冯立玲　张明宇　胥文玲　王清华　韩德玖

摘要：目的：设计一种氮气发生器气泵电机单独安放的新型装置。方法：对现有设备进行改造，将气泵电机置于单独的箱体内，设计输气软管连通气泵和主机箱。同时安装风扇，将其设置于气泵箱的一个侧壁。另外，在气泵箱的底部设置数个散热孔，可加速气泵箱内部与外界的空气流通，降低气泵运作时气泵箱内的温度。气泵箱和电机下端与地面支撑点放置防振胶，电机箱内部加隔音棉，在气泵箱的进气口增置过滤器。结果：改造后的装置，应用于实验室日常项目检测，能够满足使用需求。结论：该项设计实用、稳定性好，可优化设备运行环境能满足实验室的检测需求，同时也降低了设备故障率。

关键词：氮气发生器;气泵电机;改造;降低

1绪论

氮气被广泛应用于分析实验检测，本实验室涉及的色谱检测项目包括三聚氰胺、有机氯等，在检测过程中均涉及氮吹操作。这些项目涉及的国家标准或行业标准中对于氮气的使用也均有明确规定，如GB/T22388-2008《原料乳与乳制品中三聚氰胺检测方法》、GB/T 23210-2008《牛奶和奶粉中511种农药及相关化学品残留量的测定气相色谱——质谱法》、NY/T 761-2008《蔬菜和水果中有机磷、有机氯、拟除虫菊酯和氨基甲酸酯类农药多残留的测定》。此外，氮气也广泛应用于理化项目的检测，GB5009.239—2016《食品安全国家标准食品酸度的测定》中，同样规定在滴定过程中为防止溶液吸收空气中的二氧化碳，需要向锥形瓶内吹氮气。

通常情况下，购买市售的氮气存在运输不及时、更换气瓶烦琐、运输过程存在安全隐患等缺点。而氮气发生器的应用，能够为实验室解决并避免这类问题的发生。氮气发生器是一套能提取氮气的设备，主要应用领域为：航空航天、核电核能、食品医药、石油化工、电子工业、材料工业、国防军工和科学实验等领域。氮气发生器的使用，可以实现便捷、快速地提供纯度符合的氮气气源，从而有效实现用于实验项目检测的目的。

本实验室使用的氮气发生器，所有组件集中在一个箱体内，长时间运行后，产生大量的热，热量积存在仪器箱体中不能有效散发。机箱内部温度高，导致气泵电机易老化;同时，气泵电机运转产生的振动传导至整台仪器，发生共振，带来噪音污染。

本文通过分析实验室氮气发生器仪器的运行状态和故障现象，自行设计制定出一种技术方案，通过对气泵电机的运行环境进行改造，增加了空气过滤装置，改善设备运行过程中的散热效果，降低使用过程中所产生的噪音。

2仪器与方法

2.1仪器构造及原理

型号：PSAN-5。

制造商：北京中惠普分析技术研究所。

主要构造：控制器、空气压缩机、缓冲罐、分子筛、储气罐、汽水分离器、电磁阀组等。

工作原理：运用变压吸附和分离混合气体，在系统温度维持不变的情况下，升高或降低系统的压力来不断地改变吸附量，使吸附组分分离出来。氮气发生器采用加压吸附、减压解吸的方式使氮氧分离。

2.2劣势分析

实验室使用的氮气发生器购置于2013年，运行以来故障频发，出现电机烧毁、线圈老化等现象。针对故障情况，实验室组织人员进行原因分析，具体如下：

（1）氮气发生器的气泵电机每日运行时间较长，最长时间长达6小时。

（2）气泵密闭安放在仪器内部的箱体中。运行过程产生大量的热量，虽然原设备加装了换气风扇，但只能往仪器机箱内部排风。长时间运转导致仪器内部温度升高，热量不能有效散去，气泵电机老化、烧毁。需要改善气泵的散热效果。

（3）气泵电机安装在仪器箱体底部的骨架上，电机运行时会产生很强的振动，振动传导至整个机箱及内部零件管路，导致共振。需要降低机箱部件共振的问题。

（4）振动产生大量的噪音，噪音达（78.0-92.5）dBA，严重影响了检测人员正常的工作环境。国家《环境噪声污染防治法》中，把超过国家规定的环境噪声排放标准、干扰他人正常生活、工作和学习的现象，称为环境噪声污染。实验室所使用氮气发生器所产生的噪音已经成为环境噪声污染，需要降低噪音污染。

（5）气泵无空气净化装置，会将空气颗粒物带入仪器，影响氮气纯度及分子筛的寿命。需要增加空气净化装置，保证氮气纯度。

3改造设计

3.1设计思路

将多余的热量从机箱内扩散出来，减少机箱振动，降低噪音，延长设备的使用寿命。

3.2设计方案

本项目技术设计了一个气泵箱，其中包括：一个气泵、一个输气软管、一个风扇和一个空气过滤器。同时，为减少共振，主机箱与气泵箱间设置一定的距离间隔。

本設计方案，将气泵通过气泵箱隔离在主机箱外，可避免机箱共振，降低共振产生的噪音;同时，在气泵箱的侧壁设置风扇，可解决气泵长时间运行过程中的散热，实现延长仪器使用寿命的目的。

