电子烟电池缠绕机(电子烟电池加工设备)-电子烟品牌

电子烟电池缠绕机的研发、生产和销售。公司主要产品为电子烟电池缠绕机，是一种新型烟草制品的加工设备，广泛应用于卷烟、雪茄烟、烟丝、烟斗、烟斗斗盒等烟草制品的缠绕、包装、装箱等工序。2020年上半年，公司实现营业收入1.03亿元，同比增长18.53%；归属于上市公司股东的净利润为为4735.08万元，同比增长1.21%。截至2020年6月30日，公司资产总额为4.12亿元，负债总额为1.07亿元，所有者权益为1.12亿元。

摘 要：

为解决目前抽水蓄能电站地下厂房机电安装期焊接施工通风方案尚不明确的问题，基于实际山东潍坊抽水蓄能电站机电安装期施工，现场采集相关数据，利用Fluent数值模拟软件，对实际抽水蓄能电站的机电安装期焊接烟尘的扩散与施工通风方案进行了数值模拟，并对通风方案进行了优化。结果表明：焊烟污染区域主要为厂房内垂直高度8 m以下空间，重点治理范围是2 m以下的人体呼吸区。冬季施工时在竖井处内与外界环境之间存在132 Pa的热压差，可形成自然通风，应充分利用竖井的自然通风作用，使机械送风与自然送风相结合。主厂房内焊接施工时将工作送风口与排风口下移至距离焊接施工面3 m处，采用下送下排的通风方式，可提高送风的净化效率与利用率。通过关闭不利送风口，设置局部挡风墙，增设排风机等优化措施，主厂房内焊烟浓度不达标区域由80%降至17%,母线廊道与主变室内的焊烟污染完全消除，证明优化措施有效。

关键词：

抽水蓄能电站;机电安装;焊烟扩散;数值模拟;通风方案;

李宏宇(1995—),男,硕士研究生,主要从事地下空间气流组织与通风研究。E-mail:lihongyu1220@163.com;

*许淑惠(1966—),女,教授,硕士研究生导师,硕士,主要从事地下空间安全技术研究。E-mail:xushuhui@bucea.edu.cn;

基金：

国家自然科学基金(51506004);

北京市自然科学基金(3162009);

引用：

李宏宇，许淑惠，徐荣吉．山东潍坊抽水蓄能电站地下厂房机电安装期焊烟扩散规律与通风方案数值模拟研究［Ｊ］. 水利水电技术（中英文） ，２０２１，５２（１１）：１２０⁃１３０.

ＬＩ Ｈｏｎｇｙｕ， ＸＵ Ｓｈｕｈｕｉ， ＸＵ Ｒｏｎｇｊｉ． Ｎｕｍｅｒｉｃａｌ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｗｅｌｄｉｎｇ ｆｕｍｅ ｄｉｆｆｕｓｉｏｎ ｌａｗ ａｎｄ ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ ｓｃｈｅｍｅ ｄｕｒｉｎｇ ｅｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌ ｉｎｓｔａｌｌａｔｉｏｎ ｉｎ ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ ｐｏｗｅｒｈｏｕｓｅ ｏｆ Ｗｅｉｆａｎｇ Ｐｕｍｐｅｄ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｓｔａｔｉｏｎ ［Ｊ］. Ｗａｔｅｒ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏｐｏｗｅｒ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，２０２１，５２（１１）：１２０⁃１３０.

