浅谈自动化冷库的设计
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作者: 张英英 董建晓
【摘要】本文介绍了自动化冷库的应用、结构和电气设计要点以及自动化冷库的市场前景。
【关键词】自动化冷库 堆垛机 货架制冷系统 变配电室
【Abstract】This text introduces the application, the design important
point in structure and electric, and the market foreground of automatic cold warehouse.
【Keywords】Automatic Cold Warehouse; Stacking Crane; Goods Shelf; Cold System; Electricity Transformation and Distribution Room
概述
冷链是随着科学技术的进步、制冷技术的发展而建立起来的,它是以冷冻工艺学为基础,以制冷技术为手段,在低温条件下的物流现象。因此冷链建设要求把所涉及的生产、运输、销售、经济与技术性等各种问题集中起来考虑,协调相互间的关系,以确保易腐食品在加工、运输和销售过程中的安全,它是具有高科技含量的一项低温系统工程。冷链由冷冻加工、冷冻储藏、冷藏运输及配送、冷冻销售四个方面构成。其中冷冻储藏包括产品的冷却储藏和冻结储藏。它是保证产品在储藏和加工过程中的低温保鲜环境,而自动化储藏设施的建设是其中的关键环节.本文所介绍的自动化冷库就是其中之一。
目前国内自动化冷库的应用大都集中在食品业、种子库以及化工原料厂。目前适用的产品范围包括:
初级农产品:如种子; 蔬菜、水;肉、禽、蛋、水产品;花卉产品;
加工产品:如速冻食品;包装熟食、奶制品、血液制品等;
特殊商品:生物制药、医药品、化工原料、航天材料等。
现在随着人们生活水平的提高,对食品安全的日益重视,对食品新鲜度的刻意追求,低温物流已成为一种热潮, 需求拉动投资,低温物流或者是冷链已成为物流界的一个发展趋势。为了适应国内人民生活水平的提高,作为冷链的一个重要环节,自动化冷库的需求会越来越多。下面主要就自动化冷库的设计进行浅谈。
1、整体设计要点
在设计自动化冷库时,首先是规划,开始规划时一般要先从客户端取得相关数据与参数,如用地、库存量、储存温度、入库温度、出入库的频率等;其次,再与客户进行更深入的交流,如库板与制冷系统选型、出入库方式等;最后得到最终的技术方案。
自动化冷库的建设过程也必须严格管控,从地板的施工、库板断热处理到冷冻库门的安装,都有相当高的技术含量,如果施工管控不良,会导致后续使用上问题不断,能源损耗严重,可能会使一座20---30年左右的冷库在5年左右就报废。
自动化冷库的土建工程,尤其是配备有轨巷道、堆垛机、高层货架的自动化立体仓库,库面地基要防湿、防冻、地面要设保温层外,地基还需具备足够的承载能力,同时还须根据库内设施位置确定排水通道。
库内设施在结构上需要注意构建温度应力的预防与消除,防止设施结构的“冷桥”效应,穿堂的合理配置,在库内构件与库体连接部位,电缆的出入通道,应当连续而均匀的覆盖保温材料,否则在实际的设计与施工中造成“短路”,形成“冷桥”会造成冷凝现象,构件表面形成水滴,会影响建筑中设备以及产品的安全,并导致金属表面腐蚀,影响建筑物的正常使用。
2、冷库结构设计要点
自动化冷库,它是在不直接进行人工干预的情况下自动地存储和取出货物的设备。它由多列货架构成货位,用一台堆垛机将货物在水平左右、水平前后、垂直上下三个方向上移动,从而实现货物在不同货位上的存取操作。它以托盘为存储单位,用户可直接输入物料所在的托盘号,堆垛机根据用户指令在几台立体库单元间运动,将所需货物运至存储位或取料口。
自动化冷库技术主要包括:冷库库容的设定、内部空间应用于设备的布局、制冷设备与库板的选用、地板的保温设计等。应用到的主要设备有堆垛机、输送机、货架、冷库库门、制冷机组、保温库板、仓储管理系统等。
自动化冷库的整体简略图
在自动化冷库的实施中,最核心的技术与设备为堆垛机,自动化冷库所用的堆垛机各个零部件及其设计都不同于常温的堆垛机,它并不仅仅是把常温堆垛机的零部件更换为低温环境下使用的零部件就可以的,它需要整体的全新设计,才能保证堆垛机在低温环境下的长期使用。另外因为在低温环境中维修困难,自动化冷库中堆垛机的性能必须比常温的更加稳定,以减少维修次数。
