液力旋压喷漆室研究__墨水学术,论文发表,发表论文,职称论文,名作

所属栏目：推荐论文发布时间：2011-02-25浏览量:169

副标题#e#在涂装作业时需要一定的工作环境，同时在涂装作业时产生大量的过喷漆雾污染环境。液力旋压喷漆室（水旋式喷漆室），其作用是将喷漆过程中产生的漆雾限制在一定区域内进行过滤处理；使喷漆室的工作环境，能满足涂装作业时的空气环境要求，保护操作者的身体健康，控制涂装作业产生的废物排放达到国家排放标准，保护环境免受污染；是控制产品涂装质量和保护环境的重要设备。
　　液力旋压喷漆室是80年代从英国海登公司引进的技术。采用上送风下排风的方式运行，通过气体层流压抑的方式来防止漆雾的扩散，用液力旋压器过滤漆雾，它是目前技术较为先进的喷漆室。新鲜空气通过空调送风系统送入液力旋压喷漆室室体顶部的空气分配室，空气分配室由动压室和静压室所组成。动压室采用分配器使空气均匀分配流进静压室，空气在静压室中进过分配器将空气垂直的送入喷漆区，自上而下，在工件周围形成有序的风幕，使飞溅的废漆雾压入液力旋压器中。在液力旋压器中，水在高速气流的冲击下被雾化后和废漆雾充分混合，从而使漆雾被水吸收而带走。含水份的空气再经气水分离后，洁净的空气经排风系统送入大气中，其漆雾的净化率≥98%。而含漆雾的水流入循环水池，通过絮凝净化（水中定期添加专用絮凝剂）后由循环泵送入到喷漆室循环使用，漂浮的漆渣定期捞出后进行深埋或焚烧处理。
　　2主要结构
　　液力旋压喷漆室主要是由室体、漆雾过滤系统、通风系统和照明系统四部分所组成。
　　液力旋压喷漆室室体由动压室、静压室、喷漆操作室和格栅地板所组成。
　　动压室布置在室体的最上层，动压室体下部装有风量调节板或袋式过滤器，并与静压室相连，侧壁与空调系统送风管道相连接，另一侧壁装有检修门和检修平台，通过风量调节板可将空调系统送过来的洁净空气均匀地送到静压室。静压室为喷漆室室体的中间，上部与动压室相连，下部与操作室相连，侧壁安装有检修门和检修平台，静压室下部安装由无纺布和钢板网组成的空气过滤器，室体内安装有维修小车供调节风量调节板、现场安装、维修、更换空气过滤器时使用。从动压室过来的洁净空气在此经再一次的过滤净化后，形成层流、匀速状态送入喷漆室操作室。喷漆操作室为液力旋压喷漆室主体，是工人喷漆操作的主要区域。室体由槽钢、角钢等型材组成框架结构，加上冷轧钢板拼装而成。室体四周有玻璃窗供自然采光，室体两侧分别设有小门供操作工人进出，两端分别设有工件进出口门洞。格栅底板装在室体底部，中心线底部可安装积放链驱动轨道，以便输送工件小车，两侧格栅板上可布置地面轨道，供小车行走。
　　液力旋压喷漆室漆雾过滤系统主要是洗涤板、液力旋压器和地下水槽所组成。
　　洗涤板是以工字钢、槽钢、角钢等型材为骨架，以4mm厚钢板为内壁焊接而成。洗涤板安装在土建基础坑内，上部为格栅板，与操作室相连；下部为土建地坑水池，与抽风管道相连接；在洗涤板中心安装有液力旋压器，洗涤板两侧设有供水管，使循环水均匀地流出，通过调节溢流板，在洗涤板底部形成一层均匀的水膜。喷漆操作室内过喷的漆雾，在层流气体的作用下，被压抑至水膜表面，被水捕集而不堆积在板面上。液力旋压器安装洗涤板上，是由高度调节环、动力管和冲击板所组成。动力管出口为渐缩形管口，冲击板为圆形钢板，板面加工成菱形体或钻若干小孔，增加冲击板反射紊乱程度。
　　液力旋压喷漆室通风系统主要是由空调送风系统和排风系统所组成。
