Cơ khí chế tạo máy là một ngành kinh tế hết sức quan trọng của đất nước, đó là ngành then chốt của nền kinh tế quốc dân. Các xí nghiệp cơ khí với quy mô khác nhau có mặt khắp nơi làm nhiệm vụ sửa chữa và sản xuất các phụ tùng thay thế. Các nhà máy chế tạo máy công cụ, máy móc cơ giới nông lâm nghiệp, các phương tiện giao thông v.v… cung cấp cho các ngành kinh tế các công cụ sản xuất, các máy móc vạn năng và chuyên dùng. Chính vì vậy số lượng các xí nghiệp cơ khí chế tạo máy thường lớn hơn rất nhiều so với các loại xí nghiệp khác và nó được phân bố rộng rãi ở khắp nơi.

Đặc điểm của quá trình công nghệ

Nhìn chung một xí nghiệp cơ khí chế tạo máy thường có dây chuyền công nghệ như sau 

dây chuyền công nghệ của xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

Giai đoạn đầu tiên của quá trình công nghệ là giai đoạn tạo phôi. Nguyên liệu của xí nghiệp chủ yếu là kim loại đen như gang, thép, ngoài ra cũng còn sử dụng một phần nhỏ kim loại màu như đồng, nhôm v.v…

Kim loại được đưa vào nấu chảy và đúc phôi, ở giai đoạn này thường sử dụng các loại lò nấu kim loại đốt bằng than hoặc lò điện trở, lò hồ quang, lò trung tần dùng năng lượng điện. Ở các xí nghiệp lớn thường có các cầu trục để rót nước kim loại vào khuôn đúc và vận chuyển các phôi sau khi đã đúc xong. Phôi được làm sạch đất cát bằng các búa máy chạy bằng khí nén.

Phôi sau khi được làm sạch, cắt bỏ các phần thừa (đậu ngót, bavia) được đưa sang cắt gọt kim loại hoặc rèn, dập để tiếp tục quá trình tạo phôi. Ở giai đoạn này thường dùng các máy rèn dập có công suất lớn, các máy ép thủy lực v.v… Bán thành phẩm của quá trình rèn dập là các phôi ở công đoạn đúc đưa sang hoặc các kim loại đã ở dạng thỏi, tấm được đưa về từ các nhà máy luyện kim và được hàn cắt theo các kích thước cho trước.

Phôi sau khi rèn dập và một phần sau khi đúc được đưa sang gia công bằng cắt gọt kim loại để gia công thành các chi tiết máy. Ở quá trình này có rất nhiều máy công cụ như tiện, phay, bào, mài, doa, khoan với các cỡ công suất khác nhau. Các loại máy công cụ này có thể làm việc riêng biệt hoặc làm việc trong dây chuyền tự động. Thông thường phân xưởng gia công cắt gọt là một trong những phân xưởng chủ yếu của xí nghiệp cơ khí chế tạo máy. Ở đây các chi tiết máy được hoàn thiện và được đưa sang quá trình lắp ráp.

Một số chi tiết máy chịu mài mòn như các loại bánh răng, trục máy v.v… sau công đoạn gia công cắt gọt còn phải qua gia công nhiệt luyện như tôi, ram, ủ. Công đoạn gia công nhiệt luyện thường dùng các lò tôi, ram, lò cao tần v.v…

Sau khi nhiệt luyện, các chi tiết máy được tiến hành gia công chính xác lần cuối.

Lắp ráp là quá trình cuối cùng của dây chuyền sản xuất cơ khí chế tạo máy. Ở giai đoạn này các chi tiết máy được lắp ráp thành khối và thành máy hoàn chỉnh. Ở đây cũng tiến hành các thí nghiệm chạy thử máy. Trong phân xưởng lắp ráp thường có các loại cầu trục để vận chuyển các chi tiết và máy.

Thông thường các máy ở nhà máy cơ khí chế tạo máy làm việc độc lập, sản phẩm của chúng là các chi tiết máy rời rạc. Song ở các nhà máy có trình độ tự động hóa cao, một số máy công cụ được ghép lại thành dây chuyền tự động. Ở các dây chuyền tự động này các máy công cụ làm việc theo chương trình và các chi tiết máy được gia công liên tục từ máy này sang máy khác. Các máy trong dây chuyền phải được đảm bảo làm việc liên tục và đồng bộ, do đó yêu cầu liên tục cung cấp điện cũng cao hơn so với các máy riêng biệt.

