易惡化車間的工作環(huán)境。為了防止熱空氣流失和冷空氣的進(jìn)入,烘干室內(nèi)工件的出入口部必須設(shè)置保溫裝置 (如氣溫室)。部品返線采用的是間歇式作業(yè),所以在烘干室出入口應(yīng)設(shè)置左右開的爐門 (此方式僅適用小批量的間歇式生產(chǎn))。

3.2.3熱風(fēng)循環(huán)系統(tǒng)

熱風(fēng)式烘干室是靠循環(huán)空氣的對(duì)流傳遞熱量,采取下部送風(fēng)、上部抽風(fēng),則風(fēng)管包括吸風(fēng)管和送風(fēng)管。考慮到制造和安裝的方便,室外部分為圓管,表面敷設(shè)保溫層,送風(fēng)管需要制成等截面的矩形風(fēng)管[1];同時(shí)送風(fēng)管各開口處設(shè)閘板,可保證烘干室內(nèi)各送風(fēng)口的風(fēng)量均勻。所以合理選擇循環(huán)風(fēng)管和烘干室內(nèi)壁的材料是至關(guān)重要的,目前鍍鋅鋼板是比較可靠理想的材料,其經(jīng)濟(jì)性也較好。

另外,防止涂膜表面出現(xiàn)顆粒,所使用的空氣過濾器應(yīng)使空氣含塵量達(dá)到 0.5mg/m3以下。一般來講,可采用干式纖維過濾器或黏性填充濾料過濾器。由于干式纖維過濾器的過濾精度較可靠,對(duì)涂層質(zhì)量要求較高的場(chǎng)合下是首選設(shè)備。此外,在循環(huán)風(fēng)機(jī)和加熱器之間應(yīng)及時(shí)排除烘干過程中產(chǎn)生的溶劑蒸氣和油煙,防止其污染烘干室內(nèi)壁及落在工件表面上造成漆膜弊病。

3.2.4循環(huán)空氣的加熱裝置

空氣加熱器按其采用的熱媒不同可以分為燃燒式空氣加熱器、蒸汽 (或熱水)式空氣加熱器以及電熱式空氣加熱器。其中燃燒式空氣加熱器可分為直接加熱式空氣加熱器和間接加熱式空氣加熱器。

直接加熱式空氣加熱器將燃油或燃?xì)馔ㄟ^燃燒器在燃燒室內(nèi)燃燒,把燃料燃燒后的生成物送入混合室,在混合室內(nèi)與來自烘干室的循環(huán)空氣混合,再經(jīng)循環(huán)風(fēng)機(jī)送往烘干室加熱工件涂層使之固化。直接加熱烘干室的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、熱損失小。缺點(diǎn)是熱量不易調(diào)節(jié),同時(shí)混合熱空氣中往往帶有煙塵,較多影響過濾器的使用壽命和涂層的質(zhì)量,一般用于烘干品質(zhì)要求不高的場(chǎng)合。如圖 3所示。間接加熱式空氣加熱器是熱源通過熱交換器加熱烘干室內(nèi)的循環(huán)空氣,然后通過循環(huán)風(fēng)機(jī)在烘干室內(nèi)進(jìn)行加熱工件涂層。間接加熱的熱風(fēng)循環(huán)烘干室相對(duì)直接加熱的熱風(fēng)循環(huán)烘干室,熱效率是直接加熱式的70%～80%,而且設(shè)備投資較高;但是其熱空氣比較清潔,占地面積相對(duì)較小,適合于外觀裝飾性要求較高的場(chǎng)合。如圖 4所示。

圖 3直接加熱式空氣加熱器

圖 4間接加熱式空氣加熱器

循環(huán)空氣的加熱裝置是熱風(fēng)循環(huán)式烘干室的重要組成部分。結(jié)合我廠生產(chǎn)條件,烘干室中吸出的熱空氣經(jīng)吸風(fēng)管送入過濾器及從空氣過濾器引進(jìn)的新鮮空氣相混合,混合的空氣經(jīng)間接加熱器加熱用風(fēng)機(jī)經(jīng)送風(fēng)管送入烘干室內(nèi),對(duì)工件涂層連續(xù)加熱[2]。

3.2.5烘干室的控溫系統(tǒng)

燃料型加熱器的控溫系統(tǒng)主要是通過調(diào)節(jié)加熱器熱量輸出來控制烘干室內(nèi)循環(huán)空氣溫度的恒定,通過選用適當(dāng)?shù)臏囟瓤刂品绞胶驮O(shè)置超溫報(bào)警裝置來確保烘干室的安全運(yùn)行。其中,在烘干室方面應(yīng)用較多的控制儀如比例控制儀,它能夠較好地改善溫度調(diào)節(jié)性能。根據(jù)返線部品需在 160℃條件下進(jìn)行高溫烘干,在其前后一定的比例范圍內(nèi)控制燃料管理燃燒狀態(tài),使溫度管理幅度小。

