一項(xiàng)氮?dú)獍l(fā)生器改造設(shè)計

馮立玲　張明宇　胥文玲　王清華　韓德玖

摘要：目的：設(shè)計一種氮?dú)獍l(fā)生器氣泵電機(jī)單獨(dú)安放的新型裝置。方法：對現(xiàn)有設(shè)備進(jìn)行改造，將氣泵電機(jī)置于單獨(dú)的箱體內(nèi)，設(shè)計輸氣軟管連通氣泵和主機(jī)箱。同時安裝風(fēng)扇，將其設(shè)置于氣泵箱的一個側(cè)壁。另外，在氣泵箱的底部設(shè)置數(shù)個散熱孔，可加速氣泵箱內(nèi)部與外界的空氣流通，降低氣泵運(yùn)作時氣泵箱內(nèi)的溫度。氣泵箱和電機(jī)下端與地面支撐點(diǎn)放置防振膠，電機(jī)箱內(nèi)部加隔音棉，在氣泵箱的進(jìn)氣口增置過濾器。結(jié)果：改造后的裝置，應(yīng)用于實(shí)驗(yàn)室日常項(xiàng)目檢測，能夠滿足使用需求。結(jié)論：該項(xiàng)設(shè)計實(shí)用、穩(wěn)定性好，可優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境能滿足實(shí)驗(yàn)室的檢測需求，同時也降低了設(shè)備故障率。

關(guān)鍵詞：氮?dú)獍l(fā)生器;氣泵電機(jī);改造;降低

1緒論

氮?dú)獗粡V泛應(yīng)用于分析實(shí)驗(yàn)檢測，本實(shí)驗(yàn)室涉及的色譜檢測項(xiàng)目包括三聚氰胺、有機(jī)氯等，在檢測過程中均涉及氮吹操作。這些項(xiàng)目涉及的國家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)中對于氮?dú)獾氖褂靡簿忻鞔_規(guī)定，如GB/T22388-2008《原料乳與乳制品中三聚氰胺檢測方法》、GB/T 23210-2008《牛奶和奶粉中511種農(nóng)藥及相關(guān)化學(xué)品殘留量的測定氣相色譜——質(zhì)譜法》、NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有機(jī)磷、有機(jī)氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農(nóng)藥多殘留的測定》。此外，氮?dú)庖矎V泛應(yīng)用于理化項(xiàng)目的檢測，GB5009.239—2016《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食品酸度的測定》中，同樣規(guī)定在滴定過程中為防止溶液吸收空氣中的二氧化碳，需要向錐形瓶內(nèi)吹氮?dú)狻?/p>

通常情況下，購買市售的氮?dú)獯嬖谶\(yùn)輸不及時、更換氣瓶煩瑣、運(yùn)輸過程存在安全隱患等缺點(diǎn)。而氮?dú)獍l(fā)生器的應(yīng)用，能夠?yàn)閷?shí)驗(yàn)室解決并避免這類問題的發(fā)生。氮?dú)獍l(fā)生器是一套能提取氮?dú)獾脑O(shè)備，主要應(yīng)用領(lǐng)域?yàn)椋汉娇蘸教?、核電核能、食品醫(yī)藥、石油化工、電子工業(yè)、材料工業(yè)、國防軍工和科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。氮?dú)獍l(fā)生器的使用，可以實(shí)現(xiàn)便捷、快速地提供純度符合的氮?dú)鈿庠?，從而有效?shí)現(xiàn)用于實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目檢測的目的。

本實(shí)驗(yàn)室使用的氮?dú)獍l(fā)生器，所有組件集中在一個箱體內(nèi)，長時間運(yùn)行后，產(chǎn)生大量的熱，熱量積存在儀器箱體中不能有效散發(fā)。機(jī)箱內(nèi)部溫度高，導(dǎo)致氣泵電機(jī)易老化;同時，氣泵電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的振動傳導(dǎo)至整臺儀器，發(fā)生共振，帶來噪音污染。

