紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)模式探討

亓國(guó)紅

(恒天重工股份有限公司，鄭州　450001)

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?綜合述評(píng)

紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)模式探討

亓國(guó)紅

(恒天重工股份有限公司，鄭州450001)

摘要：為了解決紡織行業(yè)能耗高的問(wèn)題，分析了國(guó)內(nèi)外紡織機(jī)械行業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)現(xiàn)狀，提出了紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)的目標(biāo)層次和技術(shù)路線；以梳棉機(jī)為例，探討了紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)的模式和思路。指出：我國(guó)紡織機(jī)械行業(yè)節(jié)能設(shè)計(jì)可分為能效標(biāo)簽應(yīng)用、行業(yè)能效指導(dǎo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三個(gè)層次，可通過(guò)發(fā)布行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)、推廣能效標(biāo)簽等方法來(lái)推動(dòng)紡織產(chǎn)業(yè)向節(jié)能減排方向發(fā)展；認(rèn)為研究紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)批量性紡織機(jī)械產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)部實(shí)施能效標(biāo)簽制度，可以加快產(chǎn)品更新?lián)Q代，推動(dòng)企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中提升創(chuàng)新能力。

關(guān)鍵詞：紡織機(jī)械；節(jié)能；設(shè)計(jì)模式；能效指導(dǎo)手冊(cè)；能效標(biāo)簽

紡織品生產(chǎn)過(guò)程中需要耗費(fèi)大量電能和熱能，在傳統(tǒng)環(huán)錠紡紗工廠中，能源成本占到了整個(gè)紗線生產(chǎn)成本的40%[1]。隨著紡織品生產(chǎn)成本不斷上漲，我國(guó)紡織工業(yè)“十二五”節(jié)能規(guī)劃中，要求工業(yè)增加值萬(wàn)元綜合能耗下降24%，噸紗(線)混合綜合能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)下降5%，萬(wàn)米印染布綜合能耗(標(biāo)準(zhǔn)煤)下降13%等[2]。紡織行業(yè)能效問(wèn)題的長(zhǎng)遠(yuǎn)期望是降低紡織品生產(chǎn)成本，定量度量紡織品能耗，并尋求不斷改進(jìn)的機(jī)會(huì)。另一方面，隨著高產(chǎn)能紡織裝備、高效電機(jī)、高性能變頻器的技術(shù)應(yīng)用，通過(guò)紡織機(jī)械的節(jié)能設(shè)計(jì)，降低紡織品能耗，提高能源利用率已成為推動(dòng)行業(yè)技術(shù)進(jìn)步的主要抓手。

1國(guó)內(nèi)外紡織行業(yè)節(jié)能現(xiàn)狀

發(fā)達(dá)國(guó)家很早就關(guān)注紡織產(chǎn)業(yè)能效問(wèn)題，并通過(guò)發(fā)布《紡織產(chǎn)業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)》，推廣“能效標(biāo)簽”等方法來(lái)推動(dòng)紡織產(chǎn)業(yè)向著節(jié)能減排的方向發(fā)展。

2010年9月，美國(guó)勞倫斯伯克利國(guó)家實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合加州大學(xué)對(duì)美國(guó)紡織產(chǎn)業(yè)發(fā)布了《紡織產(chǎn)業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)》(Energy-Efficiency Improvement Opportunities for the Textile Industry)，給出了有關(guān)紡織行業(yè)能效技術(shù)和降低能效的專業(yè)知識(shí)，共有190個(gè)節(jié)能技術(shù)和措施向紡織工廠進(jìn)行推廣，表1是該手冊(cè)對(duì)紡紗機(jī)械給出的節(jié)能改進(jìn)措施[3]。

