机床环境评估 第2部分：机床和机床部件能耗的测量方法 征求意见稿

GB/T40808.2—202X/ISO14955-1机床环境评估第2部分：机床和机床部件能耗的测量方法本文件规定了通过特定测量方法在指定条件下生成机床能耗的可重现数据，并规定了如何量化机床各部件能耗，以及将这些能耗份额合理分配给GB/T40808.1-2GB/T3853容积式压缩机验收试验（GBGB/T28783气动标准参考大气压（GB/T28783-2012，ISO8778:2003GB/T40808.1-2021机床环境评估第1部分：机床节能设计方法（ISO14955-1:2017,IGB/T40808.1-2021界定的以及下列术语和定义适用于3.1注：IEEE1459-2010[13]给出了在正弦曲线、非正弦曲3.23.3等效电能electricalenergyequiv为机床（3.4）提供任何其他形式的能量所3.43.5机床部件machinetoolcomGB/T40808.2—202X/ISO1495523.6机床功能machinetoolfun机床（3.4）所展现出的运行（加工、运动和控制）、工艺条件保持、工件装卸、刀具装卸或模具更换、可回收物和废弃物处理、机床冷却/3.73.8机床通电、运行保持、停机等状态，也包括机床电源、辅助设备单元、运行”等运行状态。金属切削机床运行状态示例见GB/T40808.1-20213.93.103.11机床动作machinetoolact4测量系统和机床状态描述为开展能耗评估，应描述测量系统和机床状态。测量系统的描述建议见第6章。机床状态是由以下GB/T40808.2—202X/ISO14955-34.2环境条件测量应在稳定的环境温度下进行，最佳温度值及其变化(如标准偏差或最小/最大值)，其他相关的环境条件(如湿度、阳光直射、因加工故障或紧急停机而导致的故障停机可能是需要纳入评估的相关机床运行状态。运行状态的注2：有关机床动作测试的示例或参考，见GB/T4080试场景，这种场景可选择性地关联到特定的应用领域（例如对于铣床来说，可能是汽车制造或模具行5.2基于机床的测试场景5.2.1通则GB/T40808.2—202X/ISO149554该班次案例展示了如何描述和管理机床运行状态的参考顺序。它反映了一种简化和归类的工业应用场景，平均2.5个班次，选取了三个典型的运行状态，每个状态都有相应的机床动作，并假定加工时间份额为80%。默认的评估周期是24h(1无23GB/T40808.2—202X/ISO149555测试场景和/或典型运行状态与班次案例有明显差异的情况下，应采用特定班次。这些特定班次可用来确定，即基于运行数据或运行时间表。可考虑5.2.2规定以外的运行状态（例如预热期）。评估周期的确定应尽量减少由于温度梯度、辅助设备的开关和控制以及任何其他瞬变而引起的功率波动的影响。应定义每个运行状态和/或每个机床动作的时在某些情况下，机床的实际使用由一系列运行状态和机床动作的变化组成，如表2示例所示。如果段可以合并到所选班次评估周期的时间中，如表3中的示例所示。为了方便合并，对运行状态和机床动作进行分类和编号（例如1-1、2-1、2-2）。合表2特定班次内机床运行状态和机床动备23123212121211212111112GB/T40808.2—202X/ISO14955-62-2程序准备：从中央服务器加载新订单并2-3支撑任务：移动托盘，重新排列表2-5中间动作：查看使用屏幕和两个在这种情况下，测试场景明显与班次案例有很大——在加工准备状态中，因人为需求而手动操作此，可以制定特定的班次如表4所示，包括一个8h的GB/T40808.2—202X/ISO14955-72-1,2-2,2-3,2-4,2-5,2-6,计。罕见性的指示值占评估周期的1%，或24h内5.3基于任务的测试场景基于任务的测试场景应由制造商/供应商和GB/T40808.2—202X/ISO14955-8统边界的定义应包括机床的所有必要部件，并便于在何其他能源，如果在评估期间，其等效电能）；b)仅通过入口测量的管束供能（例如压缩空气见图5GB/T40808.2—202X/ISO149559142536c)通过入口和出口测量的管束供能（例如用于热交换的冷却水回路见图61526347GB/T40808.2—202X/ISO14955d)主要通过电能供能的其他功能（例如抽排受1234wSYSwawbwCwdGB/T40808.2—202X/ISO14955-统边界内设置一个测量点。如果机床部件的供能（包括机床部件的所有能耗）超过总电能的10%，定机床部件的能耗具有相关性。该假设可基于同类机床的总之，测量点应能跟据GB/T40800.1,将机床部件的功能映射到机床功能，并在评估周期内注：对于压缩空气系统优化和测量，请见ISO11011。功率测量是评估随时间变化而所需能耗的基础。根据GB/T40800.1：2021的6.4.2要求，要确定机本文件所描述的系统功率测量并未覆盖所有可能的技术解决方案，但是定义了如何对其他类似系统进行功率测量的原则。