一种节能新型喷漆室送风方案研究.pdf

42 2023年第04期PAINTING涂装离装置，适用于大型和两面同时喷涂的喷漆室。本文研究的是封闭式顶部送风下部排风大型整车喷漆室的送风形式。2.动静压室常规结构形式目前行业内通常空调送风到喷漆室之前，需经过动静压室（图 1）。为了使从空调送风管下来的空气更均匀，在动压室风管入口处安装多孔型均流板，均流板上设置均匀开孔，将送风风速从送风管内的8 m/s 左右降低到 5 m/s 左右，作为初级均流。动静压室之间采用多孔均流隔板或 F7 袋式过滤器整体隔开，将送风风速再次降低到 2.5 m/s，作为二级均流。在动静压室下方采用整体平铺的 F5 过滤顶棉作为三本文结合目前国内汽车制造业涂装车间喷漆室送风形式进行改进、优化，从而达到降低整体风量的目的，在确保不降低风场效果的同时实现风量的降低，从而降低能源消耗。中国汽车工业工程有限公司 代继东 刘晓亮 马郡 李良飞一种节能新型喷漆室送风方案研究整车制造业工厂的喷漆室是结构及装备最复杂的涂装室，是涂装车间必备的关键设备。喷漆室送风的目的是在喷涂区域形成一层均匀沉降的气流，使过喷漆雾流向漆雾分离装置，避免紊流现象的产生。沉降气流的大小直接影响送排风风量，送排风风量的大小成为喷房系统整体能耗的关键指标之一。喷漆室送风的形式1.大型喷漆室送风形式喷漆室按照有无送风可分为敞开式无送风喷漆室和封闭式有送风喷漆室。前者直接从车间内抽风，无独立的送风系统，适用于一般涂装；后者安装有独立的送风装置，根据情况从车间内或者车间外抽取新鲜空气。对于有送风喷漆室，一般从喷漆室顶部向喷漆室供给净化过的洁净空气，喷漆室具有单独的送排风系统，不干扰车间内的换气体系，适用于目前大多数整车装饰性喷涂。同时，喷漆室按照排风方式可分为侧部排风方式和下部排风方式。侧部排风方式排风口设置在喷漆室侧面下部，与喷涂操作工位在断面上相对布置，中间设置被涂工件，适用于中小型部件、悬挂式部件以及工件可转动形式；下部排风方式排风口设置在喷漆室操作面格栅下方，排风向断面中心线方向汇集，然后经过干式、湿式或其他形式的漆雾分图 1 动静压室常规结构形式1）动静压室整体示意3 ）二级均流调节板2）初级均流板4）二级均流过滤袋5）三级均流过滤棉39-47 涂装.indd 422023/6/26 18:16:00432023年第04期级均流，使送风风速降低到工艺要求。新型喷漆室送风结构形式以往三级均流形式的动静压室占用较大高度空间，对于一些改造项目和空间受限项目影响较大，同时也增加设备投资；另外，在整个断面宽度上，工件外侧至室体侧壁也有一定的空间，喷涂产生的过喷漆雾在沉降风的作用下，绝大部分在飘散至室体侧壁前都已经被下压至格栅以下，如果对靠近室体侧壁的空间进行送风优化，就可以达到降低送风的目的。基于以上原因进行适当优化，采用等效的三级均流进行改进，就可以取得降低设备投资和减少送排风风量的效果。本次新型送风喷漆室最大的特点是采用单层均压室以取得双层均压室的效果（图 2）。首先，空调送风管下来的空气仍然在动压室风管入口处安装多孔型均流板作为初级均流。其次采用新型顶部送风装置（图 3），二级均流与三级均流进行等效合并。顶部送风装置包括出风单元以及与出风单元一侧相铰接的风量调节单元，出风单元底部为筛网式出风口，并平铺过滤顶棉；风量调节单元包括叠放在一起的第一孔板以及第二孔板，第一孔板的表面直线排列布置有多行第一风口，第二孔板的表面直线排列布置多行第二风口，布置于进风侧的第一孔板相对于出风侧的第二孔板在预定方向能相对移动以调节位置，从而使第一孔板上隔开相邻两行第一风口的非通风隔开区能挡在第二风口的进风侧，进而实现调节通过第二风口的风量大小；使用状态下，风量调节单元旋转合上并扣在所述出风单元的出风区的进风侧，并由快锁装置锁紧。风量调节单元相当于二级均流，出风单元相当于三级均流。顶部送风装置并非在底部全部布置，而是采用分段分区域布置的形式以达到可以自由调节送风量的目的。新型喷漆室送风仿真分析1.原有喷漆室和新型喷漆室送风流场模型FLUENT 是国际上比较流行的商用 CFD 软件包，凡是和流体、热传递和化学反应等有关的工业均可使用。