3.2.1气泵改造装置构造

3.2.1.1整体构造介绍

一个主机箱（10）、一个气泵（12），一个气泵箱（20），所述气泵（12）置于所述气泵箱（20）内;一个连通所述气泵（12）和所述主机箱（10）的输气软管（14），和一个风扇（22）设置于所述气泵箱（20）的侧壁;气泵箱（20）的一个未设置所述风扇（22）的侧壁上还包括：一个可与所述气泵（12）相通的进气口（25），一个设置于所述进气口（25）上游处的过滤器（ 26），和一个可穿设所述输气软管（14）的排气口（27）;该氮气发生器还包括复数个防振件（24），其支撑于所述气泵箱（20）的底部;所述气泵箱（20）的底部还设置有复数个散热孔（28），气泵箱（20）的箱壁内侧设置有一层隔音棉。主机箱10中包括氮气发生器的氮气分离组件（图中未绘出）。

3.2.1.2构造说明

氮气发生器还包括一个气泵12（见图2）。图2是图1所示氮气发生器的气泵箱内部及气泵的结构示意图。为显示清楚，图2中省略了气泵箱20的一个侧壁。气泵12置于气泵箱20内，用以给氮气分离组件提供空气源。输气软管14连通气泵12和主机箱10。

3.2.2改造装置的工作原理

该氮气发生器工作时，气泵吸入空气并通过输气软管输送给主机箱的氮气分离组件，实现分离氮气的目的。主机箱和气泵箱间隔设置，可防止气泵运作时产生的振动通过气泵箱传递给主机箱，故避免主机箱共振。风扇可加速气泵箱内部与外界的空气流通，降低气泵箱内的温度。

气泵箱的一个未设置风扇的侧壁上还包括一个可与气泵相通的进气口，一个设置于进气口上游处的过滤器，和一个可穿设输气软管的排气口。氮气发生器工作时，大气中的空气首先经过过滤器去除灰尘等杂质，再通过进气口输入至气泵，最后由气泵经由输气软管输出给主机箱的氮气分离组件。

另外，该氮气发生器还包括防振件，支撑于气泵箱的底部。防振件由防振胶制成，可防止气泵运作时带动气泵箱振动产生噪音。

气泵箱的底部设置数个散热孔。散热孔可进一步加速气泵箱内部与外界的空气流通，降低气泵箱内的温度。

气泵箱的箱壁内侧设置有一层隔音棉，隔音棉可一定程度地阻挡气泵运作所产生的噪音。

3.2.3改造装置的优势

将气泵电机独立设置在主机箱外部避免与箱体接触产生共振，同时氮气发生器气泵箱和电机下端与地面支撑点放置防振胶，电机箱内部加隔音棉。

气泵箱的进气口增置过滤器，阻隔空气中的颗粒和杂质，保证所制备气体的纯度。

实施改造前，仪器噪音达到（78.0～92.5）dBA。机身震动剧烈，所有组件集中在一个箱体内，箱体内部温度达62℃，电机表面温度达78℃～89℃，这种情况导致气泵电机铸铁外壳老化、出现裂缝和线圈烧毁现象。

将改造前后对于氮气发生器的外观、机箱内部及气泵电机构造这三个方面进行对比，可以明显看出改造后的设备从外观、机箱内部零件布局、电机线圈使用等方面均有较大改善。

4改造装置的应用

改造后，氮气发生器工作噪音明显降低（61.3～65）dBA，泵箱内的温度下降至（30～35）℃，产气量稳定在5L/min，改造后氮气发生装置能够顺利为实验室检测提供必备的气体条件。

5可推广性

该项氮气发生器改造技术，设立了独立气泵箱隔离在主机箱外，避免了机箱共振所产生的噪音;同时在气泵箱的侧壁设置风扇，有效解决了气泵长时间运行过程中的产热问题，可延长使用寿命;操作简单，无需专业上的培训指导。生产厂商针对同型号氮气发生器生产时，可作为技术思路进行后期产品的升级。

此项技术创新已经申报并获得国家知识产权局实用新型专利，专利号为201520122747.4。

6結论

本文通过对实验室使用的氮气发生器进行改造，通过加速气泵箱内部与外界的空气流通，实现了降低泵箱内的温度，降低工作噪音，从而实现电机工作寿命延长的目的。该项设计实用、稳定性好，在优化设备运行环境的同时，为其他同类型设备使用者提供了可借鉴的方法。在满足现有需要氮吹操作检测项目条件的同时，可以为后续开展新的检测领域提供必备条件。此项操作简单，便于使用同类型仪器的实验室推行使用。同时也为生产厂商提供了产品设计改善思路，在氮气发生器制造企业中有很大的推广价值。

作者简介：冯立玲（1984— ），女，汉族，河北衡水人，本科，检验工程师，研究方向：乳品检验分析;张明宇（1981— ），男，汉族，河北唐山人，本科，检验仪器维护中级工程师，研究方向：乳品检验分析。