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变频与电磁调速在无纺针刺机应用的对比分析报告

变频与电磁调速在无纺针刺机应用的对比分析报告

2007/12/13 16:59:00
一. 概述    多年来,大部分的设备厂商未调整产品结构,没有进行深入的开发,而且又不继续引进新技术,沿用上世纪70年代的技术进行生产,调速的方式大部分都以电磁调速为主,造成大批能耗高、性能低的制品继续进入市场,并且这些能效比很低的设备一直在运行,大量消耗电能。   无纺布是指不经过编织,而用很多带刺的针将纤维缠绕在一起,或使其部分粘着在一起而成的布料。无纺布柔软、轻盈、有弹性,在通气、过滤、保温、吸水和防水方面的性能也非常好。    随着城乡人民生活水平的提高,无纺布日用品市场拓展迅速。服装用衬基布(衬布、粘衬、填充棉等)60~70%为无纺布。同时,卫生材料、医疗用品、鞋料和合成革基布、地毯、土工合成材料、建筑用防水材料和环保过滤材料等方面应用的无纺布产销量也日益增大。而且无纺布从原料到成品所经工序比传统的纺织工艺流程大大简化,一般只需经过开清混合、梳理成网、固结即可生产出产品。由于无纺布生产省去纺纱、织造等多道主要工序,工艺流程缩短了许多,生产周期短,效率高,产品质量也易于控制。因此无纺布的使用在日益增多。    随着无纺布的使用量的增长,国际上的新型无纺布生产工艺也被大量引进,有些经消化吸收实现了国产化。现在国内已拥有化学粘合、热粘合、针刺、水刺、缝编、纺粘、熔喷等多种生产工艺。目前我国无纺布各种工艺的中干法成网工艺(刺法、化学粘合法和热粘合法)比例高达78.3%,其中以针刺法使用最多。 二、无纺针刺机的原理和构成    在日常生产中生产速度一般反映为机器的产量;无纺布没有纺纱织布的种种束缚.生产速度大大提高,比传统纺织品高出成百上千倍。与传统有梭织机产量对比,针刺法(4m宽)为其125倍。而且无纺布的幅宽范围很大,一般可到4m左右.最宽可达17m,生产效率远远高于传统纺织品。    使用针刺法的无纺布生产线全套设备分为:送网机构、牵伸结构、针刺机构、传动机构和附属机构6部分。其中最主要的部分为针刺机构,它分为:预针刺机、主针刺机2部分。    预针刺机将蓬松而强力的纤网进行自上而下针刺巩固,使其厚度减少,初具强力,以便送至主针刺机进行针刺,是各种针刺无纺布生产必要设备。主针刺机是将高密度、高强度无纺布的针刺加固进行修饰,一般的无纺布都要经过多道的主针刺。 三 变频器在无纺针刺机的应用   变频器作为控制系统生产的无纺针刺机,该机适用于成网后纤维进行预针刺以及预针刺后的织物进行复合针刺和主针刺使用。此类无纺针刺机主要机械要求为:控速平稳。    在无纺针刺机中影响产品质量的主要工艺参数为:针刺深度和针刺密度。机器工作频率在30Hz左右,针刺频率约为800刺/分。而且针板的动作频率可随各种无纺布的工艺要求而改变,在生产中能保证无纺布的密度和强度,完全达到无纺布的工艺要求。 四 电磁调速器 电磁调速低速运行时机械特性软,低速转矩较差,要保证生产的正常进行,电动机的容量选得较大;另外,4极交流异步电动机的额定转速为1440r/min,但电磁调速器最高只能调到1200r/min。从以上对电气传动的要求上看,用电磁调速器是一种无奈的选择。现在变频器的价格已经下降到合理的水平,用变频调速代替电磁调速是最佳的选项。 五 节能分析   针刺机工作频率在30Hz左右,针刺频率约为800刺/分。理论上采用变频调速的方法取代电磁调速平均节能量40%左右。为什么对电磁调速进行变频改造会有如此大的节能效果呢,因为利用电磁调速方法是的一种耗能的低效调速方法,如公式(1)电磁电机主电机轴输出功率:   P0=T0×n0 (1)   式中:   P0:表示轴输出功率 (kW)   T0:表示负载转矩 (N•m)   n0:表示主电机转速 (r/min)   杯形转子输出功率:   P1 T0•n1 (2)   式中:   P1:表示输出功率(kW)   n1:表示杯形转子转速(r/min)   损耗功率:   △P= P0-P1=T0(n0-n1) (3)   由损耗功率公式(3)可以清楚看到,电磁调速电机的转速越低,浪费能源越大。电磁调速方式虽然简单,设备价格便宜,但调速以高耗能为代价。因此改用变频调速的方式后理论上节能为:   P0-P1=T0(1440-800)=640T0   (P0-P1)/P0 100%=(640T0/1440T0) 100%=44.4%   有滑差损耗的电磁调速在恒转矩负载下,因滑差装置本身损耗的电能正好消耗了转速降低所减少的电能,所以调速装置的有功功率的输入在调速过程中基本上保持不变,这样从节能角度来考虑,则恒转矩负载不应采用有滑差损耗的电磁调速装置。   表1是在改造后的变频调速系统上做出的节电实验结果,是电机功率为30kW、4极,运行转速为额定转速的50%~100%、50%~90%电磁调速和变频调速的效率和耗电比较。   由表1可知,采用变频器调速,具有效率高、耗电省等特点。 表1 电磁调速和变频调速的效率和电耗 Table 1 Efficiency and power consumption of electromagnetic-and frequency-speed controllers 运行转速为额定转速 的百分数/% 效率/% 效率差值/% 耗电/(kW.h) 耗电差值 /(kW*h) 电磁调速 变频调速 变频调速 电磁调速 50 0.48 0.80 0.32 18.0 29.4 11.4 60 0.55 0.83 0.28 20.5 30.0 9.5 70 0.67 0.85 0.18 24.0 31.0 7.0 80 0.74 0.88 0.14 26.3 32.7 6.4 90 0.84 0.89 0.05 30.0 33.75 3.75 100 0.90 0.95 0.05       如果以运行转速为额定转速的50%工作时,则从表中可知变频调速比电磁调速每小时节电11.4kW.h, 如果工厂有这种电磁调速有10台,如果在工艺许可的条件下全部改为变频调速,则每天可省电2736kW.h,况且在其它一些液压调速的场合也可改为变频调速。可见,变频调速节能效果所产生的经济效益十分可观。
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