4部品返線烘干室的設(shè)計(jì)與計(jì)算

由于返線部品的數(shù)量具有不確定性,因此工件的傳送直接采用手推式進(jìn)入烘干爐,當(dāng)工件固化完全后,采用新制工裝將其拉出,無需考慮地面輸送鏈的形式。設(shè)計(jì)烘干條件時(shí),應(yīng)使烘干工件的溫度符合規(guī)定的溫度—時(shí)間曲線,過高過低都會(huì)影響干燥效率和漆膜質(zhì)量。

4.1烘干室的熱量計(jì)算

設(shè)計(jì)熱風(fēng)循環(huán)烘干室所需的熱量時(shí),應(yīng)首先計(jì)算升溫時(shí)間 (從啟動(dòng)到達(dá)設(shè)定溫度的時(shí)間)內(nèi)所需的熱量,和生產(chǎn)運(yùn)行每小時(shí)必要的熱量,根據(jù)計(jì)算結(jié)果決定加熱器的容量和循環(huán)風(fēng)機(jī)的容量。但是如果按理論計(jì)算熱功率很麻煩,且導(dǎo)熱、散熱、蓄熱等系數(shù)的范圍很大,也要按經(jīng)驗(yàn)來取。根據(jù)權(quán)威數(shù)據(jù)論證[3],當(dāng)爐溫為 180℃條件下,熱風(fēng)循環(huán)所需熱量Q=烘干室容積 ×3×860×4.18;在爐溫為 140℃條件下,所需熱量 Q=烘干室容積 ×2.2×860;根據(jù)此經(jīng)驗(yàn)公式可以大致估算出爐溫為 140℃的部品返線補(bǔ)漆烘干室的熱功率為 11.3×104kJ/h=65.54×104J/h。

4.2循環(huán)風(fēng)量的確定

在計(jì)算對(duì)流式烘干室的循環(huán)風(fēng)量時(shí),以上述所需熱量為基準(zhǔn)。依據(jù)風(fēng)量計(jì)算公式:

式中:V——循環(huán)風(fēng)量,m3/h;

Q——烘干室所需的最大熱量,J/h;

1000——空氣的比熱容,J/(kg·℃);

QX——每小時(shí)進(jìn)入烘干室的新鮮空氣的質(zhì)量,kg/h;

△t——循環(huán)空氣的最高溫度和最低溫度的差,即燃燒器出口和進(jìn)口的空氣溫度差;據(jù)文獻(xiàn)記載[4],烘干溫度在 200℃左右時(shí),△t取烘干室工作溫度的 30%～35%,烘干溫度在 150℃左右時(shí),△t取烘干室工作溫度的 20%～30%;

烘干室內(nèi)循環(huán)熱風(fēng)的循環(huán)次數(shù) n按下式進(jìn)行計(jì)算,即:

式中:n——烘干室的熱風(fēng)循環(huán)次數(shù),次 /min;

V——循環(huán)風(fēng)量,m3/min,

V0——烘干室的室內(nèi)體積,m3。

烘干室內(nèi)的熱風(fēng)循環(huán)次數(shù),對(duì)烘干室內(nèi)溫度的均勻化有著很大的影響。根據(jù)被烘干件為引擎蓋、翼子板、前后車門、后備門這些結(jié)構(gòu)復(fù)雜,有內(nèi)腔、有夾層的厚板件 n值可選在 2次 /min。

5結(jié)束語

間歇式烘干爐在涂裝車間投入使用后,有效地避免因部品返線所占用中、面漆噴漆室和烘干室的工位,大大地提高了涂裝車間中面漆工序的產(chǎn)能。由于烘干室是涂裝車間的耗能大戶,在間歇式烘干爐設(shè)計(jì)初期,在滿足工藝布局需要的前提下,應(yīng)盡可能地考慮節(jié)省能耗、改進(jìn)和優(yōu)化國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)的涂裝用烘干室的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)、減小烘干室出入口尺寸、減少占地面積、提高生產(chǎn)效率。

[1] 張學(xué)敏,鄭 化,魏 銘.涂料與涂裝技術(shù) [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2006.

[2] 馮立明,牛玉超,張殿平.涂裝工藝與設(shè)備 [M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.

[3] 王錫春.涂裝車間設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2007.

TQ050.892

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1003-3467(2010)24-0038-03

2010-12-29

王麗霞 (1980-),女,碩士,主要從事汽車涂裝工藝與設(shè)備工程技術(shù),E-mail:wlxzt@yahoo.com.cn。