高爐羅茨鼓風機控制系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用

山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風機等機械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅(qū)羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。

高爐羅茨鼓風機控制要求
高爐羅茨鼓風機的主要性能參數(shù)有送風量、排氣(出口)壓力、轉(zhuǎn)速、靜葉角度、效率等。描繪這些參數(shù)之間關(guān)系的曲線稱為特性曲線。從喘振邊界到阻塞線的范圍稱為穩(wěn)定工況區(qū),高爐羅茨鼓風機必須在穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)工作。高爐羅茨鼓風機控制和保護系統(tǒng)的主要作用是保證高爐正常生產(chǎn)所需的風量或者供風的壓力,并確保高爐羅茨鼓風機長期、安全的運行,其具體內(nèi)容和要求隨高爐羅茨鼓風機及驅(qū)動裝置的形式而異。大、中型高爐的高爐羅茨鼓風機一般應(yīng)設(shè)置有以下幾種控制:保持給定風量不變的定風量控制,保持供風壓力不變的定風壓控制,防止高爐羅茨鼓風機發(fā)生喘振、逆流、轉(zhuǎn)子軸溫超限、轉(zhuǎn)子軸位移超限、轉(zhuǎn)子軸振動超限等保護功能,為維持系統(tǒng)正常工作的輔助設(shè)備控制功能等。
控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計
由于全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機屬于大型高速旋轉(zhuǎn)設(shè)備,用于高爐送風時被稱做“高爐心臟”設(shè)備,它的運行狀態(tài)將直接影響高爐的生產(chǎn)。因此,高爐壓縮機控制站硬件選用西門子S7-400系列高端PLC,該系列PLC具有高可靠性、強大的運算能力、完善的自診斷功能、強大的聯(lián)網(wǎng)能力,具有CPU冗余能力等功能。工程師站(ES)和操作員站(OS)選用西門子工業(yè)PC機并在WindowsXP下安裝西門子WinCC人機界面平臺軟件、西門子工業(yè)以太網(wǎng)卡CP1613;監(jiān)控站完成畫面調(diào)用、參數(shù)修改設(shè)定、趨勢記錄、報警,報表生成與打印等功能。交換機選用西門子工業(yè)以太網(wǎng)交換機OSM-ITP62。
重要功能的實現(xiàn)
定風量/定風壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的葉片組由多級旋轉(zhuǎn)葉片和若干級靜止葉片組成。靜葉可調(diào)是指靜葉角度可以通過控制系統(tǒng)來調(diào)整。軸流壓縮機對風量或風壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)整壓縮機靜葉角度來實現(xiàn)的。靜葉角度調(diào)節(jié)回路是由內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制形成的串級回路組成,如圖2所示。
在壓縮機從啟動、增速、加載到運行過程中,隨著壓縮機工狀態(tài)的變化,控制回路在定風量、定壓力、手動、自動狀態(tài)間進行切換,這些狀態(tài)的切換在任何條件下必須是沒有擾動的,通過軟件內(nèi)部的無擾動切換功能,使操作人員感到輕松隨意,消除誤操作的顧慮。
防喘振控制
由于喘振的根源是由于排氣壓力過高引起的,機組發(fā)生喘振時對應(yīng)的排氣壓力稱為喘振壓力。防喘振調(diào)節(jié)的關(guān)鍵是防喘振控制曲線的設(shè)定,它不但會影響羅茨鼓風機的安全程序,而且也會影響羅茨鼓風機的運行范圍和能量放空,是防喘振控制系統(tǒng)中的控制調(diào)節(jié)核心。防喘振控制曲線由空氣壓縮比、吸風溫度、靜葉位置、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和羅茨風機出口風量組成。
在羅茨風機準備投入運行時,由制造廠對羅茨風機做羅茨風機特性試驗和喘振試驗。根據(jù)實測出的羅茨鼓風機喉部差壓(DP)與排氣壓力P的函數(shù)關(guān)系即可得出羅茨風機的特性曲線和喘振曲線。
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的喘振點都采取現(xiàn)場實測獲得,即在不同的靜葉角度下,測量對應(yīng)的喘振壓力,一般至少測量5至7點。將測量的點用折線連接即可繪出橫坐標為喉部差壓,縱坐標為排氣壓力參數(shù)的曲線,稱為該機組的喘振線。將喘振線縱坐標參數(shù)下移5%-10%得到該機組的防喘振線。防喘振線如圖3所示,圖中防喘振線②是將喘振線縱坐標參數(shù)下移5%得到的。

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