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        3. 中央真空供給系統助力轉子葉片生產節能 50%

          Maulburg, Germany 大型轉子葉片制造有限公司(Gro?-Rotorblattfertigung GmbH)使用全新中央真空系統為轉子葉片生產提供真空,實現節能 50% 以上。該企業隸屬于 ENERCON 集團,通過為樹脂灌注集中供應真空,還能夠降低生產車間的噪音和減少熱排放。此真空系統由 Dr.-Ing. K. 普旭(Busch)設計和部署,安裝在一個獨立房間內,為 Gro?-Rotorblattfertigung 公司的所有生產提供真空。
          圖 1: Gro?-Rotorblattfertigung公司的轉子葉片結構
          圖 1: Gro?-Rotorblattfertigung公司的轉子葉片結構

          自 2001 年以來,ENERCON 一直在馬格德堡羅騰湖(Magdeburg-Rothensee)附近的一處工廠生產風力渦輪機的轉子葉片,其前身為一座鑄鋼廠。今天,這里分布著六家 ENERCON 集團旗下的公司,共有約 2,500 名員工在此生產風力渦輪機的組件。Gro?-Rotorblattfertigung 公司實行三班制,目前生產的各類轉子葉片最大長度可達 45 米。各個組件使用真空灌注工藝生產,之后再進行組裝。不同層次的玻璃纖維和其他材料需要手動插入三明治結構中。這些材料表面會覆蓋一層塑料薄膜,沿模具形成氣密封。為安全起見,頂層再放置一層薄膜形成氣密封。這是為了防止因可能發生的泄漏對生產過程或部件質量造成不利影響。然后,排空/抽出模具和塑料薄膜之間的氣體,形成真空。完成泄漏檢查后,開始向組件中灌注樹脂。在真空作用下,樹脂會流入組件的所有區域和空隙,直至完全飽和。樹脂經過回火和硬化后,模具可以重新恢復至大氣壓力,然后可將組件取出。

          過去,公司使用以油潤滑旋片真空泵組建的分散式真空裝置。這些真空泵有時為固定永久安裝,或者在不同的模具處作為移動裝置。它們通過管道為各個模具提供真空。Gro?-Rotorblattfertigung 共有 36 臺旋片真空泵以三班制持續為模具抽真空并灌注組件。真空通過閥門進行手動控制。


          圖 2: 中央真空系統,其中 COBRA NX 螺桿真空泵作為獨立真空模塊

          2016 年,工藝規劃部門的負責人 Thomas Giesecke 想要尋找一種技術上最優化的解決方案。當時真空供給存在的缺陷是,旋片真空泵產生的廢熱會直接排放到生產車間中。由于真空泵數量多,工作場所的噪音也非常大。此外,當時 Thomas Giesecke 正在尋找一個無需以油作為工作液的真空供給系統,因為油或油煙對玻璃纖維和芯材產生分離效應,因此可能會對生產過程造成不利影響。 他希望找到一個無需手動調節即可實現持續供應真空的方案,確保工藝過程穩定、安全、透明。 在準確分析了現狀之后,Dr.-Ing. K. Busch GmbH 的真空專家設計出一個由獨立的干式、無油 COBRA NX 螺桿真空泵真空模塊組成的真空供給系統。此系統按照現有的獨立真空泵機房的大小構建。帶控制系統的控制室也位于此房間內。

          系統在安裝時將四臺螺桿真空泵連接至穿過整個 Gro?-Rotorblattfertigung 大廳的環形主管線。預定的真空度能夠在此條管線中持續、精確地得以維持。此系統用于模具的快速初步抽真空。此外,還有兩臺 COBRA NX 系列干式螺桿真空泵連接至獨立于主管線的輔助環形管線。初步抽真空后,此真空管路使用相同的真空度將樹脂灌注到轉子葉片組件中。

          Thomas Giesecke 與其團隊程序員 Marcus Kempf、項目協調員 Dirk Sztuck 及 普旭(Busch)的真空專家一起優化真空供給,以便在各個模具和兩個真空管路之間插入真空控制面板。當完成初始抽真空,開始灌注樹脂時,內部的閥門將自動從一個真空管路切換到另一個真空管路。借助雙管路方案以及直接位于轉子葉片模具處真空控制面板中的智能真空控制技術,實現穩定、安全的樹脂灌注過程。此控制系統還能實現所有過程數據的記錄和保存。


          圖 3: COBRA NX 螺桿真空泵橫截面圖

          由于所有連接模具的這些工藝過程要在不同時間執行,所需真空度存在極大不同?;谛枨蟮目刂葡到y持續識別所需泵速,然后逐步打開或關閉相應的真空模塊。其中一臺 COBRA NX 系列干式螺桿真空泵為變頻式。通常它首先運轉。當實現滿載荷之后,啟動下一臺真空泵,必要時,變頻真空泵將降速。如果需要增加泵速,將自動打開其他真空泵。此系統依照次第順序循環工作。這意味著控制系統會考慮每臺獨立真空泵的工作時數,并交替運行,以便所有泵都有相同的工作時數。 由于中央真空系統安裝在獨立房間內,工作場所就不會出現因噪音或熱排放而產生的不利影響。.

          普旭(Busch)真空系統從 2016 年 11 月起投入使用,Thomas Giesecke 與其團隊對其表現非常滿意,因為新真空供給系統完全滿足所有要求。在開始計劃時就已將任何人都不會忽視的因素考慮在內:節能效果顯著提升。Thomas Giesecke 確認使用新真空系統至少能節省 50% 的能耗。以前共有 36 臺旋片真空泵在運行,如今新系統只需六臺 COBRA NX 系列干式螺桿真空泵,優勢顯而易見。第七臺 COBRA NX 系列干式螺桿真空泵僅作為備用泵。 對于小型轉子葉片組件,其模具仍使用現有旋片真空泵進行抽真空。而如今這些將逐步連接至專為此產能設計的新系統中。 

          減少真空發生器的數量不是顯著降低能耗的唯一因素;基于需求的控制也起到了一定作用。以前,真空泵往往一天工作 24 小時?,F在,每臺獨立的螺桿真空泵的工作時數顯著縮短。

          這又減少了所需的維護工作,相較于旋片真空泵,螺桿真空泵的數量顯著降低,從而減少維護費用。在運轉期間,通過停用獨立的 COBRA NX 系列干式螺桿真空泵,啟用各個位置的備用泵,可完成維護操作。

          Gro?-Rotorblattfertigung 公司已經與普旭(Busch)簽署了全方位維護協議。此協議確保普旭(Busch)每年對固定數量的真空泵進行維護,并全面負責真空供給系統的正常運行和操作事宜。


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