国网新疆电力公司乌鲁木齐供电公司“探索发现”QC小组.pdf

国网乌鲁木齐供电公司国网乌鲁木齐供电公司 2016 年年 QC 成果交流材料成果交流材料 载气就地发生装置的研制载气就地发生装置的研制 主 笔主 笔 人人：王王鑫鑫、宋玉涛、宋玉涛 发 布发 布 人人：徐徐浩浩、马马轩轩 申报日申报日期期：2017 年年 02 月月 国网乌鲁木齐供电公司 变电检修室“探索发现”QC 小组 “探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 1 小组名称 国网乌鲁木齐供电公司变电检修室“探索发现”QC 小组 课题名称 小组类型 创新型创新型 总策划 宋玉涛、王鑫 课题指导 陈兴 小组注册号 WD-2009-50 小组注册日期 2009.02 活动次数 24 课题活动时间 2016.012016.12 课题注册时间 2016.01.02 技术指导 刘新宇、宋占党 小组人员配备 姓名 文化程度 专业特长 分工 角色 王鑫 本科 油务化验能手 全局把握、总体统筹策划 组长 宋 玉 涛 研 究 生 精通电气控制技术 全面统筹策划、汇集撰写 副组长 陈疆 研 究 生 继电保护专家 负责课题落实、操作指导 组员 曹磊 研 究 生 精通电气开关原理 负责课题落实、数据分析 组员 谢 堂 文 本科 精通软件编程 课题策划协调、功能研发 组员 汪 兆 奇 本科 单片机、继电保护原理 课题策划协调、功能研发 组员 马轩 本科 在线监测装置原理 负责课题落实、数据统计 组员 宋 昆 峰 研 究 生 熟悉电力电子技术 负责课题落实、资料收集 组员 穆斯塔法 本科 MATLAB 数据分析 负责课题落实、资料收集 组员 徐浩 本科 熟练机械制造原理 负责课题落实、资料收集 组员 刘鹏 研 究 生 熟练掌握办公软件 资料收集、图表制作 组员 卢 诗 特 本科 图纸设计 资料收集、图表制作 组员 丛 冰 杰 研 究 生 熟练掌握 PLC 软硬件 资料收集、图表制作 组员 郝阳 本科 熟悉电气回路 安装调试、效果检查 组员 陈林 本科 熟悉机械原理 安装调试、效果检查 组员 制表人：卢诗特 制表时间：2016.01.04 “探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 2 （一）背景分析 1.载气及油色谱在线监测装置作用简介 载气：一种氮氧比例为 4：1 的混合气体，一般储存于固定的容器即载气瓶内。变压器油中溶解气体分析判断导则中规定“4.1.2 油色谱实验中所用载气，氮氧比例允许范围为 3.5：14.5：1”。油色谱在线监测装置：能够将变压器等充油设备油中溶解的气体分离出来，并运送至气体检测装置进行检测，进而监测充油设备内部工作状况。在这个过程中，“载气载气”的作用就好比“货车货车”，它将油中溶解气体运送至气体检测装置中，如图 2-1 虚线框中所示：图 2-1 载气角色示意图 制图人：卢诗特 制图时间：2016.01.07 2.载气使用现状（1）油色谱在线监测装置现状 载气瓶安装在油色谱在线监测装置中，定期为油色谱在线监测装置供气。随着在线监测装置长期运行，载气瓶中的载气将会逐渐耗尽，为保证在线监测装置的正常运行，需要及时更换气瓶。目前公司载气瓶的更换为人工方式，工作量和更换费用都十分巨大。进油管进油管回油管回油管变压器变压器气气体体检检测测装装置置色谱接收台色谱接收台油中溶油中溶解气体解气体载气载气载气瓶载气瓶大气大气油油气气分分离离装装置置“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 3 （2）载气瓶更换工作量现状 小组人员刘鹏对 2015 年度公司三座变电站的载气瓶更换次数进行了统计，统计结果如下表所示：表 2-1 2015 年三座变电站载气瓶更换次数统计表 装置名称 气瓶更换日期 第 1 次 第 2 次 第 3 次 第 4 次 第 5 次 第第 6 次次 110kV 卓越变 1 号装置 2015 年 1 月 10 日 2015 年 3 月 8 日 2015 年 5 月 9 日 2015 年 7 月 7 日 2015 年 9 月 10 日 2015 年 11 月 6 日 220kV 三宫变 2 号装置 2015 年 1 月 7 日 2015 年 3 月 8 日 2015 年 5 月 6 日 2015 年 7 月 10 日 2015 年 9 月 5 日 2015 年 11 月 7 日 110kV 健康变 1 号装置 2015 年 1 月 9 日 2015 年 3 月 8 日 2015 年 5 月 11 日 2015 年 7 月 9 日 2015 年 9 月 8 日 2015 年 11 月 9 日 制表人：刘鹏 制表时间：2016.01.09 从上表可知，单台装置每年需更换 6 次气瓶。