　　空调送风系统主要设备为组装式空调系统，安装在高架钢结构平台上。该系统从室外引进新鲜空气，经过初效、中效两次过滤，并经过加热、加湿，以一定的速度、压力，将一定温度、湿度的洁净空气经送风管输送到动压室内。机组采用发泡聚氨脂保温，内壁为镀锌板，外表面采用A3钢板表面喷#p#副标题#e#塑，整体结构为密封式内连接，确保无漏风现象。排风系统由风机及减振装置、风管、多叶调节阀、挡水板、风机平台等组成。风机及减振装置安装在钢结构高架平台上，通过风管与土建基础的风道相连接，水槽底部安装有挡水板用于水气分离。抽风机工作时从液力旋压器出来的含漆水混合物的空气，在水池上部空间再经过两道挡水板的碰撞，使水气分离。同时，通过两道挡水板后空气流速突然降低，使水滴落下，然后，净化后的空气通过风机排到厂房外大气中。
　　照明系统，为保证喷漆质量，必须保证喷漆操作室内有足够的照度，所以在喷漆操作室内除了自然采光外，同进还布置了照明灯箱，照明灯箱采用整体壁挂式灯箱，安装在操作室两侧，照度在500Lx以上，可进行分组控制。在室内气流冲刷下，玻璃窗及照明装置表面几乎不被漆雾污染，能经常保持清洁明亮。
　　液力旋压喷漆室主要结构如下图：

　　1—    室体2—动压室3—静压室4—风量调节板或袋式过滤器5—供气顶棚6—送风系统7—排风系统8—照明系统9—供水系统10—格栅底板11—洗涤板水槽12—液力旋压器13—地坑14—气水分离系统
　　3主要参数计算
　　3.1液力旋压喷漆室长度计算
　　3.1.1通过式喷漆室长度计算
　　通过式液力旋压喷漆室长度计算：L=(Ftv+2l)×1000（3-1）
　　式中：L—液力旋压喷漆室的长度mm；
　　F—工件最大喷漆面积m2；
　　t一喷涂1米2工件表面积所需时间（min/m2）；
　　v一悬挂输送机移动速度（m/min）；
　　l—工件至出入口的距离（m）。
　　3.1.2死端式喷漆室长度计算
　　死端式水旋喷漆室长度计算：L=l1+2l2（3-2）
　　式中：L—液力旋压喷漆室的长度(mm)；
　　l1—工件的长度（m）；
　　l2—工件至端面的距离（m）.
　　3.2液力旋压喷漆室宽度计算
　　液力旋压喷漆室宽度计算：B=b1+2b2（3-3）
　　式中：B—液力旋压喷漆室的内腔宽度(mm)
　　b1—工件最大宽度(mm)，如工件需要回转时，b为工件最大回转半径；
　　b2—工件外沿至室体内壁距离，即操作距离(mm)。
　　3.3液力旋压喷漆室高度计算
　　液力旋压喷漆室高度计算：H=h+h1+h2+h3（3-4）
　　式中：H一液力旋压喷漆室高度(mm)
　　h—工件高度(mm)；
　　h1—工件顶至静压室底距离(mm)；
　　h2—静压室高度(mm)；
　　h3—动压室高度(mm)。
　　3.4液力旋压喷漆室门洞尺寸计算
　　3.4.1液力旋压喷漆室门洞宽度计算
　　液力旋压喷漆室门洞尺寸计算：b=b1+2b2（3-5）
　　式中：b—液力旋压喷漆室的门洞宽度(mm)
　　b1—工件最大宽度(mm)，当工件对称摆放时，b为工件最大宽度，若不对称摆放是，b按工件中心至工件最大外沿距离的2倍计算；
　　b2—工件至门洞之间的距离(mm)。
　　3.4.2液力旋压喷漆室门洞高度计算
　　液力旋压喷漆室门洞高度计算：h=h1+h2+h3（3-6）
　　式中：h—门洞高度(mm)；
　　h1—工件的最大高度(mm)；
　　h2—工件下部距门洞底部的距离(mm)；
　　h3—工件上部距门洞顶部的距离(mm)。
　　3.5液力旋压喷漆室通风量的计算
　　3.5.1液力旋压喷漆室送风量计算：Q=3600Fv（3-7）
　　式中：Q—送风风量(m3/h)；
　　F—喷漆室内地坪面积(m2)
　　v—各区垂直地面的空气流速：一般手工喷漆取=0.4～0.6(m/s)，自动喷漆取=(0.3～0.5m/s)；
　　3.5.2液力旋压喷漆室抽风量计算
　　液力旋压喷漆室抽风风量计算：Q=(0.95～0.98)Q1（3-8）
　　式中：Q—抽风风量(m3/h)；
　　Q1—送风风量(m3/h)。
　　3.6液力旋压喷漆室供水量计算
　　3.6.1液力旋压喷漆室供水量计算
