CN202626170U - 发酵生产设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种发酵生产设备，包括变频输入端显示设备、变频器、变频输出端操纵设备、传动装置、发酵设备；所述输入端显示设备连接变频器、工作电源，即时显示工作电源向发酵生产设备供电的参数；所述变频器连接变频输出端操作设备和所述变频电动机，所述变频器与所述输入端显示设备之间采用二次线路连接；所述传动装置连接变频电动机和发酵设备，将变频电动机的机械能传递到所述发酵设备；工作状态下，变频电动机稳定在特定的变频状态，发酵设备以正常的轴功率运转。

Description

发酵生产设备

技术领域

本实用新型涉及发酵生产领域，特别涉及将变频技术应用于发酵生产的方法及其发酵生产设备。

背景技术

近几年，供电已经不能满足急速膨胀的电力需求，拉闸限电现象日趋严重。由于电力负担过重，造成局部电力系统极其不稳定，这种现象已经严重影响了人民的日常生活和经济的正常运行。在全国节能活动中，宣传重点是民用电和商业用电的节约，而工业用电的节约则被淡化了。其实工业所耗用的电量占总用电量的比重较大，因此，实施工业节电，能够为国家的节电项目做出很大贡献。

发酵工业是依靠微生物的生命活动而实现工业生产，酒、发酵奶制品等产品的生产过程中，发酵技术是主要的生产技术，发酵设备是其主要的生产设备。随着发酵工业在工业中的比重越来越大，使用节能的发酵生产设备能够对工业节电做出较大的贡献。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型的目的在于提出一种发酵生产设备。该发酵生产设备能够有效地节约用电。同时本实用新型提供的这种发酵设备能够将变频技术应用于发酵生产并产生很好的节能效果。

基于上述目的本实用新型提供的发酵生产设备，包括变频输入端显示设备、变频器、变频输出端操纵设备、传动装置、发酵设备和变频电动机；所述输入端显示设备连接变频器和工作电源，即时显示工作电源向发酵生产设备供电的参数；所述变频器连接所述变频输出端操纵设备和所述变频电动机，所述变频器与所述输入端显示设备之间采用二次线路连接；所述传动装置连接所述变频电动机和所述发酵设备，将所述变频电动机的机械能传递到所述发酵设备；工作状态下，所述变频电动机在特定的变频状态下稳定工作，其中根据所述变频电动机的工作频率设定所述传动装置的传动比，使得所述发酵设备的轴功率在所述变频电动机的不同工作频率下具有基本恒定的轴功率。

可选的，所述传送装置为三角带轮。

可选的，所述变频输入端显示设备包括电压表和电流表，和/或所述变频输出端操纵设备包括所述变频器上的操作盘。

可选的，所述变频器与操作盘之间采用二次线路连接。

可选的，还包括至少一台备用变频器。

可选的，所述变频器的转动频率为38-40赫兹，发酵设备在正常转速下运转。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的发酵生产设备，使用了变频技术这一高科技领域的综合性技术，将节约能源的高新技术应用到了发酵生产领域。本实用新型提供的发酵生产设备，节约了能源，保护了环境，实现了企业技术改造和设备更新换代。提高了企业的生产技术水平，提高了企业的经济效益，同时对改善居民的生活质量有着重要的意义，对发酵工业产生了变个性的影响。

同时，本实用新型提供的将变频技术应用于发酵生产的方法，将变频器和变频电动机应用于发酵生产，产生了很好的节能节电效果。此外，相比原有的生产方式，本实用新型所提供的将变频技术应用于发酵生产的方法使得发酵生产设备的运行更加稳定。

附图说明

图1为本实用新型实施例的发酵生产设备的结构示意图；

图2为本实用新型实施例将变频技术应用于发酵生产的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。

变频器最初发展的目的主要是调速，利用交流传动代替直流传动，满足过程化控制的要求。变频调速技术是当今自动化技术中比较成熟、比较先进的技术，是电力技术、微电子技术、控制技术高度发展的产物。变频器的主要工作原理是：通过微电子电器件、电力电子器件和控制技术，将供给电机定子的工频交流电源通过二级管整流成直流，再由IGBT（绝缘栅双极型晶体管）等逆变为频率可调的交流电源，此电源再驱动电机和负载。本实用新型将变频器应用于发酵生产，产生了显著的节约电能和保护环境的重大作用。