目前，公司共装设油色谱在线监测装置 20 台，每年要进行载气瓶更换次数为 6 20=120次。（3）载气瓶更换费用现状 载气瓶现有的更换方式为人工更换，每次载气瓶的更换共需 2 位工作人员、1 位厂家技术人员、载气 1 瓶、此外还需要工程车 1 辆，单次载气瓶更换费用如下表所示：表 2-2 单次载气瓶更换费用统计表 项目 工作人员 厂家人员 工程车辆 载气瓶 数量 2 人 1 人 1 辆 1 瓶 单价 200 元 1500 元 300 元 2500 元 费用 400 元 1500 元 300 元 2500 元 单次气瓶更换总费用 400+1500+300+2500=4700(元)制表人：丛冰杰 制表时间：2016.01.09 由上表可知，单次载气瓶的更换共需花费 4700 元。2015 年公司载气瓶更换量为 120 次，费用共计：4700 120=564000元。结论：结论：通过上述分析可知，人工更换气瓶的方式，工作量和费用都十分巨大，为了减少不必要的工作量，节约费用，亟需研究出一种新型的载气更换方式。“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 4（二）课题确认 在确认课题的过程中，小组成员受到家用燃气灶的启发，早期的燃气灶使用气罐供气，燃气用完后就需要更换气罐，而现在的燃气灶使用天然气管道供气，彻底避免了更换气罐的麻烦。同理，若能研制一种装置，能够源源不断地生产出载气，通过管线传输给油色谱在线监测装置，即可免除人工更换载气瓶的工作量和费用。因此本小组确定 QC 课题为：（三）课题查新 小组成员宋昆峰分别在国家知识产权局和中国科学院新疆科技查新咨询中心进行了课题查新，未发现与载气就地发生装置有关的论文和专利。图 2-2 课题查新报告 查新结果确认：目前尚无载气就地发生目前尚无载气就地发生装置装置的文献报道的文献报道 “探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 5 （一）目标值确定 根据国家电网公司无人值守变电站运维管理规定“6.4.3 变电站内在线监测装置的最小巡视频率为 90 天一次”，为保证在 90 天内载气供应不间断，最终将本次 QC 活动的目标值设定为：（二）目标可行性分析 1.理论依据 载气是由比例 4：1 的氮氧混合气体组成，油色谱实验中氮氧比例允许范围为 3.5：14.5：1，小组成员徐浩查阅相关资料，试图寻找一种能够转变为载气的常见气体，最终发现空气空气中的氮氧比例在允许范围内，具备转变为载气的基本条件，如下表所示：表 3-1 载气与空气中氮氧含量比例一览表 比例项目名称 气体名称 氮气 氧气 氮氧比例 载气载气 80%20%4:1 空气空气 78%21%3.7:1 制表人：丛冰杰 制表时间：2016.01.23 空气的成分中除了氮气和氧气外，还包含杂质、水分、CO2、SO2及稀有气体，其中仅稀有气体不影响载气的使用性能，因此只需把空气中的杂质、水分、CO2、SO2过滤分离，就可以将空气转变成载气。小组成员对现有的空气过滤技术开展了深入调查分析，发现过滤分离空气中杂质、水分、CO2、SO2的技术都是成熟的。因此从理论上来说，具备研制出载气就地发生装置的条件具备研制出载气就地发生装置的条件。其工作原理模拟图如下所示：载气就地发生装置不间断供气时间达到载气就地发生装置不间断供气时间达到 9090 天天 “探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 6 图 3-1 载气就地发生装置工作原理模拟图 制图人：丛冰杰 制图时间：2016.01.23 2.模拟验证 公司实验室现有一台氮气发生装置，其制气原理与载气就地发生装置十分类似十分类似。同样是以空气为原料，通过分离过滤不需要的气体及杂质产生所需气体，其工作流程图如下所示：开启氮气发生装置开关启动空气压缩机过滤杂质及气体得到氮气氮气是否满足实验用量关闭进气阀压缩机停止工作Y开始结束N 图 3-2 氮气发生装置工作流程图 制图人：丛冰杰 制图时间：2016.01.23 因此可以通过对比氮气发生装置的运行情况来模拟验证载气就地发生装置的不间断供气时间。