真空干燥系统

真空干燥系统（共12篇）

真空干燥系统 篇1

以下对真空吸盘吊真空系统的几种常见故障的诊断及处理谈一下自己的看法。

1 真空系统出现故障的现象及维修

具体表现为:真空系统没有真空度或真空度降低, 起吊量下降或在吊运过程中物件容易脱落。这说明真空系统出现了问题, 吊具已经不能够继续使用。如果继续使用可能造成由于物件脱落砸中人和设备的重大安全事故, 所以要尽快检修找出故障原因, 恢复设备原有性能。而使用排除法对能够引起设备故障的部件逐一排查是最好的解决办法。

1.1 真空泵

1.1.1 泵不能运转

原因分析:电源没有接通, 电源电压不匹配, 过载保护器启动;真空泵或电机卡死、电机损坏等。

检查维修:检查电源是否有电, 电源线连接是否牢固可靠;电源电压与泵电机所需电压是否一致 (±10%以内) 。检查真空泵或电机是否有卡住和损坏的现象, 如果有须清除卡阻物体或更换真空泵。

1.1.2 泵达不到需要的真空度或达到真空度的时间变长

原因分析:进气或排气管路堵塞;排气过滤器、油过滤器堵塞;油箱内无油或缺油;油被污染。

检查维修:清洁进气、排气管路和油过滤器。更换排气过滤器。检查油箱油位, 不足加油;油被污染时需要换新油。这里要注意:排气过滤器是纸质的, 不能进行清洗只能更换, 填加的泵油要与原来的牌号相同。

1.1.3 泵运转无力原因分析:电机缺相, 电源的电压异常或泵内有异物。

检查维修:检查熔断器是否熔断, 如果损坏换新熔断器。接触器的动静触头接触不良进行更换。检测电源电压与电机是否匹配 (±10%以内) ;真空泵内部如果有异物要清除。

1.1.4 真空泵噪音大

原因分析:真空泵油量不足或油变质;内部油过滤器堵塞。消音孔堵塞, 弹性联轴器弹性垫损坏, 真空系统有大量漏气。

检查维修:清除消音孔和油过滤器中的杂物;检查油箱油面, 油量不足需要加油, 变质要换新油;检查弹性联轴器的弹性垫磨损情况, 坏了更换新件;排查真空系统的漏点进行处理。

1.1.5 泵的温度太高

原因分析:进气和排气过滤器阻塞或油过滤器堵塞;油箱内油量不足或油过热变质, 散热风扇损坏等。

检查维修:清洁或更换进气过滤器、油过滤器, 更换排气过滤器;检查油箱油面, 油量不足加油或换新油;检查散热风扇的冷却效果, 有问题进行处理。

1.1.6 泵的抽速太慢

原因分析:进气口或进气管道被堵塞。

检查维修:清洗进气管道, 清洁或更换进气过滤器;排气过滤器堵塞, 更换排气过滤器;连接吸盘的真空管直径太小或管道太长, 使用直径足够大或短的连接管道。

1.2 真空电磁阀

电磁阀不灵敏或不换向

原因分析:生产过程中可能发生的意外碰撞、机电元器件老化磨损、生产现场灰尘大等原因造成的阀体变形滑阀卡死、对中弹簧折断、密封圈损坏、电磁铁线圈烧坏、电气线路损坏等导致换向阀不工作。

检查维修:更换真空电磁阀。

1.3 真空吸盘

真空吸盘吊的吸盘是橡胶制品, 由于生产时直接接触板片等物件, 容易发生磨损变形。在实际工作中有时也会与物件发生碰撞, 造成唇边开裂损坏和透气;吸盘底部平面粘有杂物, 橡胶出现龟裂老化等情况, 也都会导致吸盘与板片之间接触不严、影响了密封性能, 造成真空度下降。

检查维修:清除吸盘上的杂物, 更换吸盘。

1.4 其它因素

悬臂横梁的固定螺丝松动或U型连接件变形, 能够使悬臂横梁与主梁之间形成较大的间隙, 这样就造成了起吊后吸盘高低不同, 降低了吸盘吸载能力。出现这种情况时, 一定要把悬臂螺丝紧固牢靠, 如果紧固后还有间隙, 就要在U型连接件下面加垫片消除。各吸盘连杆在横梁上的安装位置也最好一致, 否则吸盘的高度也不一样, 同样影响吸盘承载能力, 因此要调整好。真空连接软管长期使用会产生老化裂纹、塌瘪、接头密封不严的情况, 能够直接造成真空系统透气, 也是影响真空度的主要原因之一。

1.5

真空吸盘吊故障分析流程图 (图1) 。

2 结论

起重吊具在使用过程中很容易出现设备故障和安全方面的隐患, 如果不及时诊断和维修好, 轻者影响生产进度和产品质量, 重者很有可能发生重大人身伤亡和设备事故, 因此必须引起我们高度重视。只有不断提高设备维修人员的专业技术水平, 使他们熟练掌握设备维修方法和技巧, 才能保证人身安全和设备有良好的性能, 促进企业的生产经营顺利发展。

参考文献

[1]祁峰岩.真空吸盘吊的真空系统工作原理及常见故障分析[J].中国科技信息, 2008, 23.

[2]纬戈伦, 郑义筠.真空吸盘吊具搬运钢板 (板材) 的设计及日常维护和故障分析[J].电子版.

真空干燥系统 篇2

真空热试验的温度测量系统

文章介绍了航天器真空热试验的.温度测量系统,包括热电偶测量系统、无线测量系统和红外摄像测量系统,涉及接触测量和非接触测量、有线传输和无线传输.目前热电偶温度测量系统在国内外真空热试验中居主导地位,应用十分普遍.但国外近几年无线测量系统已得到研制,红外摄像测量系统已得到应用,有的空间机构已计划将新型测量系统列入空间环境模拟器的标准配套设备.航天器温度测量系统的这些发展变化值得业内人士关注,进行必要的技术和设备研发工作,更好地适应未来航天器真空热试验的需要.

作 者：郭赣 Guo Gan 作者单位：北京卫星环境工程研究所,北京,100094刊 名：航天器环境工程 ISTIC英文刊名：SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING年，卷(期)：26(1)分类号：V416.6关键词：真空热试验 温度测量 热电偶 无线测量 红外摄像

凹印机新型高效干燥系统设计一例 篇3

在凹印机常规干燥系统（如图1所示）中，新鲜风通过进风箱到达换热器，将风温提高至设定温度，再利用进风机将热风吹到烘箱内对印品进行干燥。其中，进风口与排风口尺寸比例接近1：1，故基材表面形成的涡流不会太大，而烘箱内溶剂浓度差是靠风嘴处风速大小决定的，热风先通过风机再进入风管，这个过程会对风速产生一定影响。基于以上分析，图1的干燥系统布局不是最合理的。

当前，有些印刷操作工为了提高印刷设备的生产速度，将干燥温度设定较高，这种方法是不可取的，因为薄膜的耐热性能较差，温度过高会导致薄膜发生塑性变形，当薄膜发生不规则拉伸时，会严重影响套准精度及下道工序（复合）的正常生产。通常情况下，在保证墨层完全干透的情况下，温度越低越有利于保证软包装的最终质量，因此合理设计干燥系统非常关键。

真空干燥系统 篇4

1.1 燥设备的基本结构

热风真空果蔬组合干燥设备结构主要由干燥箱、引风机、排湿风机、捕水器、真空泵、控制箱、温度湿度传感器、压力传感器和各种阀门组成。干燥箱的一端为排湿部分, 由热风排湿和真空排湿两部分组成, 干燥箱的内部为电加热器和物料盘, 另一端为进风机。在热风排湿部分, 安装有排湿风机和排风控制阀, 真空排湿部分安装有真空泵、真空排湿控制阀和捕水器。干燥箱温度主要由电加热器控制。在箱体的一个侧面, 安装有门, 以便进行物料的装卸。排湿模块处, 安装有温度传感器、压力传感器和湿度传感器、可以不断的将检测到的过程变量转化为电信号, 传送给PLC, 并由PLC完成对相关参数的控制。

1.2 系统的工艺流程及控制要求

按照物料含水率的不同, 可将干燥的过程分为热风干燥和真空干燥两个阶段, 将被干燥的果蔬物料装入到干燥箱内, 关闭箱门, 先进行热风干燥, 开启排湿风机, 打开排风控制阀, 关闭真空排湿控制阀, 由引风机将环境冷空气压入到干燥箱中, 吸入的冷空气与电加热器进行热交换后, 对物料进行热风干燥。当物料中的含水量达到设定值的时候, 开启第二阶段的真空干燥, 开启真空泵和捕水器, 打开真空排湿阀门, 关闭排风控制阀。干燥箱内物料蒸干燥蒸发出来的水蒸气通过真空排湿部分的捕水器除去。干燥机的控制要求: (1) 由控制程序开关控制真空排湿阀门, 排风控制阀, 开关排湿风机、真空泵、捕水器、引风机和测量系统上各种仪表的开闭。模拟量调节风量控制阀, 电加热器功率的大小。 (2) 实时采集、显示和输出干燥机的运行状态和数据。 (3) 可以进行工艺参数的调整, 以满足干燥机对不同物料的干燥。 (4) 故障信号的实时报警、记录和处理。 (5) 保证设备的安全运行, 实现对产品质量和设备安全的保护, 能实现自动和手动的切换。

