法。
關(guān)鍵錦工：羅茨鼓風(fēng)機；提高風(fēng)機性能；降低噪聲
中圖分類(lèi)号：C35文獻标識碼(mǎ)： A
1概述
羅茨鼓風機每次吸入、排出的風量很大並(bìng)有突變現象,從而産生較大的噪聲,被稱之爲機械産品的“聲老虎”,特别是在高壓的情況下尤甚,且風量越大、壓力越高、轉速越快,則噪聲就越大,而現代化大生産又希望羅茨鼓風機能提供更高的壓力和更大的風量。爲瞭提高風機性能、降低噪聲污染、滿足環保要求,工程師們想盡瞭各種對策。本文從噪聲源著(zhe)手,在設計與制造方面提出降低噪聲的一些方法。
2 噪聲分析
機械噪聲主要來源於(yú)機殼的振動, 使機殼發生振動的原因主要有兩個:①葉輪的轉動不平衡力,通過傳動構件轉移到機殼上,對機殼産生周期性的激勵;②機殼内的渦流強度所決定的壓力脈動,常與葉片的基頻(即葉片通過頻率)有聯系,也對機殼産生周期性的激勵。風機的風壓越高,這一激勵源越不能忽視。噪聲測量測量羅茨風機噪聲的目的就是爲瞭(le)對被測對象進行噪聲等級的分析、評價或聲源識别,以便採取适當的措施進行噪聲控制。通常羅茨風機的噪聲識别方法有現場測量法、聲功率測量法、表面振動測量法等,其中,現場測量法是工程實際中常用的方法。現場測量法通過對數據、頻譜的分析確定主要的噪聲輻射源,方法簡便,測量結果能真實反映風機的振動與噪聲水平,但易受環境的影響。聲功率測量法反映噪聲源輻射強度與輻射特性,避免瞭(le)聲壓級易受測量距離和測量環境影響的缺點。振動測量法是根據羅茨風機的表面振動速度來估計表面輻射聲功率,主要困難在於(yú)羅茨風機零部件輻射比的確定,需要測量較多的數據和進行大量的計算。
3 結構設計
3.1 設計回流孔
在機殼出風端未過轉子中心處開一定的U形條孔, 可以減輕出風口端的壓力爆發,在葉輪與機殼、牆闆所形成的容腔即将進入密閉狀态時,使出風口的高壓氣體有少量部分能回流入容腔,並(bìng)使容腔與出風口氣室形成一定的壓力平衡。同時,當葉輪繼續旋轉時,容腔體積變小,壓力增加,又可使得密閉容腔在大量排出氣體前能通過回流孔預排,這樣既可減少“死角”氣體的渦流噪聲,又可減少排氣時由於(yú)壓力過於(yú)釋放造成的沖擊噪聲 。
3.2 設計(jì)異形進出風(fēng)口
傳統羅茨鼓風機的進出風口爲矩形口,吸氣時,整個葉輪外圓同時進入密封區,使氣體突然關閉,排氣時葉輪外圓又同時打開,則高壓氣體突然釋放,使得吸入和排出氣體時都會産生高噪聲並(bìng)伴有較大振動。将進出風口設計成異形口,吸入時的密封和排出時的打開基於開口面積由最大到零和由零到最大,均爲漸變,從而延緩瞭(le)進排氣口氣體壓差的變化率,起到削減周期性排氣沖擊噪聲的作用,因此使噪聲低而平穩。。
3.3 轉子串接設(shè)計(jì)法
葉輪一般作爲一個整體與軸聯接,若将葉輪沿軸向分成幾段,則構成串接轉子。每段葉輪具有相同的葉型、直徑,甚至相同的長度。串接時,相鄰兩段葉輪周向錯開一定的角度(兩葉錯開90°,三葉錯開60°) ,並(bìng)在機殼内或葉輪段間設置隔闆,将其隔成相應的段,每一段的工作情況都與單台鼓風機相似。由於(yú)各段葉輪的工作過程有一定的時間差,使氣流脈沖減少,與同長度的單一葉輪相比總排氣流量不變而脈動變得更加平穩,噪聲也相對較低。
3.4 設計扭曲葉輪
