中央真空供给系统助力转子叶片生产节能 50%

Maulburg, Germany 大型转子叶片制造有限公司(Groß-Rotorblattfertigung GmbH)使用全新中央真空系统为转子叶片生产提供真空,实现节能 50% 以上。该企业隶属于 ENERCON 集团,通过为树脂灌注集中供应真空,还能够降低生产车间的噪音和减少热排放。此真空系统由 Dr.-Ing. K. 普旭(Busch)设计和部署,安装在一个独立房间内,为 Groß-Rotorblattfertigung 公司的所有生产提供真空。
图 1: Groß-Rotorblattfertigung公司的转子叶片结构
图 1: Groß-Rotorblattfertigung公司的转子叶片结构

自 2001 年以来,ENERCON 一直在马格德堡罗腾湖(Magdeburg-Rothensee)附近的一处工厂生产风力涡轮机的转子叶片,其前身为一座铸钢厂。今天,这里分布着六家 ENERCON 集团旗下的公司,共有约 2,500 名员工在此生产风力涡轮机的组件。Groß-Rotorblattfertigung 公司实行三班制,目前生产的各类转子叶片最大长度可达 45 米。各个组件使用真空灌注工艺生产,之后再进行组装。不同层次的玻璃纤维和其他材料需要手动插入三明治结构中。这些材料表面会覆盖一层塑料薄膜,沿模具形成气密封。为安全起见,顶层再放置一层薄膜形成气密封。这是为了防止因可能发生的泄漏对生产过程或部件质量造成不利影响。然后,排空/抽出模具和塑料薄膜之间的气体,形成真空。完成泄漏检查后,开始向组件中灌注树脂。在真空作用下,树脂会流入组件的所有区域和空隙,直至完全饱和。树脂经过回火和硬化后,模具可以重新恢复至大气压力,然后可将组件取出。

过去,公司使用以油润滑旋片真空泵组建的分散式真空装置。这些真空泵有时为固定永久安装,或者在不同的模具处作为移动装置。它们通过管道为各个模具提供真空。Groß-Rotorblattfertigung 共有 36 台旋片真空泵以三班制持续为模具抽真空并灌注组件。真空通过阀门进行手动控制。


图 2: 中央真空系统,其中 COBRA NX 螺杆真空泵作为独立真空模块

2016 年,工艺规划部门的负责人 Thomas Giesecke 想要寻找一种技术上最优化的解决方案。当时真空供给存在的缺陷是,旋片真空泵产生的废热会直接排放到生产车间中。由于真空泵数量多,工作场所的噪音也非常大。此外,当时 Thomas Giesecke 正在寻找一个无需以油作为工作液的真空供给系统,因为油或油烟对玻璃纤维和芯材产生分离效应,因此可能会对生产过程造成不利影响。 他希望找到一个无需手动调节即可实现持续供应真空的方案,确保工艺过程稳定、安全、透明。 在准确分析了现状之后,Dr.-Ing. K. Busch GmbH 的真空专家设计出一个由独立的干式、无油 COBRA NX 螺杆真空泵真空模块组成的真空供给系统。此系统按照现有的独立真空泵机房的大小构建。带控制系统的控制室也位于此房间内。

系统在安装时将四台螺杆真空泵连接至穿过整个 Groß-Rotorblattfertigung 大厅的环形主管线。预定的真空度能够在此条管线中持续、精确地得以维持。此系统用于模具的快速初步抽真空。此外,还有两台 COBRA NX 系列干式螺杆真空泵连接至独立于主管线的辅助环形管线。初步抽真空后,此真空管路使用相同的真空度将树脂灌注到转子叶片组件中。

Thomas Giesecke 与其团队程序员 Marcus Kempf、项目协调员 Dirk Sztuck 及 普旭(Busch)的真空专家一起优化真空供给,以便在各个模具和两个真空管路之间插入真空控制面板。当完成初始抽真空,开始灌注树脂时,内部的阀门将自动从一个真空管路切换到另一个真空管路。借助双管路方案以及直接位于转子叶片模具处真空控制面板中的智能真空控制技术,实现稳定、安全的树脂灌注过程。此控制系统还能实现所有过程数据的记录和保存。


图 3: COBRA NX 螺杆真空泵横截面图

由于所有连接模具的这些工艺过程要在不同时间执行,所需真空度存在极大不同。基于需求的控制系统持续识别所需泵速,然后逐步打开或关闭相应的真空模块。其中一台 COBRA NX 系列干式螺杆真空泵为变频式。通常它首先运转。当实现满载荷之后,启动下一台真空泵,必要时,变频真空泵将降速。如果需要增加泵速,将自动打开其他真空泵。此系统依照次第顺序循环工作。这意味着控制系统会考虑每台独立真空泵的工作时数,并交替运行,以便所有泵都有相同的工作时数。 由于中央真空系统安装在独立房间内,工作场所就不会出现因噪音或热排放而产生的不利影响。.

普旭(Busch)真空系统从 2016 年 11 月起投入使用,Thomas Giesecke 与其团队对其表现非常满意,因为新真空供给系统完全满足所有要求。在开始计划时就已将任何人都不会忽视的因素考虑在内:节能效果显著提升。Thomas Giesecke 确认使用新真空系统至少能节省 50% 的能耗。以前共有 36 台旋片真空泵在运行,如今新系统只需六台 COBRA NX 系列干式螺杆真空泵,优势显而易见。第七台 COBRA NX 系列干式螺杆真空泵仅作为备用泵。 对于小型转子叶片组件,其模具仍使用现有旋片真空泵进行抽真空。而如今这些将逐步连接至专为此产能设计的新系统中。 

减少真空发生器的数量不是显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 小时。现在,每台独立的螺杆真空泵的工作时数显著缩短。

这又减少了所需的维护工作,相较于旋片真空泵,螺杆真空泵的数量显著降低,从而减少维护费用。在运转期间,通过停用独立的 COBRA NX 系列干式螺杆真空泵,启用各个位置的备用泵,可完成维护操作。

Groß-Rotorblattfertigung 公司已经与普旭(Busch)签署了全方位维护协议。此协议确保普旭(Busch)每年对固定数量的真空泵进行维护,并全面负责真空供给系统的正常运行和操作事宜。


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