冷库内部存储需要各型货架,自动仓库使用的20多米高位货架,拆零拣货使用的流力架等,冷库中使用的货架对钢材的材质、荷重、货架的跨度设计均有特殊要求。自动化冷库中使用的货架、输送机、堆垛机等设备都必须适应液态环境要求,所使用的零部件材料必须是抗低温材料,以避免低温冷脆,因为一般的钢材在-20度以下的环境中,强度会大幅度渐衰,抗冲击性会明显下降。此外运行设备还必须保证冷态起制动和冷态运行的可靠性。
自动化冷库的特殊要求,要求其整体仓库结构要用保温层包起来,还要配有一套制冷系统,冷库保温材料的选用必须因地制宜,既要有良好的隔热性能,又要经济实用,隔热材料有聚氨脂、聚苯脂等。聚氨脂不吸水,隔热性较好,但成本较高;聚苯脂吸水性强,隔热性较差,但成本较低。现代冷库的结构正向装配式冷库发展,制成包括防潮层和隔热层的冷库构件,做到现场组装,其优点是施工方便、快速,且可移动,但造价比较高。冷库设备不同制冷方法所使用的设备也不同,目前应用最广的是蒸气压缩制冷,主要设备有压缩机(见流体输送机械)、冷凝器、蒸发器和节流阀。压缩机用于压缩和输送制冷剂蒸气,其中以活塞式和离心式的应用最广。物品在冷却或冻结时要放出一定的热量,制冷装置的围护结构在使用时也会传入一定的热量。因此为保持制冷装置中的低温条件,就必须装设制冷机,以便连续不断地移去这些热量,或者利用冰的熔化或干冰的升华吸收这些热量。另外可装有空调器,因为空调器在制冷装置中伴有除湿功能。
库板可根据库体安装的需要选择相应规格,高、中温冷库一般选用10厘米厚的库板,低温冷库及冻结冷库般选用12厘米或15厘米厚的库板;并且由于其温度不同,自动化冷库的地板必须做保温处理和通风处理,保温不做,无法保持温度,通风没做,水汽就排不干净,残留的水汽在仓库温度降至0度时会结冰冻坏地板,地板如果被严重冻坏,冷库基本上就报废了。
3、自动化电气设计要求
电气元件在低温状态下的安全性、实用性和耐久性是自动化控制的关键,也就是说电气元件必须有高可靠度指标,配电柜的保温、防霜、电气独立元件的保温与防冻措施、电刷加热温度等均需适宜,否则将直接影响自动化立体仓库的正常运行和工作效率。
对于冷库的变配电室,电气设计至关重要,也有如下要求:
① 冷库应按二级负荷供电。在负荷较小或地区供电条件困难时可采用一回路专用线供电。对公称体积在2500M3 以下的小型冷库,可按三级负荷供电。
② 当供电电源不能满足要求且条件许可时,可设置自备柴油发电机组电源,自备电源的容量应能满足冷库保温运行的需要。
③ 冷库的电力负荷宜按需要系数法计算,全库总电力负荷需要系数可采用0.55～0.70。
④ 当冷库电力负荷大于315KVA且淡旺季负荷相差较大时,在保证压缩机可靠启动的条件下,宜选用2台变压器,变压器的负荷率可采用0.8～0.9。
⑤ 冷库应采用集中补偿或集中与分散补偿相结合的方式补偿无功功率,提高功率因数。冷库自然功率因数可采用0.78。
⑥ 高低压配电室宜布置应急照明。当变配电室布置有直流电源屏时,应急照明电源可取自电源屏,否则应选用自带蓄电池组的应急照明灯具。应急照明持续时间不应小于30MIN。
另外,冷库冷间与一般的潮湿环境不同,温度低于0℃的冷间,内部金属构件如顶排管、支架等等容易结霜,温度高于0℃的冷间由于贮存品种的要求往往湿度较高容易凝水,而且还不能完全保证工人工作时不触及灯具,所以这种场所应属于有特殊触电危险的用电场所。新规范参照《工业企业照明设计标准》GB50034中第7.0.2条规定冷间内灯具安装高度等于或低于2.2米时,应采用AC24V安全电压(SELV)供电。
4、结语
近年来自动化立体仓库在我国蓬勃发展,但自动化冷冻冷藏立体仓库处于萌芽状态。随着经济的发展,纵观未来几年的市场,对于自动化冷库应该是一个发展契机,它的应用将具有相当广阔的市场前景。
参考文献:
[1] 《物流技术与应用 》.2010.
[2] 《机械工程师手册》.机械工业出版社.
作者简介:
张英英(1981―)女,毕业于中北大学机械设计制造及其自动化专业,现就职于中国电子科技集团公司第二研究所。
董建晓(1982―)男,毕业于长春理工大学机械设计制造及其自动化专业,现就职于中国电子科技集团公司第二研究所。
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