【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 進(jìn)行車(chē)間工業(yè)管路的空間布局設(shè)計(jì)，在合理布局的前提下，進(jìn)行工業(yè)管路配套設(shè)施，如閥門(mén)、供液泵等設(shè)備的安裝布置圖； 圖 芯片拋光車(chē)間空間結(jié)構(gòu)圖 消防用水 補(bǔ)液槽 2 補(bǔ)液槽 1 液槽 1 液槽 2 自 動(dòng) 控 制 柜 中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 8 頁(yè) 共 33 頁(yè) ① 車(chē)間管路系統(tǒng)總體占地面積 *17 平方米 ② 設(shè)有 5個(gè)液槽，其中中性補(bǔ)液槽和中性液體儲(chǔ)液槽各 1 個(gè)；弱堿性補(bǔ)液槽和弱堿性液體儲(chǔ)液槽各 1 個(gè)；消防用水水槽 1個(gè)。 液槽中安裝液位計(jì)。 圖 儲(chǔ)液槽 ③ 變頻調(diào)速自動(dòng)控制柜 1 臺(tái)，用于系統(tǒng)全程的自動(dòng)控制。 ④ 主管和輔管 （見(jiàn)圖 ） 分別供應(yīng) 弱堿性液體和中性液體，液體經(jīng)過(guò)出液口后，剩余沒(méi)用完的同程返回儲(chǔ)液槽。 圖 主管與輔管 中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 9 頁(yè) 共 33 頁(yè) ⑤ 主管和輔管近儲(chǔ)液槽處分別安裝止回閥，防止液體返程流動(dòng)。 ⑥ 多泵并聯(lián)，大大提高液體流動(dòng)的動(dòng)力性能和穩(wěn)定性能。 圖 ⑦ 干管上有電動(dòng)閥的管路設(shè)置手動(dòng)閥旁路。 ⑧ 中性液體出液口 7 個(gè)，弱堿性液體出液口 7個(gè)。每個(gè)近出液口的支管安裝一個(gè)壓力傳感器和一個(gè)電動(dòng)閥 （見(jiàn)圖 ） 。 圖 出液口安裝圖 ⑨ 主管長(zhǎng) 20 米，輔管長(zhǎng) 20米，支管安裝位置 分布在主管兩側(cè) 5米 范圍內(nèi)。 ⑩ 補(bǔ)液槽與儲(chǔ)液槽間各安裝一個(gè)水泵。儲(chǔ)液槽與出液口之間 2 個(gè)支路管路并聯(lián)，各支路管路各安裝一個(gè)水泵。水泵的選型 見(jiàn)第三章。 中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 10 頁(yè) 共 33 頁(yè) 系統(tǒng)主要參數(shù) 設(shè)計(jì) 根據(jù)芯片拋光車(chē)間生產(chǎn)工藝的要求，完成供液管路的選材和相關(guān)配套設(shè)施的選型。 ① 主管參數(shù) 主管材料為 PVC，周長(zhǎng)為 17CM，液體呈現(xiàn)弱堿性；輔管周長(zhǎng)為 10CM, 液體呈中性，各工作點(diǎn)細(xì)管周長(zhǎng) 70MM；選用合適的 管徑比。 ② 控制對(duì)象 參數(shù) 西門(mén)子電機(jī)功率 400kw，額定電流 ，額定電壓 6kv，額定轉(zhuǎn)數(shù) 990 轉(zhuǎn)／ min，水泵。配用軸功率 385kw，額定流量 2500m3/h。 ③ 變頻調(diào)速器 參數(shù) 選用 SIMOVERT MV 交流調(diào)速柜，輸入 3AC， 2X1200V， 170A， 5060Hz，輸出3AC， 06V,65A,2066Hz,配用干式整流變壓器，提供輸入電源，型號(hào) ZTSGN630／ 6，額定容量 630KVA。 圖 SIMOVERT MV交流 調(diào)速柜 ④ 壓力變送器（ PT)參數(shù) 用于測(cè)量送水管網(wǎng)壓力，提供 DC4— 20mA 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)輸出。 供液方式設(shè)計(jì) 供、排液管 同程循環(huán)系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 芯片拋光生產(chǎn)車(chē)間循環(huán)供液系統(tǒng)有出水點(diǎn)壓力要求嚴(yán)、用水點(diǎn)多、出水量少的特點(diǎn)。