线圈真空罐变压法改造

郭志明

摘要：目前，我公司线圈干燥工艺为真空干燥，相对于变压法干燥工艺，真空干燥用时长，耗能多，比较落后，需要将其更改为变压法干燥。

关键词：变压法干燥工艺；真空干燥工艺；

1.前言

我公司线圈干燥工艺具体分为白坯线圈干燥工艺和整体套装线圈干燥工艺，其干燥时间较长。在2011年前后，由于我公司厂房加固原因，部分产品在其它公司生产，其线圈干燥工艺为变压法干燥工艺，干燥时间短，效果好。因此，需要改造我公司线圈干燥罐的控制系统，将真空干燥工艺改进为变压法干燥工艺，以提高效率，节省能源费用，同时提高其自动化程度。

2.必要性分析

为便于说明，必要性分析分为干燥工艺改进必要性和设备自动化改造必要性分述。

2.1干燥工艺改进必要性

线圈干燥的目的是除去线圈绝缘件中含有的部分水分，使其收缩，以便进行压装，而并不是要求将水分彻底排出，因此，干燥速度快、效率高、可以明显节约能源的变压法干燥工艺才是首选，而不是我公司已经应用多年的真空干燥工艺。

2.1.1变压法干燥和真空干燥在工艺、能源、费用方面的对比

2.1.1.1变压法干燥工艺

变压法干燥加热原理的关键部分是在真空状态下利用被干燥物蒸发出来的水蒸气作为传热介质，进行对流传热，对于线圈干燥，变压法干燥工艺主要分为预热阶段、干燥阶段、终干阶段、终点判断阶段。

A预热阶段：由于不是干燥变压器器身，可以不考虑铁芯生锈，因此，此阶段干燥介质主要是常压空气，并利用空气和空气中的微量水蒸气进行对流传热，使线圈的温度均匀、较快地上升，在预热过程中不断进行加热，促进水分蒸发为水蒸气，为防止水蒸气饱和，可以设置一次抽真空降压、放气恢复常压的过程。

B主干阶段（变压脱水阶段）：经过预热阶段，线圈温度达到预定值后，转入变压脱水阶段。变压脱水过程是先抽真空，真空度到达一定程度后关闭主真空阀门，停止抽真空，待线圈温度和罐内压强上升到新的预定值后，又抽真空，再关主阀……如此进行几个循环。该阶段在抽真空时，将蒸发出来的水蒸气抽走，真空度升高，关闭主真空阀门时，绝缘层中的水份又不断蒸发出来，罐内压强升高，同时这些水蒸气又参与对流传热，补充线圈由于水份汽化而损失的热量，使线圈温度升高。变压脱水过程既抽走了水蒸气又兼顾了热量的对流传递，使水份持续不断地从线圈中蒸发出来。

C终干阶段：在变压脱水阶段，由于水份大量蒸发并被抽走，干燥罐真空度将逐步提高。当真空度达到工艺要求的规定值、线圈满足一定的温度且干燥时间满足要求时，即进入终干阶段，此时，对干燥罐连续抽真空，将绝缘层中的残余水份不断抽走，直到干燥结束。

D终点判断阶段：终点判断的主要原理是对真空罐内水蒸气分压上升率进行测量，与工艺要求值进行比较和判断，以确定干燥程度。但是，由于被干燥物是线圈，且干燥的目的也仅仅是便于压装，只要在前三个阶段温度、真空度、时间等干燥三要素都能达到要求且总的干燥时间达到要求的条件下，终点判断阶段显得不是太重要，可以简化甚至省略。

2.1.2真空干燥工艺

真空干燥工艺是将线圈置于干燥罐内，用蒸汽作为热源，加热的同时抽罐内真空，真空度迅速升高后，对线圈的加热主要依靠辐射，缺乏热对流，加热效率低下，同时由于真空度升高过快，容易造成绝缘表面干燥过快，以致毛细管萎缩，影响绝缘深层水分的蒸发，最后只能靠延长干燥时间来保证干燥效果，这样又加剧了绝缘老化。同时，由于真空度的变化，罐体的体积较大，容易造成温度调节的滞后，最终造成温度的超调，影响干燥效果。

2.1.3两种干燥工艺对比

2.1.3.1时间对比

根据经验，对于白坯线圈，变压法干燥工艺比真空干燥工艺时间节省率约为40%；对于整体套装线圈时间节省率约为50%。

2.1.3.2设备运行费用对比

设备运行费用主要由能源费组成，真空干燥工艺耗时较多，相应的其耗能也多，改为变压法干燥后，粗略估计，处理白坯线圈可节省能源40%，处理整体套装线圈可节省能源50%。2.2设备自动化改造的必要性