2 控制系统方案和控制系统的设计

2.1 控制系统的方案

选择的控制方案应该具有先进的控制技术, 经济节能为主, 还要根据具体控制系统而确定。所以, 根据系统控制的要求, 采用PLC控制, PLC具有可靠性高、抗干扰能力强, 编程方便, 通用性好等优点。可以保证干燥机的全部电器设备按干燥工艺要求可靠运行, 监测和精确控制系统工艺参数, 并对故障实时报警并自动应急处理。

2.2 控制系统的设计

2.2.1 温度控制部分的设计

温度部分的设计主要是根据物料的不同, 分别设定不同干燥阶段的温度值, 然后由传感器测量值与设定值的比较, 控制加热盘管上电加热器的功率的大小, 实现对干燥箱的温度的控制。首先, 测量干燥箱的当前温度值, 考虑到控制温度的范围和果蔬干燥对精度的要求, 选用AD590的集成温度传感器, AD590的工作范围为 (-50~+150℃) 精度可达到±0.5℃, 有极高的阻抗, 并且还具有抗干扰能力强、不需要温度补偿的优点。测量的温度值通过A/D转换部分, 转化为数字量, 传送到处理器。控制干燥箱的温度则采用双向可控硅来实现。为了提高控制的精度, 对温度采用PID控制, 采样的温度值经过PID运算后, 确定三相可控硅的导通角, 从而实现对加热盘管功率的控制。同时, 为了消除随机干扰, 采用数字滤波技术。连续采样多组数据, 并根据多组数据的平均值确定温度。

2.2.2 湿度控制部分的设计

由于精确的测量果蔬含水量比较困难, 本研究准备采用通过测量干燥废气的湿度, 间接测量果蔬含水量的方法。首先, 处理器根据果蔬品种的不同, 设定热风真空转换时干燥结束的废气的湿度条件, 每隔一定的时间段, 用湿度传感器测量干燥废气中湿度, 再根据测量值与设定值的比较, 确定是否需要热风真空的转换或结束干燥。果蔬含水率的测量也采用数字滤波技术消除随机干扰。测量的含水量经过A/D转换后, 传送到处理器。处理器通过与设定值的比较, 确定干燥的状态。当湿度达到真空干燥条件时, 开启真空泵和捕水器, 打开真空排湿阀门, 关闭排风控制阀排湿分机。进行真空干燥, 当物料湿度达到干燥要求的时候, 干燥结束。

2.2.3 真空度控制部分的设计

在真空干燥的阶段, 由真空压力表测量干燥箱的真空度, 并把真空度与设定值比较, 但真空度达到设定值上限时, 启动真空泵, 随着真空泵的抽吸, 干燥箱的真空度不断下渐, 当真空度达到设定值下限时, 继电器自动断开, 关闭真空泵。真空泵考虑采用2BY-71V型水环式真空泵, 该泵每分钟的抽气量为0.86 m3, 适用于抽除气体和水蒸气, 吸气压力达到33 mdar (97%真空度) 。

2.2.4 控制系统的组成

控制系统以PLC为核心组成如图1所示, 外围电路有温度传感器、湿度传感器、真空度传感器、显示干燥状态的指示灯、报警指示灯。数码显示屏和键盘, PLC输出5个开关量信号和一个模拟量信号, 模拟量信号用于控制三相可控硅的导通角, 5个开关量信号分别用于控制真空泵、排湿风机的启动和停止、真空排湿阀、热风排湿阀的开闭、整台干燥设备的开始及停止。

3 软件系统的设计与分析

果蔬干燥机的工作过程:开机后, 首先用触摸屏进行参数的设定, 分别输入每个阶段的温度、压力、热风真空切换时的空气的湿度等参数。全部的参数设定后, 然后启动系统, 干燥机按预置的干燥工艺参数工作, 并对系统重要的工艺变量如温度压力、果蔬的含水量及各种设备的运行状态进行实时的显示和记录。干燥的过程中, PLC根据采集的数据, 经过逻辑计算后, 输出数字信号, 经过数模转换后, 通过控制电加热器的功率, 真空泵的开闭, 实现对温度、真空度的控制。当出现故障时, 开始报警, 系统停止运行, 允许局部故障的排除。故障排除后, 按任意键, 系统即可继续运行。当两个干燥阶段都完成的时候, 干燥过程结束。

根据以上对果蔬干燥机的操作和工作过程的分析, 设计的软件主要由公用程序, 热风干燥阶段的控制程序、真空干燥阶段的控制程序、信号的显示和故障的报警程序4个部分组成。公用程序主要用来实现干燥机的起停、初始化以及按一定逻辑顺序调取子程序模块。干燥箱温度、真空度的检测、控制、报警等则由子程序来完成。图2是程序的流程图。

4 结语

该控制系统实现了对热风真空组合设备工艺参数的自动控制, 基本上可以保证干燥工艺的可靠运行、检测、并对故障实时报警并自动应急处理。并且可以通过修改过程变量的参数是实现对不同物料的干燥, 具有自动化程度高、可靠性好, 精确度高, 操作简便等优点, 基本上可以满足我国中小规模企业的需求。

参考文献

[1]中国农业机械化科学研究院.农业机械设计手册 (下) [M].北京:机械工业出版社, 1990.

[2]陶永华, 君怡欣.新型PID控制及应用[M].北京:机械工业出版社, 1998.

[3]曹艳明, 李长友.谷物循环干燥机控制系统软件设计[M].农业机械学报, 2003, 34 (1) :83-85.

[4]蒋苏民, 侯力, 马朝玲, 等.风电增速箱空心输入轴的有限元分析[J].机械传动, 2009 (5) .

[5]J.F.Forbes, B.A.Jacson.Model based control stratgies for thecommercial drying system[J].Canadian Journal of ChemicalEngineering, 1984 (62) :773-779.

热偶真空计系统设计总结报告 篇5

（王永昌 , 张斌鑫, 王海程, 张谢祥；褚向前；机械设计制造及其自动化10-11班

机械与汽车工程学院）

摘要：在真空度测量方面，目前，已有从105Pa到 10-11 Pa的各种真空计。当今，根据真空应用中对真空计使用要求，热导真空计在工业的真空测量中占有重要地位，主要用于冶金、机械、化工、电子等科研和生产领域中的粗、低真空的测量。而其中数字式热偶真空计应用广泛，产品种类也比较多，但在宽量程、可靠性、抗氧化性等方面还有一定的提升空间。因此，数字式热偶真空计的研究设计有着重要的实际意义。关键词：热电偶；真空计；真空度；

一．项目背景及研究内容

真空科学与技术主要包括真空的获得和真空度的测量两个方面。真空的获得，即真空的产生和保持，它一般由机械设备实现，如利用机械真空泵等。真空度的测量，主要由传感器及其相应部件组成的真空测量设备完成。准确测量真空度、控制真空度对生产、生活、科学研究有着重要影响，对实验的成败和真空产品的质量都起到关键的作用。所以真空测量是真空技术的一个重要环节，真空测量具有重要的意义。

我们结合真空测量技术的发展历史，通过对国内外近几年真空测量设备新产品的分析可知，真空计的设计并没有在新原理、新方法方面取得较多的突破性进展，更多的是在原有基本原理基础上的改进和补充。真空测量技术的发展进入了一个相对稳定的时期。近些年来，由于电子技术和计算机技术的迅速发展，真空计又迎来新的发展，出现以单片机为核心的电子式真空计。电子真空计与传统真空计相比，测量上更精确、更稳定、更方便，还可以根据实际应用将仪器的功能进行扩展，具有较强的实用性。

热偶真空计以其性能稳定、抗沾污、抗氧化、价格适中等优点被广泛应用于低真空测量领域，但由于热偶规这种传感器存在着较强的非线性，致使在数据处理上存在一系列的问题。为了提高测量精度，必须对其非线性进行处理。用传统数值计算方法处理，计算量繁重、过程冗杂。对热偶规真空计的基本结构和工作原理加以研究分析，然后根据其特点提出具体的设计方案。本项目采用 Mathematica 数学软件中高次函数拟合功能，来拟合热偶规传感器的非线性特性，最后以热偶规管作为传感器，将被测环境的压强信号转换为微弱的电信号，经过信号放大和 A/D 转换，送入单片机数据处理、显示。本热偶规真空计以单片机为核心，可应用于低真空领域的真空度测量，其测量精度和稳定性满足实际需要，还可以根据实际应用将仪器的功能进行扩展，具有较强的实用性。设计的热偶规管真空计采用单片微机制作，充分利用其微机提供的硬件及软件资源，集成度高，可靠性强，功能适用，操作简便。

二．热偶真空计工作原理

热电偶真空计是利用气体分子的热传导现象,热电偶接在白金或钨的细线上。这段细线通过电流后会发热。发出的热量通过周围气体分子的热传导,或细线本身的固体热传导,或热辐射放出。利用气体分子承担的热传导量与压力成正比的特点是此真空计的原理。

