５２ 制造工艺 轻型汽车技术２０１７（３） 翩造Ｉ艺 圈圈 汽车涂装线喷漆循环风节能技术的应用 黄建英黄元太邹涛 （南京汽车集团有限公司） 摘要：某汽车生产基地的新油漆车间秉着精益化、敏捷化、柔性化、模块化、 高质量、低成本及绿色环保的建设方针，采用了大量的先进节能技术，其中涂装线 喷漆循环风节能技术的应用成为该项目的重要亮点。 关键词：涂装循环风节能 １ 刖吾 本及绿色环保的建设方针，采用了大量的先进节 能技术，其中喷漆室循环风系统成为该项目节能 减排的重要亮点。喷房自动喷涂工位采用了人工 汽车涂装是汽车制造过程中产生“三废”最 多的环节，也是能源消耗最大的工艺过程之一。由 于涂装车间喷漆室的能耗约占整个车间的３０％， 因此削减喷房能耗是涂装车间乃至整个汽车制造 厂节能减排最重要的环节Ⅲ。 工位的排风，循环风比例大于６６％，相比与全新风 模式，全年降低能耗约４５％。 ２喷漆循环风系统介绍 ２．１ 喷漆室循环风空调结构组成 车间在正常生产时，为满足工艺要求，喷漆室 及打磨线室体空调送风量较大。冬季时需使用蒸 汽对外界新鲜空气进行升温，暖风由室体上方进 新涂装车间喷漆循环风空调为集中式空调， 循环风空调的组成主要包含循环管路系统、加热 入，从室体下端抽走并排出车间，能耗损失大。一 般性的水性油漆喷房工艺要求温度控制在２５± ２￣Ｃ，湿度控制在６５±５％ＲＨ。相比较而言，车间送 风没有生产线送风要求严格，工艺要求一般控制 在１６—３５￣Ｃ之间，湿度在８０％ＲＨ以下，这样我们 可以对回风质量、包含物质以及设备实际位置结 系统、过滤系统、降温去湿加湿系统、调节和控制 系统、供冷供热系统等。按照功能区域分类，又可 分为以下几个部分（见图１）： 构进行综合评估，考虑将打磨室体、擦净室体的空 调排风回收与空调新风按照一定比例混合使用， 这样既可以节约空调调节送风温度湿度的能耗， 图１ 喷漆空调功能区域示意图 １）进风段 又可以节省空调过滤装置的运行成本，同时节约 了ＶＯＣ废气处理装置的处理风量。 某汽车生产基地新油漆车间的规划建设，秉 着精益化、敏捷化、柔性化、模块化、高质量、低成 根据空调机组布置位置、布置方式不同采用 不同的进风方式，一般有端部墙面进风（进风室进 风）、房屋顶部进风及建筑物内直接进风等。设置 进风口时要靠考虑周围环境、厂房结构、工艺段设 轻型汽车技术２０１７（３） 备位置、空调布置位置等因素。循环风空调在设置 室体回风风管作为进风口的同时也保留了从外界 进新风的功能，可实现循环风和新风的切换功能。 ● ２）过滤段 空气洁净度等级的划分见表１。 表１空气洁净度等级 尘粒最大允许数， 尘粒最大允许数／ 等级 立方米 立方米 ３０．５ ｍ尘粒数 ３５ ｍ尘粒数 １００级 ≤３５００ １００噘 ≤３５０ｏ０ ≤２５０ １００００级 ≤３５Ｏ０ｏ０ ≤２５００ １０００００级 ≤３５０（）０ｏ０ ≤５０ｏ０ 循环风空调过滤段设置一般为初效、中效、高 效等。根据空调不同过滤精度要求，选择不同的过 滤器，初效过滤器等级一般为Ｇ３或Ｇ４，中效过滤 器等级一般为Ｆ５或Ｆ６，高效为Ｆ７～Ｆ９，对应的空 气洁净度等级见表２。 表２过滤器等级对应空气洁净度等级 Ｉ过滤段 可选范围 实际选择 对应空气洁净度等级 初效过滤 Ｇ３一ｅ４ ＣＡ－ １０。Ｏ０级 中效过滤 Ｆ５－Ｆ６ Ｆ５ １０００级 高效过滤 Ｆ７一Ｆ９ Ｆ７ １００级 ３）中间段 在具有填充物的相邻两段体之间留有中间 段，侧面开有检修门，用于设备检修及维护。 ４）加热段 目前涂装空调机组常用的加热方式根据加热 介质不同可分为：蒸汽盘管加热，热水盘管加热、 燃烧机直燃加热和间接加热等。