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新型环保喷砂房的设计与制造分析

根据多年从事喷砂涂装生产经验,介绍了新型环保耐用喷砂房的设计,并针对生产的具体要求,提出了相应的解决措施,本设计生产方案,可供喷砂房设计人员和使用客户参考。

新型环保喷砂房
新型环保喷砂房

0 引言 

为了提高半成品薄板工件、大型重量级部件及专用车车体的喷砂前处理质量,改善一线工作人员的劳 动工作环境,降低工作人员的劳动强度,减少颗粒排放 量,达到大气污染排入标准,降低噪声环境污染,设计 了环保型涂装前处理喷砂房,它既能满足大批量生产 的需求,又能达到环保型工业发展的要求,也更好地提 高了半成品件涂装前处理的质量。

1 设备组成及性能

 1.1 喷砂机主机

主机是喷砂系统的核心组成部分,其性能直接影 响到操作系统能否正常、高效地运作。本设计采用了保 压式高效超大容量喷砂主机,可同时带 2 个磨料控制 阀、2 把高速喷砂枪工作。高速喷砂枪采用的是文氏喷 枪管,气流进入高速喷砂枪的收缩段时,气流开始加速 直至音速,当气流到达文氏管的扩张段时,气流继续 加速;在文氏管的扩张段有圆周分布的二次补气孔,因 此在超音速段,气流急剧膨胀,喷嘴从二次补气孔引入 大量的辅助空气,将磨料进一步加速;与普通喷砂枪相 比,这种喷砂枪的喷砂速度更快,工作效率提高 50%, 且反冲力较小,操作时省力;枪的内衬里由碳化硼耐磨 材料制造,工作寿命长,每把枪可使用 800 ~ 1 000 h。

1.2 喷砂房体

喷砂房工作尺寸为 18 000 mm×7 000 mm×8 000mm(长×宽×高),房体是喷砂作业的操作主要场所。本 房体采用 100 mm 方管做基本框架,内部采用 25 mm × 40 mm 方管做内部支撑,外面采用 70 mm 厚彩钢夹心 板制造,外形美观,安装便捷,防腐耐用;彩钢板夹心为 聚苯乙烯,与常规彩板房体相比具有消音功能(可以将 喷砂时产生的 1 500~2 000 Hz 的噪音降到 500 Hz 以 下);保温隔热功能,防水、耐腐蚀、耐气候性好;室体内 部全面安装 5 mm 厚耐磨橡胶板,能有效地保护房体, 橡胶板受损后,可以快速更换新的板面。顶部采用迷宫 式进气口及匀流板。迷宫进气口 24 个,尺寸为 500 mm × 500 mm,匀流板可将进入的气流均匀地分配到 房体的整个水平截面,使室体气流均匀。房体靠主机一 侧面设有工作门,便于调整主机和对设备进行检修,同 时小门上也设有 300 mm × 300 mm 有机玻璃视窗,便 于操作人员内外联系。

底部采用美国 ABB 分司的蜂窝吸砂回收地板技 术。室体内地面为钢制承重格栅地坪,格栅采用槽钢和 扁钢制成,其承载负荷大于 35 (t 可满足铲车和工件自 行进出重量负荷),地坪制做成块状装配结构,便于工 人进行日常维护。

1.3 砂尘分选器 

从蜂窝地板回收而来的磨料及粉尘的混合物,必须经过砂尘分离器将砂料与粉尘分离之后,砂料才能 循环使用,分离的效果直接影响喷砂的结果及除尘器 的过滤性能。本设计除尘器采用了专门设计的两级风 力分离器,第 1 级为独特的旋风惯性分离器,第 2 级为 气流反吹式分离器,可以有效地将回收系统中的砂尘 分离,分离后的完整磨料回到喷砂主机继续循环使用, 粉尘及碎料则被送到除尘器中经过滤后贮存在除尘器 中等待定期清理。为保证罐体和管路内没有磨料,砂尘 分离器设有砂料控制阀,遇紧急情况或维修时可完全 控制磨料进入砂罐。

1.4 除尘系统 

除尘系统包括吸尘管道、排尘管道、沉降室、除尘器等,其中除尘器是该系统的核心。采用的除尘器是滤 筒式结构,滤筒全部采用进口产品,其中滤料采用日本 生产的新型材料,其独特之处是把一层超亚微米级的 超薄纤维通过特殊工艺黏附在滤料上,黏附层的纤维 排列非常紧密,其间隙仅为底层纤维的 1%,实现了对 亚微米级粒子的超级过滤,几乎所有的颗粒都被滤集 在滤筒的外表面。而正是这种特殊的工艺、材料,保证 了滤筒式除尘器惊人的过滤效果和效率。由于粉尘不 会穿透深入到滤材内部,这种结构有利于粉尘在空气 的反吹清灰过程中轻而易举脱落。这样可以获得较高 的过滤效率和较长的使用寿命。

滤筒在结构上做成折叠的圆筒形,外径为 350 mm,内径为 250 mm,筒高为 900 mm。一个标准滤筒过 滤面积为 20 m2,而同样体型的布袋式除尘器的过滤 面积仅有 1 平米,大大减少了除尘器的体积。

