紡織行業(yè)變頻器需求分析和應(yīng)用解決方案.docx

艾默生CT紡織行業(yè)變頻器需求分析和應(yīng)用解決方案1.引言中國已成為世界最大的紡織產(chǎn)品制造國，纖維生產(chǎn)量占全球總量的27.5%，是紡織機(jī)械最大的消費(fèi)國和進(jìn)口國。目前國內(nèi)已具有生產(chǎn)能力5000-6000萬錠，近年來一直以20%左右的速度快速增長，專家估計2004年會適度減速，但在未來的幾年將繼續(xù)以10%以上的速度增長。為了提高生產(chǎn)效率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和降低能耗，變頻器作為改善工藝和節(jié)能傳動自90年代初期批量進(jìn)入紡織行業(yè)以來，一直得到快速增長。尤其是加入WTO以來，紡織品的市場擴(kuò)大了，但競爭更加激烈，為此企業(yè)大量投入設(shè)備改造，提高生產(chǎn)力。紡織行業(yè)對變頻器的需求量越來越大，要求也不斷提高。積極了解紡織行業(yè)、深入研究紡織機(jī)械對變頻器的需求，為紡織行業(yè)提供適用的變頻器產(chǎn)品和變頻調(diào)速傳動的解決方案是變頻器供應(yīng)商義不容辭的責(zé)任和使命。2.紡織行業(yè)的劃分和布局紡織行業(yè)包括從纖維原料到服裝，日用或產(chǎn)業(yè)用布料、繩、線的工藝過程中生產(chǎn)企業(yè)，以及為這些企業(yè)提供專用設(shè)備的配套企業(yè)。紡織行業(yè)的主工藝流程示意見圖1。紡織行業(yè)應(yīng)用變頻器的領(lǐng)域主要在天然纖維紡紗、織造、染整和化纖四大塊。對于服裝、日用品等成品加工的縫紉機(jī)和繡花機(jī)，有采用交流伺服電機(jī)、無刷直流電機(jī)驅(qū)動的趨勢，也有變頻器驅(qū)動異步機(jī)的嘗試，但這不在本文討論范圍。2003年中國紡織工業(yè)協(xié)會的統(tǒng)計數(shù)據(jù)表明，紡織行業(yè)主要集中在江蘇、浙江、上海、山東、廣東、福建等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的沿海省份，其銷售額占全國的80%。湖北、河北、河南、安徽、天津、遼寧、四川、北京、內(nèi)蒙古、湖南等中部省份占15%，其余省份僅5%。某紡織廠的電機(jī)功率分布情況如圖2，圖中其他設(shè)備包括空調(diào)、供水供熱、制冷和電梯等。由于變頻器調(diào)速給紡織生產(chǎn)帶來質(zhì)量和效率的巨大改進(jìn)，許多紡織廠正在積極研究和推廣變頻器應(yīng)用技術(shù)，他們樂于接受帶有變頻器調(diào)速的紡機(jī)設(shè)備，對于舊設(shè)備的變頻化改造熱情越來越高。3.紡機(jī)行業(yè)的布局和發(fā)展紡機(jī)行業(yè)主要有中紡機(jī)集團(tuán)、上海太平洋、江蘇、山東、浙江五大板塊。隨著國家放開對紡織行業(yè)的控制，紡織設(shè)備更新?lián)Q代速度加快。中國的紡機(jī)行業(yè)目前正在洗牌：紡紗、織布機(jī)械仍然是中紡集團(tuán)占據(jù)主導(dǎo)優(yōu)勢，江蘇的一些合資企業(yè)尚具有一定競爭力。染整大部分集中在浙江和江蘇的一些民營企業(yè)，中紡集團(tuán)和上海太平洋的一些企業(yè)仍有一定市場份額?；w和非織造布生產(chǎn)線的較新的產(chǎn)品，機(jī)械方面技術(shù)難度大，核心部件還需進(jìn)口，國內(nèi)紡機(jī)企業(yè)正在組織技術(shù)攻關(guān)。