2016 年 1 月 25 日，小组成员徐浩对该氮气发生装置 2014-2015 年度的运行维护记录进行查阅，如表 3-3 所示：“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 7 表 3-3 2014-2015 年氮气发生装置运行维护记录表 维护次序维护次序 维护人员维护人员 维护时间维护时间 持续持续供气时间供气时间 第一次第一次 艾尔江 2014 年 5 月 12 日 131 天 第二次第二次 古丽 2014 年 8 月 10 日 97 天天 第三次第三次 陈峰 2014 年 12 月 9 日 114 天 第四次第四次 米娜 2015 年 5 月 5 日 147 天 第五次第五次 陈志强 2015 年 9 月 15 日 133 天 第六次第六次 赵金东 2015 年 12 月 31 日 108 天 制表人：丛冰杰 制表时间：2016.01.25 由上表可知，该装置的不间断供气时间最短为97天，高于目标值90 天。结论：结论：本次活动本次活动小组设定小组设定的的目标是可行目标是可行的的 “探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 8 （一）提出斱案 针对载气就地发生装置的研制，小组成员运用头脑风暴法头脑风暴法进行了讨论，并整理归纳，得出三种备选方案，用亲和图亲和图展示如图 4-1 所示：图 4-1 载气就地发生装置的研制亲和图 制图人：卢诗特 制图时间：2016.01.26 欠压启动储气系统定时启动直供系统持续运行直供系统装置功能装置功能装置功能与油色谱在线监测装置同步启动，启动1次/天气瓶压力低于设定值时启动，启动1次/周设备持续运行无储备气体供气，可靠性低仅在检测时供气，载气利用率高有储备气体供气，可靠性高持续供气，载气浪费量大，利用率低仅在检测时供气，载气利用率高无储备气体供气，可靠性低安装维护安装维护内部无储气瓶，装置体积中等，约54000cm3（20cm 30cm 90cm）过滤部分使用频次为1次/天，维护量中等内部有储气瓶，装置体积大，约132000cm3(30cm 40cm 110cm)过滤部分使用频次为1次/周，维护量小内部无储气瓶，装置体积小，约28000cm3（20cm 20cm 70cm）过滤部分24小时运行，维护量大经济性经济性经济性无需购置储气瓶及传感器，装置造价中等3000元维护量中等，维护成本中等2700元需购置储气瓶及传感器，装置造价高4300元维护量小，维护成本低1200元无需购置储气瓶及传感器，组件少，装置造价低 2400元维护量大，维护成本高4900元安装7个部分安装难度中等安装8个部分,需配置储气瓶，安装难度大安装4个部分安装难度小载气就地发生装置的研制安装维护“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 9 （二）选择最佳斱案 为了从三种方案中选出最佳方案，小组成员对每种方案的方案描述、装置系统图、方案树图以及项目指标（包括装置功能、安装维护以及经济性）进行了分析讨论，具体内容见下表：表 4-1 定时启动直供系统 方案描述方案描述 本装置通过时间逻辑控制模块时间逻辑控制模块，定时开启压缩机与阀门，过滤空气产生载气，直接供给直接供给油色谱在线监测装置。装置系统图装置系统图（DIS 稿）稿）空气压缩机空气压缩机空气过滤器空气过滤器计时器计时器时间逻辑控制模块时间逻辑控制模块阀阀门门阀门阀门阀门阀门空气空气载气载气管线管线装装置置外外壳壳时间逻辑时间逻辑DNDN=3232 方案树图方案树图 项项目目指指标标 装置 功能 启动频次：启动频次：通过时间逻辑控制模块控制本装置启停，启停时间与油色谱在线监测装置保持同步，启停频次为 1 次/天，装置启动频次中等。可靠性：可靠性：无载气储备，装置出现故障时将无法为油色谱在线监测装置供气。可靠性低。载气利用率：载气利用率：本装置与油色谱在线监测装置同步启停，仅在油色谱在线监测装置需要时供气，不会造成载气浪费，载气利用率高。安装 维护 体积体积：估算体积约20cm 30cm 90cm=54000 cm3，体积中等。安装难度：安装难度：共需安装 7 个部分，安装难度中等。维护量：维护量：由于装置启动频次 1 次/天，空气过滤器使用频次中等，因此相应的设备维护量中等。经济性 装置造价（市场均价）装置造价（市场均价）=空气过滤器 800 元+空气压缩机 1000 元+逻辑控制模块 200 元+计时器 200 元+阀门 200 元+管线 300 元+装置外壳 300 元=3000 元。维护成本预估价（维护成本预估价（12 次次/年）年）=人工费 1200 元+空气过滤器维护 1200 元+其他设备维护 300 元=2700 元。成本总计成本总计=装置造价 3000 元+维护成本 2700 元=5700 元元，成本中等。