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        基于TRIZ 理論的船舶蓄電池容量測試方法改進(jìn)

        2023-05-23 12:39:34渤海船舶重工有限責(zé)任公司郭健牛震宇遼寧省科學(xué)技術(shù)館劉永睿
        科技創(chuàng)新與品牌 2023年4期
        關(guān)鍵詞:燈泡風(fēng)扇蓄電池

        文 / 渤海船舶重工有限責(zé)任公司 郭健 牛震宇 遼寧省科學(xué)技術(shù)館 劉永睿

        引言

        船舶使用蓄電池供電系統(tǒng)作為船舶應(yīng)急電源,通常采用自制燈板、家用電阻絲式電爐子等簡陋設(shè)備作為負(fù)載進(jìn)行放電,放電過程不是恒流源放電,同時(shí)無法準(zhǔn)確地檢測放電電壓和電流。上述方法存在以下不足:放電時(shí)間長;測試精度低;安全性能差。在大電流工作時(shí),常常容易燒毀調(diào)試設(shè)備,為報(bào)驗(yàn)帶來諸多不可控因素,導(dǎo)致最終的檢測結(jié)果不準(zhǔn)確,還會增加火災(zāi)隱患和觸電危險(xiǎn)。在同行業(yè)能夠徹底解決該問題,具有很高的經(jīng)濟(jì)、技術(shù)價(jià)值,由此,每年企業(yè)將減少損失100余萬元。

        根據(jù)現(xiàn)有資料顯示,在國內(nèi)、外,蓄電池容量測試儀廣泛應(yīng)用于汽車行業(yè),在車載直流蓄電池測試方面有成型產(chǎn)品。在造船行業(yè),各大造船廠使用較少,現(xiàn)無面向船舶行業(yè)的專業(yè)產(chǎn)品,對該產(chǎn)品的應(yīng)用具有更積極的意義。

        1 問題描述

        該問題所在技術(shù)系統(tǒng)是船舶蓄電池供電測試系統(tǒng),它的主要功能是驗(yàn)證蓄電池的放電能力,通過逆變器逆變?yōu)榻涣麟姡瑱z測蓄電池逆變電源電流恒流放電過程,即恒流大功率連續(xù)供電30分電流誤差≤1A。在實(shí)現(xiàn)該功能的過程中,要保證待測船上蓄電池系統(tǒng)不能改變, 以恒流大功率連續(xù)測試30分鐘也不能中斷,電流誤差不大于1A。

        1.1 現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的工作原理(如下簡圖)

        船舶待測蓄電池系統(tǒng)供電箱用連接電纜與負(fù)載開關(guān)和負(fù)載電阻(燈泡)連接好。接通負(fù)載開關(guān),使待測蓄電池供電箱向負(fù)載電阻放電,進(jìn)行測試。用外加電流表、電壓表和功率表等儀表監(jiān)測放電參數(shù),用風(fēng)扇給電阻散熱,降低系統(tǒng)溫度。

        1.2 當(dāng)前系統(tǒng)存在的問題

        在系統(tǒng)進(jìn)行放電試驗(yàn)過程中,需要多組燈泡同時(shí)工作,短時(shí)間內(nèi)燈泡表面及局部環(huán)境聚集了大量的熱量,由于熱量散發(fā)不及時(shí),使燈泡周圍局部溫度過高,造成燈泡穩(wěn)定性差,易燒壞。在高達(dá)70℃的環(huán)境溫度下,更換損壞燈泡極其困難且耗時(shí)較長。如更換不及時(shí),會因試驗(yàn)電流偏差大于1A,而中斷試驗(yàn)。

        1.3 問題出現(xiàn)的條件和時(shí)間

        根據(jù)實(shí)際測試統(tǒng)計(jì),在恒定電流5A的情況下,其一,試驗(yàn)15分鐘以后就有負(fù)載電阻(燈絲)不穩(wěn)定,燒毀損壞,20分鐘以后損壞數(shù)量增多。其二,負(fù)載散熱大,環(huán)境升溫快,存在安全隱患,負(fù)載中間位置溫度高,25分鐘左右各點(diǎn)溫度恒定基本不再升高。

        1.4 問題現(xiàn)有解決方案及其缺點(diǎn)

        1.4.1 方案:

        1.4.1.1 接入幾個(gè)備用負(fù)載燈泡,發(fā)現(xiàn)燈泡燒毀及時(shí)投入備用燈泡,待壞燈泡及周圍溫度降低至40℃以下及時(shí)更換壞泡;

        1.4.1.2 為了改善散熱效果,增加散熱風(fēng)扇的數(shù)量;

        1.4.1.3 延長連接電纜,將負(fù)載移到室外露天區(qū)域增加通風(fēng)。

        1.4.2 缺點(diǎn):

        1.4.2.1 備用負(fù)載數(shù)量有限,如損壞量太大,備用數(shù)量難以為繼;

        1.4.2.2 增加散熱風(fēng)扇少,效果不明顯,增加風(fēng)扇多,占用空間大,不方便放置;

        1.4.2.3 負(fù)載移到室外電纜過長,系統(tǒng)穩(wěn)定性差,室外天氣偶遇雨、雪、大風(fēng)時(shí)又無法使用。

        2 TRIZ理論應(yīng)用

        2.1 功能分析

        通過運(yùn)用功能分析,列出相關(guān)的系統(tǒng)組件,建立功能模型等分析方法:

        系統(tǒng)級別 組件名稱負(fù)載開關(guān)、散熱風(fēng)扇、負(fù)載燈泡、燈座、器件固定板、儀表、電能、空氣,外殼超系統(tǒng)組件 人、船用供電系統(tǒng)系統(tǒng)內(nèi)組件

        2.2 建立功能模型

        根據(jù)建立的功能模型分析,實(shí)施裁剪策略,有害組件是負(fù)載燈泡,根據(jù)裁剪實(shí)施策略,裁掉負(fù)載燈泡??紤]尋求系統(tǒng)中可用件散熱風(fēng)扇,因風(fēng)扇功率較大、無法滿足指定電流的調(diào)節(jié)要求,選黃金電阻消除有害發(fā)熱,采用帶燈開關(guān)起指示作用。

        2.3 因果鏈分析

        通過因果鏈分析查找末端因素,并對末端因素提出相應(yīng)的技術(shù)方案,重新進(jìn)行燈泡、風(fēng)扇的排列和布局,便于操作、散熱。(如圖1)

        圖1

        2.4 輔助分析

        通過最終理想解、九屏圖、因果鏈等分析方法,也找出了問題的關(guān)鍵點(diǎn)和矛盾所在。

        經(jīng)過方案的可行性分析進(jìn)行改進(jìn),與功能裁剪策略相似,如:擴(kuò)大空間,加快空氣流量,提高散熱效果;自動控制測試裝置投切,穩(wěn)定測試參數(shù);使用可調(diào)檔風(fēng)扇,可隨負(fù)載溫度,調(diào)節(jié)空氣流通速度等相關(guān)方法。

        3 運(yùn)用TRIZ工具

        3.1 技術(shù)矛盾

        通過原問題“擴(kuò)大空間,加快空氣流量,提高散熱效果”的技術(shù)矛盾表述: 如果增大負(fù)載燈泡之間的排列空間和空氣流動量,那么就會降低了負(fù)載溫度,便于拆裝維修,但是增大了器件固定板的尺寸,不便于攜帶,存放更占空間;如果測量精度低,那么蓄電池測量裝置需求器件少,但是恒流放電調(diào)節(jié)波動大 ,反之波動小。

        參照39個(gè)通用工程參數(shù),改善的溫度、可維修性參數(shù),惡化的靜止物體的體積參數(shù)查找阿奇舒勒矛盾矩陣:

        惡化的參數(shù)靜止物體的體積改善的參數(shù)溫度 35、6、4可維修性 1

        3.1.1 運(yùn)用創(chuàng)新原理產(chǎn)生聯(lián)想如下:

        創(chuàng)新原理 35、改變物體的體積A.改變物體的物理狀態(tài);B.改變物體的濃度具體內(nèi)容或粘度;C.改變物體的柔度;D.改變物體的溫度或體積方案 利用立體空間,把器件固定板改成器件箱創(chuàng)新原理 1、分割A(yù).把一個(gè)物體分成相互獨(dú)立的部分;B.將物具體內(nèi)容體分成容易組裝和拆卸的部分;C.提高物體的可分性或分散程度方案 一塊電阻板分成若干塊,分層放置

        3.2 物理矛盾

        負(fù)載燈泡間距是散熱的主要問題。如果燈泡負(fù)載間距小,那么節(jié)省空間,但溫度升高,反之則低。

        3.2.1 通過空間分離的方法(1、2、3、4、7、13、17、24、26、30)分析矛盾問題,利用矛盾:1.分割法 17.多維原法。

        創(chuàng)新原理 1.分割法 17、多維原法分割法: B、將物體分成容易組裝和拆卸的部分具體內(nèi)容多維原法 :A、用物體的多層排列代替單層排列方案 燈泡板用多層排列替代單層平面排列

        3.3 物場分析

        基于物場模型的標(biāo)準(zhǔn)解,以降低局部溫度高的問題,通過1.2.3引入第二種物質(zhì),構(gòu)建完善的物場模型,用導(dǎo)流板改善空氣動力性。

        4 技術(shù)方案整理

        將技術(shù)方案逐項(xiàng)列舉,再利用方案特性及占比評分矩陣(消除矛盾30%;無新危害10%;成本低10%; 簡單性20%;可行性30% )乘以權(quán)重系數(shù)得出每條方案的最終得分選出優(yōu)選方案,綜合結(jié)論:制成器件箱,利用立體空間分層放置;用黃金散熱電阻代替燈泡縮小體積;設(shè)置空氣導(dǎo)流板便于散熱。

        5 項(xiàng)目改進(jìn)后效果評估

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        6 總結(jié)

        該技術(shù)成果在十萬噸級船塢生產(chǎn)線的系泊試驗(yàn)得到了全面應(yīng)用,達(dá)到了預(yù)期的的經(jīng)濟(jì)效益,利用TRIZ理論作為引導(dǎo),并申請了專利,打破了思維慣性、創(chuàng)新的神秘感,養(yǎng)成了積極思維的好習(xí)慣。

        該成果推廣實(shí)施之后,有效提高了勞動生產(chǎn)效率,縮短了系泊試驗(yàn)調(diào)試的施工周期。

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