它具有丰富的物理模型、先进的数值方法和强大的前后处理功能，在航空航天、汽车设计、石油天然气和涡轮机设计等方面都有着广泛的应用。首先采用 workbench 对两种喷漆室分别进行建模，在一个长度为 6 m、宽度为 5.5 m，高度为 5.0 m 的常规喷漆室一个工位范围内建立静压室底部送风过滤层、操作区以及工件的模型，然后进行网格划分，利用 CFD 中的 FLUENT 模块进行有限元分析，赋予不同的边界条件，最终得到的空气粒子流场模拟结果分别如图 4 和图 5 所示。从粒子流场的结果可以看出，两种不同的送风流场粒子流向形态基本一致，都可以将喷涂过程中产生的过喷漆雾产生有效下沉效果。区别是整体下沉风速存在一定的差别。2.原有喷漆室和新型喷漆室送风流场对比喷漆室送风也是空气流体的一种，通过对从静压室底部出风口至格栅下的空气流场截取长度方向中间处的断面进行剖分分析就可以判断出两种不同形式的喷图 2 新型喷漆室整体形式图 3 顶部送风装置图 4 原有喷漆室空气粒子流场图 5 新型喷漆室空气粒子流场39-47 涂装.indd 432023/6/26 18:16:0144 2023年第04期PAINTING涂装漆室流场的不同。从断面分析结果可以看出，在工件顶部和底部的风场形态基本没有变化，不受两种送风形式的影响；但是在工件两侧，送风风速会有区别，在不考虑室体内机器人手臂或者人工及其他因素的影响下，原有送风形式 0.3 m/s的均匀沉降风速在工件两侧到室体侧壁之间产生了 0.9 1.1 m/s的速度梯度，新型送风形式的非均匀沉降风在工件两侧到室体侧壁之间产生了 0.6 0.9 m/s 的速度梯度。在工件两侧 0.6 m 的过喷漆雾主要聚集区平均下沉风速分别为 1.0 m/s 和 0.75 m/s，在靠近室体侧壁 1.0 m 的非过喷漆雾主要聚集区平均下沉风速分别为 0.45 m/s 和 0.25 m/s。虽然新型喷漆室送风方案下沉风速低于原有方案的 20%，但是也高于常规静电旋杯或喷枪及空气喷枪 0.3 m/s 或 0.5 m/s 的要求，同样能满足工艺需要。3.新型喷漆室最佳送风条件新型喷漆室可以有效降低送风量，从而实现节能的目的。下面分别对不同工况下的送风量进行比较，见表所示。由此可见新型喷漆室在满足工艺需求的前提下可以有效降低送排风风量；如果不考虑气流下降时间的增加带来的工件串色因素、同时增加涂料传递效率或者减少工件喷涂面积等因素，新型喷漆室可以在整车喷漆室进行有效应用。通过以往项目实践经验，过喷漆雾大部分聚集在被涂工件两侧区域，如果适当增加工件两侧的风场下沉风速，同时适当减少靠近室体侧壁区域的表 不同工况下的送风量名称常规喷漆室1常规喷漆室2新型喷漆室室体送风宽度/m5.55.5等效宽度 2.1下沉风速/(m/s)0.30.175等效风速 0.47送风风量/(m/h m)594034653402风量优化100%42%43%图 6 四种不同方案a）增加 2 个直导流板c）增加 2 个斜导流板b）增加 4 个直导流板d）增加 4 个斜导流板下沉风速，在总风量不变的前提下，可以更快地将过喷漆雾下压至格栅以下，以减少涂料颗粒的飘散。为此可在送风区域下方增加导流，以便更好地控制气流方向；通过分析不同数量和角度的导流板设置，我们得到了 4 种不同方案，如图6 所示。对于以上 4 种形式的导流效果，根据对应的整个断面宽度方向上下沉风速的曲线可以看出，不考虑工件壁面层的风速下降区域时，工件两侧0.6 m 区域内能够获得一个比较稳定的下沉风区域；靠近室体侧壁 1.0 m 区域内下沉风速会有一个明显的速度梯度下降。送风导流对风速曲线的均匀性会有一定的影响，但是影响效果不大。结语新型喷漆室送风方案保证喷漆室内的工件两侧沉降喷涂风速的同时，风量能减少 40%，实现最大限度节能，从而降低投资和运行成本。新型的喷漆室送风结构通过采用创新的顶部送风装置，能将过滤装置以及顶部送风装置结合为一体，降低了送风设备高度，减少一次性投资。这种新方案和结构对于喷涂颜色数量少、喷涂面积略低的套色喷漆室更加适用。39-47 涂装.indd 442023/6/26 18:16:01