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项目申报书

盐城市工程技术研究中心申报书

项目名称：

盐城市压缩气体净化机械工程技术研究中心

建设地点：

东台市唐洋镇新元工业集中区沿河路1号

申报单位：

江苏新凯晟机械设备有限公司

共建单位：

河海大学

申报单位地址：

东台市唐洋镇沿河路1号邮编：

224233

项目负责人：

孙统超电话：

8

项目联系人：

林威电话：

0

主管部门：

东台市科技局

申报日期：

二O一五年十月

一、基本情况

项目名称：

盐城市压缩气体净化机械工程技术研究中心

研究领域：

机械制造

项目依托单位：

江苏新凯晟机械设备有限公司

合作单位：

河海大学

合作形式：

产学研合作

项目建设地址：

东台市唐洋镇新元工业集中区沿河路1号

运行管理体制：

由项目依托单位江苏新凯晟机械设备有限公司负责运行管理。

核算形式：

独立核算

二、项目组建的必要性

无油空压机技术已经能够生产出无油、无水的高品质压缩空气。

但是对于目前仍大量使用的一般空气压缩机，其生产出的压缩空气还是含有微量的油分、水份等杂质。

这时候为了提高压缩空气的品质，我们就必须使用到一系列的空压机压缩气体净化机械设备，又叫做压缩气体后处理机械设备。

最常见的空气压缩机后处理机械设备主要有三类：

空气干燥机、过滤器和储气罐。

目前应用最广泛的当属空气干燥机：

空气干燥机又分为再生吸附式空气干燥机和冷冻式空气干燥机，再生吸附式干燥机又分为无热、微热、压缩热、和鼓风等类型，冷冻式干燥机又分为水冷冻和风冷冻两种类型，还有一种组合式空气干燥机，就是将这两者的优点结合在了一起，干燥效果更好。

 冷干机与吸干机的工作原理略有不同，但是功能都是一样的。

都是为了干燥、净化从压缩机排出的压缩空气。

目前来看，冷干机由于使用简单等优点，使用范围比吸干机要广的多。

但是吸干机的干燥效果更好，因此在某些行业是指定必须使用吸干机的。

其次应用的为过滤器：

过滤器的主要作用就是过滤掉空气压缩机处理的压缩空气除了水份之外的油分、粉尘及一起其它的杂质，以保证压缩空气的品质。

储气罐通常作为气体净化的辅助设备。

  但目前普遍使用的空气干燥机存在两个较大的技术问题，影响其进一步发展。

一是干燥机结构问题。

现有干燥机无论是外置结构还是内置系统配件尺寸、顺序等都普遍存在不尽十分科学合理的问题，不但增加了生产单位的用材，而且也不能达到净化压缩空气的最佳效果。

二是干燥机气液分离问题。

气液分离器中重力式气液分离器是最为常见的，其原理是利用液体沉降速度与气体上升速度的差异，使得液体从下方的排水口沉降流出，气体从上方的排气口排出，实现气液分离。

这种分离方式简单快捷，但是气液分离的效果并不是非常理想，分离出的气体中仍含有大量水分。

本研发工程中心的研究重点，在于解决干燥机方面的两大技术难题。

1、必须解决干燥机外置和内置结构不合理问题

一是风冷型冷冻式干燥机的风机外置结构，现有产品中，风冷型冷冻式干燥机的风机置于机箱壳内部，如图1及图2所示，尽管机箱壳带有很多排风口，但还是具有相当大的阻力，造成排风不畅，一般需选用较大功率的风机，这就造成电力损耗，增加运行成本；如果在干燥机运行中保持机箱后门1打开，则易进灰尘且机箱壳整体强度降低；另外，机箱后盖板2也存在一定的排风阻力，且不易拆卸，不便于风机维修。

（图1）

（图2）

二是门轴的设计和生产，现有技术的门轴铰链多数是一段实心的轴体，插入上述门框或者工具箱体的底座孔内，门与门轴铰链的上部焊接固定，通过门轴铰链与底座的相互转动来实现门的开关，这样的连接方式有很大的缺陷，门轴铰链插入后基本无法拆卸，门的拆装麻烦，运输组装极为不方便，此外，对检修也会造成了很大的影响。