　　液力旋压喷漆室供水量计算：G=Qre（3-9）
　　式中：G—液力旋压喷漆室总供水量（kg/h）；
　　Q—喷漆室的通风量(m/h)；
　　r—含有漆雾空气的容重(kgm3)，一般取r=#p#副标题#e#1.2；
　　e—水空比,即处理1kg含漆雾的空气所需要水量的千克数(kg/kg)，一般取e=1.4～1.6。
　　3.6.2新鲜水的补充量(即耗水量)计算
　　新鲜水的补充量(即耗水量)计算：G1=(1％～2％)G（3-10）
　　式中：G1—新鲜水补充量(m3/h)；
　　G—总供水量(m3/h)。
　　3.7液力旋压器设计计算
　　3.7.1液力旋压器个数选择
　　液力旋压器个数计算：N=L/K（3-11）
　　式中：N—液力旋压器个数；
　　L—喷漆室长度(m)；
　　K—液力旋压器的间距(m)，一般取0.8～1.0(m)。
　　3.7.2液力旋压器直径校核
　　液力旋压器入口直径计算：D2=4Q/3600N×π×v×1000（3-12）
　　式中：D—液力旋压器直径(mm);
　　Q—液力旋压器入口风量(m3/h);
　　N—液力旋压器个数；
　　v—通过液力旋压器入口风速，一般取12～15m/s。
　　液力旋压器出口直径校核：D2=4Q/3600N×π×v×1000（3-13）
　　式中：D—液力旋压器直径(mm);
　　Q—液力旋压器出口风量(m3/h);
　　N—液力旋压器个数；
　　v—通过液力旋压器出口风速，一般取20～25m/s。
　　3.7.3液力旋压器计算分析
　　液力旋压喷漆室是80年代从英国海登公司引进的技术。多年来我国对喷漆室的大多数部件都做了不同程度的改进，而喷漆室的重要部件，液力旋压器(动力管)却被当作标准件在使用，未做任何的改动。上诉计算方法仅为液力旋压器选择的计算方法，其中液力旋压器入口直径为460mm，液力旋压器出口直为368mm。而在我国工业中，种类繁多的系列产品，需要多种不同宽度的喷漆室室体与之相适应；先进的喷涂手段——机器人喷涂、静电喷涂室内平均风速为0.3～0.4m/s（引进设备室内平均风速为0.5m/s），已改变了原来的工艺条件。在这种情况下我们仍然沿用这唯一特定的液力旋压器，已不能适应各种工况条件下的需要也不合理。
　　要解决上述问题必须了解液力旋压器的工作原理，在排风系统的作用下，含漆雾的空气和水在液力旋压器内充分混合，空气中的漆雾被水吸附，气水混合得越充分吸附效果越好。根据流体力学理论，当某一流体在管道内达到一定流速时就会产生横向运动，从而形成湍流(或称紊流)产生旋祸，决定流态的参数叫做雷诺数(Re)。雷诺数Re的大小取决于三个参数，即流体的速度、流束的定型尺寸以及工作状态下的粘度。雷诺数的流量表达式为：
　　Re=VD/ν=QD/νA（3-14）
　　式中：D—管道直径（m）
　　V—平均速度（m/s）
　　Q—体积流量（m3/s）
　　A—横截面积（m2）
　　ν—流体的运动粘度（m2/s）
　　当Re≤2300时流态属于层流，当Re≥4000时属于湍流，而Re在2300～4000之间，流态是不稳定的，可能是层流也可能是湍流，属于过渡流。显然，决定流态的是雷诺数。
　　我们再来看液力旋压器，那么Re值为多少时流体在液力旋压器内混合的最充分．水捕捉漆雾的能力才最强，通过前面的分析我们已经知道决定流态的关键是雷诺数，只要保证雷诺数的值不变，液力旋压器的流态就不变，过滤漆雾的能力就保持不变。
