《鋁加工》2013年第5期總第214期技術(shù)工程變頻器在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用吳啟明,賈燕(西南鋁業(yè)(集團)有限責(zé)任公司,重慶九龍坡401326摘要:分析了某公司熔鑄廠循環(huán)水使用現(xiàn)狀,應(yīng)用變頻調(diào)速和PLC集中控制技術(shù),實現(xiàn)了循環(huán)水系統(tǒng)節(jié)能、高效的應(yīng)用效果關(guān)鍵詞:可編程序控制器;變頻器;循環(huán)水中圖分類號:X853文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B文章編號:10054898(2013)05-0044-05doi:10.3969jisn.1005-48982013.05.091存在問題2.2節(jié)能原理圖1中曲線全角為水泵在恒速下?lián)P程H和流量某熔鑄廠某部現(xiàn)有三組機組,各自均有獨立的鑄造機。其配套循環(huán)水泵站電單耗居高不下,Q的特性曲線,圖1中曲線2是管網(wǎng)水阻特性(閥門開度為100%)。假設(shè)水泵在設(shè)計時工作在A點分析認(rèn)為:熔鑄生產(chǎn)的性質(zhì)和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)等因素,決定了生產(chǎn)是間歇性的,爐次之間的間隔時間長的效率最高,輸出流量Q1為100%,此時的軸功率短不一,所以,用水是間斷的,有時還有停爐的P1=Q1H1與面積AH10Q1成正比。根據(jù)工藝要求,情況。三組機組用水的時間不一致,導(dǎo)致用水量當(dāng)流量需從Q減少到Q2(例如70%)時,如采用調(diào)變化非常大。因此“不均衡”用水是主要原因。節(jié)閥門開度的方法相當(dāng)于增加了管網(wǎng)阻力,使管網(wǎng)阻力特性變到為圖1中的曲線3,系統(tǒng)由原來其次,該循環(huán)水泵站設(shè)計供水能力有一定富余。循環(huán)水系統(tǒng)采用人工啟停的方式增減冷熱水泵的運行數(shù)量,經(jīng)常出現(xiàn)多開泵造成電能浪費,而少開泵影響鑄造產(chǎn)品質(zhì)量的情況。H2節(jié)能原理21解決思路根據(jù)生產(chǎn)所需供給循環(huán)水,不生產(chǎn)時循環(huán)水泵停止工作,就可以減少空耗,從而降低電單耗,實現(xiàn)節(jié)約電能。圖1HQ特性曲線圖作者簡介:吳啟明(1955-),男,重慶人,中南大學(xué),工業(yè)自動化,H中國煤化工收稿日期:2013-06-20CNMHG吳啟明,等:變頻器在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)工程的工況A點變到新的工況B點運行,由圖1中可以若采用變頻,能量節(jié)約非常顯著。看出,揚程反而增加了,軸功率P2與面積BHOQ2成正比,減少不多。3方案制定如果采用變頻調(diào)速控制方式,將水泵轉(zhuǎn)速由3.1節(jié)能技改內(nèi)容N降到N2,根據(jù)水泵的比例定律,可以畫出在轉(zhuǎn)(1)將該循環(huán)站循環(huán)系統(tǒng)由手動控制改為變速N2下?lián)P程H和流量Q特性如圖1中的曲線4所頻自動控制。示,可見在滿足同樣流量Q2的情況下,揚程H將(2)實現(xiàn)該循環(huán)站循環(huán)系統(tǒng)與鑄造機的聯(lián)動大幅度降低,功率P3(相等于面積CHOO2)也隨控制,采集鑄造機水閥的開關(guān)信號、流量信號,著顯著減少,節(jié)省的功率△P=△HQ與面積BHHC將其作為冷水泵啟動以及停用水后水泵延時全停成正比,節(jié)能的效果是十分明顯的。的控制參數(shù)。