节能电解槽打壳气缸系统设计

2019.28科学技术创新进行问题的解决。事故报警和预告报警是当下安全监视功能主

要使用的两种报警方式：事故报警方式的应用情况是当系统发生跳闸或者电力的保护装置出现故障或者遭到破坏的时候会发出报警的信号，预告报警的应用情况此时电力装置并没有出

现故障只是电压或者电流超出了正常的状态，

此时会发出报警信号，并且电力监控系统会对出现故障的信息和数据进行记录方便以后进行查询。

2.6提高供配电系统的信息采集的效率

在供配电设计中应用电力监控系统的一个重要作用就是提高供配电系统的信息采集的效率。供配电的运行在应用电力监

控系统之后可以得到有效地控制，

并处于实时的监督之下。仪表是电力监控系统进行工作时主要使用的设备，

仪表本质上是一个显示信息的设备，在仪表的屏幕上可以全面显示收集到的

信息，这样可以提高信息的时效性和可靠性，

也可以方便用户对各种数据和信息的理解和利用。

3结合案例对电力监控系统的应用进行分析

以东莞体育中心为例进行电力监控系统的应用分析，东莞体育中心时常会承办一些比较大型的赛事比如说羽毛球、篮球赛和各种文娱活动，由于东莞体育中心的设备比较完善因此对电力的需求也比较大，并且必须保证电力的提供足够可靠。如果在举办过程中出现断电或者停电等问题将会带来很大的经济损失。因此在进行供配电设计时一定要充分考虑供电安全的问题。因此使用电力监控系统就显得尤为的必要，使用电力监

控系统可以对各个工作点的工作进行实时的监控，

然后需要设置专门的监控值班室并且配备专业的工作人员进行系统的控制。

4结论

总而言之，供配电设计中应用电力监控系统可以发挥出来巨大的作用，应用电力监控系统可以电力企业的供配电系统进行实时的监督，保障电力系统供配电工作的顺利开展，电力监控系统可以提高收集到的数据和信息的可靠性和高效性。为了让其发挥出来更大的作用，工作人员必须对电力监控系统有一

个清晰的了解和认识，对其进行不断地改进和完善，

让电力监控系统和其他系统可以更加紧密地连接在一起。

参考文献

[1]张春锁.电力监控系统在企业供配电设计中的作用分析[J].数码设计（下）,2019,(1):206-207.

[2]樊宇.电力监控系统在供配电设计中应用的研究[J].百科论坛电子杂志,2019,(4):485.

[3]沈佳.探讨电力监控系统在供配电设计中的应用[J].大科技,2019,(8):60-61.

作者简介:国永清（1975，5，10-），男，毕业于东北电力大学

电气工程及其自动化专业，国网黑龙江省电力有限公司哈尔滨分公司电力工程技术工程师。

节能电解槽打壳气缸系统设计

王志强

（青铜峡铝业股份有限责任公司宁东铝业分公司，

宁夏灵武750409）1概述

在当前工业中，铝及铝合金金属已成为应用最广泛的材料

之一，是促进社会工业发展必不可少的基础材料，

因此电解铝行业也成为目前我国工业生产中最重要的基础行业之一。在我国“十三五”规划中，曾多次提及工业产业节能减排目标，且在《铝工业“十三五”发展规划》中提出在电解铝生产中要提高能源的利用率，减少能源消耗量，因此研究开发新型电解铝装备是当前电解铝行业的关键。

2电解槽节能打壳气缸系统设计2.1打壳气缸工作原理

打壳气缸的安装位置如图1所示，其在电解铝施工中的主

要作用是保证电解铝原料能够顺利进入电解槽，

打壳气缸的主要工作原理是在气缸和换向阀结合组成系统的驱动下通过压缩空气产生一定的冲击力，将电解槽中与冷空气结合形成的结壳层打破，从而保证电解铝原料能够不断的进入电解槽中。

