机械节能与环保.ppt

1 机械节能与环保 2 十大环境问题 气候变暖臭氧层破坏物种减少酸雨蔓延森林锐减 土地荒漠化大气污染水体污染海洋污染固体废弃物污染 3 节能的意义 在世界能源日趋紧张的情况下 节约能源已成为全球当务之急 我国又是一个资源相对贫乏的国家 我国能源资源占有率不足世界平均水平的一半 石油仅占1 10 因此节约挖潜 开源节流就显得尤为重要 世界已公认 节能是继煤炭 石油 水能 核能之后的第五种能源 而且节能有利于环保 因此在我国机械领域 特别是能耗较大的作业机械产品中 深入研究节能技术并加以推广应用 是提升产品科技含量 提高产品质量和市场竞争力 确保可持续发展的当务之急 无疑具有积极的现实意义 4 机械有关行业的能耗情况 工程机械行业 装载机 推土机 挖掘机等 我国工程机械产品单位产量所耗能源 即产品单耗 高居世界榜首 是发达国家的三倍 甚至比印度也高出一倍多 塑料加工行业 按我国塑料制品的年产量3000万吨 加工每吨塑料制品耗电能300度计算 我国每年仅塑料加工业就需要90亿度电 所消耗的电能极为巨大 装备制造业 据资料介绍 制造1万美元设备 我国的能耗是日本的l7倍 美国的16倍 印度的2倍 电机 电机是量大面广的产品 是用电耗能大户 也是最具节能潜力的产业 2008年是国际电工委员会指出 提高电机系统的效率是节能工程关注的重点 通过系统优化其节能潜力可达到30 60 5 机械节能与环保的概念 1 机械节能 通过采用新结构或新技术 使机械设备或装置达到降低能耗目的 电机节能汽车节能和环保空调系统节能照明节能 6 例子 塑料机械的节能按我国塑料制品的年产量3000万t 加工每t塑料制品耗电能300度计算 我国每年仅塑料加工业就需要90亿度电 所消耗的电能极为巨大 1 先进节能技术的应用 1 低压 低温成型技术的采用 降低塑料加工成型的温度和压力是最有效的节能措施 如将振动场 电磁场 微波等引入塑料加工过程 2 变频调速电机的电能转换效率明显高于以往的电磁调速电机 直流电机 3 发展电动式注塑机和电动式吹塑机 替代液压式注塑机和液压式吹塑机 可以节约能耗2 3左右 4 精密传动减速箱 滚珠丝杠 齿形同步带等精密传动元件的采用 显著提高了传动效率 7 2 节能塑料机械技术创新 1 电磁动态挤出和注射成型装备结构和工作原理 挤出机机筒置于电机转子内腔 挤出螺杆悬浮安装于机筒中 定 转子间气隙中的谐波磁场在转子中产生热耗 加热聚合物 控制结构参数 谐波磁场还会在气隙中产生脉振磁场和旋转磁场 导致悬浮的螺杆产生脉动旋转和轴向振动 电机的热耗得到应用 同时引入振动场 研究和实验表明 电磁动态挤出机可以降低挤出温度20 以上 比传统挤出机节能20 50 8 2 无齿轮挤出机Reifenhauser的无齿轮挤出机采用瑞士EtelMotion技术公司的无齿轮电机 永磁同步电动机 具有低震动 低噪音 免维护 水冷 防尘 几乎不需要润滑油 便于螺杆拆装检修 在整个速度范围内可以提供稳定扭矩等优点 加之电机结构紧凑 特别适合共挤加工 由于省去了减速器 故减少了能耗 永磁同步电机 由于该类电机具有低转速下的恒定高扭矩的特性 特别适合于挤出机要求 永磁同步电机推向市场已有近20年的历史 但是由于最初的产品体积庞大 而且价值不菲 因而主要应用于军事领域 如雷达望远镜 巡航导弹等 后来渐渐扩大到电梯 机床 印刷等领域 9 3 自动变径系统该系统包括导腔 定径套 密封装置和控制所有管材参数的主控制系统 在按下按钮和生产线生产时 自动变径系统都可以改变产品的规格 