本文通過分析實(shí)驗(yàn)室氮?dú)獍l(fā)生器儀器的運(yùn)行狀態(tài)和故障現(xiàn)象，自行設(shè)計制定出一種技術(shù)方案，通過對氣泵電機(jī)的運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行改造，增加了空氣過濾裝置，改善設(shè)備運(yùn)行過程中的散熱效果，降低使用過程中所產(chǎn)生的噪音。

2儀器與方法

2.1儀器構(gòu)造及原理

型號：PSAN-5。

制造商：北京中惠普分析技術(shù)研究所。

主要構(gòu)造：控制器、空氣壓縮機(jī)、緩沖罐、分子篩、儲氣罐、汽水分離器、電磁閥組等。

工作原理：運(yùn)用變壓吸附和分離混合氣體，在系統(tǒng)溫度維持不變的情況下，升高或降低系統(tǒng)的壓力來不斷地改變吸附量，使吸附組分分離出來。氮?dú)獍l(fā)生器采用加壓吸附、減壓解吸的方式使氮氧分離。

2.2劣勢分析

實(shí)驗(yàn)室使用的氮?dú)獍l(fā)生器購置于2013年，運(yùn)行以來故障頻發(fā)，出現(xiàn)電機(jī)燒毀、線圈老化等現(xiàn)象。針對故障情況，實(shí)驗(yàn)室組織人員進(jìn)行原因分析，具體如下：

（1）氮?dú)獍l(fā)生器的氣泵電機(jī)每日運(yùn)行時間較長，最長時間長達(dá)6小時。

（2）氣泵密閉安放在儀器內(nèi)部的箱體中。運(yùn)行過程產(chǎn)生大量的熱量，雖然原設(shè)備加裝了換氣風(fēng)扇，但只能往儀器機(jī)箱內(nèi)部排風(fēng)。長時間運(yùn)轉(zhuǎn)導(dǎo)致儀器內(nèi)部溫度升高，熱量不能有效散去，氣泵電機(jī)老化、燒毀。需要改善氣泵的散熱效果。

（3）氣泵電機(jī)安裝在儀器箱體底部的骨架上，電機(jī)運(yùn)行時會產(chǎn)生很強(qiáng)的振動，振動傳導(dǎo)至整個機(jī)箱及內(nèi)部零件管路，導(dǎo)致共振。需要降低機(jī)箱部件共振的問題。

（4）振動產(chǎn)生大量的噪音，噪音達(dá)（78.0-92.5）dBA，嚴(yán)重影響了檢測人員正常的工作環(huán)境。國家《環(huán)境噪聲污染防治法》中，把超過國家規(guī)定的環(huán)境噪聲排放標(biāo)準(zhǔn)、干擾他人正常生活、工作和學(xué)習(xí)的現(xiàn)象，稱為環(huán)境噪聲污染。實(shí)驗(yàn)室所使用氮?dú)獍l(fā)生器所產(chǎn)生的噪音已經(jīng)成為環(huán)境噪聲污染，需要降低噪音污染。

（5）氣泵無空氣凈化裝置，會將空氣顆粒物帶入儀器，影響氮?dú)饧兌燃胺肿雍Y的壽命。需要增加空氣凈化裝置，保證氮?dú)饧兌取?/p>

3改造設(shè)計

3.1設(shè)計思路

將多余的熱量從機(jī)箱內(nèi)擴(kuò)散出來，減少機(jī)箱振動，降低噪音，延長設(shè)備的使用壽命。

3.2設(shè)計方案

本項(xiàng)目技術(shù)設(shè)計了一個氣泵箱，其中包括：一個氣泵、一個輸氣軟管、一個風(fēng)扇和一個空氣過濾器。同時，為減少共振，主機(jī)箱與氣泵箱間設(shè)置一定的距離間隔。

