基于綠色制造的高端變壓器加工過程評價(jià)模型研究

摘要：目前，我國是社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的新時(shí)期，制造企業(yè)發(fā)展十分迅速，為分析高端變壓器生產(chǎn)過程對整個(gè)企業(yè)綠色制造的影響，推動(dòng)變壓器制造企業(yè)的綠色發(fā)展。從經(jīng)濟(jì)、環(huán)境、人因、綠色技術(shù)4個(gè)方面綜合考慮影響高端變壓器綠色制造過程優(yōu)選方案因素。通過主觀動(dòng)態(tài)賦權(quán)法確定各級指標(biāo)權(quán)重，結(jié)合改進(jìn)的TOPSIS評價(jià)法得出不同變壓器制造過程方案的總綠色性指標(biāo)值。建立變壓器綠色制造過程的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，并利用所建立的評價(jià)指標(biāo)體系和評價(jià)模型對特變高端變壓器制造過程綠色性進(jìn)行了應(yīng)用研究。關(guān)鍵詞：綠色制造過程;指標(biāo)量化;改進(jìn)TOPSIS法;綠色評價(jià)模型引言變壓器拉板在變壓器器身固定、吊重等方面起著非常重要的作用。按變壓器對電氣性能的要求，220kv及以上的變壓器拉板通常采用低磁鋼板或不銹鋼制作。由于低磁鋼板材料成分中含有較多的鋁、錳等元素，因此該材料加工起來顯得又硬又粘。由于鋁等元素熔點(diǎn)較低，低磁鋼板材料用氧+乙炔火焰加工。氣割加工的特點(diǎn)是割口質(zhì)量非常差，根本無法滿足產(chǎn)品質(zhì)量要求，而不銹鋼更是無法用氣割方法加工。為了確保變壓器拉板這類特殊材料零件的加工質(zhì)量，國內(nèi)外變壓器制造廠一般采用銑床加工拉板隔磁槽。由于低磁鋼板既硬又粘，往往加工一道槽就要浪費(fèi)一片銑刀，且對設(shè)備損壞嚴(yán)重，加工速度較慢，難以滿足產(chǎn)品進(jìn)度的要求。為了改變這種成本高、效率低的現(xiàn)狀，我們經(jīng)過反復(fù)探索，多次試驗(yàn)，最終通過采取多種新的工藝方法，配備必要工藝裝備，采用目前工業(yè)企業(yè)中最常用的等離子切割機(jī)來代替銑床加工拉板隔磁槽這一新工藝，取得了非常滿意的效果。1鐵芯的選擇目前，高頻功率脈沖變壓器通常所用的鐵芯結(jié)構(gòu)形式有EI型、EC型、GU型、OD型和罐型。其中罐型與其他結(jié)構(gòu)形式不同，是一種半開放式結(jié)構(gòu)。它的閉合鐵芯在外，繞組在內(nèi)，且中心柱成圓形，繞組排列緊密，無尖角效應(yīng)。因此，具有漏感小、雜散場小的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)自身具有屏蔽作用，可以有效地抑制外漏磁場及電磁干擾。在超聲旋轉(zhuǎn)加工中，是通過旋轉(zhuǎn)變壓器向換能器供電的，因此選擇罐型鐵芯，同時(shí)應(yīng)該保證一次和二次側(cè)的間隙在0.2mm以內(nèi)。另外，用于開關(guān)電源高頻功率脈沖變壓器的材料主要有Fe-Ni基非晶、坡莫合金、MnZn鐵氧體3種。其中MnZn鐵氧體性能介于Fe-Ni基非晶和坡莫合金之間，其成本低于非金合金，且其制作工藝相對穩(wěn)定。因此經(jīng)過比較分析，采用R2KB(R代表軟磁材料，2K表示磁導(dǎo)率的標(biāo)準(zhǔn)值，B表示磁通密度較高系列MnZn鐵氧體作為高頻功率脈沖變壓器的鐵芯材料。2綠色制造的高端變壓器加工過程評價(jià)模型2.1確定評價(jià)指標(biāo)變壓器生產(chǎn)綠色性從經(jīng)濟(jì)效益性、環(huán)境協(xié)調(diào)性、社會(huì)績效性、綠色技術(shù)創(chuàng)新性4個(gè)角度來構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系。結(jié)合線圈、鐵心、絕緣件及油箱制作時(shí)的原材料、電、蒸汽、水的消耗，污染物的排放控制、清潔生產(chǎn)的管理、員工手工操作效率等分析整個(gè)制作過程的綠色性經(jīng)濟(jì)效益性指標(biāo)變壓器制造過程的經(jīng)濟(jì)效益主要從各部件生產(chǎn)時(shí)的能源、資源的消耗上分析。因此，從絕緣件、鐵心等加工時(shí)設(shè)備裁片機(jī)、立繞機(jī)、數(shù)控電子鋸等的用電量、干燥線圈時(shí)蒸汽的用量和硅鋼片整壓退火后冷卻水的用量，以及原材料如硅鋼片、銅、層壓木板等的利用率方面來評價(jià)整個(gè)制造過程的經(jīng)濟(jì)效益。(2)環(huán)境協(xié)調(diào)性指標(biāo)環(huán)境協(xié)調(diào)性主要指制造過程中污染物的排放控制和企業(yè)實(shí)行清潔管理的程度，對于鐵心、絕緣件、制造主要考慮廢料的處理方式、粉塵排放污染、噪音污染。