一根在真空中被加热的金属丝，达到热平衡状态时，它所消耗的总功率 满足下列关系

QQrQsQcdQcv

其中：

(1)Qr:热丝表面因辐射的热损耗；Qs:热丝引线的热损耗；Qcv:气体对流引起的热损耗；他们分别为： Qcd:气体分子热传导造成的热损耗；

QI2RQrKr(T40T04)QsKs(TT0)QcdKm(TT0)PQcvKd(TT0)f(P)其中，I是热丝的加热电流，R 是热丝电阻，Kr 为与热丝表面尺寸有关的常数，和

0分别为热丝和管壁的热辐射系数，T为热丝平衡温度，T0为管壁和热丝支杆的温度，Ks为与热丝材质和尺寸有关的常数;Km 二为与气体种类和热丝表面积有关的系数， 为适应系数，Kd为与热丝表面、规管几何形状、气体种类和热丝方位有关的常数，P为气体压强。

由此不难看出，对于给定的规管，若保持加热丝温度T不变时，则(1)式可变为: I2CkmPkdf(P)

其中：

(2)Kr(T40T04)T0CRkr(T40T04)T0 KmRk(TT0)KddR当环境温度T0 一定时，C, Km和Kd 均为常数。

式(2)为定温式热导真空计的基本关系式。它表明，对于特定气体，在定温工作状态下，加热丝的加热电流是容器气体压强的单值函数。热偶真空计是通过与热丝接触的热电偶来测量热丝温度的(图1-1所示)[2]。因此，只要改变加热电流，使在任何压强下，始终保持热电偶输出电势不变，即可达到定温的目的。此时，P2(I2I0)；

其中, I0为高真空时加热丝的加热电流。这种定温过程可以通过手动，也可以通过自动动调节来实现。本设计是自动定温式热偶真空计。如前所述，定温式热偶真空计就是通过对规管加热电流的调节，使在任何压强下，热电偶输出电势始终保持不变，从而根据输入电流的大小来测定压强值，即真空度。图2-1是真空计测温简图

图2-1 热偶规测温原理

三．热偶真空计系统设计

系统整体结构如下图所示，本系统主要由热偶规传感器、信号放大电路、A/D转换电路、显示模块、单片机控制系统、按键和电源系统组成。电源系统给热偶规传感器提供一恒定电流，热偶规传感器将被测真空环境的压强信号转换为微弱的电压信号，将电压信号放大处理，经过A/D转换后送入单片机系统，在经过单片机系统的数据处理计算出测量环境的压强值，最后通过显示模块显示输出。

图3-1 热偶真空计系统框图

1．电源系统

本系统的电源由220V转5V 的AC/DC电源适配器提供，该电源模块参数如下： 输出电压精度Vo：1%;负载调整率：0.5%;输出电流调整率：0.5%;源效应：+0.2%;负载效应：+0.5%;波纹与噪声：Vpp1%;温度系数：+0.02%/oC;过载、过热保护（短暂）。

2．信号放大与处理

1）真空规管的选择

本设计采用ZJ-53B型玻璃热偶真空规管，该规管热容量很小的镍铬-康铜作为加热丝和热偶丝，经过稳定化处理具备环境温度自动补偿和粉尘防护功能。该型规管具有结构简单、量程较宽、响应较快、抗污染、耐氧化、漂移小、寿命长、性能稳定、价格适中等特点，是一种广泛应用的热传导式低真空测控传感器。主要技术 参数如下：

410测量范围：21101；

0加热电流：281.5mA;热丝冷阻:9.51(233C);热丝温度:401500C;

零散性为环境温度时，示值偏差不超过20%。2）真空规管的连接与加热 真空规管管脚的电气连接如图所示

图3-2 规管管脚电气连接 2、7 加热丝 4、5 热偶丝ZJ-53B 加热2、7管脚之间的热偶丝采用恒流源电路，电路图如下：

图3-3 恒流源加热电路 3）信号放大与A/D转换电路

信号放大电路的主要功能是将传感器测得的微弱电压信号进行适当的放大，便于信号处理，本设计信号放大部分采用斩波稳零运算放大器ICL7650。本系统 A/D转换电路选用ADS1286芯片。

4）信号处理和控制

本部分由主控单片机、LCM显示器、按键组成。主控单片机负责把从A/D转换器读取的电压值转换成压强值，并输出到LCM显示器上。

图3-4 信号放大与A/D转换电路

3.软件设计

本设计程序的编写主要在KeilC编译环境下进行，KeilC编译环境功能强大、支持C语言和汇编语言，内部更有强大的调试系统。1.初始化

初始化主要完成对单片机的初始化，初始化过程结束后进入等待状态，初始化过程如图

图3-5 初始化程序流程图 2.主程序

主程序通过循环调用各个功能模块完成相应的功能。

四．硬件连接及调试

真空熔炼炉控制系统的分析与应用 篇6

关键词：真空熔炼炉；控制系统；分析与应用

中图分类号： TP273 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）18-184-2

0 引言

真空熔炼炉是电炉中的一种，其主要结构由加料仓、熔炼室、测温室、浇铸室及模室组成；其主要原理是将特制坩埚置于主腔室的磁感应线圈中，利用输出电源将电能转换为磁能完成对坩埚中物料的加热及熔炼的过程。目前，真空熔炼炉已广泛应用于高温合金、贮氢材料、磁性材料等功能材料的生产上，同时也在航天、航空、军工、化工等高精尖端行业得到广泛的应用。

真空熔炼炉主要的特点有加热速度快，设备连续生产率高，生产合金成分均匀，烧损较少，收率较高等优点。目前，国内真空熔炼炉设备比较落后，真空度无法达到工艺要求，无法精确达到工艺设定功率，设备使用效率较低，自动化程度偏低等问题。由于自动化程度偏低，在熔炼过程中容易造成功率无法精确达到工艺要求，造成成分不均匀，温度不达标，从而影响了生产产品的收率及品质。国外真空熔炼炉的自动化程度相当国内较高，但与其他熔炼设备相比较自动化进程仍然比较缓慢。其主要原因是真空熔炼炉的熔炼过程是多输入、多输出、非线性、钢水成分、温度难以在线检测，并且坩埚内的反应复杂多变，难以建立精确的数学模型，由自动化水平低，基本上依靠人工经验进行操作，这不但增加了生产成本，而且产品质量不能保证，因此，为保障熔炼工艺过程的稳定运行，必须提高真空感应炉熔炼的自动化程度。

1 真空熔炼炉熔炼的工艺简介

真空感应炉熔炼工艺基本一致，均可分为上料、熔化、精炼、浇铸和出炉等几个阶段。下面重点介绍一下生产某合金的工艺流程及工艺控制点

1.1 上料

在上料过程中，重点是要保障原料能够按照工艺配方加入真空熔炼炉料仓内，且加料顺序要按照不同原料的熔点依次加入加料仓中，在工艺要求中，应先将金属原料按熔点由低到高依次加入坩埚内，在装料过程中特别要注意要求原料的加入要下紧上松，可以防止炉料“架桥”现象的发生，这样可以避免在熔化期加料所耗费的时间，缩短整个真空熔炼的周期提高了真空熔炼的安全系数，同时也提高了生产效率。

1.2 熔化期

熔化期的主要任务是将各种金属原料熔化成液态， 同时熔化初期也是真空熔炼的核心部分之一，在真空熔炼中，熔化期的温度及真空度会直接影响到合金的收率及质量，在熔化期一定要按照工艺要求设定的真空度进行熔炼，真空度高于设定值会出现氧化现象，产生大量的渣子，因此在熔炼熔化期确保真空度及温度是重点。在熔化的过程中还会出现金属熔化放气的现象，这样真空度会迅速下降，为了保证熔化期的真空度，真空系统在熔化期要连续高效工作才能保证生产流畅进行。熔化速度是通过功率的高低来控制的，在真空熔炼过程中，只有精确和稳定的控制输出功率才能保障生产产品的质量，真空熔炼炉在熔化期的熔化速度过快，会产生金属的烧损与喷溅，这样就会导致产品的偏析和收率的降低。因此，熔化期的核心控制点就是要确保真空度，和熔化温度，防止由于真空度偏低所带来的合金氧化，和熔化速度过快带来的飞溅所造成的成分偏析现象。

1.3 精炼期

精炼期的主要任务是脱除液态合金的有害元素，如硫、氧、硅等有害元素；去除微量有害杂质；降低碳，硅含量（当它们为有害元素），使钢液成分合格。同时我们所研究的真空感应炉不同于国产设备，在精炼期有电磁搅拌功能，在经过充分的电磁搅拌后才能使合金均匀化，合金液体不均匀会直接影响到后续工序的结晶及合金的性能，精炼期过短会导致合金结晶不符合微观结构，性能较差，时间过长则会使设备的功耗大，组分挥发多，除此之外，精炼期的温度与保温时间将增加炉体与合金接触处的夹杂带入量，因此，精确的控制精炼时间和温度才能保证生产合金的质量正常。