有关特定机床功率测量设置的示例，见GB/T40800系列中特定机床部分的附机床能耗和能效的计算方法见附录D。功率测量设置的示例班次期间，系统边界的能耗通过运行状态和机床动作的平均功率乘以其班次时间份额来计w总=4×p停机+4×p加工准备+16×p加工··············································(2)w总评估期间的总能耗，以[kWh]为单位；p停机在停机运行状态下测量的平均功率，以[kW]为单位；p加工准备在加工准备运行状态下测量的平均功率，以[kW]为单位；p加工在加工运行状态下测量的平均功率，以[kW]为单位注：p停机,p加工准备，p加工的时间周期来自表1。7.4准同时测量依次连接至机床的各部件且不中断其功能进行测量。该方法的优势是可用于具有周期性重复机床动作GB/T40808.2—202X/ISO14955-7.5测量仪器可能是模拟量/数字量转换器采样率，抗混叠滤波器频率或符合相关标准(例如，IEC6注：机床的集成装置可用作测量仪器。注：除了机床能耗以外，任何附加测量值，例如峰值功率、视在功率（流体温度应通过流体内部或外部非绝热管表面的传感器测量，7.6测量单位——有功电能应以kW或W为单位。电能应以kWh或Wh为单位；时间变化，在机床进气点处按规定标称压力供能的标准参考气压的容积（m³（ANR为单——液体测量应包括：温度，以摄氏度(°C）为单位；体积流量，以升/分钟（l/m）为单位；随时间变化的容积，以立方米（m3）为单位；7.7测量周期至最小5分钟，并且所需的能耗应推测以匹配相应的班次。应说明缩短周期的原因。通常缩短周期的原7.8测量值换算如果测量仪器的单位不是电功率或电能，则应将数值转化为等效电能（见7.9）,及以kWh或Wh为单位，以便在机床位置或类似工业环境中提供所需的电能。应记录采用的换算GB/T40808.2—202X/ISO14955-测机床能耗。然后，采用转换率将这些特征参数换算为等效电能。该方法需要一组合适征参数、恒定的转换率，即等效电能与能耗之间的线性关系，以及适用于上述特征参数——根据方法a)确定：机床连接至工厂的压缩空气供能端。在测量期），缩空气供能电能耗的差值。为获得可靠的结果，应仔细检查任何其他可能的压缩空142536GB/T40808.2—202X/ISO14955-形成一个代表压缩空气体积的值（见图9）。142536iii）下，对压缩空气流量进行随时间变化的综合测量。同时，测量供能量点i）。电能的差值除以两次测量时间内的质量流量差值，就GB/T40808.2—202X/ISO149559结果报告9.1.1系统描述a)加工工艺类型；9.1.2测量设置描述a)除电能耗以外所测量的供能类型；9.1.3测量结果描述a)部件的功能分配；d)如适用，选择比评估周期短的测量时间的原9.2测量值映射和解读应将测量值映射至机床功能（GB/T40808.1-2021,6.3.10）并识别出相关的机床功能（GB/T采用标准或特定的班次，会影响机床能耗的9.3测量报告b)如适用，采用等效电能；GB/T40808.2—202X/ISO14955A.1概述A.2压缩空气基于现场研究，从工厂中央供气系统向机床进气点供能1m³（ANR）压缩空气所需的电能通常在时实现最小的空转时间以及压缩空气管道中的低压损失，就可以常用于众多现代压缩空气系统的余热利用是非常有价值的工具，利用压缩热量替代加热或冷却所需的能源，但它还尚未成为现有装置的标准。因此，表A.1部分考虑了余热利用带除表A.1中最佳可用热回收技术外，其他值可以根据以——如果需要压力露点低于0℃,则再乘以1.05；A.3污染空气抽排风机效率（%）和总压力（Pa）:············································GB/T40808.2—202X/ISO14955-pfan用于污染空气抽排的除尘风机所使用的电功率，单位为W；ηfan风机效率，单位为%；pt=ps＋pd······································································(A.2)pd=0.625×v2······························P污染空气的密度，单位为假定为1.25静态压力与安装在机床端的抽气罩和管道中因湍流引起的压力损失有关。它相当于所有装置入口基于现场研究，假定典型压降为3500Pa,管道中的空气流速为20m/排1个的污染空气所需的能量介于1.157Wh到2.0注：3500Pa的典型压降对应于机床抽气罩处的1500Pa压降加上连接到机床切屑和除尘系统（CADES包括除考虑到管道中20m/s的典型空气流速、pspdηfan=ηfan=ηfan=ηfan=ηfan=11223344GB/T40808.2—202X/ISO14955-），——压力罐应包含温度为20℃±10℃的压缩干燥空气——机床边界处的压力应通过减压装置保持所需值V=Δp×Vpt·································Δp压力差值，单位为kPa；按照惯例，换热器与待冷却液相连的一侧称之为热侧；与冷却剂相连的一侧称之GB/T40808.2—202X/ISO14955Qmin最小允许流量（m³/h）;）；X流量（m³/h）；注：特定运行条件下，泵的效率为67.8%。