抽水蓄能电站具有调峰填谷、调频调相、事故备用等多种功能，是当前最高效成熟且经济环保的大规模电能储存工具。当前国内大型抽水蓄能电站地下洞室群具有洞室线路长、洞室群密集、结构复杂等特点，且随着施工进度的推进，各个洞室之间的联通方式及通风回路也在不断变化，存在着通风气流组织紊乱，排烟困难等问题。地下抽水蓄能电站的施工主要包括两个阶段，分别为洞室开挖期与机电安装期。机电安装期施工时间节点一般于开挖期完成之后，主要施工任务是在已经贯通的水电站洞室内进行机组器械的拼组安装，以焊烟为主要污染物，焊接作业过程会释放高温高热，同时也会产生大量有毒有害物质，如金属烟雾、有毒气体等。这些金属烟雾包括金属氧化物、悬浮空中的金属颗粒和放射性致癌物质等有毒有害成分，且焊烟粒子粒径大部分在1～10 μm, 极易被吸入人体。相关研究表明，长时间暴露其中的工人极易患上呼吸道感染、支气管炎等疾病，甚至发展为肺癌。此时由于水电站整体开挖已基本完成，其通风复杂程度要远高于开挖期，同时又与运行期不同，属于过渡期的通风时段，如若不能通过制定合理的施工通风策略及时将其排出，则会对施工人员的身体健康造成极大的危害，相关问题亟需解决。所以机电安装期的施工通风方案具有十分重要的研究价值。

当前国内外学者们对于对抽水蓄能电站地下厂房与隧道通风的研究主要集中在抽水蓄能电站地下厂房与隧道开挖施工通风、粉尘与污染物扩散以及抽水蓄能电站运行期厂房整体的通风气流组织与洞室内的空调热湿调节方面，而单独针对于机电安装期施工通风的相关研究较少。研究方法主要有基于相似理论的模型试验以及基于CFD技术的三维数值模拟。杨建林基于丰宁抽水蓄能电站主厂房，对地下洞室群的开挖施工期通风系统进行了研究，并设计了一种移动式烟尘净化系统用于开挖期的除尘散烟工作。CHANG等对实际施工隧道内的污染物扩散进行了数值模拟研究，并推导出施工通风的时间计算函数。同时他们对隧洞内施工不同的通风方式进行了对比研究，发现机械通风可形成较好的气流组织。王波等以河北丰宁抽水蓄能电站为例，采用计算流体力学方法，对不同通风回路状态下的地下洞室群的气流运行情况及粉尘分布情况进行了数值模拟研究，发现随着爆破施工任务的增多，不同洞室内的粉尘会相互叠加，且结构较为简单的洞室地下洞室群通风效果较好。李安桂等通过建立实际抽水蓄能电站发电机层通风模型，研究了大空间上送下排机械送排风气流组织分布规律，为相关电站地下厂房复杂气流的优化设计提供了参考依据。HARGREAVES等分别对封闭地下空间和半封闭地下空间内的通风流场进行了数值模拟研究。张楠等以某抽水蓄能电站为研究对象，分析了不同排风路径对地下厂房通风效果的影响，发现设置排风竖井有利于形成烟囱效应，更利于开挖期施工通风。费万唐等针对高寒地区的抽水蓄能电站冬季施工，设计了隧道的防寒保暖及散烟系统。刘存等以山东某抽水蓄能电站通风洞为研究对象，根据工程设计参数结合计算流体力学手段分析了理想情况下地下厂房通风空调系统利用通风温度变化的节能潜力。施晨等利用CFD数值计算软件，以实际抽水蓄能电站主厂房为研究对象，计算了运行期内不同季节工况下全厂不同层的温湿度分布。YU等在壁面绝热等假设条件下，提出了无压尾水洞通风系统热湿交换的模型改进方法。对于施工车间与厂房内的焊烟治理问题。PARK等通过对比多种通风方式在焊接车间内的净化效果，发现利用机械通风的净化效果较好。傅吉全对焊接车间内现有的各种焊烟防护措施进行了对比结果表明，多种通风方式相结合可大大提高焊烟的净化效率。

由于抽水蓄能电站地下厂房属于高大空间，机电安装期厂房内的焊烟施工情况较为复杂，国内外当前对于机电安装期焊烟扩散与通风策略的研究相对较少，可借鉴成果不多。针对此问题，本文基于山东潍坊抽水蓄能电站机电安装期的实际焊接施工工况，利用Fluent数值模拟软件，对其机电安装期的焊接施工及施工通风进行数值模拟计算，通过对焊烟扩散规律与厂房内的通风气流组织进行研究，提出优化方式，最终得到适合于抽水蓄能电站机电安装期的通风方案，从而指导工程实际，保障施工效率与工作人员的身心健康。