根據(jù)流體力學(xué)理論,電機軸功率P和流量Q揚(3)該循環(huán)站循環(huán)系統(tǒng)熱水泵根據(jù)熱水池程H之間的關(guān)系為:P=KHQn的水位進(jìn)行控制,當(dāng)水位高于設(shè)定液位時,水泵式中:K為常數(shù);n為效率。自動啟動,水位降低到設(shè)定液位時,水泵停止運它們與轉(zhuǎn)速N之間的關(guān)系為行Q,/Q=NN2(4)原來手動控制的出口閥門,若改為自動H,H=(NN2)2控制就必須在冷水泵的出口閥門與水泵中間增加P,/P=(N/N2 )3止回閥,避免因備用的水泵因受管網(wǎng)帶壓水流驅(qū)流量Q與轉(zhuǎn)速的一次方成正比,揚程H與轉(zhuǎn)速動而反轉(zhuǎn),造成水泵損壞。的平方成正比,軸功率P與轉(zhuǎn)速的立方成正比,當(dāng)(5)水泵啟停由原來的手動啟停,變?yōu)樽詣恿髁繙p少,水泵轉(zhuǎn)速下降時,軸功率下降很多。啟停,啟動方式由原來的直接啟動變改為PLC集中例如流量下降到80%,轉(zhuǎn)速也下降到80%時,則軸控制。功率下降到額定功率的51%;如流量下降到50%,3.2節(jié)能技改方案功率P可下降到額定功率的13%,當(dāng)然由于實際工該循環(huán)站循環(huán)系統(tǒng)分為熱水循環(huán)和冷水循況的影響,節(jié)能的實際值不會有這么突出,即使環(huán),兩個循環(huán)是一個整體,冷水循環(huán)主要是將冷這樣,節(jié)能的效果也是十分明顯的。水池的冷水輸送到車間鑄造機,熱水循環(huán)是將熱變頻節(jié)能原理如圖2所示。水池的熱水輸送到冷卻塔冷卻后流到冷水池由圖2可見,當(dāng)實際流量小于額定流量時,3.2.1冷水循環(huán)冷水循環(huán)是閉口系統(tǒng),車間鑄造機并不是同時開,同時關(guān)。水泵的啟停和運行臺數(shù)是人為決定,所有系統(tǒng)壓力會有波動,范圍為0.25~0MPa,正常生產(chǎn)需要壓力為03MPa左右。當(dāng)鑄造機運行臺數(shù)少時,管網(wǎng)內(nèi)壓力就會達(dá)到⊥L變頻器控制0.35~04MPa,壓力過高就造成浪費能量,同時壓力的波動會造成鑄造產(chǎn)品質(zhì)量的不合格。正常情流量/%況下系統(tǒng)需圖2功率、流量曲線圖THa中國煤化工案采用兩臺CNMHG《鋁加工》2013年第5期總第214期技術(shù)工程變頻器分別控制兩臺常用水泵。如果采用一臺水檢測熱水池和冷水池液位泵變頻,當(dāng)兩臺泵運行壓力高時,停止一臺工頻泵,工頻泵直接停止,會對管網(wǎng)的壓力造成很大的波動,而壓力波動大會造成產(chǎn)品不合格,所以采用兩臺變頻器控制兩臺水泵,當(dāng)壓力大時,熱水池高液位熱水池低液位臺泵先降低運行頻率,當(dāng)降到最低頻率時,這時冷水池低液位冷水池高液位水泵的出水已經(jīng)很小,再停止時,管網(wǎng)壓力波動就很小,不會對生產(chǎn)造成影響。啟動熱水泵手動模式:人工啟停水泵。圖4熱水泵啟停示意圖自動控制方式為:冷水泵單獨啟停,如圖3所示?？诹鞒?浪費能源和水,熱水泵需停止,當(dāng)熱水池液位在低液位,為保護(hù)熱水泵不損壞,熱水泵任一臺鑄造機啟動冷水泵動變頻器調(diào)速需停止。恒壓輸出熱水泵在反復(fù)啟動停止時,會對造成水池的水質(zhì)渾濁,不能達(dá)到生產(chǎn)要求,所以長期使用的全部鑄造機停止延時時間到冷水泵啟動熱水泵必須采用變頻器控制,變頻器可以實現(xiàn)水圖3冷水泵自動控制示意圖泵的軟起和軟停,啟動和停止過程非常平滑,對3.2.2熱水循環(huán)管網(wǎng)和電網(wǎng)都沒有沖擊。