全自動進口小罐灌裝線技術(shù)引進及改造之技術(shù)小結(jié)

胡炳耀，黃 林

(1.巨化股份聯(lián)州致冷劑公司，浙江 衢州 324004；2.美國依工集團，上海 200093)

全自動進口小罐灌裝線技術(shù)引進及改造之技術(shù)小結(jié)

胡炳耀1，黃 林2*

(1.巨化股份聯(lián)州致冷劑公司，浙江 衢州 324004；2.美國依工集團，上海 200093)

介紹了美國的制冷劑小罐產(chǎn)品標準AHR I Standard 700,對巨化股份聯(lián)州致冷劑公司引進的全自動進口小罐灌裝線在實際應用中出現(xiàn)的問題進行了深入探討,并闡述了國內(nèi)外不同的設備設計理念和解決問題的方式。

AHR I Standard 700；全自動進口小罐灌裝線；灌裝擴張頭；設計理念;解決方式

0 前言

項目背景與概況：隨著巨化股份的車用冷媒氣霧罐產(chǎn)品在市場的占有率不斷擴大，氣霧罐產(chǎn)品的品牌在消費者心目中的信賴程度不斷提高，下屬聯(lián)州致冷劑公司近年來生產(chǎn)銷售規(guī)模不斷擴大，而且已成為全國最大的車用氣霧劑冷媒產(chǎn)品生產(chǎn)銷售企業(yè)。而目前單靠手動的灌裝機，已經(jīng)完全不能滿足市場的要求和國際客戶要求。這條氣霧罐灌裝生產(chǎn)線達標投產(chǎn)后，年生產(chǎn)能力2200萬罐，遠遠超過美國IDQ公司最高年份的生產(chǎn)能力，目前排名世界第一。在擴大國內(nèi)市場的同時，由于產(chǎn)品品質(zhì)的提高，出口歐美市場的訂單絡繹不絕。另外，公司依托此灌裝線，成為衢州市2017年首個獲得”中國制造2025”的標桿企業(yè)。

進口小罐的灌裝線原因：國內(nèi)的手動灌裝機雖然已經(jīng)運用將近20年了，但是生產(chǎn)效率低下，隨著近些年人工成本的大幅增加，此類設備已經(jīng)不能滿足訂單的規(guī)模和生產(chǎn)效率了。另外，手工操作的隨意性很大，罐內(nèi)的制冷劑水份和空氣和其他不凝性氣體指標基本高于AHRIStandard 700，見下表1，對出口訂單造成很大的影響。

1 美國AHRIStandard 700對各項制冷劑的灌裝后參數(shù)要求

見下頁表1。

2 運行和調(diào)試過程中的問題

2.1 真空度

這是一個極其關鍵的指標，意味著最終產(chǎn)品的質(zhì)量是否能夠滿足歐美市場的AHRIStandard 700標準。實驗證明:在制冷劑原料達標的基礎上，空氣和其他不凝性氣體指標就是由抽真空的能力所決定的，如果空氣和其他不凝性氣體能夠達到AHRIStandard 700要求，在原料達到標準的情況下，水份也一定能夠達到這個標準。

但是，真空度要求確實是非常難，而且必須要保證生產(chǎn)線連續(xù)地運行。以下是在實際的運行過程中，所遇到的一系列的問題，最終將其一一化解，而且遠遠地超越現(xiàn)在國內(nèi)的生產(chǎn)技術(shù)水平。

表1 美國AHR IStandard 700對各項制冷劑的灌裝后參數(shù)要求

2.1.1 現(xiàn)象

在機器剛剛開始調(diào)試和運行時真空度不穩(wěn)定，不能滿足生產(chǎn)要求，在-25~-28英寸/汞柱（-85~-95 kPa），制冷劑可能進入真空管，導致出口端的成品為空罐。