除尘器的清灰方式是除尘器能否正常使用的关键技术,本除尘器采用脉冲反吹清灰方式,其工作原理 为:当脉冲控制仪发出信号时,脉冲控制阀排气口被打 开,脉冲阀背压室外的气体泄掉压力,膜片两面产生压 差,膜片因压差作用产生位移,脉冲阀打开,此时压缩 空气从气包通过脉冲阀经喷吹管小孔喷出 (称为一次风)。当高速气流通过文氏管诱导器诱导了数倍于一次 风的周围空气(称为二次风)进入滤袋,造成滤袋内瞬 时正压,实现了清理灰尘的目的。

通过增加除尘器的过滤面积,可以降低除尘器的 过滤风速,从而降低粉尘的排放量,本滤筒式除尘器的 过滤风速为 0.4 ~ 0.8 m/min。滤筒按统一的标准制造, 采用高速连接,使滤筒拆装方便,减轻了劳动强度,改 善了劳动条件。室外排放烟囱的高度不低于 15 m。 

1.5 蜂窝吸砂地板

本喷砂房采用了美国 ABB 公司的蜂窝吸砂地板技术,这样喷砂房无需挖深地沟,节约了基建成本;磨 料的回收采用风力动力,整个回收系统无螺杆输送机、 斗提机、皮带输达机等运动易损件,设备磨损小,维修 简单方便。吸砂底板采用西安交大技术配方生产的特 种合金漏砂板。该技术填补国内空白,替代进口产品, 产品耐磨性能好、使用寿命长,是普通吸砂底板的 10 倍左右,保证使用寿命在 10 a 以上。蜂窝式吸砂地板的 底部均匀分布蜂窝式的小斗,这些小斗与小斗下的分 气管路连接,分气管路又与风机的主管路连接,分气管 路与主管路的风速均大于砂料的悬浮速度;当喷砂作 业时,喷出来的砂料全部落到蜂窝式的小斗中,再从小 斗落入分气管中,最后通过主管路回到磨料分选器中。

由于蜂窝式喷砂房的砂料回收及粉尘回收的进气口全部安装在蜂窝式吸砂漏板的下面,气流及粉尘始终 是自上而下,粉尘一直被压制在喷砂房的下部,因此喷 砂房内 0.5 m 以上的空间粉尘浓度很低,能见度非常 高,工作环境较好;而传统的喷砂房由于结构上的原 因,除尘口必须安排在喷砂房的顶部或侧面,其粉尘的 流向是自下而上或水平流动,因此喷砂作业时喷砂房 内的粉尘含量始终很高,能见度低,工作环境恶劣。

 1.6 可调温式喷砂防护服

可调温式喷砂防护服由呼吸过滤器、呼吸调温器、 防护头盔、工作衣组成。呼吸过滤器能过滤空气中的油 雾、水分、粉尘等,充分保护操作工人的身心健康。呼吸 调温器以压缩空气为动力,利用压缩空气的压缩或膨 胀实现调温,可以调节过滤后的空气温度,调温范围在10 ~ 30 °C,经调温后的空气均匀分散进入头盔,使工 人更加舒适,创造了一个较好的工作环境。

1.7 照明系统

室体顶部均匀分布了 400 W 12 套双管 PHILIPS金卤灯照明灯具,左右两侧面均匀分布有 12 套双管日 光灯,灯罩外部采用 10 mm 钢化玻璃,外面再加钢丝 网防护罩。设计定位时充分考虑灯具的照明强度及舒 适感,保证喷砂操作时工作人员良好的工作环境。 

1.8 喷砂工作平台

室体内两侧各设有 1 套操作工人工作平台,操作 人员可在工作平台上方便地进行喷砂作业,工作平台 为电动,操作按钮在工作平台上,操作简单,安全可靠。 工作平台可以升降及横向移动伸缩(手动)。升降区域 400 ~ 2 800 mm;横向移动 8 000 mm,伸缩 1 400 mm。 工作平台的可伸缩部分在不使用时可收缩,需要时伸 张,这样既实用美观又便于操作工人对复杂工件进行 喷砂涂装前处理作业。

1.9 电控系统

电控系统采用了三菱可编程控制器进行集中控制,具有处理速度快、性 能稳定可靠、通讯联网方便等特点。控制系统考虑了操 作的安全性,控制开关装有安全销,在喷砂操作作业过 程中,如果操作人员不先把安全销按下,喷砂开关是打 不开的,这样就避免了误动,提高了系统的安全性。在 风机的控制上,采用星三角启动方式,减小了电机的启 动电流。在安全方面,在控制回路中设有过载、反向、缺 相保护功能,这样就更有效地保护了电机,避免了因为 过载、反向、缺相而损坏电机,在电路的设计上,采用标 准模块,减少电器元件的数量,减少接线量,将电控制 系统的故障源除低到最小。接线均设有接线盒,便于设 备拆装及维修,整套设备采用进口工业 PLC 机可编程 序控制,故障诊断及报警,从上料-送进-喷砂-出料- 除尘,全过程自动化控制,实现自动和手动操作。

2 结语 

该方案已在公司半成品薄板件、大型重量级工件及专用车车体整车涂装前处理喷砂工艺实施,效果较 好,并成为涂装车间环保型改造的一个重大推进项目。 环保型喷砂前处理的推行大大提高了生产效率,降低 了操作工人的劳动强度,同时也为提高涂装前处理的 质量打下了坚实的环境设备基础,也为满足工程机械 行业涂装发展的需要做好了充分的准备。

我司专业从事喷砂房、涂装设备设计制造,经验丰富、技术可靠,欢迎垂询。

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