Ngoài những phân xưởng chính tương ứng với các giai đoạn chủ yếu kể trên, trong xí nghiệp cơ khí chế tạo máy còn có các phân xưởng phụ trợ khác như: phân xưởng mộc mẫu phục vụ cho việc làm các khuôn đúc, trạm khí nén cung cấp khí nén cho các búa máy, phân xưởng cơ điện hoặc động lực phụ trách việc cung cấp và quản lý hệ thống cung cấp điện và cung cấp hơi nước cho toàn xí nghiệp.

Phụ tải điện – đặc điểm của các thiết bị điện

Các xí nghiệp cơ khí chế tạo máy thường làm việc theo chế độ một ca hoặc hai ca. Các xí nghiệp lớn có các dây chuyền tự động có thể làm việc ba ca. Với mục đích san bằng đồ thị phụ tải một số thiết bị điện có công suất lớn như các loại lò điện thường được bố trí làm việc vào ca ba.

Đồ thị phụ tải điển hình của xí nghiệp cơ khí chế tạo máy được trình bày trên hình.

Đồ thị phụ tải của xí nghiệp chế tạo máy

Hình a trình bày đồ thị phụ tải hàng ngày của xí nghiệp cơ khí làm việc một ca. Nhìn chung đồ thị phụ tải không bằng phẳng, ở quãng thời gian ứng với ca ba phụ tải của xí nghiệp rất bé, đồ thị có các đỉnh nhọn xuất hiện vào quãng 7h30 đến 8h và 13h tương ứng với thời điểm bắt đầu làm việc và sau giờ nghỉ ăn trưa. Để tránh phụ tải đỉnh nhọn gây căng thẳng cho hệ thống cung cấp điện người ta thực hiện việc điều chỉnh san bằng đồ thị phụ tải bằng cách tránh khởi động các máy lớn vào cùng một thời điểm và bố trí các máy lớn có chế độ làm việc ổn định như lò điện làm việc vào quãng thời gian xí nghiệp có phụ tải thấp.

Hình b trình bày đồ thị phụ tải hàng năm của xí nghiệp. Đặc điểm của đồ thị là hệ số điền kín khá thấp, vì vậy còn rất nhiều tiềm năng của thiết bị có thể khai thác được. Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax của một số xí nghiệp cơ khí cho trong bảng c, các số liệu ứng với trường hợp các xí nghiệp làm việc hai ca.

Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax của một số xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

c, Thời gian sử dụng công suất lớn nhất Tmax của một số xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm của các xí nghiệp cơ khí chế tạo máy cho trong bảng d.

Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm

d, Suất tiêu hao điện năng cho một đơn vị sản phẩm Wo, kWh/ đ.v sản phẩm

Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng của xí nghiệp cơ khí chế tạo máy có thể tham khảo các số liệu cho trong bảng e.

Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng của xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

e, Phụ tải chiếu sáng các phân xưởng của xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

Ở các phân xưởng gia công cơ khí, nguội và lắp ráp, ngoài chiếu sáng chung còn phải đặt thêm chiếu sáng cục bộ tại nơi gia công và lắp ráp các chi tiết.

Trong trường hợp chung khi cần phân biệt các kích thước:

  • lớn hơn 1mm yêu cầu có độ rọi 150 lx;
  • 1 – 0,3 mm yêu cầu có độ rọi 500 lx;
  • 0,3 – 0,1 mm yêu cầu có độ rọi 1000 lx.

Môi trường làm việc của các thiết bị điện trong xí nghiệp cơ khí chế tạo máy nhìn chung là khô ráo, ít chất ăn mòn nhưng nhiều bụi kim loại nhiều tiếng ồn do va đập cơ khí.

Môi trường làm việc của các phân xưởng trong xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

f, Môi trường làm việc của các phân xưởng trong xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

Xí nghiệp cơ khí chế tạo máy hiện đại có nhiều loại phụ tải điện, khác nhau về chủng loại, công dụng, công suất, khác nhau về điện áp, dòng điện và chế độ làm việc v.v…

Theo tính chất sản xuất có thể chia các phụ tải ra làm ba loại:

  • Các thiết bị làm việc theo dây chuyền tự động như các dây chuyền tự động để gia công các chi tiết hay lắp ráp các máy móc. Các dây chuyền tự động này cho năng suất cao, nhưng đòi hỏi các thiết bị trong dây chuyền phải làm việc liên động (và đồng bộ) với nhau, vì thế một thiết bị ngừng làm việc sẽ ảnh hưởng tới cả dây chuyền.
  • Các thiết bị làm việc theo dây chuyền công nghệ nhưng không tự động liên động với nhau. Đa số các xí nghiệp cơ khí hoạt động theo kiểu này. Để hoàn thành một chi tiết máy thường người ta phải thực hiện nhiều nguyên công (đúc, rèn, tiện, phay, bào, mài v.v…) trên các máy công cụ kế tiếp nhau. Một máy ngừng hoạt động chỉ ảnh hưởng tới bản thân máy đó và sự hoạt động bình thường của cả dây chuyền mà thôi.
  • Các thiết bị làm việc riêng lẻ.

