简介

压缩空气在工业上用作动力源已有多年。其中最常见的两种是建筑业——它被用来驱动钉子和订书钉，切割、塑形和打磨木制和金属零件;在汽车修理厂，它驱动冲击扳手、模具磨床、轨道磨床和油漆车间的喷枪。气动马达通常比相同尺寸的电动马达提供更大的动力，从而使小型、有力的手动工具没有触电危险。

现代油漆店的动力

大家首先想到的压缩空气在涂装作业中的应用是用于喷枪。尽管如此，压缩空气驱动的非电气方面可能更有用。正确构造的气动马达本质上是安全的，允许它们在防爆环境中使用，而无需在这些设置中安全运行电气系统相关的所有麻烦和费用。这使它们成为混合和分配油漆的搅拌器和泵的理想动力。此外，在大多数现代涂装作业中，喷雾铃的使用与喷枪的使用频率相同，甚至更多。对于不熟悉的人来说，这些设备使用气动马达来高速旋转杯子或磁盘。当油漆被注入到旋转的杯/盘表面时，离心力使油漆雾化，形成大小非常均匀的液滴“雾”，然后这些液滴可以转移到目标部位，形成光滑、均匀的表面。

当然，有好处就有坏处。在气动驱动系统的情况下，固有的安全性被压缩气体释放时产生的噪音和冷却所抵消。

冷却的效果

冷却效应是理想气体定律的结果。这一基本物理定律表明，气体的压力和体积与温度成正比。式可表示为PV = nRT，其中:

P是压力气体的

V是体积气体占据

n是摩尔的气体

R是最理想的气体常数(8.314 J * K−1 *摩尔−1),和

T是温度气体的

一个简单的气球就是这种关系的最好例子。假设你在一个炎热的夏天在集市上买了一个气球。它的大小是根据橡胶壳对吹进它的空气的体积的压力而定的，并且是在那个温暖的日子里空气的温度。现在假设你把它带回有空调的房子。当气球里的空气下降到室内温度时，压强和体积一起减小，以抵消温度的变化——气球变得更小、更软。把它拿回室外，这个过程会自行逆转，气球会恢复到原来的大小和硬度。

这和你的油漆店有什么关系?进入电机的空气在供给它的软管的容积内被压缩。它基本上也是在室温下。当空气通过电机时，它被释放到房间里。体积膨胀，压力下降，以匹配房间的大气条件。当这种情况发生时，方程左侧的值下降(当压力下降到0 PSIG时)，作为回应，压缩空气(或更准确地说，“不再压缩”的空气)的温度下降，以平衡方程，世界物理学家认为一切都是正确的。随着这一过程的继续，冷空气从它周围的电机表面吸收能量，电机变得更冷。

那么，为什么这是一个问题呢?坦白地说，它不是——直到马达表面的温度降至室内空气的露点以下。然后一切都变了。

的露点

事实证明，油漆店通常都是湿度高的地区。有些人甚至利用瀑布来捕捉过度喷溅的水。随着湿度的增加，露点(水从周围空气中凝结的温度)也会增加。我们都在刚从冰箱里拿出来的汽水罐上见过。

计算露点的近似值其实很容易。如果你知道温度(°F)和相对湿度(%)，露点将是:

,地点:

Tdp露点温度是多少

T是温度(F°)

RH是相对湿度，如果房间(%)

为了本文的目的，让我们假设在一个夏天，油漆间的温度是86°F和65% RH。根据这个公式，当表面下降到73.4华氏度以下时，水就会从周围的空气(而不是压缩空气)开始凝结在上面。在应用中，这体现在许多方面。

冷凝的问题

在工业环境中，噪音总是一个问题，在空气驱动的情况下，这是通过在排气口上放置消声器来解决的。分散空气以降低噪音会导致消声器内凝结和冷却的集中，这可能会导致结冰——有时严重到足以完全停止设备。这是泵和搅拌器的常见问题。

然而，真正的问题发生在凝结物与油漆表面接触时。这是我们要集中注意力平衡的地方。

图一，油漆间里的一个钟。如上图所示，该钟工作在86°F, 65% RH的环境中，露点为73.4°F。

图2显示了凝结形成在前面和后面的住房。这些在图3和图4中有更详细的显示。

在表面温度低于73.4°F露点的任何区域都可以预测凝结的形成。这些点的测量结果如图1所示。当凝结物形成时，它会在外壳上积聚，最终滚落在油漆表面或旋转的圆盘上，然后随着油漆一起“喷射”到油漆表面。这些缺陷导致返工或报废。

解决方案

解决方案其实很简单——确保钟的表面永远不会低于露点温度，这样就不会凝结。

一个解决办法是在钟壳里加一个加热器。然而，由于处于防爆环境中，这将需要对钟外壳进行彻底的重新设计，以将本质安全的加热器和电线都纳入其中。这是不切实际的。

另一种解决方案是加热输送到现有钟的压缩空气。这可以通过在钟前面的压缩空气供应线中插入一个热源来实现。这也带来了挑战。

如果加热器被放置在压缩空气供应的本质安全区域之外，它将无效。这要从空气本身的性质说起。在正常情况下，空气的比热低(0.24 BTU/lb°F)，密度很低(0.08 lb/ft)3.)．当被压缩时，密度增加到0.6磅/英尺3.．由此我们可以看出，仅仅一个BTU的能量就会使一立方英尺的压缩空气改变7°F!

由于加热器位于本质安全区域之外，空气必须通过50到70英尺的管道，才能最终到达钟。如果将70英尺的标准3/8英寸供应软管从加热器连接到铃管，其总容积仅为0.05英尺3.压缩空气。在上面的例子中，如果压缩空气被加热到110°F，它必须下降36.6°F才能达到露点，但这相当于损失0.3 BTU!

因此，为了有效，热源必须放置在非常靠近钟的展台。因为电加热器元件是最基本的点火源，而且它被放置在充满溶剂/空气混合物的区域，这就需要一个本质安全的加热器和本质安全的接线方法来连接它。这些都非常昂贵，而且大多数在线电加热器是为加热液体而设计的，而不是空气。所以，这似乎也是一个不切实际的解决方案。

SCS的专利方法-解决方案变得简单

SCS将其25年的温度控制经验应用于该问题，得出了一种简单、安全的解决方案，并获得了专利# 7322,188。

这种方法显示在图2的功能图中。通过使用水来加热压缩空气，而不是电，温度控制可以放在使用点(钟)，同时通过定位电加热元件，加热水，在防爆区域之外绕过本质安全问题。

该系统采用了一个小型水-空气热交换器(3”× 8”)，可以安装在与钟的同一臂上，将温暖的压缩空气传播距离缩短至18”- 24”。一种特殊的涂层既能隔离HX，又能限制污垢积聚，使其易于清洁。由热源、加热器、泵和控制器组成的小型温度控制单元(TCU)位于展台外的非防爆区域。这既能调节水温，又能使水通过热交换器循环。在这种配置中，空气在进入钟形罩之前被加热，并提高钟形罩的表面温度，如图3所示。

显然，压缩空气的加热足以保持排气和系统中所有其他点的温度，安全地高于露点，尽管上面记录了冷却效果。根据这些数据，我们预计在钟壳的任何地方都不会再有任何凝结的形成。

在图5、图6和图7中，我们可以看到，经过整整一个小时的操作，外壳上仍然没有凝结。显然，冷凝问题已经永久解决了。

类似的结果已经在泵和搅拌器上得到证实，也表明这是解决任何气动驱动冷凝问题的可行方案。