熱水循環(huán)屬于開口系統(tǒng),熱水泵將熱水輸送33系統(tǒng)原理圖到冷卻塔,管網(wǎng)出口跟大氣聯(lián)通,所有管網(wǎng)出口根據(jù)系統(tǒng)改造方案和系統(tǒng)的工作模式,系統(tǒng)壓力是恒定的,只需要能達(dá)到冷卻塔高度的揚程原理圖如圖5所示就可以了系統(tǒng)運行方式分為手動運行和自動運行,兩將熱水池和冷水池的液位采集進(jìn)PIC,將原來種運行模式有操作人員選擇,手動運行一般在系的液位傳感器信號的4-20mA信號,經(jīng)過變送器一統(tǒng)調(diào)試或系統(tǒng)故障時,需要單獨啟動水泵;自動分為二,一路進(jìn)原來的儀表,一路進(jìn)PC系統(tǒng),在運行為系統(tǒng)的正常運行模式,不要人為控制,系觸摸屏上設(shè)置兩個水池的高低液位值。統(tǒng)根據(jù)用水的變化,自動選擇水泵的運行臺數(shù)和熱水泵啟動條件:冷水池液位在低液位或熱運行頻率水池液位在高液位。當(dāng)冷水池液位在低液位,說明生產(chǎn)需要的循環(huán)水量大,需要啟動熱水泵將熱水池的水輸送到LC控制器熱水池水位水流量冷卻塔冷卻后自流到冷水池;熱水池液位在高液位,為防止熱水從溢流口流出,熱水泵需啟動。熱水泵停止條件:冷水池液位在高液位或熱水池液位在低液位;2#冷水泵當(dāng)冷水池液位在高液位,為防止冷水從溢流中國煤化工CNMHG吳啟明,等:變頻器在循環(huán)水系統(tǒng)中的應(yīng)用技術(shù)工程必須采用屏蔽雙絞線,防止線路的干擾,控制線路必須和主電路分開走線。4.3程序編制按PLC控制程序安裝系統(tǒng)的控制方式和工藝流程進(jìn)行編程,并模擬運行。觸摸屏畫面的組態(tài),一由按照管道工藝圖和設(shè)備的分布情況來組態(tài)系統(tǒng)畫田qa4|c斷畫民園口面和控制流程。圖6管網(wǎng)壓力曲線圖4.4系統(tǒng)現(xiàn)場調(diào)試手動模式:每一臺水泵可以單獨啟停,變頻所有設(shè)備和傳感器都安裝完成后,首先進(jìn)行水泵的運行頻率可以在觸摸屏上調(diào)節(jié)。手動調(diào)試,確定每臺水泵都能單獨運行,并且運自動模式:①系統(tǒng)自動運行,設(shè)定管道需要行電流和電壓正常,管道無漏水,壓力傳感器檢壓力,自動通過PID調(diào)速保證輸出壓力恒定。②測壓力與管道上壓力表的壓力值一致后,再進(jìn)行當(dāng)有一臺水泵出現(xiàn)故障時,系統(tǒng)自動啟動備用水系統(tǒng)自動運行調(diào)試,根據(jù)設(shè)計的程序進(jìn)行系統(tǒng)的泵,做到故障自動切換并形成報表。③記錄管網(wǎng)聯(lián)調(diào)。壓力曲線,可以對系統(tǒng)的負(fù)荷變化進(jìn)行分析如圖6所示。④記錄水泵故障時的電流、轉(zhuǎn)速和管道5應(yīng)用效果壓力,方便對故障原因進(jìn)行分析。⑤采用PLC控(1)采用變頻器控制,代替原來的簡單控制器,控制性能好,系統(tǒng)穩(wěn)定性好。⑥PLC控制制,啟動電流小于1.2倍額定電流。器與變頻器控制,采用標(biāo)準(zhǔn)的通迅方式,控制速(2)調(diào)速性能更好,變頻器實現(xiàn)無級調(diào)速,度快,而且可以采集變頻器的運行狀態(tài)和變頻器水泵運行更可靠。參數(shù)。記錄水泵投切時間、運行電流、電壓、水3)管網(wǎng)壓力更穩(wěn)定,管網(wǎng)壓力波動小,對壓、流量、用水量、用電量等方便查閱。⑦變頻生產(chǎn)用水更穩(wěn)定,管網(wǎng)壽命更長。器控制功能:過流保護(hù)、接地保護(hù)、欠壓保護(hù)、(4)節(jié)能效果明顯,水泵跟隨負(fù)荷的變化而過壓保護(hù)、失速保護(hù)、欠載保護(hù)、變頻器低溫/過調(diào)速,水泵的運行數(shù)量根據(jù)用水量來決定,實現(xiàn)熱保護(hù)、電機過熱保護(hù)、輸入輸出相保護(hù)等齊全系統(tǒng)的節(jié)能高效運行。的保護(hù)功能。(5)系統(tǒng)實現(xiàn)自動化管理,無人值守。采用觸摸屏監(jiān)控,人員操作更簡單,更直觀。4方案實施(6)系統(tǒng)保護(hù)功能更完善,變頻器對水泵的4.1電機主回路改造保護(hù)功能強大,觸摸屏上隨時監(jiān)控系統(tǒng)的運行和變頻器安裝好后,將變頻器通電運行,確定系統(tǒng)的報警。