1.4 浇铸出炉

只有当钢液的成分和温度合乎要求后才可出钢。小钢锭或铸件可直接浇注，大型感应炉可采用中间包浇注。真空感应炉在出钢浇注时，为了保证钢锭的质量，钢液必须达到一定的温度，同时也需要氩气保护。出钢温度过低会超成浇注不成或钢锭疏松和产生表面缺陷；而出钢温度过高，则会损坏坩埚，导致金属二次氧化严重，且合金中杂质增加，金属偏析严重，甚至产生内裂，严重影响合金质量。因此，钢水温度的测量对熔炼过程十分重要。在真空下浇注时，钢液具有良好的流动性。当钢液中含有Ti、Nb、Mo、Al、Co、W等元素时，将影响钢液的流动性，应选择稍高的浇注温度和真空度。浇注完毕后，铸锭在真空下凝固，根据铸锭的大小和钢种来确定保持时间。

2 真空熔炼炉控制系统的设计

中频熔炼炉系统的控制环节包括：中频电源功率控制、各种故障判断及处理、振动加料器控制、浇注出炉控制以及和上位计算机实现通信等。本文通过编辑的梯形图分别对中频电源功率控制、振动加料器控制和浇注出炉控制加以说明。控制主要是采用PLC来完成的，本文引用的PLC是美国的罗克韦尔SLC500，所用的程序也是基于该PLC编程的，程序软件为RSlogix500。

SLC500控制器结构及主要功能如下：

SLC500系列PLC有固定式和模块式两种硬件结构。固定式集处理器、电源、输入/输出（I/O）于一体，按输入/输出方式（直流、交流；电压等级；源流、汇流；继电器、可控硅和晶体管输出等）及I/O点数的不同共有24种不同型号。固定式控制器还提供一个两槽扩展框架以增加其输入/输出的灵活性。模块式SLC系统可根据需要从5种处理器、7种电源及50余种I/O模块或特殊功能模块中选择不同的组合，形成一个应用灵活、功能强大的控制系统。SLC500系列的所有模块都通过了CSA认证，大部分模块通过了危险环境认证，适用于很多工业应用场合。

中频电源功率控制梯形图如1所示。

如图1所示：0024行B13：14的作用是通过触摸屏或者电脑输入给定功率，如果控制信号等于1，则经过触摸屏输入给定功率，不等于1则经过电脑输入给定功率，给定的功率信号送到右侧的运算器。0025行B13：10的作用是通过触摸屏或者电脑输入给定功率，如果控制信号等于1，则经过电脑输入给定功率，不等于1则经过触摸屏输入给定功率，给定的功率信号送到右侧的运算器，运算后送到目的地址N12：46。0026段程序的作用是，如果有特殊情况需要停止给定功率，可以通过该段程序让给定功率迅速降低至零。0027段程序的作用是在不充氩气的情况下才允许有功率，而0028段程序则是在充氩气的情况下将功率迅速降低至零的。

图1 中频电源功率控制梯形图

图2 贮氢真空熔炼炉加料控制梯形图

在图2中，0007段程序的作用是通过电脑或者触摸屏输入启动振动加料器信号，然后根据信号判断是将振动给料器送入还是撤出熔炼室并動作。0010段程序的作用是振动给料器动作以后根据加料多少来调节振动频率大小的，如果料多就增大振动频率，相反则降低振动频率。0011段程序是确定加料完毕后，通过紧急控制继电器停止振动给料器继续振动。之后再通过第0007段程序撤出振动给料器。

3 结束语

蒸发真空系统改造方案 篇7

陕西省化工总厂2万吨/年烧碱系统是由原1万吨/年逐步扩建而来:首先将二、三效蒸发器由自然循环改成强制循环, 随后一、二效蒸发器的加热面积也由120㎡扩大到180㎡。虽然蒸发器的能力在不断增加, 但三效的真空系统一直没有改造, 造成真空喷射器循环水进水温度达40℃, 出水温度更是高达53℃, 真空度由当初的650-670mm Hg柱下降到500-530mm Hg柱, 蒸发系统的温度整体上升, 对设备的腐蚀增加, 检修频繁。蒸发生产能力达不到要求, 形成氯碱系统生产的瓶颈, 因此, 真空系统的改造迫在眉睫。

但氯碱市场低迷, 企业资金紧张, 只能寻找一种经济可行的改造方法。

我厂蒸发真空系统的实际状况如下: (表1)

冷却塔为水喷射驱动风机雾化式冷却塔, 原来装了16组, 因热水泵压力过低运行效果差, 卸掉了4组, 所以现在还空4个位置。

二、改造思路、目标及可行性分析

从上面的情况可以看出, 热水泵型号是10SH-13A, 换个叶轮, 就变为10SH-13, 流量、扬程必将大幅度提高;冷却塔增加4组, 再加上热水泵流量、扬程的增加, 能力提高45%是完全可能的;凉水泵因为原设计选用压力本来就高, 流量增大后, 压力的降低不会影响真空系统的正常运行;最后, 再在真空喷射器上下点功夫就完全有可能用很小的投资使真空系统的能力提高45%左右, 这就是我们改造的目标。

三、改造方案

首先分析热水泵, 换叶轮后流量提高45%即流量达到418m3/h, 依据表2泵性能表, 利用插值法可以估算出:此时实际扬程为25.3*92%=23.3m, 轴功率约为36KW, 由于我厂当初安装泵时配的电机就是45KW, 因此, 对热水泵的改造, 仅仅换个叶轮就可以满足需要了。

其次分析凉水泵, 流量提高45%, 即流量达到398m3/h, 同样依据表2泵性能表, 利用插值法可以估算出:此时扬程约为57.6*92%=53m, 该扬程完全满足真空喷射器对水压的要求, 显然我厂现有凉水泵不用进行任何改造。

再看冷却塔, 水喷射驱动风机雾化式冷却塔虽说0.08MPa的进水压力就能运行, 但效果还是比较差的。随着进水压力的提高, 冷却效果越来越好, 冷却水量也自动增加, 根据长期的运行经验来看, 如能将进水压力控制在1.3—1.5Mpa是比较合适的。

考虑到现在泵的底阀常常回不了位 (卡住) , 我们计划加高水池沿壁, 使水面高于泵进口, 这样就可以去掉底阀, 也降低了管道系统的阻力。改造前水池液面与喷雾口高度差7.5m, 改造后水池水面升高, 水池液面与喷雾口高度差降为6.5m。

根据现场的实际情况, 参考《建筑给排水设计规范》GB50015-2003, 计算出改造前热水泵进出口管线 (dn250) 折合阻力约为2.9m, 凉水泵进出口管线 (dn250) 折合阻力约为5.6m;改造后热水泵进出口管线折合阻力为4.5m, 凉水泵进出口管线折合阻力为8.2m。

工艺流程图见图1

对于水喷射驱动风机雾化式冷却塔来说, 由于改造前后水压相差不大, 冷却水量可按Q≈K*h0.5来估算。h为进塔水压 (m水柱) (根据厂家所给塔的性能表, 喷嘴处压力15m水柱时冷却水量30 m3/h, 这里按28 m3/h计算)

冷却塔的k≈Q/h0.5=28/150.5=28/3.87=7.24

改造前喷嘴处水压=泵扬程-管道阻力-泵进出口液位差=21.4-2.9-7.5=11.0m, 故:改造前单台冷却塔能力:

Qq1=K*h0.5=7.24*11.00.5=7.24*3.32=24.0m3/hr。

改造后喷嘴处水压=23.9-4.5-6.5=12.9m,

改造后单台冷却塔能力:

Qh1=K*h0.5=7.24*12.90.5=7.24*3.59=26.0m3/hr。

所以, 改造前热水泵冷却塔系统的能力为:24*12=288 m3/h

改造后热水泵与凉水塔系统的能力为:26*16=416 m3/h, 实际能力提高了 (416-288) /288=44.4% (与前面假设基本一致) 。

再来分析凉水泵与水喷射真空泵: (现用水喷射真空器喷嘴面积共0.002769m2)

改造前喷嘴处水压=泵扬程-管道阻力-喷嘴处距凉水池液面高度差=59.8-5.6-14.5=39.7m水柱。此时真空度为550mm Hg柱, 折合7.48m水柱。

可以计算出改造前喷嘴处压差ΔH=39.7m+7.48m=47.18 m

喷嘴系数取0.92, 则

要达到流量提高45%, 即流量达到398m3/h, 此时, 凉水泵的扬程为 (0.576 MPa*0.92) =0.53Mpa:

这时喷嘴处水压=53-8.2-14.5=30.2m, 改造后真空度可以达到650mm Hg柱, 折合8.84m水柱, 可以计算出喷嘴前后压差30.2m+8.84m=39.04m

V流速=0.92* (2*9.8*39.04) ^0.5=25.45m/s

要达到总流量为398 m3/h, 则需要的喷嘴面积为:

S0=398/3600/25.45=0.004344m2

故需要增加的喷嘴面积ΔS=0.004344m2-0.002769m2=0.001575 m2

四、扁形喷嘴的布置方法

由于现有真空喷射器中无法再安装喷嘴, 但现有真空喷射器已经满足对不凝性气体的抽气能力要求, 所以, 考虑在现有真空喷射器蒸汽进口前增加一直径φ800辅助喷水降温器, 新增加的喷嘴安装在辅助喷水降温器内, 由斜下方向上喷水, 与设备顶碰撞后散开落下, 用于对蒸汽冷凝降温, 分担真空喷射器的冷凝负荷。

为防止堵塞, 考虑将φ57*3.5钢管端部压扁, 形成约5.5mm*60mm条形扁喷嘴。则需要该种扁喷嘴数n=0.001575/0.0055/0.06=5个, 刚好满足要求。

