金刚石制品热压烧结机基于能耗分析的结构节能设计与优化

发布时间：2017-08-09 20:23

  本文关键词：金刚石制品热压烧结机基于能耗分析的结构节能设计与优化

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【摘要】：热压烧结机是金刚石制品尤其是金刚石锯片刀头、金刚石磨轮、金刚石模块及其他金刚石节块制品的热压成型加工的必需装备。国内热压烧结机一直存在能耗高、铜电极易氧化烧损等问题,因此对热压烧结机展开系统的能耗测量,探索其节能设计方法具有重要的工程意义和产业应用价值。本文以SM80型金刚石制品热压烧结机能耗和电极结构为研究对象,采用试验法和仿真法对热压烧结机节能降耗方案进行探索研究。利用SolidWorks软件对热压烧结机烧结部件进行三维建模,运用ANSYS仿真软件对保温工况下不同节能改进后的温度场进行流固电热耦合仿真分析,主要如下:(1)分析了热压烧结机能量收支分布,根据能量支出项特点分别设计测量方案。在SM80型热压烧结机的基础上,对冷却系统进行改进,增加测量用水块,搭建完成了试验平台。该试验平台工作稳定,各测量仪器精度均满足本次实验的测试要求。(2)分析了不同工况下热压烧结过程中的热传递路径,确定最佳测量工况并进行能耗测试测量试验。试验确定了热压烧结机的能耗分布以及烧结体的温度场分布,试验结果表明:冷却系统能耗最大,占总能耗的78.02%。(3)针对水冷系统能耗较高的情况,分别对石墨电极、中间隔热层、铜电极提出了节能电极设计。具体为:内凹式电极设计,组合式电极设计和填充式电极设计。(4)对热压烧结机和节能改进设计进行温度场仿真分析和尺寸优化分析。结果表明:组合式电极和填充式电极均可以降低铜电极上表面的平均温度,且填充式设计效果优于组合式设计。
【关键词】：热压烧结机 能耗分析 电极结构优化 冷却系统 数字仿真分析
【学位授予单位】：郑州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ163
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 1 绪论10-18
• 1.1 课题提出与背景10-11
• 1.2 热压烧结机研究发展现状11-15
• 1.2.1 烧结设备现状11-13
• 1.2.2 热压烧结机结构13-14
• 1.2.3 热压烧结机节能研究现状14-15
• 1.3 课题研究内容15-18
• 1.3.1 主要工作16-17
• 1.3.2 技术路线17-18
• 2 热压烧结机能耗分布测定试验设计18-33
• 2.1 传热学基本理论18-21
• 2.1.1 导热微分方程19
• 2.1.2 对流换热微分方程`19-20
• 2.1.3 辐射换热微分方程20-21
• 2.2 热压烧结机能耗分析21-22
• 2.3 试验设计及方法22-31
• 2.3.1 热压烧结机测试测量总方案22-24
• 2.3.2 变压器能耗测量方案24-26
• 2.3.3 紫铜带能耗测量方案26
• 2.3.4 冷却水能耗测量方案26-29
• 2.3.5 烧结体能耗测量方案29-31
• 本章小结31-33
• 3 热能分布测试结果与分析33-44
• 3.1 烧结体传热路径分析33-36
• 3.1.1 传热路径分析33-35
• 3.1.2 热压烧结机工况35-36
• 3.2 变压器与连接铜带36-37
• 3.3 冷却系统37-38
• 3.4 烧结体温度场38-40
• 3.5 热辐射及热对流能耗计算40-42
• 3.6 实验总结42-43
• 本章小结43-44
• 4 热压烧结机结构节能设计及优化仿真44-62
• 4.1 节能分析44-47
• 4.2 热压烧结机节能改进构型设计47-50
• 4.2.1 内凹式电极设计47-48
• 4.2.2 组合式电极设计48-49
• 4.2.3 填充式电极设计49-50
• 4.3 热压烧结机温度场仿真分析50-54
• 4.3.1 物理模型建立50-52
• 4.3.2 三维网格划分52-53
• 4.3.3 边界条件设定53-54
• 4.4 烧结体温度场仿真结果54-57
• 4.4.1 热压烧结机温度场仿真54-55
• 4.4.2 组合式电极设计仿真55-56
• 4.4.3 填充式电极设计仿真56-57
• 4.5 优化分析57-60
• 4.5.1 石墨电极优化分析57-58
• 4.5.2 组合式电极优化分析58-59
• 4.5.3 填充式电极优化分析59-60
• 本章小结60-62
• 5 结论与展望62-64
• 5.1 结论62-63
• 5.2 展望63-64
• 参考文献64-67
• 致谢67-68
• 作者简介68-69
• 攻读硕士学位期间发表的论文69

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本文编号：647143