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基于TRIZ方法的台车炉冷却水循环系统研发

2021-01-29 来源:《世界有色金属》作者:太原重工股份有限公司 王刚
摘  要 :本文针对我公司主要产品大型锻件尺寸大、重量大、生产工序周期长的特点及现阶段采取措施提高炉窑均匀性的主要问题,以此为切入点,阐述了炉窑控制原理、冷却水循环系统运行原理,在有效利用以上理论的基础上,充分利用创新方法 TRIZ 的各种工具,对炉窑故障通过金鱼法、最终理想解法、技术矛盾和发明原理进行分析。通过分析得到不同的解决方案,利用理想度对各种方案进行定量描述,将各方案根据理想度从高到低进行排布并进行定性筛选,选择最终实施方案解决问题,对最终对方案结果进行评价总结。
关键词 :炉窑控制 ;电机驱动 ;水泵动态特性 ;TRIZ 方法 
1项目介绍
太原重工股份有限责任公司锻造分公司目前在职员 工 398 人,其 中 取 得 中 级 职 称 的 占 36.4% ;目 前 公 司拥 有 各 种 井 式 和 台 车 式 热 处 理 炉 窑 24 台,主 要 产 品 :3MW~1000MW 发 电 机 转 子,汽 轮 机 高 压、低 压 转 子,6MW 以 下 风 力 发 电 机 主 轴,Cr3 系 列 支 承 辊 及 配 套 使 用的 油 膜 轴 承 锥 套,WK 系 列 矿 用 挖 掘 机 推 压 轴、拉 紧 轴、中央枢轴、中央枢轴套,特大型轧钢锻压设备缸段及柱塞段,系列吊钩,年调质量可达 35000 吨,在国内具有较强的热处理能力 ;调质炉炉温均匀性是大型锻件热处理行业的重大难题,目前行业内均无完美的方案解决此问题,我 单 位 2 台 大 型 电 加 热 热 处 理 炉 (3000×4000×8000,3000×4000×12000) 炉窑加装 8 支 ~12 支炉内风机搅拌使加热空气强制对流,900℃以下可实现 ±3℃保温精度,达到一级炉窑控温精度,风机主轴及电机采用隔离水套方式冷却降温。
2 问题描述
2.1 炉窑运行系统分析
正常工作时炉窑控制系统接收到现场 5 种异常信号输出中断信号,见图 1。
2.2 炉窑水循环系统及故障分析
通过对故障部位维修时间分析发现 86% 以上故障集中在水泵和驱动电机 ;通过对停机故障原因分析发现水温过高、电流异常是引起系统输出中断的主要原因。
2.3 故障风险
水循环系统发生故障将导致正在运行的炉窑立即停止加热,炉窑停止工作将产生如下不良影响 :①使正在加热工件内部组织转变不充分,重新加热使工件表面氧化脱碳层变厚,产品质量风险极大 ;②炉窑故障中断了生产进程,通常马上倒炉重新升温加热,或者停炉降温待修,故障恢复后继续加热,不论采取何种手段都使职工劳动量增大,操作危险性增大,带来使用上的不方便,生产作业率降低 ;③炉窑故障使能源浪费严重,通常一炉工件从室温加热至 840℃大约需要 50000KWh 电能,折合人民币约 3 万元 ;④因维修期间设备停工及维修费用造成损失合计 174 万元 / 年。
3 解决过程
3.1 传统解决办法与创新方法解决办法
传统的解决办法是哪儿坏维修哪,公司类似系统(如30T、80T 电炉炉壁冷却水循环系统),传统的处理办法头疼医头、脚疼医脚使我们工作效率不高,方案实施起来职工疲惫不堪。
创新方法 TRIZ 可以系统性的分析问题、认识问题,打破传统思维定势,开拓思路 ;便于找准问题解决方向,提升效率,TRIZ 基于科学方法,使获得的解决方案更可靠。
3.2 运用创新方法—金鱼算法及方案获取
3.2.1 金鱼算法介绍
金鱼算法是将一个异想天开的想法分为两个部分 :现实部分及非现实部分,接着把非现实部分再分为两个部分 :现实部分及非现实部分,继续划分,直到余下的非现实部分有时会变得微不足道,而想法看起来却愈加可行。
3.2.2 金鱼算法分析流程
(1)把不现实的想法分为两个部分 :现实部分及非现实部分。
(2)解释非现实部分是不可行的。
(3)找出在哪些条件下想法的非现实部分可变为现实的。
(4)检查系统、子系统、超系统中的资源能否提供此类条件。
(5)如果能,则可定义相关想法,即应怎样对情境加以改变,才能实现想法的看似不可行的部分。
(6)如果我们无法通过可行途径,来利用现有资源为看起来不现实的部分提供实现条件,则可将这一“看起来不现实的部分”再次分解为现实与非现实部分。然后重复步骤1~5,直到得出可行的解决方案构想。
3.2.3 应用金鱼算法针对具体问题进行分析及解决方案获取
针对故障“实际电流为零,拟采用保持驱动装置有电流”进行分析流程如下,示意图见图 2 :
(1)系统现实部分 :电机、驱动装置
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