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都江堰拉法基水泥廠在采用羅克韋爾自動(dòng)化中壓變頻器之后，單位產(chǎn)品能耗明顯降低，新系統(tǒng)工作更加穩(wěn)定，便于維護(hù)，每年節(jié)省的維護(hù)費(fèi)用就達(dá)2.4萬(wàn)美元。 　　優(yōu)化水泥廠風(fēng)機(jī)控制的解決方案▲由于采用了PoweFlex7000中壓變頻器，使得維護(hù)工作更加簡(jiǎn)便，節(jié)省了維護(hù)費(fèi)用。僅此一項(xiàng)，每年就能為水泥廠節(jié)省2.4萬(wàn)美元。 　　司是世界上最大的水泥生產(chǎn)廠商，在42個(gè)國(guó)家建立有117家水泥廠、27家研磨廠，其水泥年產(chǎn)量高達(dá)1億5000萬(wàn).12家合資企業(yè)中最大的一家一一都江堰拉法基水泥廠，興建于2002年6月。它是我國(guó)西部最大的一家干法旋窯水泥廠，其設(shè)計(jì)年產(chǎn)量為140萬(wàn)水泥。 　　泥年產(chǎn)量處于全球主導(dǎo)地位，占全球產(chǎn)量的30%，占亞洲產(chǎn)量的50%.在最近25年里，我國(guó)的水泥行業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，從1978年的年產(chǎn)量6500萬(wàn)，增加到2001年的6億5000萬(wàn).在我國(guó)基礎(chǔ)建設(shè)和房地產(chǎn)業(yè)的推動(dòng)下，從2001年起水泥產(chǎn)銷量急劇攀升。隨著我國(guó)政府不斷增大對(duì)基礎(chǔ)建設(shè)的投入和城市房地產(chǎn)的進(jìn)一步發(fā)展，對(duì)水泥的需求量仍將保持增長(zhǎng)。 　　挑戰(zhàn)水泥行業(yè)是一個(gè)競(jìng)爭(zhēng)激烈的行業(yè)，眾多水泥廠商都在通過(guò)提高產(chǎn)品質(zhì)量、維持較低價(jià)格水平來(lái)增加市場(chǎng)份額。為了保持企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力，必須提高生產(chǎn)效率，充分利用投資，盡可能地降低生產(chǎn)成本。 　　對(duì)于都江堰拉法基水泥廠來(lái)說(shuō)，首先應(yīng)該降低單位產(chǎn)品的能耗，節(jié)省能源費(fèi)用。因?yàn)?，能源費(fèi)用是水泥廠最大的生產(chǎn)成本，水泥生產(chǎn)的每個(gè)階段都將耗費(fèi)大量的能源，其費(fèi)用占產(chǎn)品成本的70%.因此，任何一項(xiàng)節(jié)能措施都將有助于提高經(jīng)濟(jì)效益。 　　為了減少能耗，都江堰拉法基水泥廠希望通過(guò)自動(dòng)控制系統(tǒng)來(lái)控制干法旋窯前端排風(fēng)機(jī)、主風(fēng)機(jī)、高溫風(fēng)機(jī)、加煤風(fēng)機(jī)、干法旋窯尾部風(fēng)機(jī)的運(yùn)行速度。 　　解決方案都江堰拉法基水泥廠選擇羅克韋爾自動(dòng)化為這五臺(tái)風(fēng)機(jī)提供控制系統(tǒng)。因?yàn)樵搹S的領(lǐng)導(dǎo)和技術(shù)人員認(rèn)為羅克韋爾自動(dòng)化在水泥設(shè)備控制領(lǐng)域享有較高的聲譽(yù)，在亞洲地區(qū)多家水泥廠的建設(shè)項(xiàng)目中取得了成功。 　　羅克韋爾自動(dòng)化建議該水泥廠使用變頻器來(lái)控制整個(gè)通風(fēng)系統(tǒng)。通過(guò)調(diào)整風(fēng)板或閥門開啟度來(lái)調(diào)節(jié)通風(fēng)量的傳統(tǒng)機(jī)械調(diào)節(jié)方法，不能降低風(fēng)機(jī)的耗電量，并常常使它處于滿負(fù)載情況下運(yùn)行，而實(shí)際上根本不需要那樣大的通風(fēng)量。這使得整個(gè)系統(tǒng)效率較低，電能浪費(fèi)嚴(yán)重，毫無(wú)意義地加大了對(duì)設(shè)備的磨損。如果采用變頻器，就可以通過(guò)控制電機(jī)轉(zhuǎn)速來(lái)直接調(diào)節(jié)通風(fēng)量，節(jié)省耗電量。 　　都江堰拉法基水泥廠采用了羅克韋爾自動(dòng)化的PoweFlex7000中壓變頻器，分別對(duì)每個(gè)風(fēng)機(jī)進(jìn)行獨(dú)立控制。電機(jī)轉(zhuǎn)速采用電流閉環(huán)控制方式。每個(gè)電機(jī)上安裝有速度計(jì)，用于顯示電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速。 　　