宜采用同程 循環(huán) 系統(tǒng) （見(jiàn)圖 ） ：經(jīng)過(guò)每一并聯(lián)環(huán)路的管長(zhǎng)基本相等；同時(shí)，如果通過(guò)每米長(zhǎng)管路的阻 力損失接近相等，將采用管徑偏大的進(jìn)、出液管中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 11 頁(yè) 共 33 頁(yè) (使進(jìn)、出液干管從起點(diǎn)至終點(diǎn)的壓力損失趨近于零 )，則管網(wǎng)的阻力不需調(diào)節(jié)即可保持平衡。這種方式能確保進(jìn)、出液管壓力基本平衡 ，供液水量?jī)H隨支管管徑大小而變化，可避免形成負(fù)壓、出現(xiàn)斷液的情況。 圖 循環(huán)水泵多臺(tái)并聯(lián) 設(shè)計(jì) 簡(jiǎn)單的將幾臺(tái)水泵的流量、揚(yáng)程簡(jiǎn)單疊加后，可能導(dǎo)致車(chē)間用水達(dá)不到生產(chǎn)要求，因?yàn)樗貌⒙?lián)后其總的流量、揚(yáng)程并不是簡(jiǎn)單的疊加而成，而是水泵間相互作用生成了特殊的流量、揚(yáng)程。 兩臺(tái)泵并聯(lián)運(yùn)行時(shí) ， 效率總是大于單臺(tái)泵運(yùn)行；在不同性能循環(huán)泵并聯(lián)時(shí)，一定要注意各自所提供的壓頭大小，以壓頭參數(shù)為主進(jìn)行調(diào)節(jié)，流量和耗電量可作為參考數(shù)據(jù)。 泵的并聯(lián)運(yùn)行不僅是供液管網(wǎng)運(yùn)行時(shí)所考慮的核心問(wèn)題 ,在工程設(shè)計(jì)上，泵的選型一定不可忽視 ， 合理的匹配循環(huán)泵不僅能降低初投資 ， 更能降低運(yùn)行成本 ，符合國(guó)家倡導(dǎo)節(jié)能方向 。 很多管網(wǎng)工程 ， 由于所匹配的循環(huán)泵的性能和外網(wǎng)特性不是最佳匹配 ， 很多技術(shù)人員觀念保守 ， 不至于用戶需求 不達(dá)標(biāo) ， 故都選的泵較大 ， 以 “ 大大宜善 ” 為主流思想 ， 而不考慮今后運(yùn)行經(jīng)濟(jì)效益 ， 往往會(huì)設(shè)計(jì)揚(yáng)程遠(yuǎn)大于實(shí)際運(yùn)行所需揚(yáng)程 。 若是循環(huán)泵運(yùn)行不夠匹配 ， 其結(jié)果要么是電能無(wú)故浪費(fèi) ,要么就是達(dá)不到外網(wǎng)所需壓頭 ， 致使水力調(diào)節(jié)很難達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài) [26]。 由此可以看出 ， 循環(huán)泵的匹配相當(dāng)重要 ， 并聯(lián)循環(huán)泵臺(tái)數(shù)的多少 ， 必須經(jīng)性能分析后方可匹配 。 如并 聯(lián)較多時(shí) ， 循環(huán)泵很可能發(fā)生電流超載現(xiàn)象 ， 電機(jī)過(guò)熱 ， 甚至損壞電機(jī) ， 如外網(wǎng)所需阻力較小時(shí) ， 就要慎重選擇匹配的循環(huán)泵 ， 若是遠(yuǎn)大于實(shí)際所需壓頭 ， 使得實(shí)際工作點(diǎn)與理論設(shè)計(jì)工作點(diǎn)背離過(guò)大 ， 泵的性能曲線往往會(huì)向右偏移 ， 超出一定范圍時(shí)就會(huì)出現(xiàn)電機(jī)過(guò)流的現(xiàn)象 [27]。 所以 ， 無(wú)論是從泵的選型還是泵的運(yùn)行 ， 根據(jù)條件盡可能進(jìn)行所選泵的單獨(dú)運(yùn)行和并聯(lián)運(yùn)行的技術(shù)綜合比較 ， 近的方面考慮 ， 不僅有利于工程初投資 ， 更有利于泵今后中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 12 頁(yè) 共 33 頁(yè) 的經(jīng)濟(jì)運(yùn)行 ， 長(zhǎng)遠(yuǎn)考慮 ， 對(duì)能源得到更好的利用大有益處 。 變頻調(diào)速技術(shù) 在供液管路系統(tǒng)中，普遍存在著 用水量變化較大的問(wèn)題，在不同的季節(jié)、不同的時(shí)段，用戶用水的需求量有很大的差別，存在著明顯的用水高峰特征，因此供液系統(tǒng)的給水壓力需要隨用戶的用水需求量變化而變化。