这样, 就用极小的投资, 完成了蒸发系统的改造, 可以说是事半功倍。

参考文献

射流泵技术的理论及应用--陆宏圻著水利电力出版社1989

真空脱水系统的改造 篇8

真空脱水是选矿工艺的最后一道工序, 脱水系统的情况直接影响着铁精粉的产量和质量。近几年, 山东金岭矿业选矿厂在这方面做了大量的改进工作, 取得了显著效益。

二、改造过程

山东金岭矿业选矿厂分两个阶段对真空脱水系统进行了改造。

1.轴向单作用真空泵改为径向双作用真空泵

山东金岭矿业选矿厂脱水系统原安装水环式轴向单作用真空泵四台, 其中R200型水环式真空泵二台、SZ-4型水环式真空泵二台。该两种真空泵分别是20世纪50年代和60年代的产品, 能耗高、效率低、故障频繁, 断轴、打烂叶轮等故障不断发生, 影响过滤系统正常运行, 过滤效率逐年下降, 而且运行费用长期居高不下。为了改变这种状况, 决定对真空设备进行更新改造。

针对轴向单作用泵的上述问题, 重点研究了径向双作用水环式真空泵, 并对两种泵的结构和性能进行了对比, 见表1。

从表1可看出, SK型双作用真空泵单位装机功率低, 水耗低。并且SK型径向双作用水环式真空泵具有结构先进、工作可靠、性能稳定、寿命长、高效节能等优点, 具有在中等和较高真空度条件下抽气量大又节能的特点, 其性能非常适合选矿厂真空过滤机的工作要求。

通过上述比较和分析, 确定使用SK径向双作用水环式真空泵。于1998年9月完成了更新改造。实践证明改造成功, 不但完全能满足生产工艺要求, 而且经济效益显著。

2.真空脱水系统完善改造

随着生产规模的扩大, 产品产量不断提高, 同时TCW-12真空永磁过滤机也由五台增加为六台。因此, SK-85型真空泵的真空度和抽气量远不能满足生产和工艺的要求。真空度太低, 导致铁精粉水分经常超标, 且路耗较高, 严重影响铁精粉的质量和周围环境。由于真空系统设计、安装不合理, 导致滤液经常回流进入真空泵中, 使真空泵叶轮、泵包寿命缩短, 维修费用逐年增加。且SK-85型真空泵已使用10年以上, 故障频繁、维修量大。

为此, 确定了如下改造方案: (1) 选用大型真空泵, 以满足抽气量、真空度要求; (2) 增加二级气液分离器, 使气液进行充分分离; (3) 加大一级分离器容积; (4) 增加滤液泵与气液分离器之间的高差, 解决滤液泵能力不足的问题; (5) 真空泵使用软化水作为循环介质, 可循环使用, 并可防止叶轮结钙。

3.方案实施

(1) 针对真空度低, 抽气量小的问题, 经论证, 选用了SK-120型带式传动真空泵, 并于2008年12月开始工艺设计、机械安装设计, 2009年3月改造安装完工。

(2) 针对滤液浑浊和滤液泵频繁故障问题, 决定对气液分离装置彻底改造。实际分析后认为, 汽液分离器容积与过滤面积比例为1∶15时分离效果最好。现过滤面积总和为102m2, 依据此理论, 加大气液分离器容积到6.8m3即可满足生产需要。原气液分离器容积为4m3, 设计制作了满足要求的大型气液分离器。

(3) 增加二级气液分离器, 它相对于滤液收集器液面的高度不小于9m。滤液经过二次分离, 进一步提高了真空度和抽气量, 在过滤机二层平台上安装了容积为1.2m3的气液分离器, 安装高度距滤液收集器液面11.2m, 满足了相关资料和工艺要求。

(4) 增大滤液泵与气液分离器之间的高度差。将滤液泵由-5m平台移至-10m平台, 减少滤液泵吸程, 增大滤液泵能力, 延长了滤液泵叶轮及泵包使用寿命。

(5) 原真空泵使用普通生产用水, 由于水质含钙较多, 造成真空泵经常结钙, 每月停车清钙一次, 每次清钙时间不少于两天, 影响真空泵的开动率, 增加检修劳动强度。为此, 本次改造应用了电厂的软化水, 新建8m3蓄水池一个, 真空泵循环水进入蓄水池可循环再用。改造后, 未发生真空泵结钙抱轴现象, 彻底解决了问题, 延长了设备使用寿命。软化水可循环再用, 每年节水1.44万m3。

三、效益

经上述改造后取得了良好的效益。

1.运行平稳、故障少、寿命长。运行以来从未发生断轴或打烂叶轮等机械故障, 维修工作量少, 费用低。

2.效率高、能耗低、抽气量大。当真空度提高时仍能保持较大的吸气量, 其性能非常适合选矿厂过滤系统的工作要求。

3.工作可靠、性能稳定、调节方便。叶轮、分配器和端盖几乎没有磨损, 长期运行后可保持性能稳定甚至提高。

4.耗水量少。年节水1.44万m3。

5.噪声低。配有一台双室反射式消声分离器, 噪声低, 工作环境好。

6.改造后真空度由0.06MPa提高到0.07MPa, 满足了生产和工艺要求, 铁精水分由9.8%降低到9.6%。按年产110万t铁精粉, 每t铁精分按1 300元计算, 每年减少路耗损失286万元。

7.按年运转时间300天计算, 每天24h, 水耗可忽略不计, 年节水1.44万m3。

8.改造前, 每年检修费用至少3万元, 改造后, 检修费用0.15万元, 年节约备件费、维修费2.85万元。

电石渣干燥系统的优化 篇9

1 电石渣干燥系统

电石渣干燥工艺流程见图1, 电石渣从储库里通过皮带输送机和Fu拉链机喂入干燥器, 与来自增湿塔的窑尾热风在干燥器内混合进行烘干, 将其水分降至小于2%, 然后被电石渣干粉库顶的高效旋风分离器收集。干燥器下部设置的卸料系统 (分格轮、螺旋输送机和提升机) 将大块杂物和矽铁等送入矽铁仓, 然后通过汽车外排。增湿管道设置在出预热器管路上, 当进入窑尾电除尘器的气体温度过高时, 可以开启喷雾装置降低气体温度。在增湿管道底部收集的粉状物料与来自生料磨的成品生料粉一同进入生料均化库。

2 存在问题及原因分析

1) 在生产初期, 增湿管道的喷雾装置工作不正常, 导致增湿效果不好时, 管道收集的大量湿物料造成增湿管道锥部安装的分格轮经常卡死, 湿物料不能进入生料均化库, 需大量外排, 造成了物料浪费, 同时系统漏风十分严重, 影响烧成系统的热工稳定。

2) 烧成系统热工不稳定或者窑尾高温风机跳停会造成干燥系统负压较小, 电石渣输送设备的延时停机使电石渣依然进入干燥器, 加上原本在干燥器内的电石渣, 大量电石渣不能被及时干燥收集, 堆积在干燥器锥部, 造成堵塞, 分格轮卡死, 无法排出电石渣。这样又加重了烧成系统的热工波动, 影响了电石渣干粉的产量, 清理起来也比较麻烦。

3 采取的措施及效果

将增湿管道和干燥器下的分格轮均换成翻板锁风阀;新增一台螺旋输送机将增湿管道收集的物料输送至干燥器下部的螺旋输送机里, 停用原来的增湿塔至生料均化库的Fu拉链机;将电石渣进入干燥器前的分格轮更换成回转滤饼喂料机, 确保外加湿电石渣量的稳定性;在进入矽铁仓的提升机出口处安装一个三通分料阀, 一路直接进入矽铁仓, 另一路上安装回转卸料器将部分物料再次送进干燥器, 优化后的电石渣干燥工艺流程见图2。

真空高低温测试系统 篇10

现代技术发展日新月异, 技术的发展对材料、器件的要求越来越高, 随之而来对它们的各种性质的测量也显得越来越重要, 所以对测量仪器的要求也越来越高。

由于各科研单位在微电子材料、纳米材料的制备与测试方面的需要, 特别是对微电子的半导体材料的在高低温下的导电率的测试以及纳米材料的高低温下性能测试需要, 研发了本实验系统。其主要优点是:一、大范围测试温度:采用液氮制冷、辐射式加热器加热, 样品极限温度范围-173℃～800℃;二、对样品尺寸要求低:可对大尺寸样品 (直径<25cm) 直接进行测量;三、适合薄膜测量:真空技术 (真空度最高可达到4×10-4Pa) 及石英外壳的辐射式加热器的采用, 防止薄膜类样品在空气中由于吸附氧化作用被污染;四、真空、低温、及辐射式加热技术的结合, 可模拟太空环境 (低温、真空、太阳辐射) , 也适合航天、卫星器件的测试。本实验系统的这些特点, 也满足进行低温光学元件测试的真空低温条件, 高温超导材料的性质研究的低温条件, 在这些方面有一定应用价值。