制表人：刘鹏 制表时间：2016.01.27 装置外壳管线计时器定时启动直供系统阀门时间逻辑控制模块空气过滤器空气压缩机“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 10 表 4-2 欠压启动储气系统 方案描述方案描述 装置内置载气存储瓶载气存储瓶，由载气存储瓶给油色谱在线监测装置供气，瓶内储气量至少可以使用 7 天。通过压力传感器检测瓶内压力，当压力0.3MPa时，压力逻辑控制模块压力逻辑控制模块开启装置，给载气存储瓶充气，当压力达到 0.6MPa时，关闭装置。装置系统图装置系统图（DIS 稿）稿）空气压缩机空气压缩机空气过滤器空气过滤器压力逻辑控制模块压力逻辑控制模块阀门阀门阀门阀门空气空气载气载气管线管线装装置置外外壳壳压力逻辑压力逻辑DNDN=3232阀门阀门压力传感器压力传感器载气存储瓶载气存储瓶 方案树图方案树图 项项 目目 指指 标标 装置 功能 启动频次：启动频次：只有当载气存储瓶的压力0.3MPa 时，设备启动。储气一次后，载气存储瓶的载气可以维持一周的检测需要，装置启动运行频次低。可靠性：可靠性：当装置出现故障无法制气时，仍可由载气存储瓶正常供气，可靠性高。载气利用率：载气利用率：过滤后的气体存储在载气存储瓶内，仅在油色谱在线监测装置检测过程中供气，整个过程不造成载气浪费，载气利用率高。安装 维护 体积体积：设备内部有载气存储瓶载气存储瓶，估算体积约 30cm 40cm 110cm=132000cm3，体积大。安装难度：安装难度：共需安装 8 个部分，需配置载气存储瓶，安装难度大。维护量：维护量：设备启动频次 1 次/周，空气过滤器使用频次低，维护量小。经济性 装置造价（市场均价）装置造价（市场均价）=空气过滤器 800 元+空气压缩机 1000 元+载气存储瓶400+逻辑控制模块 200 元+压力传感器 1000 元+阀门 200 元+管线 400 元+装置外壳 300 元=4300 元。维护成本预估价（维护成本预估价（4 次次/年）年）=人工费 400 元+空气过滤器维护 400 元+其他设备维护 400 元=1200 元。成本总计成本总计=装置造价 4300 元+维护成本 1200 元=5500 元，元，成本低。制表人：刘鹏 制表时间：2016.01.27 装置外壳管线压力传感器压力逻辑控制模块欠压启动储气系统载气存储瓶阀门空气压缩机空气过滤器“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 11 表 4-3 持续运行直供系统 方案描述方案描述 本装置开启后持续运行持续运行，产生的载气直接供给直接供给油色谱在线监测装置，无逻辑判断功能。装置系统图装置系统图（DIS 稿）稿）空气压缩机空气压缩机空气过滤器空气过滤器阀阀门门阀门阀门阀门阀门空气空气载气载气管线管线装装置置外外壳壳DNDN=3232 方案树图方案树图 项项 目目 指指 标标 装置 功能 启动频次：启动频次：设备持续运行，启停无逻辑模块控制，设备始终处于启动状态。可靠性：可靠性：无载气储备，装置出现故障时将无法为油色谱在线监测装置供气，可靠性低。载气利用率：载气利用率：无论油色谱在线监测装置是否需要，始终产生载气，造成大量浪费，载气利用率低。安装 维护 体积体积：估算体积约 20cm 20cm 70cm=28000cm3，体积小。安装难度安装难度：共安装 5 部分，加工量小，安装难度小。维护量维护量：空气过滤器 24 小时运行，导致维护量大。经济性 装置造价（市场均价）装置造价（市场均价）=空气过滤器 800 元+空气压缩机 1000 元+管线 300 元+装置外壳 300 元=2400 元。维护成本预估价（维护成本预估价（24 次次/年）年）=人工费 2400 元+空气过滤器维护 2400 元+其他设备维护 100 元=4900 元。成本总计成本总计=装置造价 2400 元+维护成本 4900 元=7300 元，元，成本高。制表人：刘鹏 制表时间：2016.01.28 装置外壳管线持续运行直供系统空气过滤器空气压缩机阀门“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 12 小组结合每个方案的方案树图及项目指标（装置功能、安装维护和经济性）进行综合评价，结论如下表所示：表 4-4 总体方案评价表 方方案案 方案树图方案树图 装置功能性装置功能性 安装维护难度安装维护难度 经济性经济性 结结论论 方方案案一一 装置功能性中等装置功能性中等(1)启动频次中等(2)可靠性低(3)载气利用率高 安装维护难度中等安装维护难度中等(1)安装体积中等（54000 cm3）(2)安装难度中等（共安装 7 个部分）(3)维护量中等 12 次/年 总成本中等总成本中等（5700 元）(1)装置造价中等（3000 元/台）(2)维护成本中等（2700 