針織機(jī)械主要來自福建泉州等地的臺資企業(yè)，但這些臺資企業(yè)規(guī)模均不大，廣州、宜昌等一些老牌國有企業(yè)有機(jī)會再次崛起。2003年全國重點紡織機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)品銷售收入達(dá)335億元，同比增長24%。2004年由于去年增長過快，加之鋼材漲價，利潤降低，紡機(jī)行業(yè)減緩了增長的步伐。圖3為2003年紡機(jī)銷售額按省份分布的示意。中國紡織機(jī)械器材工業(yè)協(xié)會提出新型成套設(shè)備技術(shù)攻關(guān)項目：日產(chǎn)200噸及以上滌綸短纖維生產(chǎn)線;粘膠長絲連續(xù)紡絲機(jī);高效現(xiàn)代化棉紡生產(chǎn)線(即單電機(jī)傳動);機(jī)電一體化的無梭織機(jī);紡粘法和溶噴法非制造布生產(chǎn)線(高速、帶張力控制);電腦提花圓緯機(jī);電腦自動橫機(jī);高速特里科經(jīng)編機(jī);染整設(shè)備工藝參數(shù)在線檢測;高效、節(jié)能、環(huán)保的染整設(shè)備。紡織工業(yè)科學(xué)技術(shù)發(fā)展中心提出了紡織工業(yè)技術(shù)進(jìn)步發(fā)展綱要，涉及傳動自動化設(shè)備的要求：“研究梳棉、并條、粗紗、細(xì)紗、絡(luò)筒等單機(jī)的多電機(jī)獨(dú)立傳動和控制系統(tǒng)。在線檢測和控制技術(shù)，單機(jī)自動化和工序連續(xù)化，解決國產(chǎn)清梳聯(lián)、并條機(jī)自調(diào)勻整系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性?！?.主要紡織機(jī)械對變頻器的需求由于近幾年紡織行業(yè)技術(shù)改造的主要投入在擴(kuò)展生產(chǎn)能力，加之紡織機(jī)械技術(shù)更新快，目前變頻器80%以上是由紡織機(jī)械廠采購配套在主機(jī)設(shè)備中，再銷售給最終用戶紡織生產(chǎn)廠家的。我們對變頻器需求量分析只聚焦于這個配套市場，或稱為OEM市場。不過紡織設(shè)備幾乎24小時連續(xù)工作，損壞和老化的速度快，另外90年代初期上馬的不少電氣系統(tǒng)已進(jìn)入報廢期，因此變頻器在紡織廠還有一定的改造市場，而且所占比例將會逐年增加。據(jù)作者調(diào)查分析，2003年國內(nèi)紡織化纖機(jī)械主機(jī)廠對變頻器的采購需求約6億元，由于紡織工藝復(fù)雜、機(jī)械品種繁多，按紡紗、織造、染整和化纖類整理其需求份額如圖4所示。下面按紡紗、織造、染整和化纖機(jī)械對變頻器的需求分別介紹：4.1.紡紗機(jī)械紡紗機(jī)械負(fù)責(zé)將棉、毛、麻、絲和化學(xué)纖維原料進(jìn)行除雜、開松、牽伸成為均勻柔韌的細(xì)紗。工藝流程和主要設(shè)備見圖5。大部分紡織設(shè)備對傳動調(diào)速要求一般，保持一定的微張力卷繞控制特性，通用的V/F控制變頻器基本滿足要求：1)調(diào)速電機(jī)功率范圍0.7537kW;2)啟動過程要求平穩(wěn)，變頻器啟動頻率設(shè)置盡量低;3)制動過程要求快速，平穩(wěn);4)可編程的多段速度輸出;5)多電機(jī)級聯(lián)運(yùn)行要求速度同步;6)為使紗均勻地繞在錠子上，要求擺頻，即紡織專用三角波頻率輸出;7)配合自調(diào)勻整控制系統(tǒng)，對于高速或高性能的并條機(jī)需要矢量閉環(huán)控制變頻器或伺服驅(qū)動系統(tǒng)。