2 真空高低温测试系统整体结构

本系统是一套应用于高真空和高、低温的实验测试系统, 主要包括高低温真空腔体、真空抽气系统, 测试装置。其中低温真空腔体是实验系统的核心部分。样品能达到的温度测试范围, 低温最低可达-173℃, 高温最高可达到800℃, 这样极限温度跨度约1000℃。机械泵配合扩散泵真空度可达1.5×10-3Pa, 紫铜液氮池外壁对低温下对气体分子有一定吸附作用, 加入液氮后可达4×10-4Pa。

1.电炉 2.扩散泵 3.机械泵 4.热偶规5.蝶阀 6.法兰接口 7.水平调节螺丝 8.加液氮口 9.真空测量室 10.电离规 11.阀门手柄 12.真空阀

3 关键部分:真空高低温测量室

1.隔热底脚 2.液氮输入管 3.液氮输出管4.液氮池 5.真空室 6.出气口 7.辐射式加热器 8.真空室外壳 9.紧固环10液氮漏斗 11.电离规 12.观察窗 13.测量线插孔 14.密封槽 15.抽气口 16.法兰螺孔 17.法兰 18.样品测试夹 19.低温平台 20.铂电阻 21.水平调节螺丝

3.1 关键部件:真空室——内设低温测试平台

整个真空室位于扩散泵正上方, 有利于抽气, 加快抽气速率, 使真空室容易达到高真空。真空室内设有紫铜封闭液氮池, 可以在高真空下吸附气体分子, 提高真空度1个数量级。使被测物在高真空中, 不受环境影响进行测试、分析。低温真空光学实验装置系统示意图如图1所示, 腔体总高461mm, 外壳直径284mm。内有圆柱形液氮容器, 可以储存2升液体。

3.2 真空室装置的设计与制作

整个外罩由45号钢车削而成, 真空室的法兰与真空机组的扩散泵抽气法兰对接。开口处是20mm厚的防爆玻璃为观察窗口, 内腔由紫铜液氮池, 由漏斗将液氮倒入, 经直径6mm的紫铜管进入液氮池, 另一根管口是挥发出气口, 池顶的平台是样品测试台, 上面有15根测试用线, 引出真空室外, 在外面连接各种测量设备。用辐射式加热器加热, 真空室局部温度最高可达1200℃, 样品最高可达800℃;用液氮 (-196℃) 制冷, 真空室内局部温度可降到-187℃, 样品最低温度可达-173℃。可在温度跨度约1000℃范围的高真空, 测试样品材料的电导性能随温度大范围变化而变化的数据。在低至-196℃ (液氮沸点) 的温度下, 真空室内的气体分子被吸附固定在液氮池表面, 提高了真空度。透过高温防爆玻璃, 还可以观察测量样品的位移变化和发光强度。取放样品时, 先将固定玻璃的紧固圈旋开, 拿开防爆玻璃再取放样片。法兰口与扩散泵的抽气口连接, 真空度在1小时内可达1.5×10-3Pa。需要低温时将2升液氮由漏斗到入内腔液氮池, 出气孔位于内腔液氮池的顶部, 由直径6mm的紫铜管引出密封真空室外, 样品五分钟内可由室温降到-173℃ 。在液氮蒸发减少过程中, 液面降低, 温度逐渐上升, 控制液面的高低, 就可以控制温度。控制高阀大小, 就可以控制真空度。需要高温测试时, 可由调压器控制真空室内部的辐射式加热器 (500W) 提升到最高1000℃。可通过引入线控制加热温度, 进行导电率、发光率、变形率、超导率的测试。

3. 3 光学窗口设计分析

光学系统进行低温检测时, 真空低温室上的光学窗口是保持室内真空密封所必需的。但是, 用于干涉测量的光线要通过窗口, 光学窗口对系统干涉检测的影响必须加以仔细考虑。光学窗口一般采用稳定性好的防爆玻璃制成的平行平板, 对它的材料的光学性能、两个表面的平面度和平行性都有严格要求。平行平板处于检测的光路中。如果检测光路是会聚光束, 平行平板必然要带来像差 (即球差) , 产生检测误差。通过计算发现, 光学窗口带来的光程差可以用干涉仪的离焦来补偿。在实际操作中, 可以选择适当的离焦, 使得总的测量误差最小, 光学窗口的影响可以忽略。

当低温室内部被抽成真空时, 窗口两侧存在一个大气压的气压差, 相当于窗口面积上有280 牛顿的压力。原则上讲, 这样大的作用力会在窗口内部形成应力, 从而引起折射率变化, 引入附加的波差。计算表明, 窗口内部受大气压产生的应力在外圈大, 中间小, 中心点上为零。如果采用大孔径平行光束通过窗口的检测方案, 气压的影响将非常严重;如果检测光路是以会聚的形式通过窗口中心一小块区域, 那么气压对窗口的光程差贡献将非常小。

综合考虑窗口折射带来误差的影响和其强度的大小, 选择20mm厚的玻璃窗口。

4 实验方法

将样品测量引线接好, 固定在液氮池平台表面, 紧固好观察窗, 开启机械泵抽真空。测量真空度达到5x10-1 Pa时, 打开扩散泵并加热, 25分钟后测量高真空, 当真空度到5 x 10-3Pa时, 开始测量导电率、发光强度、温度等, 随之加液氮, 观察记录液氮不断增加、温度不断下降的变化过程的很多数据, 可以做出这些性质随温度降低的变化曲线。当液氮挥发完了后, 温度上升到接近室温时, 可以对样品做高温测量, 升高调压器电压, 使辐射式加热器对样品进行加热, 提高样品温度, 测量样品高温下的导电率、发光强度等数据, 绘出随温度升高这些物理量的变化曲线。

5 应用推广

本实验系统主要是针对材料测试研发的, 由于其突出特点, 可应用于材料科学的各领域:系统设计的低温在-196℃的液氮温区, 可对各种材料、器件等进行低温下的导电性能、发光性能等测试, 尤其可达到的温度已经在一些高温超导材料的临界温度之上, 可以对这方面的研究提供一定帮助;大跨度温度范围, 可以对特殊材料的性质如半导体硅片的导电率, 武器、航拍、太空拍摄的光学器件的变形, 在高低温下进行测试;低温、高真空和光学窗口, 是对太空环境 (低温、真空、太阳辐射) 的极好模拟。

5.1 光学检测

随着空间技术和军事技术的发展需要, 探测仪器的分辨率要求越来越高。在深冷的条件下, 当需要探测的目标信号十分虚弱时, 探测仪器的背景辐射主要来自仪器本身的光学系统和支撑结构, 探测仪器灵敏度严重受到系统本身辐射的影响, 为减少这一热噪声, 冷却光学系统是必需采用的方法。在低温状态下工作的光学系统需要解决一系列问题, 这些问题涉及材料特性、光学元件单元及系统整体性能变化、光学元件变形、低温污染等等, 这就形成了一门新兴学科--低温光学。我国的未来光学遥感系统采用了十几个光学元件, 这些系统要求冷却到150K (-123℃) , 并且对光学元件的控温范围要求非常严格, 因此就需要低温真空实验装置对相关的光学元件进行低温实验。对低温光学材料测试仪器, 必须要满足一定得的低温条件, 且需要透明的光学窗口, 以便采用激光干涉的方法进行测量。对器件的测量还要有足够大的制冷空间。本系统的设计满足很好的满足前两个条件, 且直径30cm的真空高低温腔体可以容纳直径25cm以下光学元件, 这对于一般的小型光学器件已经足够。另还可在高真空条件下进行测量, 尤其对于航天系统、太空拍摄的光学系统元件的测试很有参考及应用意义, 因此在低温光学检测上极具应用价值。

另外, 武器的瞄准镜在高低温下变形, 会造成瞄准偏差, 这需要对光学镜头进行高低温测试来矫正。

5.2 高温超导材料研究与应用

超导材料是材料科学的一个重要方向, 特别是高温超导材料, 有巨大应用价值。

高温超导材料是指在-150℃以上的低温条件下就可以具有超导性质的材料。高温超导的研究目前主要集中于超导磁悬浮及高温超导 (HTS) 薄膜。高温超导薄膜具有常规材料难以比拟的优越的电性能, 用它制作的一些超导器件是其它器件不可替代的。例如约瑟夫森结器件可以作为毫米、亚毫米和红外电磁波的灵敏检测器件;超导量子干涉器件可以作为微弱电磁信号检测器件, 为医学、地质、材料、通信等研究提供一种新的强有利的手段;在微波波段, 它的表面电阻比传统的金属材料还小几个数量级, 用HTS薄膜制成的微波器件如谐振器、滤波器、延迟线、天线、相移器等都具有相当好的性能, 得到了较为广泛的研究和应用。尤其是在一些对器件性能要求苛刻的地方, 如卫星通信, 军用通讯设备, 移动通信基站等, HTS微波器件更是展示出了良好的应用前景。

目前真正可应用的超导工程材料主要是铌钛合金, 其超导临界温度为-264℃左右。高温超导材料的临界温度虽然可达到液氮温度 (-196℃) 以上, 但工艺性能有待提高, 目前还没有完成工业化过程。高温超导材料的理论上的突破, 应用工艺的提高, 都需要实用方便的低温测试仪器。