考虑到新油漆车 间为水性免中涂工艺，温湿度需保证在２５±２℃， ６５±５％ＲＨ，对环境要求极为苛刻，且热水比热最 高，对于外界温度变化波动范围较小，所以选择热 制造工艺 ５３ 水作为空调热源，提供稳定热量用于喷房的温度 控制。 ５）表冷段 表冷器与热水加热器工作原理相同，内部通 过的介质为７ １２。ｃ冷冻水，冷冻水来自制冷站， 管道循环输送对经过的空气进行除湿处理。注意 事项：对于全新风机组设计时应充分考虑夏季冷 凝水量，设置好冷凝水排放口。 ６）加湿段 喷淋加湿原理：水经喷淋管道和喷嘴喷出，雾 化的水雾颗粒与空气直接接触吸收热量气化，增 加空气中的含湿量，空气湿度一般要求在５０％ 一８５％之间，对于喷漆室来说，湿度要求控制在 ６０％一７０％之间。 ７）均流段 为了实现风机出口均匀扩散，保证空调整个 截面风速均匀，在风机出口处安装有多孔板散流 器。 ８）消声段 消声器是由吸声材料按不同的原理设计，在 空调系统中用来降低风机产生的空气动力噪音， 阻止噪音传导工作区域。 ２．２喷漆室的循环风方式 现国内少数先进的涂装车间采用了干式喷漆 室，干式喷漆室一般都采用了循环风模式，但多数 涂装车间多为湿式喷漆室，对于湿式喷漆室的涂 装车间，多采用的是全新风送风模式，即喷漆室各 区域的送风直接排放至喷漆烟囱，特别对于水性 漆油漆车间，喷漆室区域能耗较大，废气处理装置 的设备投资和运行能耗显著提高。 在废气处理系统规划时，喷漆室可采用循环 风技术，现湿式喷漆室循环风模式有两种，一种是 喷漆部分循环风模式，其原理是将喷漆线的流平、 补漆区域的送风返回至外喷机器人喷漆段，以减 少外喷段新风风量。此类模式的循环风使用量低， ５４ 制造工艺 轻型汽车技术２０１７（３） 可适当减少喷漆室新风量，降低喷漆室排往废气 处理装置的废气量，多使用在外喷段为机器人，内 喷段为人工的情况下，其原理图如图２所示。 的是更高效率的喷漆全循环风模式，这样大大的 节约了实际的运行成本。 图３喷漆室全循环风模式原理图 图２喷漆室部分循环风模式原理图 ２．３循环风空调与全新风空调系统的节能对比 另一种是喷漆全循环风模式，喷漆线送风由 全新风空调和循环风空调的送风组成，喷漆室外 喷和内喷机器人段由循环风空调送风，循环风空 调的供风除由流平、补漆段、气封段返回的循环风 组成之外，另由外喷段的排风的循环风组成。此循 环风模式应用在外喷与内喷均为机器人喷涂条件 （１）全新风空调取自外界新风，（冬季模式） 进入空调机组后需先升温加热，后进行湿度控制。 （２）循环风空调采用人工工位净化后的排风 及文丘里循环后的排风，温度接近工艺温度，只需 进行除湿处理及温度微调即可满足自动化工位工 艺要求。 下，可大幅度降低喷漆室与废气处理系统的投资 与运行能耗，其原理图如图３所示。该新车间采用 ＩＤ－ｇｒａｐｈ ｆｏｒ １ ００％ｆｒｅｓｈ ａｉｒ ｓｏｌｕｔｉｏｎ ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ Ｏｕｔｓｉｄｅ∞ｎｄｉｔｉｏｎ Ｉｎ ｗｉｎｔｅｒ ｉｓ：－５ ＣＸ５０％ＲＨ （３）由图４可见，循环风模式下能耗较全新 风模式能耗大大降低。 图４全新风和循环风节能对比 轻型汽车技术２０１７（３） 制造工艺 ５５ ３循环风空调案例分析 以年产２７万辆整车的新涂装车间为例，该车 间采用的是免中涂水性漆２ｃ１Ｂ工艺，清漆为溶剂 型２Ｋ油漆，喷漆室采用的是湿式喷漆室，机器人 喷漆Ｔ位采用循环风送风。一共设置５个机器人 段，分别为：ＢＣＩ、ＢＣ２内、ＢＣ２外、ＣＣ内、ＣＣ外。因 外喷站和内喷站均为机器人自动化喷涂，所以该 线在没计时即为全循环风模式（图５方式），循环 风比例在６０％以上，可更大程度上的节省能耗。 