此抽水蓄能电站位于山东省潍坊市，规划装机容量1 200 MW,为I等大(1)型工程，装机4台，单机容量300 MW。厂区建筑物主要由地下厂房、主变洞、母线洞、进厂交通洞、通风兼安全洞、出线平洞、排风竖井、排风平洞、排水廊道和地面开关站、地面总排风机房等组成。地下厂房由主机间、安装场和主厂房组成，呈“一”字形布置。安装场布置在主机间右端，副厂房布置在主机间左侧。主机间内安装4台水轮机组。主机间分五层布置，分别是发电机层、母线层、水轮机层、蜗壳层和尾水管层。机电安装期的主要施焊位置在地下厂房的主机间的发电机层、安装场与主厂房内，主变室与尾闸室内的焊接施工强度不大，所以机电安装期焊接施工通风的最不利工况主要是主厂房及安装间内的发电机层焊接工作。

根据实际水电站的施工节点与进度，机电安装期通风存在两种路径：(1)通过交通洞侧风管进风，通风洞侧排风；(2)通过交通洞及通风洞侧相应风管进风，竖井排风。但由于通风洞及交通洞长度较大，均超过1 000 m, 内部通排风阻力较大，且坡度平缓，自然通风效果不明显，所以路径(1)并不适合作为通排风的最佳选择。由于此时竖井已施工完成，因此本文选择通风路径(2)开展研究。

对水电站的各个关键部位及通风部位进行了统一命名，在后续的建模计算及优化计算时，均以此命名为准，结合施工进度，将未开挖与开挖未完成的廊道及洞室进行相应简化，同时将交通洞、通风洞及未直接连通三大洞室的外围隧道排除，最终将三大洞室、直接连通三大洞室的廊道以及竖井保留，作为安装期焊接施工及通风的计算模型，如图1所示。

图1 水电站计算模型及各部分名称

2.1 基本假设

由于地下厂房内结构较为复杂，影响因素繁多且计算区域较大，为便于研究并考虑到计算难度，做出如下假设：忽略洞室内工作面和通道内的小型设备及非送风管线的影响；流体不可压缩；壁面绝热；等温通风；送风处风速均匀分布。

2.2 初始及边界条件

边界条件有入口边界与出口边界。数值模拟初始及边界条件如表1所列。

(1)速度入口：

厂房的各个送风口为速度入口边界，位置如图1所示。根据实际水电站施工情况，共设置两台变频轴流风机，分别布置在通风洞外与交通洞外，每台轴流风机通过两条柔性风管向洞内送风，如图3所示。根据开挖期实际通风方案，通风洞一侧两条主风管，一条直接进入主副厂房，另一条通过主变通风支洞进入主变室内，分别通过T-F-1与T-F-2两个送风口送风；交通洞一侧两条主风管，一条进入安装间，另一条主风管在进入洞室前分为两条支路风管，分别通过主变交通洞与尾闸运输洞进入到主变室与尾闸室内，分别通过J-F-1、J-F-2与J-F-3三个送风口送风。已知施工期总风量为292 524 m3/h, 各洞室及送风口风量根据实际工况进行分配。具体风量分配情况如表2所列。

图3 风管位置示意

(2)质量入口：

主厂房内部焊接点为质量入口边界。根据实际现场施工情况，机电安装阶段施焊任务较大，每个焊点焊烟平均焊烟散发质量流率为15 mg/s, 焊点中心温度设为2 273 K,设一次焊接工作时长为20 min。不同的焊接工艺其生成的污染物也各有不同，主要包括Fe2O3、MnO金属氧化物微粒以及CO和NO2等有毒有害气体,结合模拟软件设置，本文选取CO气体为替代气体，将气体参数修改为实测焊烟的气体参数，进行数值模拟计算。焊烟特性参数如表3所列。