2.2.1设备系统配置及运行原理

2.2.1.1主要部件连接及介绍

设备主要组成系统为真空系统、控制系统、加热系统和冷却系统。真空系统由罐体、前级真空泵（两台H-150M滑阀真空泵）、一级增压泵（ZJ600罗茨真空泵）、二级增压泵（ZJ1200罗茨真空泵）以及真空管道、阀门等组成；控制系统主要由运行控制柜、罐门和翻板桥控制台组成；加热系统主要由主蒸汽管路、蒸汽阀门和罐内加热排管等组成；冷却系统主要由循环水管路及冷却器组成。

2.2.1.2运行原理简介

运行控制柜的原理图如附件四所示，其主要控制原理是：待罐门压紧、蒸汽阀门打开、时间达到一定预热时间后，启动H-150M前级真空泵，当压力达到一定压力时自动启动ZJ600一级增压泵，当压力达到更低压力时自动启动ZJ1200二级增压泵；辅助功能是显示真空度、温度。

2.2.2系统存在的不足

由上述原理图可见，该控制系统主要存在如下缺点：

①对温度的控制主要依靠人工调节蒸汽阀门开度解决，而真空干燥所需时间至少为20小时，其干燥过程总要经历一个夜晚，夜晚人员工作状态相对较差，过程中由于操作问题可能导致罐内温度超高引起绝缘老化，同时伴随着能源浪费；

②对真空度的控制主要是控制四台真空泵的启停顺序，并没有控制罐内最低真空度以及干燥各阶段的真空度；

③当停止干燥系统时，需要操作者手动关闭主真空阀门，阀门关闭不严或漏操作有可能导致产品被污染、设备损坏。这是因为干燥结束时，全部真空泵需要停止运行，在主真空阀门打开的条件下，罐体内外大气压差会迫使真空泵倒转，由于真空罐容积较大,真空度由100Pa左右恢复到一个大气压需要较长的时间，因此真空泵在倒转状态下会运行较长时间，容易导致真空泵损坏。同时，真空泵倒转还会迫使泵油喷入罐内，有可能污染线圈（已经出现过此类事件，目前主要解决方法是在罐体内侧真空口处增加挡板，防止油液直接喷到线圈上）；另外，停止系统时，需要人工停泵，停止顺序为先停一、二级增压泵，然后停止前级泵，同时停止全部真空泵或者操作顺序错误容易加速真空泵损坏。

2.2.3小结

综上所述，现有控制系统唯一自动的方面是控制三台真空泵的启动顺序，缺少对真空度、温度和干燥时间等干燥三要素的控制，需要较多的人为因素参与，人员操作不当有可能导致设备故障、污染产品。

3设备改造可行性分析

3.1需要改造的内容

3.1.1将现有电磁控制系统更改为PLC和触摸屏控制，增加对温度、真空度、时间等干燥三要素的控制功能，同时提高设备的自动化程度。

3.1.2将罐门压紧改为预热时间到后自动压紧，防止人员压紧罐门不及时启动真空泵的情况出现。

3.1.3将现有手动蒸汽阀门更换为电动调节阀，并用PLC精确控制调节阀的开度，防止夜晚人员操作失误使罐内温度超高，造成线圈绝缘老化，浪费能源。

3.1.4将现有主真空阀门更换为电动蝶阀，并用PLC控制阀门启闭。如果不更换本阀门，将很难实现变压法干燥工艺，且不能避免干燥结束时真空泵倒转致使真空泵向罐内喷油、污染产品的后果，也不能排除真空泵较长时间倒转所造成的设备故障隐患。

3.1.5自动控制真空泵的启动、停止顺序，延长真空泵的使用寿命。

3.2可行性分析

通过3.1的分析，设备改造需要做的是将现有继电器、接触器控制系统更改为PLC、触摸屏控制系统并重新确定工艺参数。工艺参数方面，如前所述，我公司已经积累的技术数据经过多年使用未出现过较大问题，数据相对可靠；PLC与触摸屏控制技术在国内外已经有多年发展，国内相关产品生产厂家的技术也比较成熟，在自动控制领域应用广泛，且随着高等教育的多年推广，社会上精通该类技术的从业人员也较多。因此从技术角度看，可以满足更改干燥工艺和设备改造的各项要求。

4结论

因此，将公司现有真空干燥工艺设备改造成变压法干燥工艺设备可以大幅压缩干燥时间，减少能源浪费，同时可以提高设备自动化程度，减少人力消耗，具备可行性和必要性。