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浅谈绿色设计理念在石油机械中的应用

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龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 浅谈绿色设计理念在石油机械中的应用 作者:李怀涛 来源:《中国科技博览》2013 年第 15 期 摘要:随着社会的发展,资源、环境和人口三大问题对人类社会生存与发展显得越来越重 要。人们开始更加注重产品的“绿色”指数,本文讨论了绿色设计的概念、内涵和主要特征,并 对石油机械绿色设计的内容进行了探讨,初步建立了石油机械产品绿色设计综合评价体系。对 绿色设计在石油机械中的应用做了初步研究。 关键词:机械 产品 绿色设计 【中图分类号】TD211 1 引言 长期以来,人类对自己采用较为粗放的、大规模工业发展模式及由此而引起的资源枯竭、 环境恶化等问题一直进行反思。如何选择一条适合本国国情的可持续发展道路,实现人与自然 的和谐相处,成为世界大多数国家的共识。因此,随着社会的发展,资源、环境和人口三大问 题对人类社会生存与发展显得越来越重要,人们开始更加注重产品的“绿色”指数。绿色设计又 称生态设计、面向环境的设计等,是指借助于产品相关的各类信息,使设计出的产品具有先进 的技术性、良好的环境协调性以及合理的经济性的一种系统设计方法。 绿色的设计应该是利 用整体系统的观点,将环境、安全性、能源、资源等因素集成到产品的设计活动之中,从而获 得真正的绿色产品。 2 石油机械绿色设计的内容 2.1 绿色材料的选择 绿色材料是指在满足一般功能要求的前提下具有良好的环境兼容性的材料。绿色材料在制 备、使用以及用后回收等生命周期的各个阶段,具有最大的资源利用率和最小的环境影响。石 油机械绿色材料选择应从材料的机械性能、工艺性能、经济性能和环保性能 4 个方面考虑。对 环保性能应考虑低能耗、可拆卸回收利用、可再生、无环境污染 4 个方面。例如,常用的 HT200 石墨铸铁,具有易加工、耐磨、吸震性好等优点,但是在铸造过程中因为目前使用的铸 造黏合剂存在污染,需要改进采用绿色黏合剂,实现绿色铸造。 2.2 可拆卸回收设计 面向拆卸回收的设计是一种使产品最容易拆卸并能从材料回收和零件重新使用中获得最高 利润的设计方法学。主要研究如何设计产品才能高效率、低成本地进行部件、零件的拆卸以及 材料的分类拆卸,以便重新使用和回收。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 石油机械面向拆卸回收设计应遵循以下基本准则: a) 拆卸工作量最少 在实现功能和性能的同时,尽量简化产品结构和外形,减少零件材料 种类,选用相容性好的材料,便于一起回收利用。 b) 易于拆卸分离 尽量采用简单的连接方式,减少紧固件数量和类型,使拆卸过程简单。 尽量减少零件表面的二次加工,如油漆、电镀等。石油机械品种很多,但是产量较小,应该尽 量采用模块化设计和成组技术,尽量采用标准零部件和标准连接紧定方式,减少零件数量。 c) 产品结构的可预测性 为了减少产品报废时其结构的不确定性(如严重腐蚀、磨损 等),设计应尽量避免将易老化或易腐蚀的材料与需要拆卸回收的材料紧密组合。例如,齿轮 泵中齿轮与轴联接可采用多面轴,减少高速旋转中产生的噪声和振动,而且因取消了键联接, 结构简单,易于装配和拆卸。 2.3 液压系统绿色设计 液压传动是石油机械经常采用的动力传递方式。液压系统的绿色设计首先,要尽量提高液 压系统的集成度,以优化装配、节省材料为目标来简化设计方案,减少用于装配的零件数目; 第二,合理采用元件,例如,优先采用效率高的变量泵、液压马达和大容量泵不降低规格使用 等;第三,要考虑液压元件的连接和可拆卸性,例如,在强度允许的情况下,可采用嵌入式咬 合,便于拆卸;第四,要考虑噪声和泄漏。液压系统的噪声主要是机械和流体噪声。对于机械 噪声进行绿色设计要尽量采用静音型元件,避开动力元件和管道、油箱的共振区。对于流体噪 声,可以采取减少液压泵的齿轮模数,增加齿数等措施来解决。泄漏是液压系统最大的污染 源,同时也降低了工作效率,需要通过加强密封或采用高粘度绿色无毒的液压油来解决。 2.4 环保装置设计 石油机械中环保装置是指专门为了清洁生产,减少环境污染而设计的装置,是石油机械绿 色设计的重要组成部分。例如,在钻机上设立废料箱,收集工作中产生的废料,减少污染。为 了避免在修井过程中产生的落地油、油砂等对环境的污染,可以研究安装抽油杆和油管刮油器 等装置。 3 石油机械绿色综合评价体系 绿色设计产品的绿色度评价是面向产品的整个生命周期的,从对生态环境影响、经济成本 和技术功能等全方位进行综合评价。根据 ISO 定义,产品全生命周期评价是对某一产品系统全 生命周期的输入、输出及其潜在环境影响进行评价的过程。因此必须对石油机械在全生命周期 中对环境的影响和资源的利用率进行全面评价,才能最终得出真实的绿色度。这个体系既包括 传统的评价体系,又在其基础上增加了对生态环境影响评价和可回收利用评价等因素。 龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn 其中,在经济性指标中,社会成本指标是指绿色设计的产品因为考虑回收重用、环保等设 计要求而增加的成本和利益回报。在维护性指标中,增加了重要的可拆卸回收性指标来评价产 品的拆卸回收重用的难易程度。环境性指标是绿色设计产品评价的特征指标。 在环境性指标中,资源属性指标评价材料资源、设备资源和社会资源的利用情况及对环境 的影响。材料的评价主要指材料的兼容性、毒性、个性特征、材料利用率和回收重用率等指标 评价;设备评价主要指设备利用率、优化配置情况、设备故障率和设备修复率等指标评价;社 会资源包含食品机械在绿色设计生产和消费过程中所涉及的人力资源和信息资源等,可以用人 员利用率、人员素质特性、信息广泛度和信息刷新率等指标评价。能源属性指标评价产品生 产、使用和回收重用时利用能源的种类和效率环保属性指标反映石油机械在整个生命周期中, 对环境的影响程度,包括在全生命周期中废物排放和噪声污染情况,可以用物理废弃物污染、 化学污染生物污染和噪声污染等指标评价。 4 结语 绿色设



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