在低峰時(shí)，如果水泵機(jī)組按高峰期的用水量運(yùn)行，雖可通過(guò)調(diào)節(jié)閥門(mén)來(lái)滿足用水需求，但供液能量損耗大，而且還會(huì)影響機(jī)組的正常運(yùn)行。因此，根據(jù)用水需求自動(dòng)控制水泵機(jī)組運(yùn)行，且實(shí)現(xiàn)節(jié)能，是車(chē)間供液系統(tǒng)的一項(xiàng)重要內(nèi)容。 變頻調(diào)速是一項(xiàng)有效的節(jié)能降耗技術(shù)，其節(jié)電效率很高，幾乎能將因設(shè)計(jì)冗余和用水量變化而浪費(fèi)的電能全部節(jié)省下來(lái)。變頻調(diào)速控制技術(shù)，是指以變頻調(diào)整原理為基 礎(chǔ)，在保證供液可靠性的前提下，根據(jù)供液系統(tǒng)用水量的變化情況，自動(dòng)調(diào)整水泵工況，使之始終盡可能地在高效區(qū)間內(nèi)運(yùn)行，以達(dá)到降低能耗、提高效率的目的。這一技術(shù)是比較科學(xué)，可靠性較高的一種調(diào)節(jié)水泵工況的方式。它具有調(diào)速精度高、功率因數(shù)高等特點(diǎn)，使用它可以提高產(chǎn)品質(zhì)量、產(chǎn)量，并降低物料和設(shè)備的損耗，同時(shí)也能減少機(jī)械磨損和噪音，改善車(chē)間勞動(dòng)條件，滿足生產(chǎn)工藝要求。 變頻器是一種以變頻調(diào)速技術(shù)為基礎(chǔ)通過(guò)改變頻率來(lái)調(diào)整電機(jī)轉(zhuǎn)速的工業(yè)裝置。作為一種先進(jìn)的調(diào)速裝置，變頻器不但調(diào)速范圍廣、可靠性高、操作與維護(hù)方便，而且節(jié)電效果明 顯 [28]。 控制系統(tǒng)工作原理 應(yīng)用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能供液，可以采用恒壓變量或變壓變量?jī)煞N方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。恒壓變量供液系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供液流量）來(lái)保證供液壓力不變，該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛。變壓變量供液系統(tǒng)則根據(jù)用戶用水量的變化同時(shí)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供液流量）和供液壓力，節(jié)能效果更好。 應(yīng)用變頻器來(lái)實(shí)現(xiàn)變頻節(jié)能供液，可以采用恒壓變量或變壓變量?jī)煞N方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。恒壓變量供液系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供液流量）來(lái)保證供液壓力不變，該系統(tǒng)技術(shù)比較成熟，應(yīng)用廣泛。變壓變量供液系統(tǒng)則根據(jù)用戶用水量 的變中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 13 頁(yè) 共 33 頁(yè) 化同時(shí)調(diào)整變頻器轉(zhuǎn)速（即供液流量）和供液壓力，節(jié)能效果更好。 圖 芯片拋光車(chē)間供液系統(tǒng)控制原理圖 系統(tǒng)安裝注意事 項(xiàng) 總體安裝特別注意事 項(xiàng) ① 主管和輔管分別供弱堿性液體和中性液體，另外要有配套的消防用水管路。 ② 對(duì)于門(mén)閥的設(shè)置，要同時(shí)選用電動(dòng)閥和手動(dòng)閥，這對(duì)系統(tǒng)的安全工作和設(shè)備 穩(wěn)定運(yùn)行是有重要意義的。 ③ 鋪設(shè) 管路時(shí)須 安裝上備用管路，同樣也是為了系統(tǒng)的安全工作和設(shè)備穩(wěn)定 行。 ④ 本 課題設(shè)計(jì)了 7 個(gè)出液口，每個(gè)出液口出都各設(shè)置一個(gè)電動(dòng)閥和一個(gè)傳感器便 于對(duì)供液壓力和流速的合理控制。 ⑤ 補(bǔ)液槽要設(shè)置液位傳感器，可以保證供液持續(xù) 。 管道安裝 管道連接首選焊接（自動(dòng)氬弧軌跡焊接）、其次快卡連接 （圖 ） 、再次衛(wèi)生結(jié)構(gòu)法蘭連接、不使用螺紋連接焊接的方法比快卡連接的明顯優(yōu)點(diǎn)在于焊接中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 14 頁(yè) 共 33 頁(yè) 形成連續(xù)焊縫，不必考慮快卡連接的密封墊錯(cuò)位、縫隙及其老化更換問(wèn)題。 圖 卡箍式快卡鏈接 圖 自動(dòng)氬弧軌跡焊接 變頻器安裝 ① 變頻器的安裝環(huán)境：應(yīng)避開(kāi)陽(yáng)光直射或高溫多濕，選擇無(wú)腐蝕性氣體、易燃性氣體、油煙和多塵的清潔干燥地方 ,須 安裝在無(wú)振動(dòng)的場(chǎng)所。 ② 變頻器安裝方法： 把變頻器安裝在配電柜 內(nèi)進(jìn)行使用，變頻器周?chē)粲凶銐虻目臻g，以便保持良好的散熱條件， 在配電柜內(nèi)裝上軸流鳳機(jī) 等通風(fēng)設(shè)備。 ③ 在變頻器輸入端安裝空氣開(kāi)關(guān) ， 原則上不要安裝漏電開(kāi)關(guān)。 ④ 為了減少變頻器對(duì)其他設(shè)備的干擾，須 安裝電抗器。 本章小結(jié) 中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 15 頁(yè) 共 33 頁(yè) 本章主要是系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì)，包括空間布局設(shè)計(jì)、系統(tǒng)主要參數(shù)的設(shè)計(jì) 和供液方式設(shè)計(jì)；分析了變頻調(diào)速技術(shù)和控制系統(tǒng)的工作原理；分析了系統(tǒng)安裝 的一些特別需要注意的事項(xiàng)，包括管道安裝和變頻器的安裝。 3 管道系統(tǒng)選型 中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 16 頁(yè) 共 33 頁(yè) 流量與管徑、壓力、流速的一般關(guān)系 一般工程上計(jì)算時(shí)，供液管路，壓力常見(jiàn)為 ，水在供液管中流速在 13米 /秒 ， 常取 米 /秒。 流量 =管截面積 X流速 = 管內(nèi)徑的平方 X流速 (立方米 /小時(shí) )。其中，管內(nèi)徑單位： mm ，流速 單位：米 /秒 ， 所供液體的 的公式與水相同，只是流速一般取 2040米 /秒。 水頭損失計(jì)算 Chezy 公式 Q C A R S? ? ? 這里： Q —— 斷面水流量（ m3/s） C —— Chezy 糙率系數(shù)（ m1/2/s） A —— 斷面面積（ m2） R —— 水力半徑（ m） S —— 水力坡度（ m/m） 根據(jù)需要也可以變換為其它表示方法 : DarcyWeisbach 公式 由于這里： hf —— 沿程水頭損失（ mm3/s） f —— DarcyWeisbach 水頭損失系數(shù)（無(wú)量綱） l —— 管道長(zhǎng)度（ m） d —— 管道內(nèi)徑（ mm） v —— 管道流速（ m/s） g —— 重力加速度（ m/s2） 水力計(jì)算是輸配供液管道設(shè)計(jì)的核心，其實(shí)質(zhì)就是在保證 車(chē)間供液 量、 液 壓安全的條件下，通過(guò)水力計(jì)算優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，選擇合適的管材和確經(jīng)濟(jì)管徑。輸配供液管道水力計(jì)算包含沿程水頭損失和局部水頭損失，而局部水頭損失一般僅為沿程水頭損失的 5~10%，因此本文主要研究管道沿程水頭損失的計(jì)算方法 [29]。 表 管路損耗參考表 中北大學(xué) 20xx屆畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 第 17 頁(yè) 共 33 頁(yè) 管徑（ mm） 25 38 50 65 75 100 125 150 175 200 250 300 流量（ L/S） 1