羅茨鼓風機葉輪輪齒一般與軸線平行,即直齒狀,這樣加工、檢測(cè)就比較方便,但随著(zhe)加工技術的發展,還是應設計成扭曲葉輪,即斜齒狀,因爲這樣可以增加齧合線長度。扭葉羅茨鼓風機工作平穩、輸氣脈動小、噪聲低,而且工作時具有内壓縮過程,與直葉羅茨鼓風機相比效率高、能耗低,是羅茨鼓風機傳統的替代産品。
3.5 葉輪(lún)曲線的CAD 設計(jì)法
葉輪作爲羅茨鼓風機的心髒零件,表面形狀至關重要,氣體是通過兩個葉輪表面的齧合,來進行吸氣與排氣的。爲瞭(le)使這對葉輪能正常齧合,葉輪曲線一般都設計成漸開線、擺線或圓包絡線。基於設計及制造工藝,傳統葉輪一般設計成單一型線,通過數學方法計算出各種參數,包括中心距、基圓、壓力角、起始齧合角等。随著(zhe)計算機及數控技術的發展,CAD 設計軟件和數控編程軟件功能也越來越強大,應充分利用軟件資源,對葉輪曲線進行分段、組合設計,改掉以往的單一曲線,通過CAD 進行模拟、仿真,保證葉輪在任何情況下齧合時均可有相對固定的間隙。因爲這種組合曲線在現代的數控機床上編程、加工已不是難事。均勻的葉輪間隙不僅能大大提高平穩性、降低噪聲,而且還能保證風量、振動、壽命等重要的機械性能。
4 制造精度
精度的提高意味著(zhe)産品成本的增加,但爲瞭(le)滿足所需性能,又不得不提高相應方面的精度。下面就爲滿足低噪性能方面提出應提高的精度。
4.1 葉(yè)輪(lún)表面質量及平衡
葉輪表面質量主要取決於(yú)材質及加工質量。對於(yú)小葉輪,一般選擇鑄鋼或球墨鑄鐵,並(bìng)與軸鑄成一體,大葉輪選擇HT200 ,粗糙度爲Ra3. 2 ,在數控機床上加工,取較小的走刀量,可獲得較低的粗糙度;轉子平衡至少應保證G6. 3 ,最好提高到G5. 6 。
4.2 軸承精度
軸承作爲易損件,一般的企業都不願提高其精度使産(chǎn)品成本增加,這樣往往得不償失。因爲低精度軸承産(chǎn)生較大的振動和摩擦,且其作爲整個機器的裝配基準,對整機性能及其它零部件的壽命都有至關重要的影響。國外風機的軸承精度一般至少相當於(yú)我國的C 級标準。
4.3 齒輪精度
齒輪間隙、運動準確(què)性、齒向精度等直接決定著(zhe)葉輪齧合的均勻性及平穩性,齒面粗糙度又是摩擦噪聲的主要來源之一。因此,按國标要求齒輪精度應保證在7 級以上,而一般機械加工廠的齒輪加工、檢測手段往往不強, 使精度不能滿足要求。所以齒輪加工最好是與專業的齒輪加工廠協作。
4.4 風道質量
光滑的風道表面能讓氣流順利通過,不僅有利於(yú)減少損失,而且能大大減少因氣流流動受阻而帶來的嘯叫聲,因此,管道内壁應盡量降低粗糙度,減少彎道數量;進出風口不宜處於(yú)急變(biàn)流場,應由方變(biàn)圓光滑過渡。若系統中有多個管件,如彎頭、支管等,則它們之間的距離應拉開5~10 倍管徑。
5 採(cǎi)用消聲(shēng)、隔聲(shēng)、隔振等措施
除瞭(le)在結構及制造精度方面控制噪聲外,在軸承、齒輪、密封處應使用優質的潤滑油,進出風口配設消聲器,整機及配套設備外圍設計隔聲罩,有條件的地方可将風機置於(yú)地下室工作或選擇水下羅茨鼓風機進行隔聲、隔振等。
6創(chuàng)新結構(gòu)設計與噪聲治理
“一種低噪聲羅茨鼓風機”就是針對降低二葉羅茨鼓風機氣動噪聲，在噪聲聲源降噪的産品。其主要結構就是将羅茨鼓風機的排氣口設計爲雙螺旋氣口，並設有變徑消聲腔。當基元容積與排氣口相通時，高壓回流氣體同時從雙螺旋氣口兩側進入基元容積腔内，與單螺旋氣口相比，相同時間内回流氣體的體積增加一倍，回流流速降低一半，故回流沖擊脈動強度降低，從而降低瞭噪聲。