變頻器正常運行,將電機出線連接到變頻器的出(7)-根據(jù)實際的運行效果,改造前循環(huán)線端。水電單耗為310kWh/kt,改造后循環(huán)水電單耗4.2控制回路改造降為240kWh/kt,降幅達(dá)23%,每年節(jié)約電量將操作臺安裝在控制室,將變頻器的控制線5×10kWh路,通過穿管沿水泵房安裝到控制室,控制線路中國煤化工CNMHG47《鋁加工》2013年第5期總第214期技術(shù)工程/專利薈萃6結(jié)束語給,節(jié)能效果顯著。循環(huán)水系統(tǒng)實現(xiàn)了自動控制循環(huán)水系統(tǒng)采用低壓變頻和PLC自動集中控制和無人值守技術(shù),整個循環(huán)水系統(tǒng)水壓穩(wěn)定,水量按需量供Application of Frequency Transformer in Circulating Water SystemwU Qi-ming, JIA Y(Southwest Aluminum(Group)Co, Ltd, Chon401326,Chna)Abstract: The current situation of circulating water for certain company was analyzed. The frequency and PLC control technology areused. Efficient and energyg water system are realizedKeywords: programmable controller; frequency transformer; circulating water種鋁型材加工模具中國專利CN201203634886本專利涉及一種鋁型材加工模具,主要是由上模板和下模板組成。上模板上設(shè)置有多個螺孔和可插入螺孔中的多個套筒,套筒內(nèi)放置有限位杄,限位桿的頭部進(jìn)入該套筒。在限位桿下面設(shè)置的外螺紋可連接到下模板的螺孔中,用以固定上模板和下模板;所述上模板上設(shè)置有多個沖座及沖桿,沖桿深入下模板上設(shè)置的多個模座的沖孔中。本實用新型的加工模具可適應(yīng)多種不同鋁型材的加工,適當(dāng)減少了加工模具的使用數(shù)量和更換數(shù)量,可由單一下降沖程,同時沖置鋁合金型材的上下兩面。高疲勞強度的鋁合金鑄件及其生產(chǎn)方法歐洲專利EP1524324本專利提供了一種耐疲勞強度優(yōu)異的鋁合金鑄造材料,它的主要化學(xué)成分(wt%)如下:4~12Si,<0.2Cu,0.1~0.5Mg,02~30N0.1~07Fe,0.5~030T,余量為鋁。這種鋁合金的顯微組織由a-A基體的呈網(wǎng)狀骨胳相等組成。基體可通過含鎂的化合物沉淀析出而強化,所以它具有較好的抗疲勞強度。改善鋁合金熔液的流動性和充型性的方法日本專利特愿1091445鋁合金在金屬型重力澆注時,由于冷卻速度快,鋁液的澆注溫度高,從而在液面上易形成表面張力大的氧化膜,對于薄壁、復(fù)雜型腔的填充十分困難,而采用壓力鑄造、低壓鑄造等方法,設(shè)備復(fù)雜,成本較高。本專利提供了一種鋁液表面張力小、流動性大為改善的鋁合金澆注工藝,即在金屬型表面形成一層鎂氮化合物、澆注時鋁液與它接觸并進(jìn)行反應(yīng),而產(chǎn)生大量熱量,從而可以在低溫下澆注的新工藝。鋁熱還原制備A-Sc合金的方法中國專利CN2004100469152該方法以Sc203為原料,用NH4HF2、NaF和堿金屬的氯化物為氟化劑、助熔劑和熔劑,金屬鋁為還原劑并作為合金的主要成分。在氧化鋁或石墨坩堝內(nèi),升溫至850℃~1100℃,保溫一段時間后,澆鑄成錠,即得A-Sc合金。該合金含S%~3%,S+Al>9%,并含有少許的Fe、Si、Ca、C和F,分別<005%。S的收效率大于80%。該方法工藝極其簡單可靠雜質(zhì)含量低,性能優(yōu)良。其合金適用于鋁、鎂及各種精密合金的添加劑,可顯中國煤化工CNMHG48