一項氮氣發生器改造設計

馮立玲　張明宇　胥文玲　王清華　韓德玖

摘要：目的：設計一種氮氣發生器氣泵電機單獨安放的新型裝置。方法：對現有設備進行改造，將氣泵電機置于單獨的箱體內，設計輸氣軟管連通氣泵和主機箱。同時安裝風扇，將其設置于氣泵箱的一個側壁。另外，在氣泵箱的底部設置數個散熱孔，可加速氣泵箱內部與外界的空氣流通，降低氣泵運作時氣泵箱內的溫度。氣泵箱和電機下端與地面支撐點放置防振膠，電機箱內部加隔音棉，在氣泵箱的進氣口增置過濾器。結果：改造后的裝置，應用于實驗室日常項目檢測，能夠滿足使用需求。結論：該項設計實用、穩定性好，可優化設備運行環境能滿足實驗室的檢測需求，同時也降低了設備故障率。

關鍵詞：氮氣發生器;氣泵電機;改造;降低

1緒論

氮氣被廣泛應用于分析實驗檢測，本實驗室涉及的色譜檢測項目包括三聚氰胺、有機氯等，在檢測過程中均涉及氮吹操作。這些項目涉及的國家標準或行業標準中對于氮氣的使用也均有明確規定，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種農藥及相關化學品殘留量的測定氣相色譜——質譜法》、NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有機磷、有機氯、擬除蟲菊酯和氨基甲酸酯類農藥多殘留的測定》。此外，氮氣也廣泛應用于理化項目的檢測，GB5009.239—2016《食品安全國家標準食品酸度的測定》中，同樣規定在滴定過程中為防止溶液吸收空氣中的二氧化碳，需要向錐形瓶內吹氮氣。

通常情況下，購買市售的氮氣存在運輸不及時、更換氣瓶煩瑣、運輸過程存在安全隱患等缺點。而氮氣發生器的應用，能夠為實驗室解決并避免這類問題的發生。氮氣發生器是一套能提取氮氣的設備，主要應用領域為：航空航天、核電核能、食品醫藥、石油化工、電子工業、材料工業、國防軍工和科學實驗等領域。氮氣發生器的使用，可以實現便捷、快速地提供純度符合的氮氣氣源，從而有效實現用于實驗項目檢測的目的。

本實驗室使用的氮氣發生器，所有組件集中在一個箱體內，長時間運行后，產生大量的熱，熱量積存在儀器箱體中不能有效散發。機箱內部溫度高，導致氣泵電機易老化;同時，氣泵電機運轉產生的振動傳導至整臺儀器，發生共振，帶來噪音污染。

本文通過分析實驗室氮氣發生器儀器的運行狀態和故障現象，自行設計制定出一種技術方案，通過對氣泵電機的運行環境進行改造，增加了空氣過濾裝置，改善設備運行過程中的散熱效果，降低使用過程中所產生的噪音。

2儀器與方法

2.1儀器構造及原理

型號：PSAN-5。

制造商：北京中惠普分析技術研究所。

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

工作原理：運用變壓吸附和分離混合氣體，在系統溫度維持不變的情況下，升高或降低系統的壓力來不斷地改變吸附量，使吸附組分分離出來。氮氣發生器采用加壓吸附、減壓解吸的方式使氮氧分離。

2.2劣勢分析

實驗室使用的氮氣發生器購置于2013年，運行以來故障頻發，出現電機燒毀、線圈老化等現象。針對故障情況，實驗室組織人員進行原因分析，具體如下：

（1）氮氣發生器的氣泵電機每日運行時間較長，最長時間長達6小時。

（2）氣泵密閉安放在儀器內部的箱體中。運行過程產生大量的熱量，雖然原設備加裝了換氣風扇，但只能往儀器機箱內部排風。長時間運轉導致儀器內部溫度升高，熱量不能有效散去，氣泵電機老化、燒毀。需要改善氣泵的散熱效果。

（3）氣泵電機安裝在儀器箱體底部的骨架上，電機運行時會產生很強的振動，振動傳導至整個機箱及內部零件管路，導致共振。需要降低機箱部件共振的問題。

（4）振動產生大量的噪音，噪音達（78.0-92.5）dBA，嚴重影響了檢測人員正常的工作環境。國家《環境噪聲污染防治法》中，把超過國家規定的環境噪聲排放標準、干擾他人正常生活、工作和學習的現象，稱為環境噪聲污染。實驗室所使用氮氣發生器所產生的噪音已經成為環境噪聲污染，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，影響氮氣純度及分子篩的壽命。需要增加空氣凈化裝置，保證氮氣純度。

3改造設計

3.1設計思路

將多余的熱量從機箱內擴散出來，減少機箱振動，降低噪音，延長設備的使用壽命。

3.2設計方案

本項目技術設計了一個氣泵箱，其中包括：一個氣泵、一個輸氣軟管、一個風扇和一個空氣過濾器。同時，為減少共振，主機箱與氣泵箱間設置一定的距離間隔。

本設計方案，將氣泵通過氣泵箱隔離在主機箱外，可避免機箱共振，降低共振產生的噪音;同時，在氣泵箱的側壁設置風扇，可解決氣泵長時間運行過程中的散熱，實現延長儀器使用壽命的目的。