2.1.2 問題判斷

初步判斷是因為壓縮空氣流量波動產(chǎn)生的，造成的原因是：原來真空泵只有一臺，而測試真空泵出口的真空度是-100 kPa，在進入全自動灌裝機的入口端的真空度是-90 kPa。在測試全自動灌裝線時，國產(chǎn)的手動的灌裝機也在工作，當時手動灌裝機的真空度只有-70 kPa。也就是說，全自動灌裝線的真空度小于-75 kPa屬于正常，是由于全自動灌裝機的三個灌裝頭，每一個頭接入的空氣流量在連續(xù)的抽真空工作狀態(tài)下都有對壓縮空氣量一定的要求。當手動生產(chǎn)線在下班以后，重新開啟自動灌裝線進行調(diào)試，那效果就要好很多，這個效果指的是：灌裝頭入口真空度，原來有一小部分的真空度是灌裝頭用來提蓋的，只有剩余的大部分真空用來抽取罐子內(nèi)的空氣。如果真空度低，那么去除提蓋用的量，剩余部分就不能保證罐內(nèi)的真空度。有時候雖然罐內(nèi)抽取的真空度提高了，但是蓋子就不容易提上去，造成制冷劑在灌裝的過程中，有些跑到了真空管里面去了。

2.1.3 對策

從源頭上抓起，設兩臺真空泵，一臺供手動生產(chǎn)線，一臺專供全自動生產(chǎn)線。另外，全自動生產(chǎn)線的每一個灌裝頭加裝獨立的真空進入管。

2.1.4 結(jié)果

整改后，真空度達到-75~-85 kPa，R134a成品罐內(nèi)的技術(shù)指標為:水份15~20 ppm，空氣和其他不凝性氣體13%~15%。只有當真空度設定值超過-85 kPa時，罐內(nèi)的技術(shù)指標為:水份7~9 ppm，空氣和其他不凝性氣體0.9%~1.3%，還是偶爾會有跑真空的現(xiàn)象出現(xiàn)，雖然不是很頻繁，但是會影響灌裝速度。

2.1.5 再次分析

這就說明當真空度達到-75~-85 kPa時，產(chǎn)品質(zhì)量還是和目標值有一段距離。

是否還有其他的因素導致產(chǎn)品的質(zhì)量問題?這里就必須引入一個關鍵的概念：露點溫度。

根據(jù)道爾頓的原理，空氣壓力等于組成空氣的各個分項氣體壓力的和?？諝庵饕怯傻獨猓鯕夂退羝M成。氮氣和氧氣壓力值是非常穩(wěn)定的，而水蒸汽的壓力值變化非常大?？梢圆殚喫羝娘柡驼羝?，見圖1。

P空氣=P氮氣+P氧氣+P水蒸汽

圖1 壓力-飽和溫度對應曲線圖

水蒸汽的飽和蒸汽表告訴我們：水蒸氣的壓力隨著溫度上升而迅速上升，而隨著溫度的下降而迅速下降。

所以壓縮空氣，在環(huán)境溫度相同，壓力增大的情況下，輸送的空氣通過空壓機在管道中的水蒸汽壓力增大，在壓縮氣體時產(chǎn)生的高溫，但是在輸送到鍍鋅鋼管后而迅速的凝結(jié)，造成了大量的冷凝水積累在管道中。雖然在鍍鋅鋼管中設置了排液閥，但是一般地維護人員不會定期去檢查，而且他們也不知道什么時候里面積水。

另外大氣中含有腐蝕性的氣體、水蒸氣、碳氫化合物等雜質(zhì)，每立方米的空氣中大約混有1.4億個固體微粒，這些雜質(zhì)中有80%以上的顆粒直徑小于2μm，因此將很輕易地通過空壓機和消聲濾清器，進入壓縮空氣系統(tǒng)中。含有各種雜質(zhì)的空氣在經(jīng)過簡單的過濾器后，便進入空壓機進行壓縮，由于在壓縮氣體時產(chǎn)生的高溫和氧化作用，導致壓縮機潤滑油品質(zhì)下降，并呈強酸性，這些固體微粒與壓縮空氣中的油及水蒸氣在一起進入壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)時，如使用傳統(tǒng)的鍍鋅管或碳鋼管道，管道內(nèi)壁會首先遭到銹蝕，這是因為鐵活潑的化學性質(zhì)是它特別容易導致生銹，鐵與空氣接觸就會和空氣中的氧發(fā)生化學反應，使鐵表面的分子變成氧化鐵——鐵銹。暴露在空氣中的鐵表面不斷氧化生銹，使鐵變得又軟又松。普通碳鋼管使用時間長了管內(nèi)部自然會有腐蝕雜質(zhì)沉積出來。最終的結(jié)果是管道 （包括焊口位置）腐蝕爛穿泄漏，有污染的空氣對氣動設備、氣動儀表及終端產(chǎn)品質(zhì)量帶來嚴重的傷害，增加了系統(tǒng)設備維修費用，泄漏將造成損失。

