宽温型高压气源车的设计与应用

2015-01-15陈青山

化工自动化及仪表 2015年12期

陈青山牛涛张猛

(凯迈(洛阳)气源有限公司，河南洛阳 471003)

高压压缩空气广泛应用于化工、石油、电子、机械及军工等领域，常用的空气站多为常温环境下厂房安装模式，供气压力均在1MPa以下，使用时有很大的局限性。

为了实现宽温型(-40～50℃)高压压缩空气的制备，依据GJB 2413-1995《飞机地面制冷充冷(氮)设备通用规范》，设计宽温型高压气源车，要求设计压力达到35MPa，适用于场站试验、充气及气体置换等，也可为其他行业提供高质量压缩空气。为此，需要设计能在-40～50℃时产出高压压缩空气的全自动气源车。

1.1 电路部分

气源车电路部分的工作原理如图1所示，采用市电和发电机两种供电方式，通过操作面板上的电源切换开关进行转换，转换过程相互自锁，确保用电安全。整车控制系统集成了发电机、空气压缩机和干燥器控制电路并给其配电。空气压缩机是气源车的主要供气源，单独设置了控制系统[1]，并将干燥器控制信号接入，实现与空压机同启停。然后将发电机和空压机的启动信号接入总控制系统，实现在控制面板上的“一键启停”操作。

图1 宽温型高压气源车电路部分工作原理

1.2 气路部分

气源车气路部分的工作原理如图2所示，J1～J8为截止阀，ZH为止回阀，JY1为减压阀。高压空气压缩机AC从大气中吸取空气，增压至35MPa，在空压机出口处设置压力传感器和安全阀A1～A3，保证气瓶组达到指定压力35MPa时自动停机；高压空气经冷却器LQ冷却后由过滤器(GG1除尘、GG2除油)双极过滤，然后到达高压无热再生吸附式干燥器GZQ净化除水，从干燥器输出的高压气体经过三级过滤(GG3除尘)后输送到气瓶组Q1～Q15。气瓶组分为3组，每组设置单独的控制阀和压力表Y1和Y2。在空气压缩机和气瓶组间设有单向阀，阻止瓶内气体回流。使用时，气瓶组中的高压空气经精密过滤器G1过滤后，由减压器减压到所需压力(可调节)对外输出。

输出分为3路，可同时使用也可分开使用。在气瓶组旁路中增加外部气源接入口，在设备故障时可通过外部气源充入，保证气源车的正常供气。同时高压管路均设置了安全阀A1～A3来保证用气安全。整个气路设计在保证安全的前提下，实现操作的准确快捷，减少了人员的工作量。

2 总体结构

宽温型(-40～50℃)高压压缩空气全自动气源车由底盘、舱体、发电机、高压空压机、高压干燥器、高压气瓶、供气系统及控制系统等组成，采用模块化设计。宽温型高压气源车的工作压力可达35MPa，输出压力可根据要求通过减压器调节。空气净化后露点低于-50℃，含油量小于1mg，固体颗粒小于5μm[2]。

图2 宽温型高压气源车气路部分工作原理

气源车的结构布局如图3所示，所有部件集成安装于5m舱体内，发电机和空压机放置在舱体的前部和中部，舱体前部左右两侧各开一扇门，保证发电机和空气压缩机的用气通畅[3]。气瓶组置于舱体中部，平衡整个舱体重心。冷却器和干燥器放在空压机右侧，控制系统和供气系统在舱体后端，舱后设置有卷帘门，便于操作和使用。

图3 宽温型高压气源车结构布局

后端的控制系统集成了电源模块、指示灯、报警装置及电源转换开关等器件，供气系统设有高压过滤器、减压阀、安全阀、压力传感器、截止阀、面板支架及管路系统等。在宽温型高压气源车的实物中，通过模块化设计，安装时各设备均采取了减震及防松脱等措施，确保气源车的移动性能[4,5]。

3 气源车的高低温设计

为保证气源车在-40～50℃环境下工作，对内部动力设备(发电机、空压机和干燥器)和总体布局提出了很高的要求。

舱体内的发电机采用军用定型的宽温型发电机，经环境试验考核，完全满足-40℃～50℃环境下的可靠工作。

目前国内外活塞式高压空压机使用环境温度大多在-10～50℃。而空压机只要满足启动要求，正常工作时受环境温度影响不大。为此，针对-40℃的环境，空压机内部特别增加了润滑油低温加热棒，环境温度低于0℃时自动补偿预热，满足启动条件后给出启动信号再启动空压机。

为保证气源车在高温下的正常工作，气源车利用舱体内的空间和布局特点，形成了如图4所示的散热空气流通道，便于高温时空气的流通，降低舱内的工作温度。舱体前部的发电机上方还设计了轴流风机，有效解决了发电机局部温度聚集时的散热问题。并且高压空压机采用变频启动模式，节约能耗，减少了启动电流和整个电路的负荷发热量。