三是余热再生吸干机的多级冷却器结构，现有技术中，均采用一个后部冷却器，冷却效果不是非常理想，从而容易导致干燥露点偏高。

此外，现有的后部冷却器，其压缩气体走管外，冷却水走管内，这样对冷却器的密闭性及管道的承压能力要求较高，存在安全隐患。

综上所述，对现行压缩空气干燥机外置和内部结构进行系统全面研究，增强科学合理性是非常有必要的。

2、必须解决干燥机气液分离器分离不清问题

冷冻式干燥机中的压缩空气需要经过冷却分离才能进入管道输送使用，但因刚冷却的压缩空气与需要长距离管道输送，这一过程中，产生机械携带冷凝水是不可避免的。

而设备在使用压缩空气时，需要干燥的压缩空气。

因此，需要使用气液分离器将气体与液体分离开来。

气液分离器通常采用四种基本结构形式：

（1）使气流产生离心旋转的离心分离器；

（2）使气流产生撞击回转的挡板分离器；（3）填料分离器；（4）水浴式分离器。

各种形式的分离器有利有弊，集合起来效果较好，但是，仍然很难达到最佳。

加强干燥机的气液分离器研究，有非常迫切的必要性。

（图3）（图4）

图3为典型离心分离器结构原理图，1圆筒、2锥形底、3进气管、4排气管、5储污器，其特点是结构复杂，设计、制造比较繁琐，成本较高。

图4为通用型离心分离器结构原理图，但是，分离效果不能达到最佳。

三、项目组建的可行性

1、技术可行性

1）干燥机外置和内置结构进一步优化研究技术可行性

设想技术解决方案：

（a）优化风冷型冷冻式干燥机的风机外置结构。

风冷型冷冻式干燥机包括干燥机本体、风机和机箱壳，干燥机本体底部设有底座，风机安装于干燥机本体后侧，机箱壳罩于干燥机本体和风机之外，机箱壳包括前挡板、后挡板、左挡板、右挡板和顶部盖板，所述前挡板、左挡板、右挡板和顶部盖板相互连接构成一装配体，该装配体的左挡板、右挡板和前挡板与干燥机本体的底座固定连接，后挡板以可拆卸方式安装于干燥机本体底座与顶部盖板之间，且后挡板在对应于风机安装的位置设有开口，使得风机与外界相连通。

减小了风机的排风阻力，提高了风机的工作效率，从而增加了冷却效果，在保证相同冷却效果的情况下可选择功率较小的风机，这样也就降低了风机运行成本；另外，后挡板结构简单，强度高，在加工过程中可大幅度减少废料，切料面积较大，依然可以回收使用，从而降低了制造成本；且后挡板通过搭扣与顶部盖板连接，并通过插销与干燥机本体底座连接，便于拆装，提高了装配效率，从而降低了后期维护成本。

（b）优化门轴铰链。

门的顶部预设有安装孔，包括轴体、下轴套、弹簧、C型垫片和上轴套，上轴套和下轴套均安装于门内侧或外侧，轴体贯穿下轴套和上轴套，且轴体上端超过门的顶部的安装孔，弹簧套于位于上轴套和下轴套之间的那段轴体上，C型垫片卡接于轴体上，且处于弹簧的顶端、上轴套下表面下方的位置，弹簧呈压缩状态，在弹簧的弹力作用下，使得C型垫片紧贴上轴套下表面。

（c）优化余热再生吸干机的多级冷却器结构。

余热再生吸干机包括吸附塔、再生塔、气水分离器、冷却器和连接各个部分的管道，冷却器的左右两端分别设有压缩空气入口和压缩空气出口，冷却器至少设有两级，且各级冷却器之间串联，第一级冷却器的压缩空气入口与吸附塔和再生塔之间通过管道相连通，前一级冷却器的压缩空气出口与后一级冷却器的压缩空气入口之间通过管道相连通，最后一级冷却器的压缩空气出口与气水分离器之间通过管道相连通。

新型余热再生吸干机的多级冷却器结构，其后至少设有两级冷却器，大大增加了冷却效果；此外，冷却器中压缩空气走内管，冷却水走外管，相比于现有技术中冷却水走内管，压缩空气走外管，由于内管可以承受较高的压力，因此压缩空气走内管更为安全，且压缩空气通过内管时，内管外周被外管中的冷却水包围，使得内管中的压缩空气冷却效果更好。