电解槽中的溶液与冷空气相遇后产生的结壳层厚度并不固

定，大部分结壳层相对较薄，打壳气缸仅需要输出较小的力即可成功打破，但是如果存在较厚的结壳层就需要打壳气缸输出较

大的力才能打破，因此针对不同薄厚程度的结壳层，

打壳气缸通过换向阀在不同的工作模式之间进行切换，使气缸能够输出大小程度不同的力。

当打壳系统处于待工状态时换向阀的状态如图2所示，

此时换向阀1处于断开状态，

而换向阀2处于闭合状态，打壳气缸的活塞在起始位置上。当打壳气缸开始工作后，打壳气缸活塞

离开起始位置，整个打壳系统进入差动模式，

此时系统的两个换向阀都处于闭合状态，气缸中无杆腔和有杆腔的气路被串通，

有杆腔内气体排出后直接汇入到无杆腔，在这个模式下系统具有

较小的耗气量，输出的气量也较小，

能够将较薄的结壳打破。如果铝液表面形成了较厚一层结壳层，则差动模式状态下的输出力已无法将结壳打破，此时换向阀切换模式，阀1闭合而阀2断开，采用双作用气缸换向回路连接模式，气缸的耗气量和输出力

同时大幅度增加，此时为打壳气缸的强力模式，

采摘要：电解铝生产过程中一个必不可少的重要设备就是打壳气缸，

它也是电解槽中的高耗能部分。打壳气缸系统的设计质量和设计合理性对金属铝的生产加工有着不可忽视的影响，现阶段，

打壳气缸气动系统仍存在一些问题，导致其工作稳定性和能源利用率都受到了不同程度的影响。因此为了提升打壳气缸系统的工作稳定性，

技术人员选择采用带有延时功能的纯气动回路代替了原始的电磁力换向，通过减少电磁铁数量的方式提升了气动系统的稳定性。

关键词：电解槽；打壳；

气缸；设计中图分类号:TF821文献标识码:A 文章编号:2096-4390(2019)28-0153-02（转下页）153--

科学技术创新

2019.28

用这种强力模式能够将大部分厚结壳层打破。当结壳层被成功

打破后，打壳气缸系统恢复到最初位置，换向阀1处于断开状态，换向阀2处于闭合状态，打壳气缸系统中有杆腔进行气源供

气，气体经过无杆腔排出至外界，

打壳气缸活塞收回，最后进入最初状态，重复待工模式（如图1）。总结来说，打壳系统工作都

按照以上周期进行循环往复，最初接收信号打壳系统进入差动模式状态，在运行中根据实际情况判断是否应该进入强力模式。因此在使用过程中如何对换向阀2进行有效控制对打壳气缸工作效率以及工作效果有着重要的影响。

2.2打壳气缸的性能指标

为了使打壳气缸能够刚好的为电解铝过程提供服务，在其

设计过程中应该满足以下几个性能指标。第一，

打壳气缸应具有一定的稳定性，只有打壳系统运行稳定才能保证电解铝在生产过程中顺利进行，不发生间断。增强打壳气缸的稳定性能够有效提升电解铝生产的生产效率，提升企业的单位经济价值。第二，打壳气缸应具有一定的通用性，设计出的打壳气缸应该能够在多种型号的电解槽中进行应用，另外气缸制作时的各种元件，机械结构以及一些容易损坏的零部件都应该能够较容易的被替换且系统本身能够根据铝电解生产中的实际情况进行

调节。第三，打壳气缸应该具有节能性，

设计生产出的打壳系统应能有效降低其在运行过程中消耗的空气，

同时能够降低系统在待工状态时泄漏的空气量，从而降低铝电解企业电解铝的生

产成本。最后，打壳气缸应该具有运行操作简单。

维护方便的特性。一般来说铝电解行业生产规模和生产量都较大，

打壳系统使用频繁，因此其操作维护应该足够简单便捷，

方便施工人员和维修人员操作。

3电解槽打壳气缸系统设计3.1打壳气缸系统气动回路设计

电解槽打壳系统回路主要由打壳系统基础气动回路，换向阀气控支路以及打壳系统在待工模式下的节能回路组成。本文中研究的节能电解槽打壳气缸系统与传统的打壳气缸系统相比进行了一些创新与改进，将传统打壳系统中的电磁换向阀用气控换向阀进行代替，并采用带有延时功能的气控支路对换气阀进行控制，有效缓解了传统电磁阀在高温高磁环境下损坏失效的情况，提升了打壳系统的稳定性。同时有效减少了运行过程中空气泄漏量，降低了空气消耗。设计后的打壳系统工作时