高温超导材料的测试需要的低温条件在液氮温区, 该实验系统, 可以较方便快捷的实现所需低温条件, 有利于高温超导的理论与应用研究更好的开展。同时, 该系统还可以提供低温、高真空、强辐射的太空模拟环境, 对于星载的各种高温超导材料和器件的测试有很有帮助。鉴于超导尤其是高温超导实际应用中的巨大价值, 在高校开设超导以及高温超导实验极具现实意义。一些学校已经针对物理学及工科学生开设实验, 本实验系统可以为高温超导实验提供条件。由于设计时已经考虑到测量问题, 有专为测量设计的接口, 因此稍加改进, 就可以拓展为一套高温超导实验装置。

5.3 其它材料测试

本实验系统针对材料测试而设计, 由于其突出特点, 对实验室进行材料的各种性质的测试均有帮助, 例如材料的力学机械性能、抗高温、耐低温、吸附、辐射吸收、发光、导电性、热电效应、压电效应、光电效应等的测量。

尤其适合对导电材料导电性能、发光材料的发光性能和辐射吸收性能的测量、高低温材料耐温特性测试, 将真空室加以改造 (扩大或加入小型机械测试装置) 则可以对材料在各种温度下进行机械性能测试。

目前对纳米材料的测试通常是只能使用极小的样品进行测试, 但是本实验系统中, 真空室能够容纳直径在25cm以下的材料, 可以对大块材料直接进行测试, 也可直接对器件进行测量, 使用方便, 减少了制作样品的流程, 为纳米材料的应用研究提供了有利条件。

一些特殊材料比如说纳米薄膜特性的测试, 必须防止空气对它的氧化、吸附等污染作用, 本实验系统可提供高真空环境, 将可能影响测量的因素降到极小。辐射式加热器采用高熔点、低挥发性的石英玻璃作为外壳, 既起到了加热的作用, 又根本性的减少了加热源释放气体的可能性, 将高温测试中加热源可能带来的污染降低到极小。

6 结论

本实验系统在兰州大学物理科学与技术学院的各实验室使用, 效果良好, 在对微电子器件材料、纳米薄膜研究中, 起到了重要作用。本实验系统结合真空与高温、低温技术, 采用液氮制冷, 辐射式加热器加热, 能对大尺寸样品进行大温度跨度测试的条件, 可用于低温光学、高温超导以及各种材料研究中, 具有推广应用的价值。

参考文献

[1]B.Blau, S.M.Harrison, H.Hofer, S.R.Milward, J.S.H.Ross, S.C.C.Ting, J.Ulbricht, G.Viertel, TheSuperconducting Magnet of AMS-02, Nuclear Phys-ics B, 2002:113, 125-132

[2]Zhaozhong Ding.Finding elemental particles in cos-mos, University Education of China, 2002, 2-3, 43-44

[3]Zhaozhong Ding, Searching the elemental structure ofthe nature, International engineering scientific andtechnical conference, 2000:7-9

[4]Roberto Battiston, The alpha magnetic spectrometer (AMS) , Nuclear Instruments and Methods in PhysicsResearch A, 1998:409, 458-463

[5]AMS Collaboration, Search for anti-helium in cosmicrays, Physics Letters B, 1999:461, 387-3960

[6]QU Jin—xiang, LU Yan, Design of small vacuum ex-periment equipment of cryogenic optics, Infrared andLaser Engineering (屈金祥, 陆燕, 小型低温真空光学实验装置设计, 红外与激光工程) , 2006, 35 (4) 464-467, 504

对汽轮机真空系统查漏的相关探讨 篇11

一、机组真空对经济性的影响

真空系统运行的好坏对汽轮机运行的经济性有很大的影响。一方面由于真空降低，蒸汽的有效焓降将减少，在蒸汽流量不变的情况下发电机出力下降，在发电机出力不变的情况下，机组的蒸汽流量将增大，机组经济性下降；另一方面机组真空降低，排汽温度上升，机组冷源损失增大，循环热效率降低。一般情况下，真空度每变化1%，可使热耗率变化0.7～1%，煤耗变化约1g/kWh。

二、凝汽器真空形成机理

凝汽器中形成真空是由于汽轮机的排汽被冷却成凝结水，比容急剧缩小。当排汽凝结成水后，体积就大为缩小，使凝汽器汽侧形成高度真空，它是汽水系统完成循环的必要条件。正是因为凝汽器内部为极高的真空，所以所有与之相连接的设备都有可能因为不严而往凝汽器内部漏入空气，加上汽轮机排汽中的不凝结气体，如果不及时抽出，将会逐渐升高凝汽器内的压力值，真空下降，导致蒸汽的排汽焓值上升，有效焓降降低，汽轮机蒸汽循环的效率下降。

三、严密性降低的原因及特征

严密性下降主要是由于真空系统存在泄漏，真空系统泄漏表现在外界空气漏入凝汽器，直接引起汽轮机真空度降低。现场运行情况表明，主要存在以下几处泄漏。

（1）轴封供汽突然中断或轴封供汽压力过低。此时大量空气将漏入凝汽器，真空急剧下降。故障特征为：凝汽器端差增加，凝结水过冷度增加，转子因急剧冷却而产生负差胀。

（2）真空系统的管路破裂，如凝汽器铜管、最后一级低加的铜管等发生部分破裂。主要故障特征为：凝汽器水位升高，端差增加，凝结水过冷度和导电度增加，凝结水泵出口压力增加，凝结水泵电机电流增加，真空急剧下降。

（3）凝汽器的喉部伸缩节泄漏。运行中由于温度、压力和振动的影响，凝汽器喉部伸缩节焊缝常被拉裂而产生泄漏。此处漏点较隐蔽，采用氦质检漏不易发现，此时应采用灌水查漏法。

（4）汽缸结合面及低压缸安全门法兰泄漏。主要原因有：汽缸制造、检修、安装质量有问题，汽缸法兰结合面不严或有残余应力存在等。

（5）高压扩容器汽管进凝汽器喉部焊口泄漏。由于凝汽器内呈负压状态，外界空气便通过高压扩容器汽管进入凝汽器的喉部焊口漏入，引起凝汽器真空度下降。

（6）汽轮机轴封系统调节不当。因轴封供汽压力不能随负荷的变化而作相应的调整，造成空气进入凝汽器汽侧而降低其真空度。汽封间隙的大小、汽封的完好程度也是造成轴封漏泄的较重要因素。

（7）轴封系统结构不完善。单进、单出轴封系统轴封套上半部轴封无进、出汽管，只有下半部轴封套有进、出汽管，上半部轴封压力低，下半部轴封压力高，上、下轴封压力不均匀，影响轴封密封效果。

（8）小汽机轴封送汽不合理。机组运行时，主机轴封通过高低压差进行自密封和自动跟踪，而小汽机的轴封送汽则由于前后轴封由同一根管道从辅汽直接引入，前后轴封阻力不等，导致了小机前后轴封漏空气。

四、泄漏部位的查找

（一）泄漏点查找方法的选择

凝汽器真空严密性差的问题是一个比较复杂的问题，目前在实际工作中已摸索出了几种行之有效的查漏方法。它们是：灌水查漏、火烛法、卤素查漏法、超声法、氦质谱查漏仪。火烛法和肥皂水沫法只能用来确定大量漏气的漏点，且费时费力、准确性差，是通过观察蜡烛火焰摇曳情况，来确定漏气位置。另外，火烛法会威胁到氢冷发电机组的安全，不适合该类机组对凝汽器真空的查漏。卤素检漏法的不足之处是响应时间长，检漏仪的敏感元件如长时间处于浓度较高的卤素气体中易产生中毒效应。超声波检漏法具有速度快、响应及时、检测方便等优点，但要求检测员具有丰富的经验，排除复杂的背景超声，且其精度只与泡沫检漏法相当。虽然氦质谱检漏仪可靠、灵敏度高，但是也有其局限性，在不明真空泄漏的情况下进行查漏，需将阀门套及法兰保温拆除，工作量很大，有时也难以取得预期的效果。

（二）在运行中采取灌水查漏

此法用于布置在地面以下的负压管道，如低压加热器至凝汽器的疏水管，给水泵密封水的重力回水至凝汽器管道。

（三）停机后真空系统灌水查漏

真空系统查漏必须在机组停运后，高、中压缸金属温度均低于150以下方可进行。循环泵、凝结水泵全部停运前，要确认低压缸的排汽温度低于50。凝汽器注水前，在凝汽器底部接出一根透明水管，用来观察凝汽器内水位的高度，灌水高度一般在低压轴封洼窝以下100mm处。另外，凝汽器注水查漏前，汽缸本体、抽汽管道、再热蒸汽冷热段等的疏水及其它进入凝汽器的疏水要畅通30min以上。凝汽器注水查漏时，关闭以上疏水门，防止冷水进入高温管道及冷气进入汽轮机造成汽缸上、下温差超限。

五、进一步提高真空度的建议

（一）定期进行真空严密性试验

对凝汽器真空严密性定期试验，若严密性不合格时，应及时对真空系统查漏、堵漏，提高汽轮机运行效率，降低厂用电率。

（二）对经常泄漏的汽封或轴封系统进行改造

选用一些密封结构良好、长期运行后磨损轻微的汽封，如蜂窝式汽封、侧齿汽封等更换梳齿式汽封块等传统汽封，可使密封效果有显著提高。对供汽压力不能协调匹配，在运行中出现顾此失彼的高、低压轴封，可采用在轴封套上半部增加轴封进、出汽管，以提高轴封套上半部轴封压力，进而提高了轴封密封效果，防止漏真空。根据压力匹配原则，可对小汽机轴封送汽改为由主机的低压轴封母管供汽，而原有的汽源作为备用。

六、结束语

凝汽器真空系统泄漏是一种比较常见难以解决的故障。凝汽器真空系统组成复杂结构庞大，导致凝汽器真空严密性降低的因素较多，并且泄漏原因与部位和严密性不足所引发的现象之间不是一一对应的确定关系。采用真空灌水试验是查找泄漏点的一种简洁而实用的检漏方法。对于在地面以下的负压管道，真空灌水查漏可在机组运行中进行，但凝汽器汽侧真空系统的查漏必须在机组停运后进行。

参考文献

[1]李建刚，闫振华.凝汽器真空下降的原因分析与处理[J].河南电力，2006，（3）.