那么問題找到了，那就是壓縮空氣氣源中的雜質(zhì)和水蒸氣，導致最終的產(chǎn)品質(zhì)量問題。

2.1.6 措施

全面清掃管道，在進口設備入口處加裝過濾器，配備冷干機和油分離器，并且保證在過濾器之前的水份小于200 ppm（越低越好），聯(lián)州公司目前可達到小于50 ppm。

2.1.7 繼續(xù)提高真空度，把真空度提高到-85 kPa以上

而提高抽真空的動力源不再依賴于真空泵，因為新設備已經(jīng)是6頭的設備，原來是3頭的設備。考慮真空越獨立越不能相互影響和串聯(lián)，另外還要考慮到每一個抽真空的工作頭之間相互牽扯工作間歇性的特點，所以決定直接采用真空發(fā)生器的形式。這樣既解決了了真空源在分配到用氣設備的不均衡性，也照顧了每一個灌裝頭用氣量的平均性和間歇的工作特點。

真空發(fā)生器是灌裝機實行灌裝的重要組件，其結(jié)構(gòu)簡單、安裝方便、且易維修。由噴口、發(fā)生器殼體、噴嘴、消聲器、螺紋三通、直通螺紋組成，其中消聲器、螺紋三通、直通螺紋為氣體連接件，為標準件。噴口、噴嘴為尼龍自制件，發(fā)生器殼體為硬鋁自制件。它的原理是：氣源由進氣口進入通過噴嘴中心小孔經(jīng)發(fā)生器殼體，快速吹進噴口，通過消聲器到排氣口，此時由于在噴口、噴嘴之間的發(fā)生器殼體內(nèi)產(chǎn)生快速流動氣體，使這一區(qū)域產(chǎn)生局部的真空。即產(chǎn)生一個負壓，由于吸氣口的壓力大于此區(qū)域的氣體，吸氣口的空氣也向此區(qū)域流動，通過噴口也由出氣口排出，形成吸氣現(xiàn)象。當進氣口不斷有氣進入的時候，就形成不斷吸氣真空現(xiàn)象。

真空發(fā)生器就是利用正壓氣源產(chǎn)生負壓的一種新型、高效、清潔、經(jīng)濟、小型的真空元器件，這使得在有壓縮空氣的地方，或在一個氣動系統(tǒng)中同時需要正負壓的地方獲得負壓變得十分容易和方便。真空發(fā)生器廣泛應用在工業(yè)自動化機械中，所需的抽氣量小，真空度要求不高且為間歇工作。對真空發(fā)生器的抽吸機理，對正負壓氣路的設計和選用有著不可忽視的實際意義。

真空發(fā)生器的工作原理：真空發(fā)生器的工作原理是利用噴管高速噴射壓縮空氣，在噴管出口形成射流，產(chǎn)生卷吸流動，在卷吸作用下，使得噴管出口周圍的空氣不斷地被抽吸走，使吸附腔內(nèi)的壓力降至大氣壓以下，形成一定真空度。

按噴管出口馬赫數(shù)M1（出口流速與當?shù)芈曀僦龋┓诸悾婵瞻l(fā)生器可分為亞聲速器管型（M1＜1），聲速噴管型 （M1=1）和超聲速噴管型（M1＞1）。亞聲速噴管和聲速噴管都是收縮噴管，而超聲速噴管型必須是先收縮后擴張形噴管（即Laval噴嘴）。為了得到最大吸入流量或最高吸入口處壓力，真空發(fā)生器都設計成超聲速噴管型。

提高真空發(fā)生器吸入流量的方法：（1）真空發(fā)生器采用高真空型，曲線斜率大。在噴管喉部直徑一定的情況下，要獲得高真空，必然降低吸流量。（2）為增大真空發(fā)生器吸入流量，采取設計多級擴大壓管方式。采取兩個三級擴壓管式真空發(fā)生器并聯(lián)，吸入流量再增加了一倍。

2.1.8 最終結(jié)果

罐內(nèi)的技術(shù)指標為:水份7～9 ppm，空氣和其他不凝性氣體0.9%～1.3%，并且設備連續(xù)運轉(zhuǎn)無跑真空現(xiàn)象，單個灌裝頭速度超過12罐/min，完全超越原來的速度預期。