元/年）不 采 用 方方案案二二 装置功能性强装置功能性强(1)启动频次低(2)可靠性高(3)载气利用率高 安装维护难度小安装维护难度小(1)安装体积大（132000cm3）(2)安装难度中等（共安装 8 个部分）(3)维护量小，4 次/年 总成本低总成本低（5500 元）(1)装 置 造 价 高（4300 元/台）(2)维 护 成 本 低（1200 元/年）采采用用 方方案案三三 装置功能性弱装置功能性弱(1)设备持续运行(2)可靠性低(3)载气利用率低 安装维护难度大安装维护难度大(1)装置体积小（28000cm3）(2)安装难度小（共安装 5 个部分）(3)维护量大，24 次/年 总成本高总成本高（7300 元）(1)装 置 造 价 低（2400 元/台）(2)维 护 成 本 高（4900 元/年）不 采 用 制表人：刘鹏 制表时间：2016.01.28 结论结论：经综合对比，方案三各项指标偏低，而方案二与方案一相比装置功能性强、安装维护难度低、总成本低。因此小组最终选择：方案二方案二欠压启动储气系统欠压启动储气系统 装置外壳管线计时器定时启动直供系统阀门时间逻辑控制模块空气过滤器空气压缩机装置外壳管线压力传感器压力逻辑控制模块欠压启动储气系统载气存储瓶阀门空气压缩机空气过滤器装置外壳管线持续运行直供系统空气过滤器空气压缩机阀门“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 13 （三）二级斱案分解 选择欠压启动储气系统后，小组进行了方案树图树图的制作。图 4-2 方案树图 制图人：刘鹏 制图时间：2016.02.01 一级分解一级分解一级分解一级分解二级分解二级分解二级分解二级分解选定方案选定方案空气过滤器空气压缩机载气存储瓶压力逻辑控制模块压力传感器阀门管线装置外壳吸附式过滤器机械式过滤器静电式过滤器容积式压缩机离心式压缩机往复式压缩机不锈钢气瓶纤维缠绕复合材料气瓶无缝钢气瓶数字控制模块为核心软件单片机控制模块为核心元件电感式压力传感器压阻式压力传感器电容式压力传感器闸阀截止阀球阀不锈钢管线PE管线玻璃纤维管线工程塑料塑钢不锈钢欠压启动储气系统“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 14 （四）斱案选择 在选定最佳方案后，小组成员按照方案树图对分解方案进行选择。1.空气过滤器选择（1）类型选择 空气过滤器的功能是将空气中的杂质、水分、CO2、SO2过滤分离，使过滤后的气体满足油色谱实验要求。经过查阅资料，小组成员决定从三种类型的过滤器中选择。表 4-5 空气过滤器类型选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种类型过滤器，对其指标加以对比分析。类型 吸附式过滤器 机械式过滤器 静电式过滤器 选择条件 1.通风量通风量100m/h 2.对对 3 微米及以上的颗粒吸附能力微米及以上的颗粒吸附能力95%，且不易脱附，且不易脱附 通风量 通风量中等通风量中等 200m/h400m/h 通风量大通风量大 300m/h500m/h 通风量小通风量小 100m/h250m/h 吸附性能 吸附能力弱吸附能力弱 能吸附85%大小为3微米的颗粒，易脱附，易饱和，需经常更换 吸附能力强吸附能力强 能吸附 99.7%大小为 3微米的颗粒，不易脱附，具有较强的吸附能力 吸附能力中等吸附能力中等 能吸附 95%大小为 3 微米的颗粒，不易脱附，但易饱和，需经常更换 价格 价格低价格低 80 元150 元 价格中等价格中等 100 元200 元 价格高价格高 500 元1000 元 选择 不采用 采用采用 不采用 制表时间：2016.02.03 地点：试验化验班 负责人：汪兆奇 制表人：卢诗特 结论：结论：通过对比，发现机械式过滤器通风量大、吸附性能好且价格中等，符合选择条件，因此最终采用机械式过滤器机械式过滤器。“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 15 （2）型号选择 根据选择条件，进一步选择一种孔径范围、过滤风阻，过滤能效、催化剂活性持续时间等指标综合最优的过滤器型号。表 4-6 机械式过滤器型号选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种型号机械式过滤器，对其指标加以对比分析。型号 克瑞斯 SLAF-30HT 松下新风 FV-02NJP1C 夏普 FZ-CD20BH 实物图 选择条件 1.孔径范围孔径范围5 2.过滤风阻为过滤风阻为 220Pa400Pa 3.过滤能效达到过滤能效达到10m3/hW 4.