3.2.1氣泵改造裝置構造

3.2.1.1整體構造介紹

一個主機箱（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;一個連通所述氣泵（12）和所述主機箱（10）的輸氣軟管（14），和一個風扇（22）設置于所述氣泵箱（20）的側壁;氣泵箱（20）的一個未設置所述風扇（22）的側壁上還包括：一個可與所述氣泵（12）相通的進氣口（25），一個設置于所述進氣口（25）上游處的過濾器（ 26），和一個可穿設所述輸氣軟管（14）的排氣口（27）;該氮氣發生器還包括復數個防振件（24），其支撐于所述氣泵箱（20）的底部;所述氣泵箱（20）的底部還設置有復數個散熱孔（28），氣泵箱（20）的箱壁內側設置有一層隔音棉。主機箱10中包括氮氣發生器的氮氣分離組件（圖中未繪出）。

3.2.1.2構造說明

氮氣發生器還包括一個氣泵12（見圖2）。圖2是圖1所示氮氣發生器的氣泵箱內部及氣泵的結構示意圖。為顯示清楚，圖2中省略了氣泵箱20的一個側壁。氣泵12置于氣泵箱20內，用以給氮氣分離組件提供空氣源。輸氣軟管14連通氣泵12和主機箱10。

3.2.2改造裝置的工作原理

該氮氣發生器工作時，氣泵吸入空氣并通過輸氣軟管輸送給主機箱的氮氣分離組件，實現分離氮氣的目的。主機箱和氣泵箱間隔設置，可防止氣泵運作時產生的振動通過氣泵箱傳遞給主機箱，故避免主機箱共振。風扇可加速氣泵箱內部與外界的空氣流通，降低氣泵箱內的溫度。

氣泵箱的一個未設置風扇的側壁上還包括一個可與氣泵相通的進氣口，一個設置于進氣口上游處的過濾器，和一個可穿設輸氣軟管的排氣口。氮氣發生器工作時，大氣中的空氣首先經過過濾器去除灰塵等雜質，再通過進氣口輸入至氣泵，最后由氣泵經由輸氣軟管輸出給主機箱的氮氣分離組件。

另外，該氮氣發生器還包括防振件，支撐于氣泵箱的底部。防振件由防振膠制成，可防止氣泵運作時帶動氣泵箱振動產生噪音。

氣泵箱的底部設置數個散熱孔。散熱孔可進一步加速氣泵箱內部與外界的空氣流通，降低氣泵箱內的溫度。

氣泵箱的箱壁內側設置有一層隔音棉，隔音棉可一定程度地阻擋氣泵運作所產生的噪音。

3.2.3改造裝置的優勢

將氣泵電機獨立設置在主機箱外部避免與箱體接觸產生共振，同時氮氣發生器氣泵箱和電機下端與地面支撐點放置防振膠，電機箱內部加隔音棉。

氣泵箱的進氣口增置過濾器，阻隔空氣中的顆粒和雜質，保證所制備氣體的純度。

實施改造前，儀器噪音達到（78.0～92.5）dBA。機身震動劇烈，所有組件集中在一個箱體內，箱體內部溫度達62℃，電機表面溫度達78℃～89℃，這種情況導致氣泵電機鑄鐵外殼老化、出現裂縫和線圈燒毀現象。

將改造前后對于氮氣發生器的外觀、機箱內部及氣泵電機構造這三個方面進行對比，可以明顯看出改造后的設備從外觀、機箱內部零件布局、電機線圈使用等方面均有較大改善。

4改造裝置的應用

改造后，氮氣發生器工作噪音明顯降低（61.3～65）dBA，泵箱內的溫度下降至（30～35）℃，產氣量穩定在5L/min，改造后氮氣發生裝置能夠順利為實驗室檢測提供必備的氣體條件。

5可推廣性

該項氮氣發生器改造技術，設立了獨立氣泵箱隔離在主機箱外，避免了機箱共振所產生的噪音;同時在氣泵箱的側壁設置風扇，有效解決了氣泵長時間運行過程中的產熱問題，可延長使用壽命;操作簡單，無需專業上的培訓指導。生產廠商針對同型號氮氣發生器生產時，可作為技術思路進行后期產品的升級。

此項技術創新已經申報并獲得國家知識產權局實用新型專利，專利號為201520122747.4。

6結論

本文通過對實驗室使用的氮氣發生器進行改造，通過加速氣泵箱內部與外界的空氣流通，實現了降低泵箱內的溫度，降低工作噪音，從而實現電機工作壽命延長的目的。該項設計實用、穩定性好，在優化設備運行環境的同時，為其他同類型設備使用者提供了可借鑒的方法。在滿足現有需要氮吹操作檢測項目條件的同時，可以為后續開展新的檢測領域提供必備條件。此項操作簡單，便于使用同類型儀器的實驗室推行使用。同時也為生產廠商提供了產品設計改善思路，在氮氣發生器制造企業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，檢驗工程師，研究方向：乳品檢驗分析;張明宇（1981— ），男，漢族，河北唐山人，本科，檢驗儀器維護中級工程師，研究方向：乳品檢驗分析。