3 擴張頭的壽命

3.1 問題

在剛開始的灌裝頭運行中，擴張頭經(jīng)常容易斷裂，平均壽命只有20萬次，這個大大的出乎我們的意料之外。更有國內(nèi)的手動罐裝機的擴張頭壽命只有6萬次，一周就斷裂了。

圖2 擴張頭斷裂位置

3.2 分析

3.2.1 斷裂位置

圖2從斷裂的位置來判斷發(fā)生在以前沒有見過的地方，它總發(fā)生在末端。罐應該是自動進行校準機器，可以與對準處理只有一個點，也許2～3mm。還有一種情況，使其中頭不能對齊罐。設定灌裝頭的鏈條，以便它不太接觸罐，當罐中心居中對應在罐裝頭下。該灌裝頭的鏈條應距離罐約1～2mm即可。當灌裝頭下來時如果鏈條接觸到罐，鏈條就可能會阻止罐向后移動。如果顯示出凹痕或刮擦在蓋子的頂部，那這就是蓋子和機器的對準問題。

3.2.2 擴張頭成分分析

我們對國外的擴張頭也進行了金屬材料化學分析，基本屬性類同，報告并沒有能夠解釋斷裂的原因。

3.2.3 由國標引出的問題

再試了試，這不是問題的關鍵所在點。有可能封蓋尺寸引起問題和壓蓋參數(shù)有關。再仔細研究，那么問題就出現(xiàn)在接觸高度這個技術(shù)參數(shù)上面。表3是原來的中國國標——《G B 13042-2008鐵罐》中要求的封蓋標準尺寸。

表2 擴張頭金屬材料分析

表3 尺寸及偏差

這個接觸高度的尺寸只有4.00±0.15mm；而美國的所有廠家的接觸高度參數(shù)是5.3mm。而考慮到中國蓋子里面的橡膠墊圈和美國是不同的，中國是半圓形的墊圈（厚度尺寸是0.51mm，從最高處測量），美國是平墊圈 （厚度尺寸是1mm）根據(jù)美國灌裝的經(jīng)驗，如果使用美國墊片的厚度，應當使用的5.22 mm接觸高度這一參數(shù)。如果是使用目前國內(nèi)的最多見的0.51 mm厚的半圓墊圈，理論上，這將添加0.49mm至接觸高度，使深度5.71mm。而現(xiàn)在國內(nèi)通常使用的接觸高度4.00mm，過于膚淺。如果是這樣，這將解釋擴張頭破損的原因。

3.3 對策

接觸高度調(diào)整至5.71mm。

3.4 結(jié)果

擴張頭的壽命全部達到50萬次以上。

3.5 思考

我們在考慮擴張頭的壽命時，一般只考慮它的材料加工工藝，可能沒有考慮到壓蓋參數(shù)，因為我們?nèi)鄙倥行运伎嫉乃季S模式，在對待一些技術(shù)參數(shù)上，我們需要了解他們是怎么來的，是否可以用拿來主義，還是需要經(jīng)過實踐經(jīng)驗的總結(jié)和升華。

4 結(jié)論

通過引進和消化吸收國外的先進灌裝技術(shù)設備，才能深刻地知曉灌裝設備的不同的設計理念和實際問題的解決方法，為今后我國的產(chǎn)品質(zhì)量緊跟上世界標準，打好堅實的基礎。

[1] 美國空調(diào)供熱制冷學會標準,AHRIStandard 700-2012 with Addendum 1[S].

[2] GB13042-2008，包裝容器 鐵質(zhì)氣霧罐國家標準[S].

Abstract：The US Refrigerant Small Tank Product Standard AHRI Standard 700 wasintroduced.The automatic imported small tank filling line was introduced by the problems appeared in its practical application were discussed in depth.The differentequipmentdesign concept and the way to solve the problem at home and abroadwere elaborated.

Keywords：AHRIStandard 700； automatic imported small tank filling line； head of filling line； design concept；way to solve the problem

A Brief Introduction of the Technology of Im porting and Application Automatic Small Can Filling Line

HU Bin-yao1,HUANG Lin2*
(1.Lianzhou Refrigerant Company of Juhua Group Corporation,Quzhou,Zhejiang 324004,China;2.ITW,Shanghai200093,China)

1006-4184（2017）9-0010-05

2017-06-09

胡炳耀（1973-），男，大學本科，研究方向：化工裝置與動力設施。E-mail:13957000547@163.cn。

* 通訊作者：黃林，E-mail：13311872602@189.cn。