在冷侧，在液/气换热器上，通过换热器实现气流所需功率很容易测量（即供给风扇的），如果安装了液/液换热器并且具备可靠的（例如热量计）传感器来测量冷却液的流量，则可通过测GB/T40808.2—202X/ISO14955-过某个阈值时，就会打开控制阀（6）进行控制，而当液压液温度值低于该值时，就关闭控制阀（由于在每个吸入管或连接至排屑和除尘系统（CADE2辅助装置A3辅助装置B4系统边界机床每个受污染(例如灰尘)的空气抽排连接出口(见图B.3中的流量8)处的气流对应于满足机床制通常，以优于5%（覆盖因子k=2）的不异常1：如果污染气流的能耗超过机床能耗的30%，则应以优于3%（覆盖因子k=2）的不确定度Q=s×Vα·················GB/T40808.2—202X/ISO14955在实际应用中，可以将B和A减小至最小值，即为5个和2个液压直径，从而得到总长度为7的液压直GB/T40808.2—202X/ISO14955p管道周长，单位为m。对于液压直径超过0.1m的管道，平均速度的计算应以代表同一区域传感点处获取一系列速度压力读数的平均值。推荐跨管道横截面传感点的形式模式（遍历读图B.5和图B.6分别显示了用于推荐圆形管道和矩形管道皮托管道位置的示例。对于管道横截面直径达到1m（圆形管道）和最小边长0.5m（矩形管道ri环i的半径（从1到4）GB/T40808.2—202X/ISO14955在直径小于0.1m或无法进行横向操作的管道中，通过在中心位置放置皮托管可以经常实现±5%的在矩形管道或圆形管道中，叶片式流量计（见图B.7）是一种永久性测量气流简单且经济高效的方法。当正确放置在气流中时（见图B.8），则会产生平均压差，其平方根与气流成正比。选择压差测量仪时要特别当心，因为其是决定气流测量不确定度的GB/T40808.2—202X/ISO14955KL是所选测量叶片pd是动态压力（速度压力）平均值，由总压力平均值pt和静态压力平均值ps之间的差值计算pn是正常条件下的空气密度，单位为kg/m³注：是体积流量从试验条件转换为正常条件的系数。通量8d;即不可直接进入机床)，其等效电能要超过总在恒压条件下(假定由通风系统产生的压力波动可以忽略不计)，将流入的室外空气加热到车间温度所需能源的计算，对应给定空气绝对湿度下干空气和水蒸气的焓变。可使用相应的焓湿图（例如，∆ℎ=(Cpa+x×Cpw)×∆T···················Cpa是干空气的比热容，单位为kWh/kg℃（在-100℃到﹢100℃之间的气温，可设置为2.79×∆ℎ是焓变，单位为∆T是室外和车间之间GB/T40808.2—202X/ISO14955为了预估水蒸气的质量分数x，建议采用以下程序。给定温度和相········································································································································x=0.622×··········mda是干空气质量，单位为kg;mv是水蒸气质量，单位为kg;Mda是干空气的摩尔质量，单位为g/mol；pv是水蒸气的分压，单位为Pa；pda是干空气的分压，单位为Pa；pt是总的空气湿度压力，单位为Pa;和pt=pv+pda·······························································pt是总的空气湿度压力，单位为Pa;pv是水蒸气的分压，单位为Pa；pda是干空气的分压，单位为Pa；假定受污染空气的密度为1.25kg/m³,将气流Q从温度T加热到T+ΔT所需的总等效电能计算如下：Eeq=··························Eeq是总的等效电能，单位为kWh；Q是环境压力下室外空气的气流，ηℎs是加热系统的效率系数，[无量纲]。GB/T40808.2—202X/ISO14955如果有可能，从抽排的受污染气流（例如，图B.3的装置8e）中回收热量，要GB/T40808.2—202X/ISO14955——液/气循环冷却系统，标称功率6.9kW；）；）：GB/T40808.2—202X/ISO14955停机，由于稳定的供电，测量在60s后停止。——平均电能为0kW；——相关性的总结判断：主轴预热的加工准备。尽管运行状态的平均电能高于待机电能，但可省——因此，在加工准备和加工运行状态时适用样品班次。停机时评估周期的一部分，但在停机运ℎE=172KWℎ······················································GB/T40808.2—202X/ISO14955仅考虑仪器的不确定度。