(3)压力出口：

交通洞、通风洞与主厂房的相交洞口，以及竖井排风口为压力出口边界，位置如图2所示。由于实际施工时间在冬季，洞室内部气温高于室外气温，此时竖井已经打通，通过热压作用可在竖井内形成烟囱效应，热压越大，形成的烟囱效应越强烈，自然通风效果越好，所以可将自然通风加以有效利用，整体采用机械加自然的通风方式，降低通风成本。在Fluent中通过设置压力出口可实现压差控制来模拟热压产生的自然通风。因为主厂房与外界环境通过交通洞与通风洞相连通，且交通洞与通风洞的长度均在1 000 m以上，坡度极为平缓，无法形成较为明显的自然压差与热压，所以交通洞、通风洞与主厂房的两个相交洞口为高压面，竖井出口为低压面。竖井内热压可根据下式计算

式中，ΔPr为竖井热压(Pa);g为重力加速度，取9.81 m/s2;H为进、排风口高差，此处取竖井高度，为270 m; ρn为洞室内空气密度，实际洞室内温度取18 ℃,则ρn为1.230 kg/m3;ρw为洞室外空气密度，洞室外温度取0 ℃,则ρw为1.280 kg/m3。带入式(1)计算得竖井内热压为132.3 Pa。

图2 边界条件位置示意

Fluent计算中可设定交通洞、通风洞与主厂房的连接洞口J-F-1与T-F-1处的压力为环境压力，设为0(表压);而竖井垂直高度为270 m, 下部通过排风平洞连接厂房，上部通过排风口连接外部环境，在冬季存在明显的热压作用，所以竖井出口面设为由热压导致的低压面，设为-132 Pa(表压),以此来模拟热压差产生的自然通风。

3.1 送风气流分析

由于在进行机电安装时，水电站的主体结构已开挖完成，此时的通风气流组织较开挖期更加复杂，所以需要对各个送风口的通风情况进行研究，便于合理规划送风口，分配风量。如图4所示为5个送风口的送风迹线。

图4 送风口气流组织

如图4(a)所示，送风口J-F-1、J-F-2存在通风“短路”现象，即存在部分风量未进行工作便被竖井抽出，造成通风浪费；送风口J-F-2的送风会通过母线廊道进入主厂房，若主变室内存在焊接施工则会造成污染叠加；由于排风下游为排风竖井，而J-F-1与J-F-2的送风方向与排风路径相反，且会与送风口T-F-1与T-F-2的送风发生对冲，不利于污染物排除。如图4(b)所示，送风口T-F-1、T-F-2与J-F-3的送风迹线符合排风路径，可形成通风闭环，可作为主要施工通风；但由于送风口T-F-1距离副厂房排风洞较近，而副厂房排风洞通过排水廊道连通竖井，由于负压作用会存在少量通风有送风“短路”现象，此处需要进一步优化处理。

3.2 送风气流优化

通过以上分析可知送风口J-F-1与J-F-2的通风效率较低，不利于污染物排除，所以关闭送风口J-F-1与J-F-2,并将风量分配给。可在排水廊道b与主厂房排风洞相接处设置挡风墙1,通过隔断来消除送风口T-F-1的送风“短路”现象。当主厂房或安装间内焊接施工强度较大时，可在排水廊道a与主变室之间的排风平洞处设置挡风墙2进行部分阻断，以增强排风竖井对主厂房与安装间的抽吸作用。由于主厂房发电机层与安装间的焊接施工强度最高，而母线廊道连通主厂房与主变室，当主厂房内发电机层与安装间进行焊接施工时，焊烟易通过母线廊道扩散至主变室，可在母线廊道内设置挡风墙3,防止污染扩散。挡风墙位置如图5所示。

图5 挡风墙位置

图6 主厂房施工气流组织

如图6(a)所示，在设置排水廊道挡风墙1、排风平洞挡风墙2与母线廊道挡风墙3之后，送风短路现象被消除，送风口T-F-1的送风全部作用于主副厂房内部，且排水廊道a内的通风速度由未优化前的4 m/s升至5 m/s, 提高了送、排风效率。