催化剂活性持续时间催化剂活性持续时间800h 有效孔径 孔径小孔径小 4 孔径大孔径大 11 孔径中等孔径中等 9 风阻 风阻小风阻小 350Pa 风阻风阻中等中等 475Pa 风阻风阻大大 620Pa 过滤能效 过滤能效高过滤能效高 25m3/hW 过滤能效过滤能效中等中等 18m3/hW 过滤能过滤能效效低低 11.5m3/hW 工作温度 适应性高适应性高-3080 适应性中适应性中等等-2070 适应性低适应性低-2040 催化剂活性持续时间 持续时间长持续时间长 920h 持续时间持续时间短短 450h 持续时间持续时间中等中等 660h 价格 价格低价格低 830 元 价格高价格高 970 元 价格中等价格中等 900 元 选择 采用采用 不采用 不采用 制表时间：2016.02.03 地点：试验化验班 负责人：宋昆峰 制表人：丛冰杰 结论结论：通过对比，最终采用孔径小、风阻小、过滤能效高的克瑞斯克瑞斯SLAF-30HT 高效空气过滤器。高效空气过滤器。二级分解二级分解二级分解二级分解三级分解三级分解三级分解三级分解一级分解一级分解一级分解一级分解空气过滤器机械式过滤器克瑞斯SLAF-30HT高效空气过滤器“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 16 2.空气压缩机选择（1）类型选择 空气压缩机可以将过滤后的气体输入到载气存储瓶中，是装置运行的重要传输元件。小组成员对容积式压缩机、往复式压缩机、离心式压缩机的容积流量、噪声、工作环境温度范围进行对比，结果如下：表 4-7 空气压缩机类型选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种类型空气压缩机，对其指标加以对比分析。类型 容积式压缩机 离心式压缩机 往复式压缩机 选择条件 1.容积流量满足容积流量满足 1.5-2.2m/min2.噪声噪声30dB 3.工作环境温度能满足工作环境温度能满足-5060 容积流量 容积流量小容积流量小 1.41.7m/min 容积流量大容积流量大 1.82.2m/min 容积流量中等容积流量中等 1.51.8m/min 噪声 噪声大噪声大 50dB 噪声小噪声小 30dB 噪声中等噪声中等 40dB 工作环境 温度范围 工作环境温度范围工作环境温度范围中等中等-45 50 工作环境温度范围大工作环境温度范围大-6070 工作环境温度范围小工作环境温度范围小-3050 价格 价格高价格高 11001500元 价格低价格低 8501000元 价格中等价格中等 12001350元 结论 不采用 采用采用 不采用 制表时间：2016.02.05 地点：试验化验班 负责人：汪兆奇 制表人：刘鹏 结论：结论：通过对比，我们发现离心式压缩机容积流量大、噪声小、价格低，因此我们最终选择离心式压缩机离心式压缩机。“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 17 （2）型号选择 根据选择条件，小组成员从体积、容积流量和单位排气量消耗功率方面对以下三种离心式压缩机型号进行选择。表 4-8 离心式压缩机型号选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种型号离心式压缩机，对其指标加以对比分析。型号 OLF550GK MAKA olBin 实物图 选择条件 1.体积体积15cm10 cm25 cm2.容积流量容积流量2.0m/min 3.单位排气量消耗功率单位排气量消耗功率5.5kW/m 体积 体积中等体积中等 16cm9cm19.5cm=2808cm 体积大体积大 23cm10cm27cm=6210 cm 体积小体积小 15cm8cm18cm=2160 cm 容积流量 容积流量小容积流量小 1.9m/min 容积流量中等容积流量中等 2.0m/min 容积流量大容积流量大 2.2m/min 单位排气量消耗 功率 单位排气量消耗功率单位排气量消耗功率中等中等 5.8kW/m 单位排气量消耗功率单位排气量消耗功率高高 6.4kW/m 单位排气量消耗功率单位排气量消耗功率低低 5.5kW/m 价格 价格中等价格中等 900 元 价格价格高高 950 元 价格价格低低 880 元 结论 不采用 不采用 采用采用 制表时间：2016.02.05 地点：试验化验班 负责人：马轩 制表人：刘鹏 结论：结论：对比以上三种型号压缩机的优缺点，进行综合分析后，我们选择了体积小、容积流量大、单位排气量消耗功率低、价格低的 olBin型离心式压缩机型离心式压缩机。