[2]陈裕堂，龙新峰.汽轮机真空系统严密性下降诊断与防范措施探讨[J].电厂电站设备，2006，（4）.

磨煤干燥系统优化研究 篇12

关键词：磨煤干燥,ASPEN,模拟

煤炭作为我国能源主体的格局将在很长一段时间内不会改变。随着我国出现越来越严重能源安全问题,煤化工已成为社会关注的热点,并因此得到快速发展[1]。

在加压气流床粉煤气化技术中,利用氮气将煤粉从常压粉煤仓送到加压粉煤仓,再以较高的固气比将其喷送到气化炉烧嘴[2]。在送往气化炉之前,磨煤干燥是整个系统不可或缺的部分,其为下游工序提供合格的煤粉产品。有必要对整个磨煤干燥系统进行优化设计研究。

1 磨煤干燥系统工艺流程

来自煤储运系统的原煤由带式输送机卸入原煤仓中。原煤仓上部设置有原煤仓过滤器以收集原煤从带式输送机上卸下时扬起的煤粉,从而改善工作环境,原煤仓过滤器收集的煤粉定时清除并卸入到原煤仓中。原煤仓过滤器后设置有原煤仓过滤器风机,干净气体通过风管排入大气中。

原煤仓的出料量由称重给煤机控制,由称重给煤机定量送来的碎煤由落煤管道进入中速磨后,在磨盘旋转引起的离心力作用下,进入中速磨的两个碾磨部件之间,原煤受到挤压和碾磨而被粉碎成煤粉。然后在离心力作用下煤粉被抛至磨盘外缘风环处,来自热风炉的热惰性气体以一定速度通过风环向上进入干燥空间,对煤粉进行干燥和分级,较细煤粉被热风吹到碾磨区上部的旋转分离器中,大颗粒物落回磨盘上或杂物舱,较细煤粉经过旋风分离,不合格的粗煤粉返回碾磨区重磨,合格的煤粉由热惰性气体带出磨外,经管道送入煤粉收集器。在磨煤干燥的过程中,原煤中夹带的杂物(如石块、木块、金属块等)被抛至风环处后,由下而上的热惰性气体不足以阻止下落,经风环由刮板刮落至杂物舱内,定期人工排出。含有煤粉的热气体进入煤粉收集器,经煤粉收集器中的滤袋过滤后的热气体由出风口经管道吸入循环风机,吸附在滤袋外部的煤粉经氮气反吹脱落,下落到煤粉收集器下部的料斗内缓存。然后料斗内的煤粉由出料口处排粉旋转给料机,由排粉输送机下部的旋转给料机将煤粉输送至干煤筛内进行筛分,合格煤粉流入到下游输送工序,异物被排除。

与煤粉分离后的热气体通过管道送到循环风机后,经循环风机加压,大部分返回热风炉中,部分排入大气。

燃气热风炉的燃料为管网来的燃料气,燃烧空气由燃烧空气风机提供。燃料气量与燃烧空气量经比例调节器调节后,分别经燃料气管道和燃烧空气管道送入热风炉;燃气热风炉的点火和初始开车阶段使用的燃料气为天然气。

燃料气进入热风炉喷嘴与空气在热风炉内燃烧产生热气体,与循环风机返回的循环气、稀释空气在热风炉中混合,用作磨煤干燥工序的干燥热风源[3]。

煤粉输送工序由煤粉仓、气力输送系统组成煤粉输送线,输送介质采用低压氮气。

气力输送系统采用正压密(浓)相脉冲输送方式,进料设备为发送罐,气源为压缩氮气。

磨煤干燥流程建立过程中,由于中国原煤煤种大都含水量在20%以上,为了节省燃料气,将在磨煤干燥系统之前考虑采用原煤预干燥技术,首先将其含水量降低,其次进入磨煤干燥系统进行干燥处理,这样可大大降低传统磨煤干燥系统的燃料气用量,同时将缩减传统磨煤干燥系统中很多设备的能力,利于降低能耗,节省资源。同时在磨煤干燥系统中取消传统的利用稀释风机调节氧含量和水露点的方案,取消稀释风机,直接利用单一的燃烧风机进行调节。初步流程图如图1所示。

2 ASPEN PLUS模拟模型建立

根据磨煤干燥系统工艺流程建立模拟模型,如图2所示。

RSTOIC虚拟反应器定义煤的组分,FLASH2模块定义磨煤机,MIXER1模块定义煤粉收集器,PSPLIT模块定义循环风机,RGIBBS模块定义热风炉,MIXER2模块定义虚拟混合反应器。

原料煤的投料量为50 t/h,原料煤的含水量为经过原煤预干燥之后为9%。成品煤粉含水量为4%。系统中氧含量控制在8.5%以下。排气水含量控制在0.38以下。

3 ASPEN模拟结果分析

表1为ASPEN PLUS计算得到的磨煤干燥系统的各个流股的数值,可以看到,100 t/h的原煤,经过磨煤干燥,水分由9%下降到2%,最终得到煤粉的量为46.4 t/h。进入磨煤机热气体氧含量为7.6%。磨煤机入口一次风流量为81150 kg/h。系统中进入磨煤机的热气体的温度由燃料气的用量控制,本系统中,燃料气用量为444 kg/h。可以看到,模拟得到的各个流股的参数均在设定范围之内。

4 技术方案可行性讨论研究

4.1 原煤预干燥

传统的煤化工系统中,均设置了大型的热风炉产生热惰性气体进行磨煤干燥,原煤的水分直接在磨煤机中进行去除,如此,需要的热量很大,热风炉也需要很大的热负荷才能满足。

如果采用原煤预干燥技术,在进入磨煤机之前,首先将原煤进行初步干燥,处理一定的水分,如此可以大大缩减下游备煤装置中的热量需求,节约能耗。

原煤经过破碎之后,通过原煤预干燥装置干燥处理,将原煤水分干燥到一定程度。干燥完毕之后的原煤,输送到气化装置原煤仓,原煤预干燥合格粒度的原煤由原煤储运系统送入管式干燥机前碎煤仓临时贮存,碎煤仓中的一定量的原煤通过称重给煤机给料至双辊式破碎机中破碎至合格的粒度(粒度≤10 mm),然后送到管式干燥机中通过干燥管干燥。在干燥管间(干燥管外部)通入低压过热蒸汽进行热交换,使煤表面吸附水分受热蒸发。出干燥机后的干煤经检验水分合格后,由埋刮板输送机送至原料煤贮运系统的埋刮板输送机,若水分不合格则通过埋刮板输送机头部排出,人工运至煤堆场。

原料煤干燥用的低压过热蒸汽,经换热冷却后形成的冷凝液汇聚至压力冷凝液槽,由泵送至空冷器降温后送入管网。

煤中蒸发出的水分随干燥机的废气通过排风机抽至袋式过滤器,分离出的煤粉通过旋转给料机、埋刮板输送机送至煤气化装置磨煤干燥工序中的碎煤仓。分离煤粉后的尾气由排风机送入尾气水回收系统,经空冷器冷却回收尾气中的水后,废气排入大气。

为防止褐煤自燃和控制排出气体的露点,在系统中设有CO和H2O在线分析仪,超标时,向系统补充氮气。

由于干燥后煤颗粒度相对较大,粉尘较小,有利于下游装置中速磨稳定操作。大多用于电厂及炼钢厂。

4.2 稀释风机的取消

传统的磨煤干燥技术中,稀释风机设计用来调节系统的水露点,但是根据现场运行经验以及燃烧风机的考虑,稀释风机在绝大多数情况下基本一致处于备用状态。因此,可以进行优化,取消稀释风机,设计利用燃烧风机来同时调节氧含量和水露点。

5 结 论

针对磨煤干燥系统进行模拟分析,利用ASPEN PLUS程序对其进行模拟计算,并确定主要参数。可以合理的预测到在整个系统中影响关键组分浓度的最重要的因素。

原煤预干燥工艺技术可以运用到磨煤干燥过程中,可相应的降低热风炉原料气消耗,降低能耗。

系统运行中可以取消稀释风机,单独利用燃烧风机调节系统中氧含量以及水露点等主要参数。

参考文献

[1]陈加辉,玉彩艳.煤化工技术研究概况[J].广州化工,2011,39(21):15-17.

[2]郑先勇,董翔飞,冯松,等.第二代典型煤气化技术[J].广州化工,2009,37(6):55-58.