本实用新型使用变频器连接发酵生产设备的工作电源与发酵设备连接，实现了变频调速节能的效果，其连接方式在具体实施例中可以不同，以下具体说明。

图1为本实用新型实施例的发酵生产设备的结构示意图。包括操作电屏框1、变频器2、操作盘3、传动装置4、发酵罐5、变频电动机6。操作电屏框1连接380V作电源，同时操作电屏框1连接变频器2，变频器2包括操作盘3，同时变频器2与操作盘3、变频电动机6连接，操作电屏框1即时显示工作电源向发酵生产设备供电的参数；可选地，变频器2与操作盘3用二次线路连接，变频电动机6连接传动装置4，传动装置4连接发酵罐5并将变频电动机6的机械能传递到发酵罐5。

在本实施例中，发酵生产设备中的发酵设备包括发酵罐5，发酵罐5的型号为413，容积为约60m³，整个发酵生产设备中包括了9台所述发酵罐5，其余8台发酵罐与图1中的发酵罐5并联，为了更简单明了地表示本实施例的发酵生产设备的结构，图1中仅示出一个发酵罐。在其它实施例中，发酵设备可以是发酵缸、发酵机等，可采用其它型号，所使用的发酵设备的数目也可以根据生产需要进行设计。操作电屏框1为本实施例发酵生产设备的变频输入端显示设备，在其它实施例中，变频输入端显示设备可采用其它等同功能的仪器。操作盘3为本实施例中发酵生产设备的变频输出端操纵设备，用于设定变频电动机6的频率，并可显示变频器2的输出电压、变频器2的输出电流、变频电动机6的转速、变频电动机6的频率等实时数据。在本实施例的发酵生产设备运行的过程中，工作人员通过操作盘3来改变变频电动机6的频率，本实施例的发酵生产设备启动时，工作人员通过操作盘3设定频率，使变频电动机6缓慢启动运转，其转动频率由零逐渐增加，通过传动装置4带动发酵罐5设备搅拌部分运行。变频电动机6可长期稳定在特定的变频状态下工作，在本实施例中，变频电动机6可长期稳定在转动频率为38HZ-40HZ的状态下工作；发酵设备可在正常的转速下运转，这里的正常转速，指的是原有发酵生产设备运行时发酵设备的转速；相比原有发酵生产设备，本实施例中发酵生产设备的发酵设备，其轴功率基本不发生变化。在其它实施例中，变频输出端操纵设备可采用其它等同功能的仪器。进一步，作为一个实施例，操作电屏框1包括了电压表和电流表，用以显示变频输入端的电压、电流参数；操作盘3用于显示变频输出端的电流、电压、转速、频率等参数。传动装置4用于将变频电动机6输出的能量传递到发酵罐5，本实施例中采用三角皮带轮作为传动装置，在其它实施例中，可选用其它合适的机械传动装置来传递变频电动机6所输出的能量。本实施例中的传动装置4，包括主动轮、从动轮和传动皮带；所述主动轮连接于变频电动机6；所述从动轮连接于发酵罐5，从动轮的节径大于所述主动轮；从动轮的节径范围根据三角皮带轮的传动设计计算，计算公式为：