iNOEX是塑料制品检测设备行业中创新的先驱 是该领域的带头企业之一 10 4 三螺杆连续混炼机 与常规的混炼用单双螺杆挤出机相比 具有能耗低 产量高 混合分散质量好 可以较小的长径比获得优于常规双螺杆挤出机的分散效果 并且排气性能优异 排气口无溢料 可有效减少生产过程中原料和能量的损失 11 环保机械 从目前我国环保机械设备的发展现状来看 基本的大气治理 城市污水及工业废水处理 固体废弃物处理等方面的技术已经发展到一定水平 但与国外目前同行业的发展现状相比 我国大型环保装备水平尚难以望其项背 中国环保机械行业协会副会长郭宝林日前表示 环保机械工业的发展还将带动相关行业的发展 受益的行业会有许多 如矿山机械 通用机械 仪器仪表 化工机械 信息产业 生物化学等行业 目前重大环保技术装备国产化的最大瓶颈 还是体制落后与创新欠缺 12 2005年12月3日国务院发布了 关于落实科学发展观加强环境保护的决定 该 决定 是指导我国经济 社会与环境协调发展的纲领性文件 对未来5 15年我国环保事业发展的宏伟蓝图进行了总体规划和部署 其中 以饮水安全和重点流域治理为重点 加强水污染防治 以强化污染防治为重点 加强城市环境保护 以降低二氧化硫排放总量为重点 推进大气污染防治是其主要任务 13 大气治理 人们最关心的火电厂的脱硫问题仍然不理想 30万千瓦及以上大机组脱硫装置依然依赖国外 关键设备没有自主知识产权 这些都成了制约我国环保机械设备国产化的老大难问题 以致我国环保机械工业的发展水平比发达国家落后了10 15年 污水处理 差距不在单机制造上 而在于工艺设备和观念 在国外这是一个集成的概念 污水也被认为是一种资源 而集成技术在我国非常落后 14 课程内容 电机节能汽车节能和环保大气污染治理设备噪声污染控制绿色设计空调系统节能照明节能 15 第一章电机节能 1 1电机介绍直流电机交流电机步进电机伺服电机1 2电机节能原理及应用 16 1 1电机简介以电磁感应定律和电磁力定律为基础的带有换向装置的实现电能和机械能相互转换的电磁机械 电磁感应定律 17 1 直流电机 包括 直流发电机 用作各种直流电源 具有良好的起动和调速性能 一般应用于对起动和调速有较高要求的拖动系统 如轧钢机 龙门刨床 电车等 直流电动机 具有良好的起动性能 缺点 存在换向问题 使其在最高转速 单机容量和使用环境等方面受到一定的限制 18 直流发电机 直流电动机 19 20 直流电机电刷及换向器 直流电机换向器 21 永磁直流电动机 22 并励直流电动机是永磁直流电动机的一种常见变体 并励直流电动机利用电磁铁代替了永磁铁 可以产生更大的磁场 通过限制磁场电流的大小可以改变磁场强度 进而控制并励直流电机的旋转速度 和永磁直流电动机一样 电刷也是并励直流电动机中最容易磨损的部件 23 2 交流电机在生产实际中 应用最多的是三相异步电动机 机床 起重机 锻压机 鼓风机 水泵 大多数上产机械都用它来驱动 三相异步电动机结构简单 运行可靠 坚固耐用 使用方便 24 25 三相异步电动机结构 26 异步电动机工作原理 电机转速 n 1 s n0 1 s 60f p转差率 s n0 n n0f为电源频率 p为旋转磁场磁极对数n为转子转速 n0为定子转速 异步电动机的转动方向为旋转磁场的转动方向 旋转磁场的旋转方向由三相电源的相序决定 要改变电动机的转动方向 只需改变三相电源的相序 把定子绕组首端上的任意两根电线对调即可 27 3 步进电机在自动控制系统中 需要把数字信号转换为角位移 步进电机就是一种用电脉冲信号进行控制 