Theo độ tin cậy cung cấp điện, xí nghiệp cơ khí chế tạo máy thường được xếp vào phụ tải loại hai hoặc loại ba. Những xí nghiệp lớn, nếu ngừng cung cấp điện sẽ gây ra nhiều phế phẩm gây thiệt hại lớn về kinh tế thì thường được xếp vào phụ tải loại hai, trong trường hợp đặc biệt có thể xếp vào phụ tải loại một.

Trong xí nghiệp thường có một số thiết bị có công suất lớn và đặc biệt quan trọng như các loại lò điện, lò tân sô, các máy hàn tự động, các máy gia công có độ chính xác cao như máy doa tọa độ, máy phay chép hình v.v… Các thiết bị này thường được xếp vào phụ tải loại hai và được cung cấp bằng hai nguồn, các thiết bị còn lại khác trong xí nghiệp cơ khí chế tạo máy có thể xếp vào phụ tải loại ba.

Hệ thống cung cấp điện

Dòng điện và điện áp

Xí nghiệp cơ khí chế tạo máy thường dùng nguồn xoay chiều có tần số công nghiệp 50 Hz. Điện áp của mạng điện áp cao thường là 10-22 kv, trong trường hợp dùng phương pháp “dẫn sâu” có thể dùng tới 35 – 110 kV. Điện áp của mạng phân xưởng và chiếu sáng thường dùng loại 380/220 V, trong trường hợp đặc biệt có thể dùng 36 V hoặc 12 V.

Để cung cấp nguồn cho các thiết bị dùng dòng một chiều như các bể mạ, truyền động một chiều (truyền động bàn máy bào giường, truyền động ăn dao máy mài, máy doa v.v…) người ta dùng các bộ nguồn một chiều như máy phát một chiều, máy điện khuếch đại, các bộ chỉnh lưu, chỉnh lưu có điều khiển (thyristor) v.v…

Trong xí nghiệp có một số máy dùng truyền động xoay chiều điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp biến tần, trong trường hợp này người ta dùng các bộ biến tần có tần số biến đổi trong phạm vi f = 10 ÷ 50 Hz hoặc f = 50 ÷ 300 Hz. Đối với các thiết bị gia nhiệt cao tần (tôi, nấu chảy v.v…) người ta dùng các bộ nguồn có f = 10000 Hz, các bộ nguồn này thường được chế tạo hằng các phần tử bán dẫn có điều khiển như thyristor.

Mạng phân phối của xí nghiệp

SƠ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp cơ khí chế tạo máy quy mô trung bình

Những xí nghiệp cơ khí chế tạo máy cỡ trung bình và nhỏ thường lấy nguồn trực tiếp từ mạng phân phối của thành phố có U = 10 – 22 kV. Những xí nghiệp lớn thường lấy nguồn từ mạng điện khu vực có U = 35 – 110 kV.

Trong trường hợp xí nghiệp lấy nguồn từ mạng phân phối của thành phố sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp nên có một trạm phân phối và từ đó có các đường dây hình tia dẫn đến các trạm biến áp phân xưởng.

Để tăng độ tin cậy cung cấp điện, xí nghiệp có thể được cung cấp bằng hai đường dây và do đó thanh cái của trạm phân phối được phân đoạn đồng thời đặt thêm thiết bị tự động đóng dự trữ TĐD.

Ở các phân xưởng có các thiết bị quan trọng như lò luyện thép, lò tôi cao tần, các máy gia công chính xác v.v…, trạm biến áp phân xưởng nên đặt hai máy biến áp lấy điện từ hai phân đoạn của trạm phân phối.

Cung cấp điện cho các xí nghiệp loại nhỏ thường chỉ dùng một đường dây. Nếu có điều kiện nên thêm một đường dây dự phòng (có thể lấy từ xí nghiệp bạn) để cung cấp điện khi đường dây chính bị sự cố (hình a). Nếu số phân xưởng của xí nghiệp không nhiều thì không phải đặt trạm phân phối nữa (hình b)

Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp cơ khí loại nhỏ

Các xí nghiệp cơ khí chế tạo máy quy mô lớn thường lấy nguồn từ hệ thống điện do đó phải đặt trạm biến áp trung gian 35 – 110 kV / 10 – 22 kV. Để sơ đồ cung cấp điện được đơn giản và tăng tính linh hoạt nên đặt thêm các trạm phân phối. Theo kinh nghiệm thiết kế và vận hành cứ 3000 – 5000 kVA phụ tải nên đặt thêm một trạm phân phối.