一级分解一级分解一级分解一级分解二级分解二级分解二级分解二级分解三级分解三级分解三级分解三级分解空气压缩机空气压缩机离心式压缩机离心式压缩机olBin型离心式压缩机olBin型离心式压缩机“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 18 3.载气存储瓶选择（1）类型选择 载气存储瓶的功能是存储过滤后的气体。小组成员从气瓶内胆抗压能力，气密性及容量等方面进行选择。表 4-9 载气存储瓶类型选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种类型载气存储瓶，对其指标加以对比分析。类型 不锈钢气瓶 纤维缠绕复合材料气瓶 无缝钢气瓶 选择条件 1.气瓶内胆抗压能力达到气瓶内胆抗压能力达到 5000psi 及以上及以上 2.气密性气密性0.015 m/mh 3.容量能够存储十次实验所需的载气容量能够存储十次实验所需的载气，大于大于 200cm 抗压能力 抗压能力低抗压能力低 2000psi 抗压能力高抗压能力高 6000psi 抗压能力中等抗压能力中等 4000psi 气密性 气密性中等气密性中等 0.03m/mh 气密性高气密性高 0.01m/mh 气密性低气密性低 0.04m/mh 容量 容量小容量小 100150cm 容量大容量大 300400cm 容量中等容量中等 275350cm 价格 价格中等价格中等 500 元 价格低价格低 480 元 价格高价格高 630 元 结论 不采用 采用采用 不采用 制表时间：2016.02.05 地点：试验化验班 负责人：马轩 制表人：刘鹏 结论：结论：对比以上三种型号气瓶的各项指标，进行综合分析，最终选择了抗压能力高，气密性高，价格低廉的纤维缠绕复合材料气瓶。纤维缠绕复合材料气瓶。“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 19 （2）型号选择 在载气存储瓶选择“纤维缠绕复合材料气瓶”“纤维缠绕复合材料气瓶”后，小组成员进行综合分析，分别对不同型号纤维缠绕复合材料气瓶进行选择，如下表所示：表 4-10 载气存储瓶型号选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出两种型号载气存储瓶，对其指标加以对比分析。型号 纤维缠绕复合材料气瓶（铝制内胆）纤维缠绕复合材料气瓶（塑料内胆）选择条件 1.工作环境温度能满足工作环境温度能满足-5050条件的材料条件的材料 2.抗腐蚀性抗腐蚀性2.0mm/y 3.化学性能稳定化学性能稳定 工作环境温度 温度范围较大温度范围较大-60 65 温度范围小温度范围小-40 50 抗腐蚀性 抗腐蚀性高抗腐蚀性高 1.5mm/y 抗腐蚀性低抗腐蚀性低 3.0mm/y 化学性能 化学性能稳定化学性能稳定 不会与载气发生化学反应 化学性能不稳定化学性能不稳定 易与载气发生化学反应 结论 采用采用 不采用 制表时间：2016.02.05 地点：试验化验班 负责人：马轩 制表人：刘鹏 结论结论：通过对比选择温度范围较大、抗腐蚀性高、化学性能稳定的纤维缠绕复合材料气瓶（铝制内胆）。纤维缠绕复合材料气瓶（铝制内胆）。二级分解二级分解二级分解二级分解三级分解三级分解三级分解三级分解一级分解一级分解一级分解一级分解载气存储瓶纤维缠绕复合材料气瓶纤维缠绕复合材料（铝制内胆）“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 20 4.压力逻辑控制模块选择（1）类型选择 压力逻辑控制模块可以实现载气装置的智能分析判断，选择时应满足端口数量在 18 个及以上，并且具有灵活、快速控制等特点。表 4-11 压力逻辑控制模块类型选择 调查 分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出两种类型压力逻辑控制模块，对其指标加以对比分析。类型 数字控制模块为核心元件 单片机控制模块为核心元件 实物图 选择 条件 1.开发周期开发周期15 天天 2.端口数量端口数量18 个个 3.安装安装调试情况方便简单调试情况方便简单 4.处理能力强处理能力强 开发 周期 开发周期长开发周期长 15 天 开发周期短开发周期短 7 天 端口 数量 端口数量少端口数量少 8 端口数量多端口数量多 32 安装调试情况 调试复杂调试复杂 需要请专家调试 调试简单调试简单 小组成员自行安装调试 处理 能力 处理能力弱处理能力弱 采用串行处理数据方式 处理能力较强处理能力较强 采用并行 32 位处理数据方式 选择 不采用 采用采用 制表时间：2016.02.17 地点：试验化验班 负责人：曹磊 制表人：刘鹏 结论：结论：通过对比，小组成员选择了端口数量多、开发周期短、安装调试便捷、处理能力强的单片机单片机作为逻辑控制模块。