在本系統(tǒng)中，所有的變頻器均采用ModBusPlus通訊協(xié)議與該水泥廠現(xiàn)有的DCS集散控制系統(tǒng)通訊。同時(shí)，每臺(tái)變頻器均配備有PanelView操作員界面，不僅方便了對(duì)變頻器的操作，還可用于顯示變頻器的數(shù)據(jù)和狀態(tài)。 　　PoweFlex7000中壓變頻器采用18脈沖調(diào)整及PWM脈寬調(diào)制方式對(duì)電機(jī)進(jìn)行控制，輸出波形穩(wěn)定，可以有效防止諧波。該變頻器采用對(duì)稱門極換流晶閘管（SGCT）代替了輸出變壓器，減少了所需的換流器件數(shù)目，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性。而大多數(shù)競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的產(chǎn)品還在使用傳統(tǒng)的門極絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)晶體管（IGBT）技術(shù)，而這樣需要增加更多的換流器件。 　　效果羅克韋爾自動(dòng)化為風(fēng)機(jī)的控制提供了高效、可靠的解決方案。根據(jù)所需的通風(fēng)量，由變頻器向風(fēng)機(jī)提供相應(yīng)的電能，這樣會(huì)讓風(fēng)機(jī)運(yùn)行更加經(jīng)濟(jì)。采用PoweFlex7000中壓變頻器之后，水泥廠的單位產(chǎn)品能耗下降了10%，由此每年將為用戶節(jié)約12.4萬(wàn)美元。 　　拉法基水泥廠運(yùn)行部彭立稱贊道，通過(guò)它提高了產(chǎn)品利潤(rùn)率，讓使我們能夠在國(guó)內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)激烈的水泥市場(chǎng)保持領(lǐng)先地位！ 　?。ㄎ恼虏樵兲?hào)64）換流晶閘管（SGCT），逆變開關(guān)器件數(shù)量少，功率結(jié)構(gòu)為無(wú)熔斷器，具有電流抑制DC電抗器。 　　行。發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，能量可回饋電網(wǎng)，電機(jī)再生制動(dòng)。適用于需四象限工作的應(yīng)用（如窯、皮帶傳輸?shù)龋┘按髴T量負(fù)載（如離心式風(fēng)機(jī)）負(fù)載的快速調(diào)整。 　　免傳感器的直接矢量控制免傳感器的直接矢量控制對(duì)馬達(dá)的磁通是測(cè)算而不是估算。如同直流驅(qū)動(dòng)，馬達(dá)力矩可快速改變而不影響馬達(dá)磁通。此控制方式可產(chǎn)生較標(biāo)準(zhǔn)V/Hz型變頻更優(yōu)越的運(yùn)行性能。對(duì)持續(xù)運(yùn)行在6Hz以下的低速應(yīng)用，可選用帶測(cè)速反饋的完全矢量控制。 　　SGCT中壓變頻器的理想功率開關(guān)：門驅(qū)動(dòng)集成，開關(guān)頻率高，雙面冷卻的對(duì)稱門極換流晶閘管是用于中壓變頻器的理想功率半導(dǎo)體開關(guān)。通過(guò)對(duì)控制SGCT的脈寬調(diào)制（PWM）模式的優(yōu)化，將器件的導(dǎo)通和開關(guān)損耗降至最低，產(chǎn)生了極為緊湊和高效的逆變器設(shè)計(jì)，由于SGCT獨(dú)特的性能及PoweFlex7000的技術(shù)結(jié)構(gòu)，該組件可通用于PWM逆變器和PWM整流器。 　　Flex7000的核心是創(chuàng)新的功率機(jī)架PoweCage.它可將主要功率器件以緊湊的模塊化的形式集成于一體。先進(jìn)的散熱器設(shè)計(jì)，加上高壓冷卻氣流模式，確保了高效的熱傳遞且降低了熱損傷，獨(dú)特的組件形式意味著不必移動(dòng)機(jī)架，無(wú)需特殊工具便可在5min之內(nèi)完成對(duì)器件的更換；器件數(shù)量少，PoweFlex7000只須6個(gè)SGCT組成逆變器（2頻）而使用IGBT或IGCT的其他產(chǎn)品需要1236個(gè)功率開關(guān)器件。 　　美國(guó)珥動(dòng)賽專為惡劣工業(yè)環(huán)境設(shè)計(jì)的交換機(jī)。 　　集線捶口轉(zhuǎn)器及路蟲酋低壓ac/dck.理供冗余電琢連接外理設(shè)計(jì)ffl巧。適合工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)安裝寬度范圉室外應(yīng)用，工作a度可達(dá)產(chǎn)品系列齊±，即潘即用型配置型。 　　