假定环境影响、任何功率波动的影响都可忽略不测量时间：20h(加工准备和加工)，功率测量仪器不确定度为0.15kW(满量U(k=2)=15kwh································································(C.4)E=172kwh±15kwh(k=2)······················································(C.5)——带主轴驱动的CNC；依据表C.1，给部件分配功能。由于零件处理是手动的，省略“零件处理”功能GB/T40808.2—202X/ISO14955GB/T40808.2—202X/ISO14955ηMTa=································································WMTa机床动作期间所WSYSBoundMTa系统边界处机床动作的能耗；ηMTa机床动作能效系数。在一个完整循环期间，系统边界处的能耗计WSYSBoundcYcle=ΣWSYSBoundMTa·······················································WSYSBoundcalc=ΣWMTa·······················································WMTa机床动作期间所WSYSBoundMTa系统边界处机床动作的能耗；WSYSBoundcalc一个机床循环所需的能耗，见GB/T40808后续部分。ηMTcYcle=····························································ηMTcYcle一个机床循环的能效系数；WSYSBoundcalc一个机床循环所需的能耗，见GB/T40808后续部分；WSYSBoundcYcle系统边界处一个机床循环的能耗。WMTacompLoSS=ΣrtpcompLpSSMTa×Δt·········(D.5)pcompLpSSMTa机床动作期间机床部件的功率损耗（例如，pSIpwrLoSSDeSc.,pcupwrLoSSLift.）tMTaStart机床动作的开始时间；tMTaEnd机床动作的结束时间；WMTacompLoSS能源转化为热能；Δt测量仪器的采样率。WMTacompLoss能源转化为热能；WMTacomp机床动作期间机床部件的能耗；ηMTcomp机床部件的能效系数。注：在GB/T40808机床特定部分的某些特定机床的附录中给出了不同机床部件的标称工艺值，使用该值来计GB/T40808.2—202X/ISO14955-如图E.1所示，在系统边界处进行单个进给点电功率测量。相应的也进行动方式（例如，压缩空气，液压油）或两者相结合方式进行。通过起动器或逆变器系统控制——包括逆变器、过滤器和线路驱动器的功率损耗。如不包括该功率损耗，则与逆变器、过滤器），GB/T40808.2—202X/ISO14955-星-三角起动器)来运行。测量仪器应与线路），图E.3——在起动器输入端对配有电流测量的GB/T40808.2—202X/ISO14955如果逆变器满足E.2.1给定的要求，则能够使用逆变器测量的功率和功率系数的实际值。如果不满GB/T40808.2—202X/ISO14955PInverter=PM1+PM2+...+PMn·····················································(E.1)PMncorr.=································································(E.2)PInverter是通过逆变器线路模块测量的功率或通过电机模块测量的总功率；PM1,PMn是通过电机模块测量施加于电机的功率；PMncorr.是施加于电机的校正功率；PLine是在逆变器系统输入端测量的功率。替代测量的流量，可使用泵制造商给定的泵特征进行计算。如果逆变器系统满足E.2.1给定的要求，则功率损耗可通过有功功率和液压功率的差值计1MMS1iuGB/T40808.2—202X/ISO14955MSx压力测量点GB/T40808.2—202X/ISO14955MSxT施加于气缸的功率等于在气缸盖侧MS2处测量的压力绝对值Z+乘以Z+处的流量减去在气缸轴侧的率由施加于其他机床部件的功率产生。两种功率差值是系统边界功率损耗，包括摩擦引起的损耗。——加大单作用气缸或配有再生回路的双作用气缸（见图E.8——更换单作用气缸或配有再生回路的双作用——加大双作用气缸（不配再生回路见图E.9——缩回双作用气缸（见图E.9功率损耗等于气缸盖侧的功率损耗和气缸轴侧的GB/T40808.2—202X/ISO1495534MSxM施加于气缸的功率等于在气缸盖侧MS1处测量的压力绝对值Z+乘以Z+处的流量减去在气缸轴侧MS2机床部件的功率产生。两种功率差值是功率损耗，包括摩擦引起的