机械节能与环保

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,机械节能与环保,1,十大环境问题,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,2,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110。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。,3,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3060。,4,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,5,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23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。,6,2）,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。,7,（2）,无齿轮挤出机,Reifenhauser,的无齿轮挤出机采用瑞士,Etel,Motion,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。,8,（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。,9,（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。,10,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。,11,2005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,515,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。,12,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,1015,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。,13,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,14,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,15,1.1,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,16,1,）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。,17,直流发电机,直流电动机,18,19,直流电机电刷及换向器,直流电机换向器,20,永磁直流电动机,21,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。,22,2,）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,23,24,三相异步电动机结构,25,异步电动机工作原理,电机转速：,n=(1-s)n,0,=(1-s)60f/p,转差率：,s=(n,0,-n)/n,0,f,为电源频率；,p,为旋转磁场磁极对数,n,为,转子转速，,n,0,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。,26,3,）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。,27,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。,28,29,4,）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。,30,1.2 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3060。,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。,31,1.3 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7080。,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。,32,2）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6070，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。,33,1.4 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。,34,2）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。,35,3）,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57倍，不仅损耗大，而且对,电网冲击也大，机械磨损，振动都大,。,如果采用,变频调速启动,，可以将起动电流限制到很小，即使是满载起动，也只比额定电流稍大就可以了，损耗大大降低，既不冲击电网，又不冲击机械。,目前使用较多的电机是交流电机，约占各类电机总数的85以上，它具有结构简单、价廉、不需维护等优点，但它的,弱点是调速困难,，因而在许多应用场合受到限制或借助机械方式来实现调速。,使用,变频器调速,信号传递快、控制系统时滞小、反应