Mạng phân phối của xí nghiệp nên dùng cáp, như vậy vừa tăng độ tin cậy cung cấp điện vừa đảm bảo mỹ quan và không cản trở giao thông trong xí nghiệp, ở những xí nghiệp nhỏ hoặc ở phần xây dựng tạm thời có thể dùng đường dây trên không.

Mạng điện phân xưởng

Xí nghiệp cơ khí chế tạo máy có nhiều phân xưởng với đặc điểm phụ tải và môi trường làm việc khác nhau vì vậy kết cấu của mạng điện phân xưởng cũng không giống nhau.

Sơ đồ cung cấp điện cho xí nghiệp cơ khí chế tạo máy quy mô lớn

Những phân xưởng chính như phân xưởng gia công cắt gọt, lắp ráp, rèn dập, hàn v.v… có mật độ phụ tải lớn và máy móc thiết bị phân phối tương đối đều trên mặt bằng sản xuất, vì vậy mạng phân xưởng thường dùng sơ đồ máy biến áp – đường dây trục chính.

Sơ đồ mạng điện phân xưởng

Đường dây trục chính là các thanh cái đặt dọc theo phân xưởng, từ đó có các đường dây dẫn đến các tủ phân phối động lực. Từ tủ phân phối động lực có các đường cáp hoặc dây dẫn cách điện luồn trong ống dẫn đến các máy. Thông thường mỗi một phân xưởng có một trạm biến áp. Chỉ trong trường hợp phụ tải của phân xưởng lớn, để tránh phải đặt máy biến áp phân xưởng có công suất quá lớn (lớn hơn 1000 kVA) và tránh tổn thất điện áp quá nhiều trên đường dây trục chính, người ta đặt nhiều trạm biến áp cho một phân xưởng. Trong trường hợp này, những trạm biến áp phân xưởng phải đặt ở vị trí không cản trở giao thông, không ảnh hưởng đến sự làm việc bình thường của các cần trục và phải có biện pháp thông gió, phòng cháy, phòng nổ tốt.

Những phân xưởng như đúc, nhiệt luyện, các trạm bơm, trạm khí nén có số máy móc thiết bị không nhiều nhưng công suất của chúng lớn như các loại lò nấu kim loại, lò hồ quang luyện thép, lò tôi, các động cơ bơm. quạt v.v… Ở những phân xưởng này người ta thường dùng sơ đồ hình tia, trong trường hợp cần nâng cao độ tin cậy cung cấp điện, trạm biến áp phân xưởng có thể đặt hai máy biến áp (hình b) và áp dụng các biện pháp tự động đóng dự trữ.

Những phân xưởng phụ khác của xí nghiệp như phân xưởng mộc, sửa chữa, kho tàng v.v… chỉ cần dùng sơ đồ phân nhánh là đủ (c).

Chiếu sáng trong xí nghiệp cơ khí chế tạo máy

Chiếu sáng có ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất lao động, chất lượng sản phẩm, sức khoẻ của công nhân và an toàn lao động. Vì vậy, cần phải nghiên cứu kỹ đặc điểm của từng phân xưởng để có biện pháp chiếu sáng thích hợp.

Ở phân xưởng gia công cắt gọt, máy móc phân bố đều trên mặt bằng sản xuất, vì vậy các đèn chiếu sáng chung thường được bố trí đều trong phân xưởng và đảm bảo độ rọi khoảng 30 – 50 Ix, độ rọi này đủ để đi lại vận chuyển trong phân xưởng thuận tiện.

Ở những phân xưởng có máy cỡ nặng như máy bào giường, máy tiện đứng, máy doa ngang v.v… vì máy to, cao, gây ra nhiều bóng tối, nên trong chiếu sáng chung thường dùng hình thức phân bố đều có chọn lọc để tránh các mảng bóng tối do máy gây ra và tăng độ sáng cho công nhân vận hành. Ngoài chiếu sáng chung, ở bộ phận chi tiết được gia công cần có chiếu sáng cục bộ. Tuỳ đặc điểm của chi tiết được gia công, chiếu sáng cục bộ phải đảm bảo độ rọi trong khoảng 150 – 1000 lx. Đèn chiếu sáng cục bộ dùng nguồn 36 V.