但由于送风口与排风口的位置较高，大部分送风都流动于厂房上部空间，此时若发电机层主厂房及安装间内存在焊接施工，则通风的利用率较低。需要根据实际的焊接施工位置相应的调整送、排风口的高度。如图6(b)所示，在将送风口与排风口下移至距离发电机层3 m的高度后，送风主要流通于焊接工作区上方，可有效将焊烟及污浊空气排除洞室。在部分送风无法到达的通风“死区”可使用局部焊烟净化装置对污染空气进行局部净化。若焊接工作量较大，可在竖井排风机房设置排风机，提高竖井的抽吸作用。

为便于建立模型，将每个焊点简化为为直径0.1 m的圆面，由于实际现场一次焊接施工持续时间在20 min左右，所以计算时间选取为20 min。《工作场所有害因素职业接触限值》规定焊接烟尘的短时间接触容许浓度为6 mg/m3,对应的质量分数为4.9×10-6,据此分别建立不同时刻的水平与竖直截面，分析厂房内焊烟扩散规律，最终总结最优的施工通风策略。

3.3 焊烟扩散规律研究

通过对未优化工况进行数值模拟，首先观察焊烟在厂房内部的扩散规律。如图7所示，根据实际施工位置在厂房内部4台发电机组均匀布置4个焊接施工点，在未对通风进行优化的条件下使其自由扩散，观察其扩散规律。

图7 发电机组焊点位置

如图8(a)所示，由于焊点处温度较高，焊烟以焊点为中心，受到高温热气流作用，在水平截面呈圆形逐渐向四周扩散；如图8(b)所示，在竖直截面呈扇形逐渐向上部空间扩散，焊点处焊烟浓度最高，且由内而外焊烟浓度逐渐降低。

图8 未优化通风主副厂房焊烟扩散质量分数云图

焊烟与一般有毒和有害气体不同，其密度略高于空气密度，由于焊点处温度较高，焊烟在随热气流上升过程中被逐渐被冷却，然后发生集聚或凝并，从而分布在某一空间内部，不易排除。如图9所示，可知在主机间内8 m以上空间内的焊烟浓度均达到健康标准，由于水电站的厂房空间较大，难以将产生的焊烟快速完全消除，所以主要的控制目标为8 m以下空间的焊烟污染，以人体呼吸带以下即竖直高度2 m以下空间的焊烟浓度为主要控制目标。

图9 未优化通风主厂房焊烟扩散质量分数云图

3.4 焊接通风策略研究

实际施工作业时，厂房的焊接施工主要包括在安装间内的组装工作以及在主机间的吊装工作，安装间内的焊接施工强度最高，且焊点较为密集，主机间焊接施工强度较低，焊点较为分散。下面对安装间及主机间的焊接施工进行数值模拟。

在安装间内布置6个焊点，在发电机组4周围均匀布置4个焊点，同时模拟厂房内的组装及附近发电机组的吊装工作，焊点位置如图10所示。

图10 安装间焊点布置

分别建立360 s与1 200 s时刻下厂房焊接施工区水平截面与厂房中心竖直截面的焊烟质量分数云图，综合分析各个工况的焊烟扩散规律与施工通风效果，对其进行对比性规律分析，从而最终得到最优通风策略。根据气流组织研究，对通风进行初步优化，具体工况设置如表4所列。

如图11所示，当通风未优化时，在焊接施工初期，焊烟以焊点为中心，向厂方四周扩散；在焊接施工末期，焊烟逐渐充满整体厂方，安装间与发电机组内焊烟质量分数最高，同时焊烟会扩散至母线廊道内部，并进入主变室内，厂房大部分区域焊烟浓度均不达标，洞室内整体施工环境质量较差。

图11 未优化通风厂房内焊烟质量分数云图

如图12所示，当优化通风后，在焊接施工初期，扩散情况无明显变化；在焊接施工末期，焊烟扩散范围与未优化通风相比明显减小，焊烟被控制在安装间及发电机组附近，未扩大污染范围，母线廊道及主变室内焊烟污染被消除，厂房内大部分区域焊烟浓度达标。证明此通风优化策略有效。对于安装间内局部焊烟高浓度区域可使用局部焊烟净化装置进行消除。