流程如下：当电路接通后打壳系统进入工作状态，

压缩空气进入无杆腔中，打壳系统的活塞杆发生运动，

压力变大；同时有杆腔内的压缩空气在气控换向阀的作用下与气源压缩空气一同进入无杆腔，打壳气缸进入差动工作模式。接着气源压缩空气

逐渐进入气控支路，气控支路中的压力增大，

当支路中的压力达到一定程度后打壳系统的先导阀关闭，

气体由气控支路流向副控换气阀，打壳气缸实现换向操作，

差动模式完成。3.2打壳气缸系统机械结构设计

打壳气缸机械结构是保证系统正常工作运行的基础，合理的机械结构设计能够更好的为系统使用提供帮助。打壳气缸系

统的机械结构主要由能源装置、

执行元件、控制元件、辅助元件以及工作介质组成。其中能源装置是为打壳系统提供能源的部

件，现阶段空压机是较为常见的打壳系统能源装置，

一般来说会有专门的气站为铝电解生产提供集中供气源。执行元件的主

要作用是将气体提供的压力转化为装置的机械动力，

气缸是打壳系统中最主要的执行元件。控制元件的主要作用是对压缩气

体的流动方向和压力大小进行控制，打壳气缸系统中的主要控制元件包括主控电磁阀和换向阀。打壳系统中除了能源装置、执行元件和控制元件以外的装置都可归类为

辅助元件，

辅助元件是保证打壳气缸系统正常工作的必要装置。从以上组成部分的主

要作用中可以看

出，执行元件和控制元件是打壳系统中的重点结构。在进行打壳气缸执行元件设计时应该将设计的主要目标定位在双作用

耐热性气缸的设计上，近年来经过电解铝技术的不断发展，

气缸作为打壳系统中最主要的执行元件已经实现了不同应用情

况和应用特点的批量化生产。在电解铝加工中使用的气缸，平均工作温度能够达到180度，最高峰值温度可达250摄氏度。

在正常工作状态，打壳气缸提供的最大供气压力为0.6MPa ，因此

系统的最大输出气力为0.6MPa 状态下的输出力。

通过对气缸最大输出力的计算分析，可以选择出合适的打壳气缸型号，

而完成气缸选择后则可以对控制元件进行进一步设计。

3.3打壳气缸系统节能回路设计

近年来，我国各行各业已经将节能环保问题列为重点关注问题，因此在对打壳系统的气动回路和机械结构进行设计后还应该对其节能回路系统加以设计改良。具体来讲，在设计中可以使用打壳气缸系统的差动回路作为气缸活塞伸出时的气动

回路，在此过程中，有杆腔内的气体不被排出至外界，

取而代之，气体被排出后可以重新返回至无杆腔内进行重复利用，

打壳系统在运行过程中大大降低了对压缩空气的消耗，压缩空气能够更好的被有效利用，提升了能源的使用效率。

结束语

文章讨论了一种新型的电解槽用打壳系统设计方案，在设

计中采用新型气控换向阀代替了传统的电磁换向阀，

有效提升电解槽用打壳气缸系统的稳定性。同时对打壳系统进行了节能

回路设计，大大减少了对压缩空气的需求量，

取得了节能环保的效果。希望通过本文的分析研究能够为相关工作人员提供一定的借鉴，从而更好地促进我国电解铝行业的稳定发展。

参考文献

[1]韩艳，李浩堂，宁艳春.电解铝槽打壳缸用节气阀原理[J].液压气动与密封，2011，31（12）：46-47.

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