CPUCPU主控制器主控制器RECVRECVPALPAL2 2PALPAL1 1FIFFIF0101压力饱和压力饱和FlashFlash控制器控制器进气控制进气控制过滤层工作过滤层工作T T0 0-6801368013FIFFIF0202CPU控制器数据储存器RAMP2P4程序存储器ROM控制功能寄存器P1定时计数器P3中断系统8888XTN.1XTN.2“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 21 （2）型号选择 在逻辑模块选择单片机后，小组成员对不同型号单片机，从处理能力、端口数量和数据存储空间等指标进行选择，如下表所示：表 4-12 单片机型号选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出两种型号单片机，对其指标加以对比分析。型号 kl26f1023e4 STM32F103ZET6 实物图 选择条件 1.处理能力为处理能力为 32 位位 2.端口端口数量数量36 3.数据存储空间数据存储空间2K 4.程序存储空间为程序存储空间为 32K 处理能力 处理能力强处理能力强 32 位 处理能力强处理能力强 32 位 数据储存空间 储存空间储存空间小小 1.5K 储存空间大储存空间大 2K 程序储存空间 存储空间存储空间小小 16K 存储空间大存储空间大 32K 端口数量 端口数量少端口数量少 28 端口数量多端口数量多 48 经济评价 价格高价格高 160 元 价格低价格低 140 元 选择 不采用 采用采用 制表时间：2016.02.17 地点：试验化验班 负责人：马轩 制表人：卢诗特 结论：结论：通过对比，选择了处理能力强、存储空间大、端口数量多、价格低的 STM32F103ZET6 型单片机型单片机。一级分解一级分解一级分解一级分解二级分解二级分解二级分解二级分解三级分解三级分解三级分解三级分解压力逻辑控制模块压力逻辑控制模块单片机控制模块为核心元件单片机控制模块为核心元件STM32F103ZET6型单片机STM32F103ZET6型单片机“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 22 5.压力传感器选择（1）类型选择 压力传感器将压力转换为电信号，输出到压力逻辑控制模块，进而对载气存储瓶内剩余气体含量进行判断。表 4-13 压力传感器类型选择 调查 分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种类型压力传感器，对其指标加以对比分析。类型 电感式压力传感器 压阻式压力传感器 电容式压力传感器 实物图 选择 条件 1.频率响应速度频率响应速度1ms2.气压分辨灵敏度气压分辨灵敏度0.5mbar 频率响应速度 频率响应速度中等频率响应速度中等 0.3ms0.5ms 频率响应速度快频率响应速度快 0.1ms0.5ms 频率响应速度慢频率响应速度慢 1ms1.5ms 气压 分辨 灵敏度 气压分辨灵敏度中等气压分辨灵敏度中等 0.2mbar 气压分辨灵敏度高气压分辨灵敏度高 0.1mbar 气压分辨灵敏度低气压分辨灵敏度低 0.8mbar 价格 价格高价格高 1500 元2500 元 价格中等价格中等 600 元900 元 价格低价格低 550 元800 元 选择 不采用 采用采用 不采用 制表时间：2016.02.19 地点：试验化验班 负责人：汪兆奇 制表人：刘鹏 结论：结论：通过对比发现，压阻式压力传感器不仅频率响应速度快、气压分辨率灵敏度高，而且价格中等，能满足装置需求，因此最终采用压压阻式压力传感器阻式压力传感器。“探索发现”QC 小组载气就地发生装置的研制 23 （2）型号选择 根据选择条件，小组成员从响应时间、气压范围等方面选取压阻式压力传感器型号。表 4-14 压阻式压力传感器型号选择 调查分析 小组成员参照标准，查阅相关资料，提出三种型号压阻式压力传感器，对其指标加以对比分析。型号 MPM270 型 MDM290 型 MPM281 型 实物图 选择条件 1.响应时间响应时间0.4ms 2.气压范围气压范围大于大于 0MPa0.5MPa 3.宽温补偿范围大宽温补偿范围大于于 070 响应时间 响应时间响应时间长长 0.5ms 响应时间响应时间短短 0.1ms 响应时间响应时间中等中等 0.3ms 宽温补偿范围 补偿范围补偿范围中等中等 070 补偿范围补偿范围小小 060 补偿范围大补偿范围大-1080 气压范围 范围小范围小 0MPa0.5MPa 范围中范围中等