表1紡紗機(jī)械能效改進(jìn)措施

2011年8月，歐盟由德國(guó)機(jī)械制造業(yè)聯(lián)合會(huì)牽頭，卡爾邁耶公司、特呂茨勒非織造設(shè)備公司等參與，推出了歐盟紡機(jī)藍(lán)色能效標(biāo)簽[4]，通過(guò)對(duì)機(jī)器進(jìn)行有意義的分級(jí)，指導(dǎo)紡織機(jī)械制造商明確設(shè)備對(duì)紡織品生產(chǎn)過(guò)程能效的影響。按計(jì)劃，德國(guó)機(jī)械制造業(yè)聯(lián)合會(huì)紡織機(jī)械協(xié)會(huì)及其成員將進(jìn)一步致力于能效標(biāo)準(zhǔn)的制定，用來(lái)界定不同機(jī)型可比較的能效信息。歐瑞康紡織集團(tuán)則在其產(chǎn)品上實(shí)施了“e-save”節(jié)能商標(biāo)，只有那些在單位產(chǎn)量上能夠比上一代產(chǎn)品節(jié)能10%～15%的產(chǎn)品，才能被授于“e-save”商標(biāo)。

2012年，意大利紡織機(jī)械制造商協(xié)會(huì)也推出“綠色能效”標(biāo)簽[5]，選擇機(jī)器操作過(guò)程中等效產(chǎn)生的CO2排放量(碳足跡-CFP)作為評(píng)價(jià)參數(shù)，用來(lái)識(shí)別紡織機(jī)械節(jié)能和環(huán)保性能。參與公司都必須遵循能源性能參數(shù)測(cè)量的實(shí)施細(xì)則和操作指令，由國(guó)際認(rèn)證機(jī)構(gòu)RINA對(duì)實(shí)施細(xì)則和操作指令的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證。

隨著不可再生能源減少和全球變暖的日益加重，歐盟的可持續(xù)發(fā)展政策中紡織品碳關(guān)稅為紡織品能耗計(jì)算提出了定量要求。

W只與選取測(cè)試參量有關(guān),當(dāng)這些參量取通常值時(shí):B=1 Hz,θ=0.9,ppd=1 mW,計(jì)算出陀螺靈敏度與腔體直徑D和品質(zhì)因數(shù)Q值的關(guān)系(圖1)。所以,制備一種大直徑、高Q值的諧振腔,通過(guò)提高DQ乘積的形式,可以有效的提高陀螺的靈敏度。

我國(guó)國(guó)內(nèi)碳交易也已經(jīng)在深圳排放權(quán)交易所試行。我國(guó)機(jī)械制造業(yè)也在逐步實(shí)施能效改進(jìn)項(xiàng)目，如近年來(lái)工信部公布淘汰Y系列電機(jī)，淘汰部分印染企業(yè)落后產(chǎn)能設(shè)備等，部分地市根據(jù)國(guó)家“十二五”節(jié)能要求，制定了地方能效政策。如溫州市在2011年發(fā)布了《溫州市產(chǎn)業(yè)能效指南》，結(jié)合行業(yè)平均產(chǎn)值能耗和產(chǎn)品能耗水平，綜合分析當(dāng)?shù)毓I(yè)領(lǐng)域節(jié)能技術(shù)水平和“十二五”節(jié)能空間，經(jīng)過(guò)科學(xué)測(cè)算，確定了年度能效指標(biāo)，其中紡織行業(yè)產(chǎn)能能效指標(biāo)要求見表2[6]。

表2溫州市“十二五”紡織行業(yè)產(chǎn)品能效指標(biāo)

我國(guó)紡織行業(yè)，特別是紡織機(jī)械行業(yè)對(duì)節(jié)能設(shè)計(jì)的要求還處于起步階段，但相關(guān)問(wèn)題已引起了業(yè)內(nèi)專家的關(guān)注。

2紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)及技術(shù)路線

2.1紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)目標(biāo)

紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)的最終目標(biāo)是為客戶創(chuàng)造價(jià)值，從而提高產(chǎn)品的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。根據(jù)我國(guó)紡織機(jī)械工業(yè)的現(xiàn)狀，節(jié)能設(shè)計(jì)的目標(biāo)層次可以分為能效標(biāo)簽應(yīng)用、行業(yè)能效指導(dǎo)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范三個(gè)層次。圖1是以棉紡梳棉機(jī)為例給出了具體產(chǎn)品節(jié)能設(shè)計(jì)的目標(biāo)層次。