2）气液分离器研究的技术可行性

根据离心分离理论，旋风分离器能分离最小颗粒的粒径与“离心效应”有关。

所谓离心效应是指颗粒在旋风分离器里受到的离心力F。

与本身重量W的比值，用ξ表示。

因为

所以

式中

在离心力场中，离心效应ξ的大小反映了相对于重力，粒子重量所增加的倍数。

例如在半径r=50mm处的颗粒在切向速度Cx=50m/s时，离心效应ξ=5000，即相当该颗粒重量增加了5000倍。

对旋风分离器总的要求是：

a、分离器的直径不能太大，因气流旋转运动所产生的离心力与分离器的半径成反比，半径越大，分离器效率就越低；当要分离的空气量很大时，可采用多个旋风分离器并联。

b、进口气流的速度要恰当，从离心效应与计算式可以看出，旋风气流所产生的离心效应与气流速的平方成正比，故气流速度小，分离效果差；但气流速度大，虽然能提高分离效果，但能量损失也随之增加，反映在压力降增大，同时也会产生涡流而降低效率。

在气动系统中，旋风分离器采用的进气速度一般为15~25m/s，排气气流速度为4~8m/s压力损失通常为0.005~0.02MPa。

旋风分离器对于分离10um以上的固体粒子效率可达90%左右，压缩空气经后部冷却器冷却后，冷凝液滴（水雾和油雾）的粒径通常为10~200um，所以可选用旋风分离器进行分离。

为了增强分离效果，可在旋风分离器内部设置挡板等附加物。

新型冷冻式干燥机旋风式气液分离器，其出气管周边缠绕有旋风叶片，由于旋风叶片对液态水滴有良好的浸润作用，不同粒径的水滴在和旋风叶片碰撞后，会在旋风叶片表面生成很薄一层水会并顺着旋风叶片流下来，之后在旋风叶片边缘集聚成更大颗粒的水滴，使得水滴在本身重力作用下和空气分离，从而气液分离的效果更加突出。

综上所述气液分离器研究完全具备技术的可行性

2、项目创新点

1）项目在国内有特色

a、干燥机内外置结构研究

国内外有许多研究干燥机内外置结构的企业和机构，但是，都是修修补补，没有突破，本公司与河海大学合作，力求重大创新，引领行业。

b、气液分离器研究

空压机最后一级排出的空气温度达140~170℃，在这样的温度下，混合在空气中的水、油杂质主要以气态形式存在，经后边冷却器降温，初步离析其中的气态水、油，但是，直径较大的水、油杂质必须通过分离器进一步净化，所以，气液分离器是干燥机非常重要的部件，本公司多年从事干燥机的生产，有先进的研发队伍，力争研发出国内外最先进的分离器。

2）产品各项指标达到国内领先水平。

3、经济可行性

压缩空气后处理设备应用范围较为广泛，广泛应用于机械、电子、石油化工、冶金、纺织、食品、电力等行业。

随着《中国制造2025》的实施推进，压缩空气净化设备的使用更加广泛和普遍，用户对产品质量追求也越来越高。

所以本项目研究开发具有很大的市场空间和应用发展前景。

本项目技术研究开发，不仅可以有效提高国内空压机及其后处理设备的市场竞争力，带动产业转型升级，推动企业产品升级，而且可以提升企业在行业中的地位，促进地区优势产业创新和发展，为苏北地区实施创新驱动战略作出贡献。

4、项目承担单位的基础条件

项目承担单位是集空压机及其后处理产品技术研发、产品设计、加工生产、进出口贸易为一体的中型机械联合企业，始建于2012年。

公司为中国空压机协会会员单位，是研究开发和生产空压机及其后处理设备的专业生产厂家，主要技术人员占员工总数的35％，在空压机及其后处理设备做新产品开发已经有一套自己成熟的经验。

公司继承和发展了苏州市欧凯压缩机有限公司的技术创新体系，公司产品创新能力强，产品持续升级。

近二年来，本公司边实施苏州生产基地整体搬迁东台计划，边完善实施技术创新计划。

本公司生产的气体净化系统工程机械，从最初简单的风冷、水冷干燥机，到再生、无热再生吸附式干燥机，再到组合式干燥机，实现了节能降耗、提高效率，为客户降低成本的目的。

公司自行研发应用的“冷冻式干燥机配套用旋风式气液分离器”、“风冷型冷冻式干燥机风机外置结构”、“正压真空气液分离器”、“气液分离器的双层过滤器”、“大容积常压真空气液分离器”、“冷冻式干燥机配套用气液分离器”、“可拆卸式门轴铰链”、“余热再生吸干机的多级冷却器结构”等8个产品已申请国家专利并获得受理（受理号：

2.7、2.4、2.5、2.7、2.9、2.3、2.6、2.0）。

这一技