本設(shè)計方案，將氣泵通過氣泵箱隔離在主機(jī)箱外，可避免機(jī)箱共振，降低共振產(chǎn)生的噪音;同時，在氣泵箱的側(cè)壁設(shè)置風(fēng)扇，可解決氣泵長時間運(yùn)行過程中的散熱，實(shí)現(xiàn)延長儀器使用壽命的目的。

3.2.1氣泵改造裝置構(gòu)造

3.2.1.1整體構(gòu)造介紹

一個主機(jī)箱（10）、一個氣泵（12），一個氣泵箱（20），所述氣泵（12）置于所述氣泵箱（20）內(nèi);一個連通所述氣泵（12）和所述主機(jī)箱（10）的輸氣軟管（14），和一個風(fēng)扇（22）設(shè)置于所述氣泵箱（20）的側(cè)壁;氣泵箱（20）的一個未設(shè)置所述風(fēng)扇（22）的側(cè)壁上還包括：一個可與所述氣泵（12）相通的進(jìn)氣口（25），一個設(shè)置于所述進(jìn)氣口（25）上游處的過濾器（ 26），和一個可穿設(shè)所述輸氣軟管（14）的排氣口（27）;該氮?dú)獍l(fā)生器還包括復(fù)數(shù)個防振件（24），其支撐于所述氣泵箱（20）的底部;所述氣泵箱（20）的底部還設(shè)置有復(fù)數(shù)個散熱孔（28），氣泵箱（20）的箱壁內(nèi)側(cè)設(shè)置有一層隔音棉。主機(jī)箱10中包括氮?dú)獍l(fā)生器的氮?dú)夥蛛x組件（圖中未繪出）。

3.2.1.2構(gòu)造說明

氮?dú)獍l(fā)生器還包括一個氣泵12（見圖2）。圖2是圖1所示氮?dú)獍l(fā)生器的氣泵箱內(nèi)部及氣泵的結(jié)構(gòu)示意圖。為顯示清楚，圖2中省略了氣泵箱20的一個側(cè)壁。氣泵12置于氣泵箱20內(nèi)，用以給氮?dú)夥蛛x組件提供空氣源。輸氣軟管14連通氣泵12和主機(jī)箱10。

3.2.2改造裝置的工作原理

該氮?dú)獍l(fā)生器工作時，氣泵吸入空氣并通過輸氣軟管輸送給主機(jī)箱的氮?dú)夥蛛x組件，實(shí)現(xiàn)分離氮?dú)獾哪康摹Ｖ鳈C(jī)箱和氣泵箱間隔設(shè)置，可防止氣泵運(yùn)作時產(chǎn)生的振動通過氣泵箱傳遞給主機(jī)箱，故避免主機(jī)箱共振。風(fēng)扇可加速氣泵箱內(nèi)部與外界的空氣流通，降低氣泵箱內(nèi)的溫度。

氣泵箱的一個未設(shè)置風(fēng)扇的側(cè)壁上還包括一個可與氣泵相通的進(jìn)氣口，一個設(shè)置于進(jìn)氣口上游處的過濾器，和一個可穿設(shè)輸氣軟管的排氣口。氮?dú)獍l(fā)生器工作時，大氣中的空氣首先經(jīng)過過濾器去除灰塵等雜質(zhì)，再通過進(jìn)氣口輸入至氣泵，最后由氣泵經(jīng)由輸氣軟管輸出給主機(jī)箱的氮?dú)夥蛛x組件。

另外，該氮?dú)獍l(fā)生器還包括防振件，支撐于氣泵箱的底部。防振件由防振膠制成，可防止氣泵運(yùn)作時帶動氣泵箱振動產(chǎn)生噪音。

氣泵箱的底部設(shè)置數(shù)個散熱孔。散熱孔可進(jìn)一步加速氣泵箱內(nèi)部與外界的空氣流通，降低氣泵箱內(nèi)的溫度。

氣泵箱的箱壁內(nèi)側(cè)設(shè)置有一層隔音棉，隔音棉可一定程度地阻擋氣泵運(yùn)作所產(chǎn)生的噪音。

3.2.3改造裝置的優(yōu)勢

將氣泵電機(jī)獨(dú)立設(shè)置在主機(jī)箱外部避免與箱體接觸產(chǎn)生共振，同時氮?dú)獍l(fā)生器氣泵箱和電機(jī)下端與地面支撐點(diǎn)放置防振膠，電機(jī)箱內(nèi)部加隔音棉。

