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浅谈小型家用空压机设计要点

来源:作者:发表时间:2019-06-04

 [ 摘要 ] 简要介绍小型家用空压机在国外市场应用前景以及小型家用空压机主要组成部分;重点介绍小型家用空压机各主要零部件在设计方面应注意的事项。

 
在国外市场,小型家用空压机应用非常广泛,几乎每家每户都会拥有一台甚至数台家用空压机。仅仅美国市场,每年销售量至少达到 500 万台以上,而美国的小型家用空压机,大部分都是从中国进口。我国出口这种小型空压机,不仅在成本上有很大优势,在质量控制以及高新技术应用上也很有竞争力。国内生产小型家用空压机的厂家很多,但是没有一个统一设计标准及规范。笔者通过多年开发这种小型空压机的经验,总结出一套小型家用空压机设计规范。
 
小型家用空压机整机一般由以下几个主要部分组成:泵头(含电机)系统;储气罐系统;调压阀系统;开关电源线系统。我们在设计小型家用空压机时,首先应充分吃透客户的设计需求,确保我们的设计方案满足客户要求。
 
1 电机泵头选用及设计
空压机泵作为整个机器的核心零部件,决定着整机的性能以及寿命,因此电机泵的设计显得尤为重要。电机泵头的设计考虑到以下两部分。
 
电机的选型及设计:电机在选型时应根据流量要求计算出需求输出功率,一般情况下按照 250W/SCFM 来计算,再根据不同电机的效率、功率因素等计算出输入功率,确定了输入功率后,电流也就大概定下来了。电机在设计时,重点要考虑如下几方面因素:
 
电机的温升要求,此项为安规认证考核项目。电机温升是根据不同绝缘等级确定的,通常空压机采用 B 级和 F 级绝缘系统,两者对应的温升要求分别为小于 95K 和小于 115K。电机低压 / 低温带载启动要求,对于使用感应电机作为动力源时,必须考虑这项要求。低压启动性能主要取决于电机的扭矩大小,但是扭矩和温升是一对矛盾体,当扭矩大了后,温升又会相应高了。
 
噪音要求,对于空压机产品,电机本身产生的噪音并不大,噪音主要还是来源于泵头。泵头转速高低对整机噪音有着很大的影响,同时转速高低也是流量大小的关键因素之一,因此,选择合适的泵头转速也十分重要。
 
泵头的选型及设计:泵头的作用是将电机输出的机械能转化为气动能,是空压机里最为重要的一套组件,一台空压机的性能好坏直接取决于泵头的好坏。泵头的设计主要考虑到流量、体积、噪音、寿命等参数要求。我们为某公司开发的泵头平台有:永磁电机泵头、串激电机泵头、感应电机泵头、静音电机泵头、直流电机泵头(电池包供电)。功率从 0.35-2.5HP 之间,流量从 0.6-5.0SCFM 之间,寿命超过 120 h、300 h、500 h 等。
 
2 储气罐系统
小型空压机储气罐系统主要包括储气罐、单向阀、安全阀、排污阀等配件。储气罐作为小型空压机的储能部件,需要长期承受高压气体,因此储气罐设计应重点考虑安全问题。根据整机最大工作压力、工作温度、认证要求以及气罐容积大小,应合理选择气罐材质、壁厚、封头直径、封头形状、焊接要求等。按照设计要求制造出来的气罐,需要用 5 倍安全阀压力做爆破测试。当产品出口欧洲时,气罐需要做 CE 认证,出口美国的根据客户要求选择做 ASME 认证。
 
3 调压阀系统
调压阀系统包括调压阀、进气管、压力表、快速接头等。调压阀主要作用是为满足客户使用不同工具设置的,可以在最大调节压力下任意调节出气压力,以满足客户对不同压力的需求。调压阀设计时重点在于大弹簧弹力、高度,以及活塞行程等,避免调节压力不归零或者调节不到最大压力的情况。对于压力表主要考虑材质、螺纹规格、表盘量程选用问题,最大量程按照安全阀压力的 1.5 倍设计。快速接头按照出口不同国家进行选用,出口欧洲采用欧式或三合一快接,出口美国的采用美式快接。
 
4 开关电源线系统
主要包括压力开关、电源开关、电源线等。压力开关主要分为机械式压力开关和微型压力开关,机械式压力开关一般都带有卸荷阀,同时集成了电源开关功能,使用方便,但是体积较大。微型压力开关只能通过压力控制电源通断,不带手动开关以及卸荷功能,但是其体积小,安装方便。压力开关可以通过事先设定的启动压力和关闭压力来自动控制机器运转,当气罐压力达到设定压力时,压力开关切断电源,当气罐压力降到设定的重启压力时,压力开关接通电源。电源开关主要作为手动开关使用,通过人工干预启动或关闭空压机。
 
电源线及插头的选用需要满足认证要求,出口美国的机器电源线及插头需要 UL 认证,出口欧洲的电源线及插头需要 CE认证。电源线及插头承受电流需要符合整机要求,整机电流与线径关系,针对美款产品,常用的线规为 18AWG、16AWG、14AWG,其对应的最大电流分别为 10A、13A、18A。针对欧款产品,常用的线规为 0.75 mm²、1.0 mm²、1.5 mm²,对应的电流分别为 6A、10A、16A。我们在选用电源线时可根据整机的最大电流来选用。
 
5 结语
随着市场竞争日益激烈,国外客户不仅对质量要求越来越高,而且成本要求也越来越高,如何制造出物廉价美的产品,将成为每个企业的生存之本。而成本和质量是一对矛盾体,这就要求我们的设计人员在设计产品时,要综合考虑成本和质量,只有这样才能设计出一款具有竞争力的产品。
 
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