三個(gè)目標(biāo)層次符合知識(shí)的形成規(guī)律，落實(shí)點(diǎn)在于紡機(jī)制造商和紡織品生產(chǎn)商在市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中獲得的商業(yè)價(jià)值。仍以梳棉機(jī)為例，其能效標(biāo)簽可以記錄能效百分?jǐn)?shù)級(jí)別，單位為“t標(biāo)煤/(t紗·a)”，從而提供減少排放CO2的定量數(shù)據(jù)和證據(jù)，為客戶贏得市場(chǎng)機(jī)遇。企業(yè)內(nèi)部也可以此對(duì)其進(jìn)行能效標(biāo)簽技術(shù)管理，通過(guò)績(jī)效獎(jiǎng)勵(lì)促進(jìn)產(chǎn)品在節(jié)能方面的改進(jìn)，為客戶降低紡織品生產(chǎn)能耗(客戶為新設(shè)備所做的投資可折合成投資回報(bào)率計(jì)算)。當(dāng)梳棉機(jī)在不同的紡機(jī)生產(chǎn)企業(yè)內(nèi)部形成能效標(biāo)簽技術(shù)管理體系后，行業(yè)協(xié)會(huì)可以典型企業(yè)為示范，總結(jié)提取形成《梳棉機(jī)能效指導(dǎo)手冊(cè)》進(jìn)行推廣，為紡織品生產(chǎn)商提供購(gòu)買依據(jù)，推動(dòng)行業(yè)向著節(jié)能降耗的可持續(xù)方向發(fā)展。最后，在《紡機(jī)行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)》和各種機(jī)型的能效標(biāo)簽應(yīng)用的基礎(chǔ)上，以標(biāo)準(zhǔn)的形式提供紡織機(jī)械設(shè)備的能效認(rèn)證技術(shù)規(guī)范，為紡織品客戶提供機(jī)型選擇、計(jì)算碳排放量提供依據(jù)，最終打破國(guó)外競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的碳排放壁壘，促進(jìn)國(guó)內(nèi)紡織品對(duì)外貿(mào)易的發(fā)展。

2.2紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)的技術(shù)路線

2.2.1以節(jié)能為目的的紡機(jī)產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)

以節(jié)能為目的的紡機(jī)產(chǎn)品改進(jìn)設(shè)計(jì)可以給客戶帶來(lái)碳排放定量計(jì)算和降低制品能耗的雙重價(jià)值，從而直接提高紡機(jī)設(shè)備制造商的利益和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，其目標(biāo)在于形成單機(jī)的能效標(biāo)簽。

紡機(jī)企業(yè)實(shí)施產(chǎn)品能效標(biāo)簽的工作內(nèi)容包括：

a)具體產(chǎn)品在生產(chǎn)線中能量流的接口信息；

b)電能、壓縮空氣、管道系統(tǒng)、鍋爐蒸汽能量等的需求；

c)具體產(chǎn)品能耗分指標(biāo)信息——加工對(duì)象品質(zhì)、原料品質(zhì)、產(chǎn)能等工藝參數(shù)對(duì)應(yīng)的信息；

d)具體產(chǎn)品能耗“歸一化”能效信息。

紡織品生產(chǎn)商購(gòu)置設(shè)備時(shí)，可依據(jù)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的能量參數(shù)和生產(chǎn)線中單機(jī)、環(huán)境濕度、能耗分配明細(xì)等因素進(jìn)行能耗選擇計(jì)算，如圖3所示。

2.2.2行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)的編制

行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)是有關(guān)具體產(chǎn)品能效技術(shù)和能效實(shí)踐的專業(yè)知識(shí)的總結(jié)，是從電機(jī)系統(tǒng)指標(biāo)、熱能系統(tǒng)指標(biāo)、技術(shù)措施等方面提供的提高紡機(jī)設(shè)備制造商競(jìng)爭(zhēng)力、指導(dǎo)紡織品生產(chǎn)商實(shí)施節(jié)能的措施和技術(shù)，對(duì)紡織機(jī)械制造商和紡織品生產(chǎn)商都具有重要的意義。圖4給出了一般意義上的紡織行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)的內(nèi)容。

3紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)實(shí)施設(shè)想

3.1能效標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)的實(shí)施

仍以梳棉機(jī)為例，談一下對(duì)紡織機(jī)械產(chǎn)品節(jié)能設(shè)計(jì)的設(shè)想。梳棉機(jī)能效標(biāo)簽?zāi)繕?biāo)的實(shí)施可從以下兩個(gè)方面考慮：

a)基于企業(yè)創(chuàng)新技術(shù)及國(guó)內(nèi)學(xué)術(shù)論文、國(guó)際已有紡機(jī)工業(yè)能效技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)等知識(shí)資源，進(jìn)行低成本能效改進(jìn)技術(shù)引進(jìn)，給出梳棉機(jī)面向節(jié)能設(shè)計(jì)的改進(jìn)方向及技術(shù)措施建議，最終形成公司內(nèi)部的梳棉機(jī)能效手冊(cè)；

b)通過(guò)建立企業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或技術(shù)規(guī)范，定量評(píng)價(jià)梳棉機(jī)上一代與下一代的能效水平。最終形成梳棉機(jī)能效標(biāo)簽制度，使能效可視化。

從機(jī)械設(shè)計(jì)的角度，常用的節(jié)能設(shè)計(jì)方法包括典型結(jié)構(gòu)的節(jié)能設(shè)計(jì)(從材料相容性、裝配與拆卸性、使用過(guò)程能量傳遞、壽命分析、回收處理等角度改善能源消耗)，結(jié)構(gòu)數(shù)字分析(基于能耗參數(shù)建立效用模型，給出節(jié)能的設(shè)計(jì)目標(biāo)與有限元優(yōu)化設(shè)計(jì)并行進(jìn)行)，零部件輕量化設(shè)計(jì)等[7]。瑞士立達(dá)(Rieter)公司紡織機(jī)械產(chǎn)品的節(jié)能設(shè)計(jì)方法給我們提供了很好的借鑒：如RSB-D45型梳棉機(jī)采用了較少的驅(qū)動(dòng)部件和齒輪傳動(dòng)，取消了膠圈和張力皮帶，生產(chǎn)每千克棉條的能耗降低了10%；精梳機(jī)選用高精度齒輪傳動(dòng)，錠帶式四錠傳動(dòng)采用適當(dāng)?shù)?0°包角，累計(jì)降低能耗48%；細(xì)紗機(jī)采用冷卻液內(nèi)部循環(huán)，熱量集中排放，可減少車間空調(diào)功耗20%以上。

電氣設(shè)計(jì)常用的節(jié)能方案包括：采用多單元同步控制系統(tǒng)，采用直流共母線供電模式以降低能耗；經(jīng)常有快速停車或大慣量停車的場(chǎng)合，采用能量母線或反饋電網(wǎng)方式，而不是采用能耗制動(dòng)；對(duì)因工藝需要快速啟停的設(shè)備，采取電氣控制系統(tǒng)和電機(jī)結(jié)合的措施，避免“大馬拉小車”；盡可能采用直接驅(qū)動(dòng)，以大幅提高系統(tǒng)傳動(dòng)效率；重視紡織機(jī)械中普遍存在的風(fēng)機(jī)、空調(diào)、水泵、溫控等輔助設(shè)備的節(jié)能。另外，機(jī)器裝機(jī)功率的大小與實(shí)際能耗并沒(méi)有直接關(guān)系，在節(jié)能上起關(guān)鍵作用的是機(jī)器的有效功率；機(jī)器的有效功率與運(yùn)行時(shí)間、零部件的載荷、機(jī)器的有效利用以及承擔(dān)載荷的效率等因素有關(guān)。對(duì)于電氣控制系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，對(duì)比對(duì)象對(duì)評(píng)判至關(guān)重要，因?yàn)樗械目刂破?PLC、工控機(jī)等)、驅(qū)動(dòng)器(變頻器、伺服電機(jī)等)均存在自身的能耗，而且驅(qū)動(dòng)器的能耗是隨著負(fù)載的變化而變化的。因此，并不是采用驅(qū)動(dòng)器控制就一定節(jié)能，需具體情況具體分析。

事實(shí)上，國(guó)內(nèi)已在梳棉機(jī)節(jié)能方面進(jìn)行了大量的技術(shù)改進(jìn)，如開發(fā)高產(chǎn)寬幅梳棉機(jī)、應(yīng)用新型紡織器材等。表3給出了國(guó)內(nèi)某公司梳棉機(jī)節(jié)能改進(jìn)設(shè)計(jì)的部分措施。

