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摘要:涂装作为汽车生产过程中的“耗能大户”，降低其能耗具有极其重要的现实意义。本文对汽车涂装工序进行了分析，重点讨论了涂装设备的能耗及其节能对策，希望对改进汽车生产工艺以实现绿色节能生产有所借鉴。
关键词:汽车生产，车身涂装，节能对策
1引言
近年来，汽车制造业已经成为了我国经济发展的支柱性产业之一，这一方面促进了我国工业的进步，使我国在一定程度上摆脱了对国外进口整车产品的依赖，但同时也造成了能源消耗的不断增长，加强节能措施在汽车生产过程中的应用可谓迫在眉睫。而汽车生产是一个复杂系统，涉及的环节和工序比较多，且每一个环节的能耗特点各不相同。本文以汽车涂装工艺为例，对其生产中涉及到的设备进行了分析和概述，并在此基础上重点探讨了涂装设备的节能对策，希望对改进当前的汽车涂装工艺以达到更加良好的经济和社会效益能够有所借鉴。
2汽车涂装设备概述
通常来说，汽车涂装工艺大多会选择3C3B，即在车身上按照一定的工序涂布电泳层、中涂层、面涂层。涂装完成后，均需要经过一定温度的烘干才能进入下工序。汽车涂装中涉及许多工艺设备，按功能划分大致可分为以下几类：
1.前处理及电泳设备
前处理设备是指在正式涂装前，对车身表面油污进行一定洁净处理的装置。主要包括槽液循环、喷淋、水泵、纯水存储以及杂质清除等装置。经过前处理后，还需用纯水来洗净化学药品。前处理主要是在槽体内完成，而槽液需经过锅炉设备才能达到所需温度。前处理工序后进入电泳，该工艺使车身表面粘附一层薄磷化膜。电泳设备主要包括涂料循环泵、纯水设备、换热设备以及大型整流器等等。特别关注是，电泳处理工艺会消耗大量的能源，其耗能大致占到涂装生产过程耗能的2~3成，是节能工作需要重点关注领域。
2.喷漆室
车身涂装涉及到喷涂操作，而为了保障喷涂质量，需对喷漆室的温度进行严格控制，尤其是在喷涂水性涂料时，温度控制不合理将会严重影响到最终的涂装质量。因此，喷涂室一般都会装设大功率的空调系统，而且要具备加热、降温以及增湿等功能。此外，为了及时将喷漆室内的废气排出，还需安装大功率供排风机。此环节也是节能的重要阶段，大约占到整个涂装生产能耗的4成。
3.烘房及废气处理（RTO）
上文提到，涂层涂装后都需要在烘房内进行烘干。烘房主要功能就是提供热能，而热能的提供则需要大量的天然气加热。当前烘房都选择循环热风方式，循环风机也会产生较大的能源消耗，这需要引起我们充分的重视。
4.其它设备
除以上设备外，还需用到很多辅助设备：如涂料输调漆设备、车身工位搬送设备、涂层打磨抛光返修设备、以及作业场照明和换气设备等等。以上这些设备也应考虑节能措施。
3节能对策探讨
1.前处理以及电泳设备的节能对策
前处理工艺会用到较多水泵，水泵节能就成为了重要举措。首先，选择带变频调速的水泵，可有效降低水泵能耗。由流体力学可知，P（功率）=Q（流量）╳ H（压力），流量Q与转速N的一次方成正比，压力H与转速N的平方成正比，功率P与转速N的立方成正比。如果水泵的效率一定，当要求调节流量下降时，转速N可成比例的下降，而此时轴输出功率P成立方关系下降。即水泵电机的耗电功率与转速近似成立方比的关系。例如：一台水泵电机功率为55KW，当转速下降到原转速的4/5时，其耗电量为28.16KW，省电48.8%。其次，提升功率因素，P=S╳COSФ，Q=S╳SINФ，其中S－视在功率，P－有功功率，Q－无功功率，COSФ－功率因数，可知COSФ越大，有功功率P越大，普通水泵电机的功率因数在0.6-0.7之间，使用装置后，由于内部滤波电容的作用，COSФ≈1，从而减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。同时，水洗喷淋泵与车体自动检测装置实现联动，实现车辆在席时开启水泵。另外选择新型处理药品、选择在较低温度下依然具有良好除油效果的脱脂剂，从而降低锅炉负荷达到节能的目的。
电泳装置是耗能大户，而整流器又占据了较大能耗比例，所以整流器的选用也是节能重点。IGBT整流器的运用可以实现十余段电压的独立控制，IGBT具有更好的能源利用率，几乎没有任何的功率损失，在0~400V电压范围内，其功率因素COSФ≥0.96，这和传统的可控硅整流器相比，使得能源效率得到大幅提升。此外电泳装置的输液泵需全天候运转，采用变频控制将会起到显著的节能效果。如生产时泵运行在工频状态；非生产时自动调整至低频状态。
2.喷漆室的节能对策
喷涂对喷漆室的温湿度要求非常高，正常情况下，温湿度等条件达到要求后应立即进入生产模式。采用PLC控制来代替人工控制，利用传感器对室内外温度、湿度等数据进行采集并计算，进而得到设备的最佳开启时间，节省能源损耗。
此外喷漆室供排风机采用变频器控制，与一般调节风门控制风量的方法比较，具有明显节电效果。从流体力学原理得知，风量与转速/功率相关：风量与转速成正比，风压与转速的平方成正比，风机轴功率=风量与风压的乘积，故风机轴功率与转速的三次方成正比（即风机轴功率与供电频率的三次方成正比）。
图1 频率与节电率对比
根据上述原理可知改变风机的转速就可改变风机的功率，例如：将供电频率由50Hz降为45Hz，则P45/P50=453/503=0.729，即P45=0.729P50。由此可见在满足风量前提下，调整频率至45Hz可节省27.1%。
3.烘房及RTO节能对策
烘房风机也可采用PLC及变频控制实现节能。同时，车体出烘房后需冷却，当车体通过冷却段时冷却自动打开，无车体时自动暂停风机。另外新型的三塔式RTO及旋转式RTO，具有自动反吹以及分室体温度控制的功能，可对烘房废气进行充分燃烧同时节省燃气，从而进一步达到节能效果。
4.其它设备的节能对策
为了降低涂装生产线在无车下的运行空耗，应实现搬运设备、增湿装置、防尘装置等与车体检知装置间的联动，实现无车下的自动暂停功能。
4结束语
汽车作为当前人们生活和工作中的主要代步工具，其保有量不断上升。但与此同时我们也要清醒地看到，汽车的大量生产会消耗大量能源，对其采取节能降耗操作可谓势在必行且恰逢其时。本文对汽车生产中的主要耗能工序——车身涂装进行了分析，重点讨论了涂装设备的能耗及其节能对策，希望对改进汽车生产工艺以实现绿色节能生产有所借鉴。
参考文献:
[1] 周康渠,邹冰倩.汽车涂装车间节能方法研究与应用[J].重庆理工大学学报, 2016,30(1):37-42
[2] 宋成.汽车车身涂装设备及分析[J].环球市场,2016,(36):137
论文作者:曾浩基
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/19
标签：节能论文; 涂装论文; 功率论文; 转速论文; 汽车论文; 设备论文; 电泳论文; 《电力设备》2018年第28期论文;