空调送风所需能耗对于外界条件比较敏感， 水性油漆对于喷漆室的温湿度要求控制在２５± 工艺参数范同内，后再经过喷淋加湿进行湿度控 制；冬季模式下，外界进入空调的新风需经过热水 盘管进行升温，后再经过喷淋加湿。只有存温度、 湿度都满足的情况下，才能被送人到喷漆室、但是 采用循环风空调技术后，满足温湿度要求的送ＪｘＬ 从进喷漆室到被送到文丘里，再从文丘里排风被 送至循环风空调，整个循环过程中温度基本保持 不变，湿度从原来的６５±５％经过文丘里水膜后达 到了饱和状态（约９０％左右）。所以整个循环风过 程中，只需要对循环风进行除湿以及微量的温度 控制，即可满足Ｔ艺要求。 车间工艺空调布置为ＫＴ１、ＫＴ２、ＫＴ３、Ｋ Ｆ４、 ＫＴ５，其原理及布置见图５。 ２℃和６５±５％。夏季模式时，由于外界气温高，需 要大量的冷水进行降温除湿，先保证温度控制在 图５空调循环风原理图 表３各工艺段相关数据 艺段 调 机纰 总风量 送风模式 （ｍ ／ｈ） 新风量 （ｍ ／ｈ） 循环风越 矫 （ｍ ／ｈ） ＫＴ１ 色漆段 全新 １３６９００ １３６９００ Ｏ 循环风 来源Ｊ ＢＣｌ补漆 ＪＪ １ ｌ端气封段 Ｋ１’２ ＫＴ３ 清ＫＴ４ ＫＴ５ 总计 循环 新风／循环风 循环 新风／循环风 ５４４００ ２０６８００ １ｌ４０００ ２ｌ７２００ ７２９３００ ０ ｌ０００ ｌ１４０００ ３６００ ２５５５００ ５４４００ ２０６７Ｏ０ ０ ２１ ３６００ ４７４７００ 循环风比例６５．１％ 漆段 ５６ 制造工艺 轻型汽车技术２１）１７（３） 各工艺段相关参数见表３。 一般取１．２（ｋｇ／ｍ。）；△ｉ为焓差（ｋＣａｌ／ｋｇ）。 在新油漆车间喷漆空调规划时，已经将所有 夏季平均焓值（３２℃．６０％ＲＨ）；冬季平均焓 自动化工位设置为循环风，流平段、补漆段、擦净 值（１５ ｏＣ，５０％ＲＨ）；目标焓值（２５℃，６５％）根据 段等人工Ｔ位采用新鲜风或者岗位循环风作为送 焓湿图（图６）查表计算得知： 风，这样充分提高了循环风的利用率，在满足安全 冬季可节约加热量ｗｌ为１ １２９．７８６ｋｗ，夏季 设计、工艺要求的前提下，循环风比例控制在５０％ 可节约制冷量Ｗ２为１１５８．２６８ｋｗ，总节约功率 一７０％之间具有较高的节能效益，该新油漆车间丁 Ｗ＝Ｗｌ＋ｗ２＝２２８８ｋｗ，按照单价０．７元汁算，可节约 艺空调共计４７４７００ｍ３／ｈ循环风量代替新风风量 １６０１元／小时，每ＩＪ，Ｈ￣可节约纯水４５ｔ／ＪＪ，Ｈ，－ｔ，按照 来保证正常生产Ｔ艺，循环风比例达到了６５．１％， 单价２元计算，可节约９０元／小时，总计可节约 符合精益化设计的要求，各工艺段相关数据见表 费用１６９１元／１ｌ，ｔｔ￣，按照净４０ＪＰＨ计算，理论汁 ３。耗热量Ｇ１、耗冷量Ｇ２依据下列公式计算： 算单车成本可：Ｈ丁约４２．３元。在达到同等外观质量 Ｇ１＝Ｑ・ｐ・△ｉ热（ｋｅａｌ／ｈ）； 的前提下，对比同等４０ＪＰＨ油漆车间空调有循环 Ｇ２＝Ｑ・ｐ・Ａ ｉ冷（ｋｃａｌ／ｈ）； 风，在比例不一样的情况下能耗统计（见表４），可 式中：Ｑ为喷漆风量（ｍ３］ｈ）；Ｐ为空气密度． 实际节约能耗近２５元／台车 ｐｓｙｃｈｒｏｍｅｔ 崎 跏 … 瀵 ●＿ 文件Ｉ ●Ｉ畴∞ 文静噼● 千掉量廛 由１．（。 －＿ｌｌ１５ －ｅ１． 平枷 ，（ｑ．＝ｊｌ３２ 主 嘲漫赓酬，（％） ｌｓｏ －－ｆ． ｔ橱嗽刚，（ ．＝ｊ 主 大气臣 赢 一 大气匝Ｊ 阿 一 参簸 … 擅 叁豉～ 馕 千球蕾窿ｃｒ由１，（ｑ ｌ５．ｏｏ 平耐强度ｒｒａｂｌ （ｃ） ３２．１１０ 湟殍沮廛ｍｌ，（ｃ） ９．