  技術(shù)創(chuàng)新6-30型風(fēng)機(jī)流場(chǎng)的三維模擬與分析（遼寧工程技術(shù)大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院遼寧阜新FLUENT6.1對(duì)離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)進(jìn)行了三維數(shù)值模擬。計(jì)算中采用了標(biāo)準(zhǔn)k-e湍流模型與非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格。通過(guò)模擬發(fā)現(xiàn)了蝸舌對(duì)葉輪中流動(dòng)的影響和部分空氣在葉輪中的螺旋狀流動(dòng)，捕捉到了離心通風(fēng)機(jī)內(nèi)部許多重要的流動(dòng)現(xiàn)象，同時(shí)對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析，對(duì)該類風(fēng)機(jī)的性能改進(jìn)提供了一定的依據(jù)。 　　1前言近年來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，使得計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)（CFD）在離心風(fēng)機(jī)的研宄領(lǐng)域得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。本文就應(yīng)用計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)的商用軟件之一Fleun對(duì)6-30型離心風(fēng)機(jī)的流場(chǎng)做了三維模擬，并通過(guò)對(duì)其流場(chǎng)的研宄，為改進(jìn)風(fēng)機(jī)的性能找出方向。 　　2建模與計(jì)算方法方法，湍流動(dòng)能、湍流耗散項(xiàng)、動(dòng)量方程都采用了二階迎風(fēng)格式離散；在迭代計(jì)算時(shí)，應(yīng)用亞松弛迭代，松弛系數(shù)采用默認(rèn)。2.1風(fēng)機(jī)的主要參數(shù)本文以6-30型風(fēng)機(jī)為研宄對(duì)象，主要參數(shù)如下：流量gvmin，葉輪夕卜徑D2=490mm，葉輪輪轂寬度b=39mm，葉片數(shù)2=12，蝸殼基圓半徑尺廣274mm，尺2動(dòng)充分發(fā)展，對(duì)入口和出口做了一定的加長(zhǎng)。工作介質(zhì)為標(biāo)況下的空氣，并認(rèn)為牛頓流體且局部各向同性。蝸殼垂直z軸，軸面為xy平面，垂直紙面向外為z軸。通過(guò)三維軟件AUTOCAD建模，模型（除去葉輪前蓋）如所示。 　　2.2網(wǎng)格化分本文采用gambi對(duì)風(fēng)機(jī)的內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行劃分，考慮到離心風(fēng)機(jī)的內(nèi)部流動(dòng)情況較復(fù)雜，故整機(jī)采用非結(jié)構(gòu)體網(wǎng)格進(jìn)行劃分，并將整機(jī)劃分為三個(gè)部分：入口部分，葉輪流道部分，蝸殼部分。 　　2.3控制方程本文中旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止蝸殼之間、旋轉(zhuǎn)葉輪與靜止進(jìn)口管之間的耦合采用了多坐標(biāo)系（mulipleefeencefame），把離心風(fēng)機(jī)內(nèi)流場(chǎng)簡(jiǎn)化為葉輪在某一位置的瞬時(shí)流場(chǎng)，將非定常問(wèn)題用定常方法計(jì)算。對(duì)于定常不可壓縮流體，取與葉輪一起以恒定轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)的坐標(biāo)系，考慮粘性假設(shè)，使用笛卡兒坐標(biāo)系，速度矢量在x，y和z方向的分量為u、v和采用標(biāo)準(zhǔn)A-e模型求解該問(wèn)題時(shí)，控制方程包括連續(xù)性方程、動(dòng)量方程、k方程、e方程，這些方程都可以表示成如下通式：u、v、單位為m/s，廠為擴(kuò)散系數(shù)，S為廣義源項(xiàng)，湍動(dòng)能k和湍動(dòng)能耗散率e，方程的具體形式和含義參見。 　　2.4邊界條件在計(jì)算域的進(jìn)口處，假定進(jìn)口速度沿進(jìn)水管入口截面均勻分布，給出進(jìn)口質(zhì)量流量，并指定其方向與進(jìn)口垂直。