氣泵箱的進(jìn)氣口增置過濾器，阻隔空氣中的顆粒和雜質(zhì)，保證所制備氣體的純度。

實(shí)施改造前，儀器噪音達(dá)到（78.0～92.5）dBA。機(jī)身震動劇烈，所有組件集中在一個箱體內(nèi)，箱體內(nèi)部溫度達(dá)62℃，電機(jī)表面溫度達(dá)78℃～89℃，這種情況導(dǎo)致氣泵電機(jī)鑄鐵外殼老化、出現(xiàn)裂縫和線圈燒毀現(xiàn)象。

將改造前后對于氮?dú)獍l(fā)生器的外觀、機(jī)箱內(nèi)部及氣泵電機(jī)構(gòu)造這三個方面進(jìn)行對比，可以明顯看出改造后的設(shè)備從外觀、機(jī)箱內(nèi)部零件布局、電機(jī)線圈使用等方面均有較大改善。

4改造裝置的應(yīng)用

改造后，氮?dú)獍l(fā)生器工作噪音明顯降低（61.3～65）dBA，泵箱內(nèi)的溫度下降至（30～35）℃，產(chǎn)氣量穩(wěn)定在5L/min，改造后氮?dú)獍l(fā)生裝置能夠順利為實(shí)驗(yàn)室檢測提供必備的氣體條件。

5可推廣性

該項(xiàng)氮?dú)獍l(fā)生器改造技術(shù)，設(shè)立了獨(dú)立氣泵箱隔離在主機(jī)箱外，避免了機(jī)箱共振所產(chǎn)生的噪音;同時在氣泵箱的側(cè)壁設(shè)置風(fēng)扇，有效解決了氣泵長時間運(yùn)行過程中的產(chǎn)熱問題，可延長使用壽命;操作簡單，無需專業(yè)上的培訓(xùn)指導(dǎo)。生產(chǎn)廠商針對同型號氮?dú)獍l(fā)生器生產(chǎn)時，可作為技術(shù)思路進(jìn)行后期產(chǎn)品的升級。

此項(xiàng)技術(shù)創(chuàng)新已經(jīng)申報并獲得國家知識產(chǎn)權(quán)局實(shí)用新型專利，專利號為201520122747.4。

6結(jié)論

本文通過對實(shí)驗(yàn)室使用的氮?dú)獍l(fā)生器進(jìn)行改造，通過加速氣泵箱內(nèi)部與外界的空氣流通，實(shí)現(xiàn)了降低泵箱內(nèi)的溫度，降低工作噪音，從而實(shí)現(xiàn)電機(jī)工作壽命延長的目的。該項(xiàng)設(shè)計實(shí)用、穩(wěn)定性好，在優(yōu)化設(shè)備運(yùn)行環(huán)境的同時，為其他同類型設(shè)備使用者提供了可借鑒的方法。在滿足現(xiàn)有需要氮吹操作檢測項(xiàng)目條件的同時，可以為后續(xù)開展新的檢測領(lǐng)域提供必備條件。此項(xiàng)操作簡單，便于使用同類型儀器的實(shí)驗(yàn)室推行使用。同時也為生產(chǎn)廠商提供了產(chǎn)品設(shè)計改善思路，在氮?dú)獍l(fā)生器制造企業(yè)中有很大的推廣價值。

作者簡介：馮立玲（1984— ），女，漢族，河北衡水人，本科，檢驗(yàn)工程師，研究方向：乳品檢驗(yàn)分析;張明宇（1981— ），男，漢族，河北唐山人，本科，檢驗(yàn)儀器維護(hù)中級工程師，研究方向：乳品檢驗(yàn)分析。