６４ １基玮量度 删，（ｃ） ２ｓ．帕 露 赓ｔｒ￣１．（ｃ） ＿．６７ 重点量度ｔｒ￣ｌ，【ｃ） ｚ３． 相对湟廛 哪，（’ ５０。００ 相对漫虞取川．（’ ６０．∞ 蛤ｔＮ， ２８．稍 含墨量 】． 畸） ｓ．扫 ｊ 水蘸气分压 ｌ， ｌａ】Ｏ．８５２８ 求蒸气分压ｐ ・）２．￥Ｓ５２ ｔｔｇｓｌ，ｌ￣气分匿ｔｒｙ，…Ｉ 雨ｓ５ 镱粗承 分压 ｒ１．．４． ７ 比窨【ｖ】．（ｍ３脚０．８∞ 比窘ｂ，ｌ， ３＾口口） ０．８７５ 密廛【田．ｏ叼ｌ抑３， １．２２０ 整廛【棚。蛔ｌ舯３） １．Ｓ４３ 图６ 焓湿图计算 表４比例不一样的能耗统计 对比 工艺 ｊ＿ｆｊ（１ＰＩｔ） 总风量（ｍ １） 循环风 （Ｉｌｌ ／ｈ） 铺环风比例（ｍ ／ｈ） 运行能耗（兀／台 ・） Ａ油漆 ：ｊＣ１Ｂ水性 ４０ ｌ０５００００ ｌ０５０００ ｌ０．００％ ｌ０２ Ｉ＇１１Ｊ Ｂ ｌ Ｊ油 ２ＣｌＢ水性 ４０ ７２９３００ ４７４７００ ６５ ｌ０％ ７２ 漆５－ｆＨＪ 轻型汽车技术２０１７（３） 制造工艺 ５７ 同时由于喷漆线清漆站为２Ｋ溶剂型清漆，机 节约能源；减少废气物排放；喷漆室内工艺温湿度 不受外界气候变化而变化，保证了工艺的稳定性， 器人内喷为全循环风模式，清漆站位相应的排向 烟囱的废气由原来的３２７６００ｍ？／ｈ风量减少为 ９０７００ｍ？／ｈ，相对应的ＶＯＣ浓缩转轮也由原来的３ 套缩减至１套，节约一次性投资６００万元。 同时使用能源得到降低，工厂投资得到了节约【４Ｊ。 与此同时，由于循环风中含有一定量的溶剂，不适 用于人工喷涂，且设备初效过滤袋更换频繁，增加 了日常维护工作量。 参考文献 １ 李庆华．浅谈汽车涂装节能减排技术的应 用．涂料技术与文摘．２０１４．３５（３）：３－０． ２王玮．周巧煜．胥培军．汽车涂装喷漆废气 处理系统的节能规划．工艺与材料，２０１６，１１（４）： ２２－２８． ４ 结语 节能减排是涂装技术发展的主要趋势，为建 设环境友好型社会 ，在设计阶段就应该考虑选用 节能减排的新工艺、新技术和新材料。随着节能环 保意识的日益增强，汽车涂装过程中的能源及 “三废”得到高度关注，越来越多的新工艺、新技 术将被开发并得到应用。 ３李旋。肖其宏．浅析汽车涂料车间节能减 排技术．中国涂料，２０１５，３０（８）：６５—６７． ４王锡春．李文刚．蒋小平．喷漆室排风循环 利用的技术分析．专论与综述，２０１３，１２（２）：１３－ ２２ 目前，喷漆循环风节能技术在国内新建涂装 线中尚未得到广泛应用，该技术具有显著的优点： （上接第３６页） 常的同步负荷，在同步力矩作用下变速箱一轴转 速开始往最终转速变化。 ４ 结语 该文所述的机械式变速箱同步器试验系统已 （５）同步结束时刻ｔ５。在同步摩擦力矩作用 下，一轴达到最终转速，同步器两端转速差为零， 同步过程结束，换挡力下降，同步齿套开始产生位 移。 经在国内变速箱同步器生产厂家和科研院所中得 到使用，试验结果表明试验台功能完备、技术先 进、使用方便可靠、重复精度高，对我国同步器的 开发研究具有重要意义。 参考文献 １ 刘惟信．汽车设计［Ｍ］．北京：机械工业初 版社．１９８９． （６）换挡结束时刻ｔ６。同步完成后，机械手带 动同步器齿套通过锁止斜面拨动同步环，使同步 环相对齿套转过半个齿，使得齿套与结合齿结合， 完成同步器换挡的整个过程。在该阶段一般会产 ２余志生．汽车理论【Ｍ】．北京：机械工业出 版社．１９８９． 生两个波峰，第一个波峰对应同步器二次拨环的 拨环力，第二个波峰对应机械手到达相应挡位后 与变速箱的冲击力。 ３邓星钟．机电传动控制［Ｍ】．武汉：华中科 技大学出版社．２００１．