進(jìn)口處的湍動(dòng)能k和湍動(dòng)能耗散率e取默認(rèn)值。 　　入口和蝸殼部分為靜止網(wǎng)格，葉輪流道部分采用懸轉(zhuǎn)坐標(biāo)系，三部分之間的連接面設(shè)置為ineface.入口，葉輪和蝸殼與流體相接觸的所有壁面均采用無(wú)滑移固壁條件，在近壁區(qū)采用標(biāo)準(zhǔn)壁面函數(shù)法，除葉輪流道部分壁面為旋轉(zhuǎn)壁面外其他壁面均為靜止。計(jì)算中忽略重力呢靠近蝸舌流道z=15截面靜技術(shù)創(chuàng)新-對(duì)流場(chǎng)的影響。 　　3計(jì)算結(jié)果分析3.1模擬結(jié)果可信度判斷風(fēng)機(jī)全壓在風(fēng)機(jī)入口，流道入口，流道出口和蝸殼出口上的流量加權(quán)平均報(bào)告如下：從以上圖表及數(shù)據(jù)可以看出，計(jì)算結(jié)果的速度和壓力分布都與實(shí)際情況相符，且風(fēng)機(jī)出口和入口的全壓差為3.90kPa，與給定的風(fēng)機(jī)全壓3.98kPa誤差僅為2%，可以判斷該模擬結(jié)果可信。 　　3.2流場(chǎng)分析從各流道的靜、壓全壓和速度等高線看，各流道內(nèi)的流動(dòng)情況并不相同。為靠近蝸舌的流道z=15截面的靜壓和速度等高線，為遠(yuǎn)離蝸舌的流道的靜壓和速度等高線。從兩個(gè)圖的對(duì)比可以看出，靠近蝸舌的流道入口和出口的平均流速都比遠(yuǎn)離蝸舌的流道小?？拷伾嗟牧鞯乐辛魉僮兓^快，達(dá)到最高流速的區(qū)域較大，且位于流道的中后部；而遠(yuǎn)離蝸舌的流道中達(dá)到最高流速的區(qū)域僅分布在出口靠近葉片的小區(qū)域內(nèi)，流動(dòng)比較平穩(wěn)。 　　4流動(dòng)損失分析從可以看出，由于蝸舌的滯止效應(yīng)，蝸舌周圍存在一個(gè)靜壓力的高壓區(qū)，導(dǎo)致蝸舌附近的流道出口處?kù)o壓力較大，從而使這部分流道的出口和入口速度比其它流道要小，因此同一時(shí)間內(nèi)通過(guò)該部分流道流量較小，即靠近蝸舌的流道做功能力較其它部分有所削弱。且靠近蝸舌的流道中流體流動(dòng)較紊亂，即該流道中流體的流動(dòng)損失較其他部分大，和所示即為整個(gè)葉輪中的跡線和近蝸舌流道中的跡線。 　?。?）從可見，在每個(gè)葉輪流道中都存在一些與葉片方向背離較為嚴(yán)重的跡線。為更清楚研宄這些跡線，在一個(gè)流道的入口處，均勻設(shè)置4條靶線，觀察以這4條靶線為起點(diǎn)流體跡線。為靶線分布示意圖，標(biāo)為A，B，C，D4條靶線。為從兩個(gè)方向觀察到的以這4條靶線為起點(diǎn)的流體跡線?？梢钥闯?，以靠近葉片非工作面的A、B靶線為起點(diǎn)的氣體的流動(dòng)較均勻和平穩(wěn)；而以靠近葉片工作面的C、D靶線的上部為起點(diǎn)的氣體沿流道方向有明顯的螺旋狀流動(dòng)，這必將增加葉輪流道的流動(dòng)損失。 　　5結(jié)語(yǔ)通過(guò)對(duì)6-30型離心風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)工況下內(nèi)部流場(chǎng)的模擬，了解了流體在各葉輪流道中壓力和流速的不均勻性，特別是靠近蝸舌的流道也其它位置流道差異較大。并分析了在葉輪入口，葉輪內(nèi)部和蝸舌周圍發(fā)生的能量損失。 　?。?）在葉輪旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，各流道的流動(dòng)隨它在葉輪中相對(duì)位置的不同而不同。壓力和速度分布具有明顯的軸不對(duì)稱性，尤其在靠近科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)蝸舌的流道中差異更加顯著。 　　蝸舌的設(shè)計(jì)對(duì)整機(jī)的性能有重要影響，因?yàn)槲伾嗖粌H引起環(huán)流損失，而且會(huì)影響到靠近它的的做功能力。 　　在葉輪各流道中都存在橫貫流道的流動(dòng)，這種不規(guī)則的流動(dòng)也帶來(lái)一部分能量損失。這種不規(guī)則流動(dòng)主要是由從靠近葉片工作面一側(cè)的上部流入葉輪的氣體引起的。 　　綜上所述，使用數(shù)值模擬方法研宄離心風(fēng)機(jī)內(nèi)部流場(chǎng)能夠方便直觀的讓我們觀察到氣體在風(fēng)機(jī)內(nèi)的流動(dòng)狀況，并能夠根據(jù)需要提供詳細(xì)的數(shù)據(jù)，為我們改進(jìn)和設(shè)計(jì)性能更好的風(fēng)機(jī)指明方向。