图12 优化通风厂房内焊烟质量分数云图

通过在安装间内焊接施工区上方2 m处设置监测点，检测焊烟质量分数随时间变化。如图13所示，当未优化通风时，焊烟质量分数首先随时间逐渐增大，在240 s时达到最高，为1.586×10-4;之后随着通风的进行焊烟质量分数逐渐降低，到1 300 s时达到最低，为6.3×10-5;从1 300 s开始焊烟质量分数又逐渐缓慢升高。

图13 优化前后安装间内焊烟质量分数变化

在优化通风后，0～390 s内焊烟质量分数先随时间缓慢升高，在390～480 s内焊烟质量分数迅速升高至最大值，为3.7×10-4;在390～720 s内焊烟质量分数均保持在3.0×10-4以上；从720 s开始焊烟质量分数随时间迅速降低，在1 700 s降至9.1×10-6。

如表5所列，通风优化后，主厂房内呼吸带焊烟浓度不达标范围由80%降至17%,母线廊道由全部不达标降为全部达标，主变室内呼吸带焊烟浓度不达标范围由15%降至全部达标。由此证明此优化策略有效。

通过对比通风优化前后的焊烟质量分数曲线可知，当未优化通风时，焊烟会从焊接施工区扩散至整体厂房内部，且会扩散至母线廊道内及主变室内，造成大面试污染，此时施工区内焊烟质量分数先升高后降低，而当厂房整体焊烟量较大时，施工区内焊烟开始逐渐升高；在优化通风后，送风首先将产生的焊烟有效控制在施工区内部，防止了污染扩散至整体厂房、母线廊道及主变室内，此时施工区内焊烟质量分数会有短暂的升高现象，在通风气流逐渐稳定后，焊烟被送风迅速带出洞室，焊烟质量分数迅速降低。故以上研究证明此优化通风策略有效。

本文通过Fluent数值模拟软件对实际抽水蓄能电站机电安装期厂房内焊接施工焊烟扩散规律及施工通风策略进行研究，得到如下结论：

(1)位于抽水蓄能电站地下厂房内的焊接施工，由于焊接点处温度较高，焊烟以焊点为中心，在水平方向上呈圆形向四周扩散，竖直方向上呈扇形向周围扩散，焊烟浓度由焊点向外逐渐降低，在竖直高度8 m以上空间焊烟浓度基本达标，主要控制区域应为8 m以下空间，重点控制区域应为2 m以下的人体呼吸带。

(2)当施工季节处于冬季时，竖井排风口与外界环境存在132 Pa的热压差，因此对于抽水蓄能电站的施工工期，可尽早完成竖井的施工开挖，充分利用自然通风的作用，可降低机械通风成本。

(3)对于厂房内发电机层安装间内的焊接施工，可将工作送风口与主厂房排风口下移至距离焊接施工面3 m处，采用下送下排的通风方式，可提高送风的净化效率与利用率。

(4)可设置相应的挡风墙，避免污染扩散，消除污染叠加，增强局部压差，构成高效通风环路；当焊接施工强度较大时可在竖井排风机房设置排风机，增强竖井对洞室内的抽吸作用；可充分利用施工厂房与竖井之间的连通隧洞，如排水廊道等，作为临时施工排风洞，提高排风效率；对于焊接施工区内部集聚的焊烟，可利用局部空气净化装置进行消除。

(5)在对主厂房安装间的焊接施工进行通风方案优化后，主厂房内焊烟浓度不达标区域由80%降至17%,母线廊道与主变室内的焊烟污染完全消除，证明优化措施有效。

水利水电技术（中英文）

水利部《水利水电技术（中英文）》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊（月刊），为全国中文核心期刊，面向国内外公开发行。本刊以介绍我国水资源的开发、利用、治理、配置、节约和保护，以及水利水电工程的勘测、设计、施工、运行管理和科学研究等方面的技术经验为主，同时也报道国外的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工建筑、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水环境与水生态、运行管理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利规划、防汛抗旱、建设管理、新能源、城市水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。