轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀的设计

轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀的设计(1)

时间:2010-02-18 来源:江苏神通阀门股份有限公司 编辑:张逸芳

1、概述

防喘振是各类鼓风机和压缩机的一个特有控制要求。喘振通常表现为快速的流量振荡或压力振荡, 因而影响风机流量和压力的稳定性。由于喘振发生时常伴随有反向的轴向推力与反向流动, 从而使风机的效率降低, 寿命缩短, 对风机造成严重危害。当风机发生喘振或需要放风时, 打开防喘振阀或紧急减压阀, 可以使风机的运行工况点在规定的区域内。

2、工作原理及主要参数

2.1、工作原理

随着高炉大型化和超高压炉顶的采用, 高炉鼓风系统(图1) 也向着大流量、高压力和自动化方向发展, 每吨铁水的鼓风量达1100～1200m3 , 风压达到0.45MPa。对于大型鼓风站, 由于放风量变化范围大, 而且要求动作快, 防喘振控制装置采用一个大容量防喘振阀和一个小容量防喘振阀并联组成。小容量阀响应速度快, 以求得放风平稳。大容量阀在紧急状态如喘振已经或将要产生时才开启。 2.2、参数最佳答案

n:转速 N:功率 P:压力 Q:流量

Q1/Q2=n1/n2 P1/P2=(n1/n2)平方 N1/N2=(n1/n2)立方

1.氧气站 2、3.氧气管路 4.空气过滤器 5.脱湿机 6.混合气 7.风机 8、

9.防喘振阀 10.防阻塞阀 11.紧急减压阀 12.热风炉 13.高炉 14.消音器

图1 高炉鼓风系统

防喘振阀具有自动调节和快开功能, 其主要性能参数如下。

公称尺寸 DN50～500

公称压力 PN6～16

工作介质 热空气

工作温度 300℃ (max)

驱动方式 气动+手动

气源压力 0.4～0.6MPa

启闭时间 调节不限, 紧急快开≤0.5 s

流量特性 近似等百分比

3、结构设计

防喘振阀主要由三偏心蝶阀(图2) 、气动装置和控制装置等组成。蝶板密封圈采用斜板式多层次金属硬密封形式, 此结构密封性好, 流阻小, 启闭灵活。气动装置采用调节精度高, 运行平稳的齿轮齿条传动结构。控制装置由单作用智能阀门定位器、电磁阀和快速释放阀等组成, 既能实现正常工况下的慢开慢关, 又能实现紧急情况下的快开功能。

1.阀体 2.阀轴 3.轴承 4.密封圈 5.蝶板

图2 蝶阀

3.1、阀门

(1) 阀门密封副采用三偏心结构, 大锥角小偏心距。阀门开启时, 启闭力矩小且密封副之间能迅速脱离, 减小了密封副之间的摩擦。阀门关闭时, 锥面密封副具有越关越紧及密封圈磨损补偿的功能。阀门每次启闭时, 密封副之间形成的剪刀口将积尘消除, 确保阀门长期有效的密封性能。密封锥体采用大锥角, 近似平面密封, 保证阀门在高温工况下的正常运行。

(2) 密封圈采用多层次不锈钢金属片制成,具有金属硬密封和弹性软密封的双重密封效果。同时, 阀座采用硬质合金磨削加工, 表面光洁, 确保了阀门密封性能。

(3) 轴承采用自润滑材料组合, 阀轴采用不锈钢, 确保阀门长期灵活动作。阀轴密封采用V形组合或成型填料密封, 确保了阀轴处的介质不外漏。

(4) 阀门采用斜板式密封结构, 启闭行程短,椭圆断面的流通面积大, 蝶板正、反面制成圆弧形, 流阻损失小, 有利于阀门的调节。

3.2、气动装置

(1) 气动装置采用单作用式气动双活塞齿轮齿条机构(图3) 实现防喘振阀的控制及调节功能。采用预载套簧设计, 输出扭矩平稳可靠, 能够高速响应扭矩输出。通过合理设计控制气路的布局, 满足紧急快开≤0.5 s动作要求。由一体式手轮机构, 方便紧急时手动打开阀门。