从动轮节径=电机转速×主动轮节径÷发酵设备搅拌器转速   公式（1）

或，

从动轮节径=变频电动机转速×主动轮节径÷发酵设备搅拌器转速

                                                      公式（2）

公式（1）为原有发酵生产设备的从动轮节径计算公式，公式（2）为本实用新型实施例的从动轮节径计算公式。由于本实施例将变频电动机设置在转动频率为38HZ-40HZ的稳定变频状态下工作，增加了传动装置4的传动比，从而传动装置4可以采用直径较小的从动轮，使得变频电动机长期稳定在变频状态下正常工作，而发酵设备还在正常的转速下运转，发酵设备的轴功率不发生变化，即发酵设备机械部分保持正常的工作功率运转。同时，本实施例的发酵生产设备在启动时可以使用软启动的方式，通过人工操纵操作盘3来启动变频电动机6的频率，因为初始频率越接近于零越好，较佳地，变频电动机6启动时初始频率小于5HZ；进一步，启动时，变频电动机6的初始频率小于1HZ；更佳地，启动时，变频电动机6的初始频率为零或接近于零。作为一个实施例，变频电动机6采用110KW的变频电机，所述110KW变频电机采用耐温性好的铜芯线做定子绕组，或者是加装风扇而加大电机散热效果。变频器2的选择规格应大于变频电动机6，在本实施例中，变频器2采用KC200系列，具体的，在本实施例中，采用KC200B4TGB132KW变频器。由于只有预先设定变频器2在低压频率并保持发酵罐5以140转/分的原转速下运转，才能达到既节电又不影响正常发酵的目的。本实施例中，将变频器2的转动频率设置为38HZ-40HZ。

依据公式（1）和下述公式，将本实用新型实施例所提供的发酵生产设备与原有发酵生产设备进行对比。

速度比=电机转速：发酵设备搅拌器转速                    公式（3）

或：

速度比=变频电动机转速：发酵设备搅拌器转速              公式（4）

变频电动机电机转速=变频器频率×60秒÷对级数            公式（5）

公式（3）为原有发酵生产设备电机和发酵设备搅拌器速度比的计算公式；公式（4）、公式（5）为本实用新型实施例的变频电动机6和发酵设备5搅拌器速度比、变频电动机6电机转速计算公式。

原有发酵生产设备传动装置的从动轮节径计算：

所采用的Y315L2-8型号电机为110千瓦，8级，电机实际转速为740转/分，本实施例的发酵罐搅拌器转速为140转/分，电机与发酵罐搅拌器的速度比为5.28，采用三角皮带轮传动，主动轮节径为330mm。根据公式（1）从动轮节径为740×330÷140=1744mm；发酵罐没有加装变频器前的电流为190A。电机转速恒定，无法按发酵工艺要求调节转速，不能节电。启动时冲击电流大，对电器设备和发酵设备会有一定程度的影响，时间长会造成损坏。

本实施例的发酵生产设备传动装置的从动轮节径计算：

本实施例中电机连接操作电屏框1，为发酵生产设备提供380V的工作电源。为发酵生产设备提供工作电源的8级电机的理论转速为50HZ×60秒÷4对级（8级）=750转，当变频电动机6在38HZ×60S=2280÷4=570转时，变频电动机6与发酵罐搅拌器的速度比为570÷140=4.07，主动轮节径为330mm，根据公式（2）从动轮节径为1340mm，从动轮的节径由1744mm减小为1340mm。从动轮直径的减小，对发酵设备的运转稳定性十分有好处。

本实施例在实际运行中，必须准备至少一台备用变频器。避免变频器2损坏后速度比变发生变化，发酵罐只能够在电机的频率50HZ下运转，导致发酵罐无法在高转速状态下（5.28-4.07）×140=170转/分工作（会超过电流而烧坏电机）。

以下对本实施例的发酵生产设备消耗功率进行计算：

P功=1.732×380×190×0.8=100KW

P变前端=1.732×380×140×0.95=87.5KW

P变后端=1.732×320×190×0.95=100KW

P功表示380V电源的输出功率；P变前端表示使用变频器2之前的输出功率；P变后端表示使用变频器2之后的输出功率。根据上述分析可看出原电机负载P工与加装变频器后P变后端所做功率相等。而未使用变频器前和加装变频器后相比，电网用电量发生了变化。节电率在12.5%左右。

由于变频器一般为V/F控制（保证输出电压跟频率成正比的控制），使电动机的磁通保持一定值。为了更好地控制电动机的转矩，让电机的磁通与转子内流过的电流之间产生相互作用，采用了变频器，使得在电机额定频率下，频率与电压成比例地改变，即改变频率的同时控制变频器输出电压也随之改变，这样使电动机的磁通随着时间变化保持一定，避免弱磁和磁饱和现象产生而烧毁电机。此外，在没使用变频器前，无功功率不但增加线损和设备的发热，更主要的是功率因数的降低导致电网有功功率的降低，大量的无功电能消耗在线路当中，设备使用效率低下，浪费严重。