雖然近年來空調(diào)的引進(jìn)，清花部分原料采用管道運(yùn)輸使紡紗車間的工作環(huán)境有所改善，但大部分紡紗車間仍然是高噪音、高溫和多塵絮，這就要求變頻器具有更強(qiáng)的惡劣環(huán)境下的適應(yīng)能力。紡紗機(jī)械除了高速并條機(jī)、轉(zhuǎn)杯紡機(jī)有部分進(jìn)口外，基本都實現(xiàn)國產(chǎn)化。對變頻器的總體要求是可靠性高、低成本，小型化。4.2.織造機(jī)械織造機(jī)械負(fù)責(zé)將纖維紗加工成布匹、線繩或針織品。絡(luò)筒、整經(jīng)、漿紗是織布前的準(zhǔn)備工藝。工藝流程和主要設(shè)備見圖6。織布車間和捻線車間的工作條件與紡紗車間相似，其中織布機(jī)的噪音更大。針織機(jī)的工作環(huán)境相對好一些，但大園機(jī)一般將變頻器安裝在機(jī)器本體上，這對變頻器的抗振動能力有一定要求?？椩鞕C(jī)械要求變頻器具備的功能和性能：1)調(diào)速電機(jī)功率范圍0.222kW;2)單錠絡(luò)筒、針織機(jī)、整經(jīng)機(jī)要求故障和定長(或滿軸時)自動停機(jī);3)絡(luò)筒、并紗、捻線機(jī)要求變頻器具有擺頻功能;4)平滑啟動和快速制動;5)漿紗機(jī)要求調(diào)速范圍大，張力恒定，多電機(jī)同步調(diào)速。自動絡(luò)筒機(jī)、高速無梭織機(jī)以及高檔繡花機(jī)仍然有大量的進(jìn)口，國內(nèi)主機(jī)廠正在努力開發(fā)新產(chǎn)品，迫切需要低成本的小功率變頻器和無刷直流驅(qū)動系統(tǒng)配合。相信這部分的變頻器需求量將有較大增長空間。4.3.染整機(jī)械染整機(jī)械是布匹和紗線后道處理設(shè)備。按工藝要求可分為煉漂、染色、印花、整理等工序，在每道工序中，根據(jù)加工織物的不同要求，又進(jìn)行若干單元操作。其中煉漂包括坯布準(zhǔn)備燒毛退漿煮煉漂白絲光熱定型等工序，新的設(shè)計已將這些工序過程組合到退煮漂聯(lián)合機(jī)中。工藝流程和主要設(shè)備見圖7所示。一般的染整設(shè)備對傳動調(diào)速要求一般，單方向不可逆，平穩(wěn)啟動和停車，多單元同步，但間歇式染色機(jī)和印花機(jī)則要求較高。染整設(shè)備的工作環(huán)境是高溫和潮濕。1)調(diào)速電機(jī)的功率范圍1.530kW，十幾千瓦以上的占多數(shù);2)間歇式染色機(jī)要求調(diào)速范圍寬，張力卷繞控制，快速正反轉(zhuǎn);3)印花機(jī)要求調(diào)速范圍寬，平滑快速起制動，對花定位高精度(定位驅(qū)動多采用伺服系統(tǒng));4)水洗機(jī)負(fù)載慣性大，要求變頻器快速制動;5)后整理線的多電機(jī)傳動要求速度同步精度高，張力控制;6)一些場合要求變頻器采取公共直流母線方案，以省去制動電阻以及能量損耗。中國紡機(jī)協(xié)會指出2003年洗滌、漂白、染色機(jī)和后道整理機(jī)器有9000臺6.3億美元的進(jìn)口，金額幾乎與國產(chǎn)設(shè)備的銷售額相當(dāng)，說明染整設(shè)備的國產(chǎn)化道路依然寬闊，市場增長空間大。4.4.化纖機(jī)械化纖機(jī)械包括紡絲機(jī)、后處理生產(chǎn)線、彈力絲機(jī)、非織造布生產(chǎn)線等。工藝流程和主要設(shè)備示意見圖8。紡絲機(jī)是關(guān)鍵設(shè)備，分長絲紡絲機(jī)和短絲紡絲機(jī)，工作原理相同。紡絲機(jī)將化纖原料如滌綸、錦綸、丙綸、氨綸、復(fù)合，高溫溶化，送料鼓風(fēng)機(jī)加壓，從計量泵吹出絲，再通過熱牽伸輥和高速卷繞頭紡