图3 齿轮齿条机构

(2) 执行机构的箱体采用球墨铸铁, 整体安全裕度更高, 能够可靠的满足防喘联锁时气缸快速打开带来的机械冲击(表1) 。

表1 气动执行机构的主要性能参数

3.3、控制装置

风机设计的时侯, 专业设计人员会提供一条计算的喘振线, 但是由于影响实际运行情况因素较为复杂, 机组安装完毕后, 要做一次喘振线的标定试验来修正计算的喘振线。一般把所测的喘振线下移5% ～7%作为防喘振线, 再下移约3%作为防喘振下移线(图4) 。风机正常运行在防喘振下移线的下方。当工作点越过防喘振下移线到达上方, 但仍在防喘振线以下时, 要求防喘振阀快速打开实施调节控制, 使工作点快速回到防喘振下移线以下, 在工作点下移后减小防喘振阀的开度。在风机运行趋势得到控制时, 继续减小防喘振阀的开度, 使工作点尽可能的趋近防喘振下移线以获得风机的更高效率。由于各种原因, 风机工作点在超出防喘振线,调节控制无法控制喘振趋势, 或者接近甚至超过喘振线发生喘振时, 阀门应在≤0.5s 内快速打开,避免超出喘振线, 从而保护风机。为了实

现控制功能, 控制装置主要由智能阀门定位器、气动继动器、闭锁阀、电磁阀、空气过滤减压阀、位置变送器、限位开关、气源管路和气源压力表等部件组成。

图4 喘振线

(1) 智能定位器具有电/气转换功能(将接收4～20mA 电信号转换为控制执行机构动作所使用的气动信号) 、定位功能(控制执行机构的动作, 实现连续调节功能) 、自动输出功能(输出4～20mA 的电信号, 无需再增加专门的输出器) 、报警装置功能(在信号4～20mA 出现故障时, 能够自动切换而控制闭锁动作, 做到断信号的保护) 、数据采集功能(可以将所控制的执行机构的动作次数、动作性能以数据方式记录下来, 并且利用数据总线和数据采集软件, 将采集的数据输出给控制系统等) 和自我诊断功能(利用软件和协议,进行设备自身的故障诊断) 。

(2) 气动继动器的主要功能是功率放大, 它能将电磁阀和定位器输出的小信号进行压力或流量放大, 克服由于信号管线细长所带来的滞后, 也可加快执行机构和阀门的动作速度, 减少传递时间,实现快速切断和紧急开启之用。

(3) 闭锁阀是当气源发生故障, 压力降至给定水平以下时切断气源信号, 使气缸的压力信号保持在故障前一瞬间的状态, 即阀位维持在故障前的位置上, 起到保位作用。

(4) 电磁阀是作为气动继动器的先导阀使用,其功能是加大电磁阀的容量, 以达到缩短动作时间的目的。

(5) 空气过滤减压阀是将来自空压机系统的压缩空气过滤净化并将压力稳定在所需要的数值上。

(6) 位置变送器是将阀门开度按一定比例转换成模拟量的电信号输出, 送到控制系统, 此信号可以反映阀门任何开度的连续信号, 以便控制系统接受该信号后实现闭环调节控制和阀位指示。

(7) 限位开关反映阀门全开/全关两个极限位置, 并同时以阀位无源开关量触点信号输出, 控制系统可以根据此信号, 判断阀门的开关状态, 用作程序启动和事故状态的联锁保护。

4、结语

轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀各项性能良好, 能适用于各类鼓风机、压缩机的控制系统,从而避免了喘振对风机造成的严重危害, 有效提高了系统运行的安全性。

风机的风压、风量、功率与转速的关系 通风机的转速n可用转速表直接测量，其数值用每分钟多少转(转/分)来表示。小型风机的转速一般较高，往往与电动机直接相连。大型风机的转速较低，一般用皮带传动与电动机相连，改变皮带轮的直径即可调节风机的转速，其关系如下：

n1/n2=d2/d1

式中：

n1，n2——风机;电动机的转速

d1，d2——风机和电动机的皮带轮的直径。

如要改变风机的转速，只要改变通风机或电动机中任意一个皮带轮的直径即可。

当改变风机转速时，风机的特性参数;特性曲线也随之改变，亦即，风机在每一转速下都有其相应的特性曲线。

当转速改变时，风机的特 …… 此处隐藏：3153字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……