将电脉冲信号转换成相应角位移或线位移的控制电机 28 脉冲分配器输出的电流只有几个毫安 不能直接驱动步进电动机 步进电动机的驱动电流为几安到几十安 随着计算机特别是单片机的发展 变频信号源和脉冲分配器的任务均可由单片机来承担 步进电动机尤其适合应用在低速或恒负载的设备中 29 30 4 伺服电机伺服电机实际上是一种传动轴上带有反馈装置的直流电动机 可以实时采集电动机轴的旋转参数 信号采集器安装在电动机的后面 采集器里安装有传感器 传感器可以把转速以及位置等信息反馈给控制器 如果负载很高或负载经常发生变化 利用这种电动机进行运动控制是一个不错的选择 31 1 2电机节能意义 电机是量大面广的产品 是用电耗能大户 也是最具节能潜力的产业 2008年IEC 国际电工委员会 指出 提高电机系统的效率是节能工程关注的重点 通过系统优化其节能潜力可达30 60 截止2008年底 我国电动机总装机容量为12亿千瓦以上 用电量占总用电量60 以上 即约用电2 06万亿千瓦时以上 折合标煤8 31亿吨以上 电机节能将节约建电站的投资和相应配套设备的投资 大大减少温室气体排放 有利于维护我国能源危机 促进环境保护 32 1 3电机损耗 1 电机有功损耗包括 不变损耗 铁耗 可变损耗 铜耗 机械或杂散损耗铁耗 与磁场强度和铁芯特性有关 与所加电压u的平方成正比 与频率f的1 3次方成正比 铜耗 与电动机的负载电流的平方成正比 即与负载率的平方成正比 与电动机定子 转子的电阻和成正比 机械损耗 与电动机转速有关 其中摩擦损耗与转速成正比 风扇 转子等由于旋转引起的风阻损耗与转速的三次方成正比 在高速电机中 风阻损耗可占到机械损耗的70 80 杂散损耗 主要是高次谐波引起的损耗 若供电电源 电压波形不好 谐波损耗会急剧增加 绕线式电动机和直流电机还有电刷的电阻损耗和电刷机械损耗 33 2 电机无功损耗包括两部分 一部分是建立旋转磁场所需要的空载无功功率 约占电机额定无功功率的60 70 其大小主要与容量有关 另一部分是带负荷时的漏磁损耗 它与电动机负载率的平方成正比 电动机负载率越小 功率因数越低 34 1 4电机节能技术1 正确匹配电机功率在选择电机时应注意以下两点 1 如果电机功率选得过小 就会出现 小马拉大车 现象 造成电机长期过载 使其绝缘因发热而损坏 甚至电机被烧毁 2 如果电机功率选得过大 就会出现 大马拉小车 现象 其输出机械功率不能得到充分利用 功率因数和效率都不高 不但对用户和电网不利 而且还会造成电能浪费 类比法验证 使电机带动生产机械运转 用钳形电流表测量电机的工作电流 1 如果实际工作电流比铭牌的额定电流低70 电机功率选得过大 2 如果实际工作电流比铭牌额定电流大40 电机功率选得过小 35 2 选用高效节能电机高效电机 高效节能型电机的电机损耗仅是传统落后电机的几分之一 但电机效率却明显高于同状态下一般电机 是老旧落后电机更替的首选 从技术上看 高效电机与传统电机相比 最大难度在于设计方案有所改动 工艺要求更高 但从制造上不存在不能克服的难点 相比之下 高效电机的成本问题是制约其发展的重要原因 日本东芝公司 应用特殊的下线工具 提高定子槽满率 增加铜线的截面积 提高制造精度 缩短隙长度 从而减小励磁电流及其所引起的铜损 采用转子槽绝缘工艺 从而降低杂散损耗 采用激光铁心叠压工具 从而使铁损下降 36 3 使用软启动 变频调速装置通常感应电动机采用直接启动或一般启动的方法 电机的全压起动电流为额定电流的5 7倍 不仅损耗大 而且对电网冲击也大 机械磨损 振动都