定量評(píng)價(jià)梳棉機(jī)的能效水平需要計(jì)算梳棉機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)功率和相關(guān)外圍接口(空氣壓縮機(jī)、管道耗能等)的能耗量，應(yīng)用GB/T 2589—2008《綜合能耗計(jì)算通則》可以識(shí)別和計(jì)算初始能源(煤、汽油等)和耗能工質(zhì)(軟水、壓縮空氣、氧氣、乙炔等)的折標(biāo)準(zhǔn)煤系數(shù)。對(duì)于通過(guò)梳棉機(jī)加工的成品，可以直接計(jì)算出產(chǎn)品的CO2排放量。

表3國(guó)內(nèi)某公司梳棉機(jī)節(jié)能改進(jìn)方法示例

3.2行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)的實(shí)施設(shè)想

行業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)的制定需要調(diào)研紡織行業(yè)內(nèi)具體機(jī)型的能效水平，建立產(chǎn)品能效的對(duì)標(biāo)指標(biāo)值，并給出具體機(jī)型的能效改進(jìn)措施。

在對(duì)不同的機(jī)型進(jìn)行對(duì)比時(shí)，關(guān)鍵是在同等條件下進(jìn)行比較，這些條件包括生產(chǎn)速度和生產(chǎn)線中的其他機(jī)器配置。產(chǎn)品單位產(chǎn)量綜合能耗是用能單位生產(chǎn)某種最終產(chǎn)品或者中間產(chǎn)品的綜合能耗與同期該產(chǎn)品產(chǎn)量(工作量、服務(wù)量)的比值，可以參照我國(guó)家電產(chǎn)品較多采用的節(jié)能認(rèn)證標(biāo)識(shí)來(lái)確定產(chǎn)品的能源效率等級(jí)，并用能效系數(shù)定量衡量。美國(guó)《紡織產(chǎn)業(yè)能效指導(dǎo)手冊(cè)》給出的環(huán)錠紡紗機(jī)的能耗計(jì)算公式，可作為借鑒。

4結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，紡織機(jī)械產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)日益激烈，紡織市場(chǎng)產(chǎn)能過(guò)剩以及社會(huì)組織對(duì)可持續(xù)發(fā)展要求不斷提高。研究紡織機(jī)械節(jié)能設(shè)計(jì)，對(duì)批量性紡織機(jī)械產(chǎn)品在企業(yè)內(nèi)部實(shí)施能效標(biāo)簽制度，可以加快產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)自我更新?lián)Q代，推動(dòng)企業(yè)在新產(chǎn)品研發(fā)過(guò)程中創(chuàng)新能力的提升，不斷滿足市場(chǎng)的潛在需求。

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Probing into Design of Textile Machinery of Energy Economy

QI Guohong

(Hi-tech Heavy Industry Co.,Ltd.,Zhengzhou 450001,China)

Abstract:In order to solve the problem of high energy consumption with textile industry,analysis is done to progress of the design of textile machinery industry with energy economy.The target arrangement and the tech-route is proposed of the textile machinery design with energy economy.Sampling the carding frame,probing is done into the mode and the thought of the textile machinery design with energy economy.It is pointed out that the energy design plan of China’s textile machinery industry can be arranged as the three items including tag of energy economy efficiency,the energy economy guiding of the industry,the standard of the energy economy for the industry.It is proposed that the industry develop with the orientation of the energy economy and emission reduction pushed by circulation of the directory of the tag of energy economy efficiency and the promotion of the tag of the energy economy efficiency.It is recommended that the enterprise the bulk textile machinery products can set up a system tagged with energy economy internally,so to accelerate product upgrading,promote enterprise in new product development process to enhance innovation ability.

Key Words:textile machinery;energy economy;design pattern;energy efficiency directory;energy efficiency tag

收稿日期：2015-07-29

作者簡(jiǎn)介：亓國(guó)紅(1968—)，男，河南內(nèi)黃人，高級(jí)工程師，主要從事紡織機(jī)械產(chǎn)品研發(fā)、技術(shù)管理及標(biāo)準(zhǔn)化方面的研究。

中圖分類號(hào)：TS103.02

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1001-9634(2016)02-0057-04

網(wǎng)絡(luò)出版時(shí)間：2015-10-20 11∶13

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