通过下述公式，可计算出有用功功率占总功率的比值。

P=S×COSΦ                        公式（3）

Q=S×SINΦ                        公式（4）

其中：S为视在功率，P为有功功率，Q为无功功率，COSΦ为功率因数。

根据公式（3）可知，COSΦ越大，有功功率P越大。一般普通电机的功率因数的0.65-0.8之间，使用变频调速装置后，由于变频器内部滤波电容和直流电抗器的作用，使COSΦ≈1，从而很大程度地减少了无功损耗，增加了电网的有功功率。

从以上描述可以看出，本实用新型所提供的发酵生产设备，应用了变频器，在未改变工艺的情况下，电机的电压明显下降，变频器前端电流已明显下降，电机输入功率明显减少。由于变频器加减速时间可任意设定，避免了电机全负荷启动时的大电流冲击，有利于延长电机及设备的使用寿命，延长了设备的维修周期。操作方便，启动时对电网冲击小，控制精度高，提高了生物酶的发酵活力，响应速度快，使整个发酵生产系统工作平稳。节能十分显著，节电率在12.5%左右，每月所节约的电量价值为12.5度/小时×150小时/罐×4.5罐/月=92812度×0.75元/度=69609元，经测算在半年左右能回收对本实用新型改进发酵生产设备所做的投资，9个罐长期运行三年，即可取得很好的经济效益。

进一步，本实用新型提供一种将变频技术应用于发酵生产的方法，该方法采用前面所述的发酵生产设备，包括如图2所示的步骤，具体如下：

步骤21：构建发酵生产设备，所构建的发酵生产设备如前面所述；

步骤22：启动，启动所述发酵生产设备，采用软启动的方式，启动时变频电动机的初始频率小于5HZ，进一步，该初始频率小于1HZ；更佳的，该初始频率为0HZ。

步骤23：运行，在变频器的转动频率为38-40赫兹且发酵设备在正常转速下运转的情况下运行所述发酵生产设备。

从上面所述可以看出，本实用新型提供的将变频技术应用于发酵生产的方法，将变频器和变频电动机应用于发酵生产，产生了很好的节电效果，同时相比原有的生产方式，本实用新型所提供的将变频技术应用于发酵生产的方法使得发酵生产设备的运行更加稳定。

所属领域的普通技术人员应当理解：以上所述仅为本实用新型的具体实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种发酵生产设备，其特征在于，包括变频输入端显示设备、变频器、变频输出端操纵设备、传动装置、发酵设备和变频电动机；所述输入端显示设备连接变频器和工作电源，即时显示工作电源向发酵生产设备供电的参数；所述变频器连接所述变频输出端操纵设备和所述变频电动机，所述变频器与所述输入端显示设备之间采用二次线路连接；所述传动装置连接所述变频电动机和所述发酵设备，将所述变频电动机的机械能传递到所述发酵设备；工作状态下，所述变频电动机在特定的变频状态下稳定工作，其中根据所述变频电动机的工作频率设定所述传动装置的传动比，使得所述发酵设备的轴功率在所述变频电动机的不同工作频率下具有基本恒定的轴功率。

2.根据权利要求1所述的发酵生产设备，其特征在于，所述传送装置为三角带轮。

3.根据权利要求1所述的发酵生产设备，其特征在于，所述变频输入端显示设备包括电压表和电流表，和/或所述变频输出端操纵设备包括所述变频器上的操作盘。

4.根据权利要求3所述的发酵生产设备，其特征在于，所述变频器与操作盘之间采用二次线路连接。

5.根据权利要求1所述的发酵生产设备，其特征在于，还包括至少一台备用变频器。

6.根据权利要求1所述的发酵生产设备，其特征在于，所述变频器的转动频率为38-40赫兹，发酵设备在正常转速下运转。

Images