對于油箱這種焊接件主要考慮焊接氣體對工作環(huán)境的污染、焊渣的處理。對整個(gè)器身和線圈噴漆、干燥時(shí)要考慮到廢漆和干燥氣體的污染和處理方式。(3)社會(huì)績效性指標(biāo)在變壓器鐵心和線圈制作車間主要靠工人手工作業(yè)如疊片、繞線，這也是變壓器制造的一大特點(diǎn)。因此在對其制造過程綠色性評價(jià)時(shí)考慮到人因因素將工人工作強(qiáng)度、工作效率及工作安全性等問題也作為其評價(jià)的一個(gè)重要指標(biāo)考慮在內(nèi)。(4)綠色技術(shù)創(chuàng)新性指標(biāo)在制造過程綠色化方面，以綠色技術(shù)創(chuàng)新作為基礎(chǔ)支撐，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程的資源能源有效利用和污染的及時(shí)控制。制造過程是否有新型綠色材料、綠色能源的使用、綠色工藝的研究、綠色設(shè)備的使用等因素作為綠色技術(shù)創(chuàng)新性的評價(jià)指標(biāo)。2.2制作工藝流程首先根據(jù)絕緣端圈尺寸給酚醛紙筒下料，下料尺寸為H+h+鋸片厚度；再使用曲線鋸或鋸床加工酚醛紙筒表面的垂直開口；然后按照酚醛紙筒在上、鋸割墊塊在下對齊放置在搖臂鉆床的旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)上，擰緊夾子使其固定，需要說明的是放置酚醛紙筒時(shí),必須將紙筒垂直開口位置與鋸割首尾端墊塊的大小頭對齊；最后調(diào)節(jié)圓形鋸片對酚醛紙筒位置，確定鋸割尺寸合格后，啟動(dòng)開關(guān)按鈕旋轉(zhuǎn)鋸割酚醛紙筒,加工成兩個(gè)相同的絕緣端圈成品。由于搖臂鉆床的搖臂升降高度限制和旋轉(zhuǎn)工作臺(tái)的外徑尺寸限制，酚醛紙筒加工最大高度為540mm；最大直徑為1000mm；最大厚度為30mm。2.3高頻變壓器的匝數(shù)比的計(jì)算在超聲加工中用到的超聲波發(fā)生器，為了使輸出額定功率最大，在電源電壓給定條件下取決于負(fù)載阻抗。一般在D類開關(guān)型功放中其發(fā)生器變壓器初級等效負(fù)載R'L上的輸出功率表達(dá)式為式中:UM為等效負(fù)載上的基波幅值，經(jīng)計(jì)算可得R'L為40.6Ω。要求發(fā)生器輸出在換能器上的功率為200W，電源電壓為200V，換能器諧振時(shí)等效電阻RL為15Ω，則輸出變壓器初級/次級匝數(shù)比為:.2.4主觀動(dòng)態(tài)賦權(quán)法計(jì)算評價(jià)指標(biāo)權(quán)重在決策過程當(dāng)中權(quán)重確定屬于極為關(guān)鍵的環(huán)節(jié)。權(quán)重的合理性直接影響評價(jià)結(jié)果的客觀與公正性。針對每個(gè)車間綠色性評價(jià)的指標(biāo)側(cè)重點(diǎn)不同，相關(guān)指標(biāo)的權(quán)重設(shè)定也在不斷變化，因此提出了基于多專家參與的主觀動(dòng)態(tài)賦權(quán)法。利用多專家參與、均方差篩選來確定各指標(biāo)權(quán)重。2.5其他注意事項(xiàng)導(dǎo)線截面直徑?jīng)Q定于繞組的電流密度。繞組損耗銅損占總損耗比例比較大時(shí)，推薦電流密度取2～4A/mm2，但是要經(jīng)過變壓器溫升校核后進(jìn)行必要的調(diào)整。還要注意的是導(dǎo)線截面直徑的大小還與漏感有關(guān)。在相同匝數(shù)下，導(dǎo)線截面直徑增加，內(nèi)層排列的匝數(shù)減少，層數(shù)增加。而漏磁場分布靠近磁芯內(nèi)層的大，外層的小，與磁芯距離平方成反比例衰減。這樣，漏磁通大的內(nèi)層交鏈的匝數(shù)減少從而使漏感下降。另外，在設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)變壓器還需注意幾點(diǎn):(1)內(nèi)在的氣隙及一次和二次之間的空隙，導(dǎo)致一次電感量低，磁化電流加大。(2)由于一次和二次繞組間距較大，導(dǎo)致一次二次漏感較大，選用磁芯尺寸要有裕量。(3)當(dāng)磁芯的腔孔要求較大時(shí)，在相同的調(diào)整率下要求更大的銅面積。結(jié)語確定并闡述了變壓器綠色制造過程的定義，明確變壓器綠色生產(chǎn)的發(fā)展目標(biāo)，提出了評價(jià)其綠色性的4個(gè)關(guān)鍵要素。首次建立了變壓器綠色制造過程評價(jià)指標(biāo)體系，確立了綠色評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。構(gòu)建了改進(jìn)的TOP-SIS法組合的評價(jià)模型，選用主觀動(dòng)態(tài)賦權(quán)法對指標(biāo)進(jìn)行權(quán)重計(jì)算。通過綜合評價(jià)模型，避免由于因素過多而難以分配權(quán)重的情形，使得變壓器在生產(chǎn)制造