Ở phân xưởng lắp ráp, công việc lắp ráp có thể được tiến hành ở trên khắp mặt hàng sản xuất, vì vậy đèn chiếu sáng chung thường được phân bố đều và đảm bảo độ rọi khoảng 50 – 75 lx cao hơn độ rọi ở phân xưởng gia công cắt gọt một ít. Ngoài chiếu sáng chung còn cần có đèn di động cầm tay (24 V hoặc 36 V) để tiện cho công nhân tiến hành các công việc lắp ráp. Vì vị trí đặt máy để lắp ráp có thể không cố định nên hệ thống chiếu sáng cục bộ tốt nhất là có các ổ cắm dọc tường nhà xưởng để công nhân cắm đèn di động được dễ dàng.

Ở phân xưởng nguội, ngoài chiếu sáng chung còn cần có chiếu sáng cục bộ ở các bàn nguội.

Phân xưởng mộc nhiều bụi dễ cháy, vì vậy đèn chiếu sáng nên dùng loại chao kín để bảo vệ.

Ở phân xưởng đúc có nhiều bụi, nên đèn chiếu sáng phải dùng loại phòng bụi, ẩm. Ở bộ phận làm khuôn đúc, ngoài chiếu sáng chung còn phải có đèn di động (36 V) để công nhân kiểm tra khuôn đúc.

Ở phân xưởng gia công nóng có nhiều lò nhiệt độ cao, ngoài chiếu sáng chung để làm việc nhất thiết phải có chiếu sáng sự cố để có thể sơ tán nhân viên vận hành khi mất điện.

Những phân xưởng khác của xí nghiệp như trạm bơm, trạm khí nén, chiếu sáng ngoài trời không có gì đặc biệt.

Các biện pháp tiết kiệm điện năng

Vấn đề sử dụng điện hợp lý và tiết kiệm điện năng được đặt ra cả trong giai đoạn thiết kế lẫn trong giai đoạn vận hành của xí nghiệp.

Giai đoạn thiết kế

Trong giai đoạn thiết kế có thể áp dụng các biện pháp sau đây:

  • Sử dụng quy trình công nghệ tiên tiến cho năng suất chất lượng sản phẩm cao đồng thời tiêu hao ít điện năng như gia công nhiều lưỡi dao, gia công tốc độ cắt gọt cao, dùng phương pháp đúc chính xác hoặc dập ép để giảm kim loại thừa do đó giảm được các nguyên công cắt gọt v.v…
  • Chọn sơ đồ cung cấp điện hợp lý: bao gồm các mặt như chọn cấp điện áp, trong điều kiện cho phép nên dùng phương pháp dẫn sâu đưa điện áp cao vào các phân xưởng có phụ tải lớn; chọn dung lượng máy biến áp phân xưởng sát hợp với phụ tải thực tế; chọn tiết diện dây dẫn hợp lý; phân bố đều phụ tải giữa các pha, các đường dây v.v…
  • Chọn biện pháp bù công suất phản kháng, nâng cao hệ số công suất. Phân phối hợp lý dung lượng các tụ điện trong các mạng điện phân xưởng nhằm đạt được hiệu quả kinh tế tối đa.
  • Chọn các biện pháp nâng cao độ tin cậy cung cấp điện như đặt nguồn dự phòng, áp dụng các biện pháp tự động hóa để hạn chế ảnh hưởng của các sự cố, đặt các thiết bị phòng chống sét, nối đất để đảm bảo an toàn cho người và thiết bị.

Giai đoạn vận hành

Đây là giai đoạn rất quan trọng vì nếu tổ chức vận hành tốt thì sẽ khai thác được hết các ưu điểm của mạng điện đã được thiết kế. Trong giai đoạn này có thể áp dụng các biện pháp sau đây:

  • Định chế độ vận hành tối ưu cho các thiết bị điện lớn như các loại lò điện, máy nén khí, máy công cụ cỡ nặng v.v…
  • Điều chỉnh đồ thị phụ tải của phân xưởng và xí nghiệp để được đồ thị tương đối bằng phẳng
  • Áp dụng các biện pháp hạn chế các máy gia công cắt gọt chạy không tải
  • Định chế độ vận hành tối ưu cho các máy biến áp phân xưởng. Nghiên cứu khả năng cắt bớt máy biến áp non tải trong thời gian phụ tải của xí nghiệp nhỏ.

Trích: Hệ thống cung cấp điện của xí nghiệp công nghiệp đô thị và nhà cao tầng

Xem thêm: Hệ thống cung cấp điện của các xí nghiệp luyện kim

Hãy chia sẻ, nếu bạn cảm thấy bài viết có ích cho bạn bè !