　　通过液力旋压器的流体有两种．水和含漆雾的空气。如果两种流体都处于层流状态，那么两种流体的速度方向均沿管道方向，此时，风将在水流的空隙间流过，两种流体以各自的流速运动。当液力旋压器内的流体属于湍流状态时，由于流体产生横向运动使两种流体相互碰撞，在旋涡碰撞过程中大颗粒的水变成丁小颗粒的水而弥漫整个液力旋压器与含漆雾的空气充分混合。此时两种流体合二为一，以共同的流速运动，则混合流体的平均流速：V=2(Q气+Q水)／F，式中Q气为含漆雾的空气流量，Q水为水的流量，F为液力旋压器的动力管横截面积。由于喷漆室的水空比e=1.4～1.6．则供水量：G水=Q水γ水=Q气e•γ水，因此Q气/Q水=γ水/eγ气，γ水=1×103kg/m3,而含漆雾的空气比重γ气=1.1—#p#副标题#e#1.2kg／m3。，则Q气／Q水=1×103／(1.15×1.5)=580。由此可见，Q气比Q水大得多，因此计算是只考虑风的因素而忽略水的因素。这样我们就可以根据Re=VD/ν=QD/νA，计算出英国海登公司液力旋压器的特定工艺参数Re×ν。通过近30年的使用，英国海登公司的液力旋压器被实践证明效果良好，因此英国海登公司液力旋压器的特定工艺参数Re×ν，在设计中可以被当作计算液力旋压器直径的重要工艺参数来使用。因为英国海登公司液力旋压器的特定工艺参数Re×ν中，ν为流体的运动粘度，在喷漆这一工作环境中ν基本保持不变，那么英国海登公司液力旋压器的雷诺数Re也就不变。根据英国海登公司液力旋压器的特定工艺参数Re×ν，设计出的液力旋压器，筒内的流体流态就不变，过滤漆雾的能力就保持不变。
　　3.7.4液力旋压器计算
　　3.7.4.1英国海登公司液力旋压器工艺参数Re×ν计算
　　英国海登公司液力旋压喷漆室的工艺参数为：室体宽B=5m手工喷漆，室内平均风速V=0.5m/s，沿室体长度方向每米一个液力旋压器均匀布置，液力旋压器间距K=1米。设室体的长度为L，则送风量Q送=LBV。我们按等压设计考虑，则抽风量Q抽=Q送(实际设计时可根据正负压需要做适当的调整)。由于每个液力旋压器的风量Q=LBV/L/K=BVK=5.0×0.5×1=2.5m3/s(9000m3/h)，经过每个液力旋压器的平均风速v=Q/F=BV/(πD2/4)。
　　则Reν=DQ/F=2.5D/F=3.184/D（3-15）
　　液力旋压器的结构见图2，引进的液力旋压器：D=460mm，D=368mm，D=320mm。我们将具体的值代入(3-15)式就可以算出液力旋压器三个不同截面处的Reν值。
　　(Reν)1=3.183/0.460=6.92
　　(Reν)2=3.183/0.368=8.65
　　(Reν)3=3.183/0.320=9.95
　　式中：(Reν)1为液力旋压器入口处Reν值；
　　(Reν)2为液力旋压器出口处Reν值；
　　(Reν)3为液力旋压器冲击板处Reν值。
　　3.7.4.1液力旋压器组要尺寸计算
　　根据(3-15)式可知：
　　D=FReν/Q=4Q/Reνπ=4BVK/Reνπ（3-16）
　　式中：B—液力旋压喷漆室的宽度；
　　V—液力旋压喷漆室，室内平均风速；
　　K—液力旋压器间距。
　　这样我们就可以根据室体的宽度和室内平均风速，计算出不同工况下液力旋压器三个不同断面的直径。
　　3.8液力旋压喷漆室气水分离器计算
　　3.8.4气水分离器面积计算
　　气水分离器面积计算：S=Q/3600V（3-17）
　　式中;S—气水分离器横截面积（m2）；
　　Q—通过气水分离器的空气流量（m3/h）；
　　V—气水分离器横截面积上空气流速（m/s），一般取V=2～3m/s。
　　3.8.4气水分离器尺寸计算
　　液力旋压喷漆室气水分离器挡水板长度（L）等于喷漆室的长度。气水分离器挡水板的高度按下式计算：
　　h=S/L（3-18）
　　式中：h—气水分离器挡水板的高度。
　　4含漆雾水的处理
　　4.1处理方法
　　在涂装作业过程中，涂料的涂着率只有40～60%，50%左右的油漆飞溅到空气中形成过喷漆雾，严重污染周围的空气和环境。为有效地减轻排风系统压力、保护和控制涂装环境，清洁施工场地，液力旋压喷漆室用循环水系统来捕捉过喷的漆雾。然而，油漆有粘附、聚结的倾向，被水捕捉的过喷漆雾如不进行良好的处理及收集，将出现下列不良问题:
　　(1)粘附设备表面，堆积槽底，堵塞循环管路、喷嘴等，从而加大清理难度，增加维修费用;
　　(2)漆雾粘附在水泵及风机叶片上，使水泵的水量及风机的风量降低，造成喷漆室内循环水量及排风量失去平衡，从而影响净化系统无法正常运行，同时又影响喷涂质量;
　　(3)油漆中的部分有机质溶解在水中，增加循环水的COD，降低循环水净化效率，促使循环水腐败发臭，增加了循环水更换次数，也增加了后续水处理的难度。为了维持喷漆室性能，改善涂装作业环境，使净化系统能正常运行，循环水中必#p#副标题#e#须加入并维持少量的絮凝剂，这些絮凝剂与被水捕捉的油漆粒子接触反应使之脱稳、失粘，并聚集为具有一定粒度的絮凝体（称为漆渣），与水分离，水循环使用。漆雾的处理方法必须结合涂料的种类、喷漆室的结构及漆雾絮凝剂补加方式来正确选择。
　　液力旋压喷漆室通过液力旋压器的处理，含漆雾的水流入循环水池，通过絮凝净化（水中定期添加专用絮凝剂）后由循环泵送入到喷漆室循环使用，漂浮的漆渣定期捞出后进行深埋或焚烧处理。
　　4.2影响漆雾絮凝剂使用效果的主要因素
　　技术的进步推动着产品与应用技术的升级换代。各厂家都在开发新的更有效的、适应范围更广的漆雾絮凝剂配方。在产品技术水平一定时，决定其使用效果的因素很多，主要的有：
　　(1)漆的种类。虽然目前尚未找到树脂类型与使用效果的相关性，但已经知道，漆雾絮凝剂对树脂的极性存在感受性。非极性树脂（聚脂、聚氨脂）油漆、极性较小的树脂（丙烯酸、醇酸）油漆应分别采用不同极性、亲水性的漆雾絮凝剂。
　　(2)PH值或碱度。已经知道，适当的碱度或PH值有助于油漆的失粘。PH值过高，油漆被过破坏为稳定的粒子分散于水中难以絮凝，过低则无法完全破坏。一般控制在7.5～9.0。循环水的运行中控制非常重要。
　　(3)喷漆工艺及（漆渣）后处理工艺。不同的漆雾吸收工艺如吸收方式（水帘、水洗、文丘里、水旋）循环水流量、流速甚至水槽型式、水进入水槽的方式都会影响使用效果。
　　(4)水化学因素。水中的杂质如硬度影响油漆粒子的失粘，应尽量小。喷漆过程中引入的杂质如溶剂尤其是非极性溶剂能明显降低水对漆雾的吸收能力。
　　(5)漆雾絮凝剂投加量及投及方式。过小凝聚效果不理想，过大则有分散作用，不产生凝聚。不同的吸收工艺要求不同的最佳投加方式，需要在实际运用中摸索确定。
　　(6)微生物因素。循环水中有机物浓度很高，循环水的运行条件又适于微生物繁殖生长，如不小心控制，微生物的滋生对漆雾絮凝剂的使用效果有负面影响。气温高时应定期投加杀菌/抑菌剂。对漆雾絮凝剂使用效果的影响往往是上述因素综合作用的结果，因此显得错综复杂，难以得出准确的结论，需要在长期应用观察的基础上具体问题具体分析逐步解决。
　　4.3产品的性能、特点、使用条件
　　目前漆雾絮凝剂产品主要有单剂型和双剂型两大类。就使用条件而言，单剂型产品使用简单，在喷漆作业前投加，连续或定期投加维持药剂浓度。控制条件为PH值；双剂型产品使用略为繁琐，即在喷漆作业前投加A剂，漆渣打捞前投加B剂，连续或定期投加维持药剂浓度，控制条件为PH值。双剂型产品使用虽然繁琐，但相对单剂型，双剂型产品的处理效果更明显，双剂型其实是在单剂型上技术更新的换代产品。目前要求较高的涂装线都选用双剂型。
　　值得注意的是双剂型产品中，A剂存放期较短，B剂长期存放后有发霉、发臭的趋势。
　　参看文献：
　　现代机械设备设计手册第三卷，机械工业出版社，1996年。
　　涂装车间设计手册（王锡春主编），化学工业出版社，2008年4月。
　　油漆车间设备设计手册（机械工业部第四设计研究院主编），化学工业出版社，1983年。