不僅如此，雙螺旋氣口使的高壓回流氣體從兩封口同時回流，其沖擊作用在基元容積腔内相互作用、相互抵消，最終對風機側闆基本不形成沖擊力，能很好的降低噪聲。與此同時，雙螺旋風口降低高壓氣體對葉輪軸的撓度影響，使得運行更可靠，這樣的結構，還提高瞭(le)抗超負荷的能力。而且，鼓風機内部聯成整體，使其的抗擠壓能力和抗拉伸能力得到很大提高。最後，除瞭(le)採(cǎi)用以上辦法降低啓動噪聲和機械噪聲外，還設計有變徑消聲腔幹涉消聲，使得噪聲大大降低。
7 結論
羅茨風機噪聲以氣動噪聲和機械噪聲影響爲主。研究噪聲源的特性和産生機理,是正確(què)選擇噪聲控制措施的基本條件。從聲源傳播途徑考慮,採取消聲、隔聲、吸聲和隔振等降噪方法,能夠有效控制噪聲污染,但增加瞭(le)設備成本與工程投資。從結構設計與生産工藝考慮,通過優化結構設計、改進加工方法、提高裝配精度、選用合理的型号和調節方式,能夠從根本上消除噪聲危害,不僅降低噪聲,而且提高風機效率、降低設備能耗,仍然是羅茨風機的主要發展方向。
山東錦工有限公司是一家專業生産羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，位於(yú)有“鐵匠之鄉”之稱的山東省章丘市相公鎮，近年來，錦工緻力於(yú)新産品的研發，新産品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，赢得瞭(le)市場好評和認可。
羅茨風機變頻調速系統的實現從根本上解決瞭(le)羅茨風機大啓動力矩而配用大功率電機的問題，節能效果非常顯著。能夠解決羅茨風機低負荷運行，羅茨風機開度當闆小而引起的風紀震動問題，使羅茨鼓風機運行更加穩定。閉環控制系統的建立使控制更加穩定裝置操作更加平穩；另外羅茨風機轉速的降低大大提高瞭(le)羅茨風機軸承的使用壽命。提高瞭(le)設備(bèi)運行時間，延長瞭(le)設備(bèi)的檢修周期。
2.變(biàn)頻調(diào)速裝置在羅茨風機上的應用
羅茨風機的流量，運行壓力，軸功率這三個基本參(cān)數與轉速的運算公式極其複雜，同時羅茨風機類負荷随環境變(biàn)化參(cān)數也随之變(biàn)化。在工程中一般根據羅茨風機的運行曲線，進行大緻的參(cān)數運算，通過改變(biàn)羅茨風機的管網特性曲線來實現對羅茨風機的風量的調節；通過改變(biàn)羅茨風機葉片的角度來實現對羅茨風機的風量調節；通過改變(biàn)羅茨風機的轉速來實現羅茨風機的風量調節。
取代老式的依靠擋闆改變流量的方式，達到節能的效果；精確(què)地調節速度和流量，保證工藝質量；接受計算機的模拟或數字信号，進行實時控制；動态性能好，可實現“軟”啓動。變頻裝置的特性保證瞭(le)電機啓動和加速時具有消除啓動對電機的沖擊，可以提高電機和機械的使用壽命。
3.變頻調速技術
3.1變(biàn)頻調(diào)速的基本原理
對異步電動機進行調速控制時，希望電動機的主磁通Фm保持額定值不變(biàn)。磁通太弱，電動機帶負載能力下降，磁通太強，形成過飽(bǎo)和，将引起勵磁電流波形畸變(biàn)。由上可見,Фm值由e1和fl共同決定，對e1和fl進行适當控制，就可以使氣隙磁通Фm保持額定值不變(biàn)。分兩種：基頻以下的恒磁通變(biàn)頻調速，即從電機額定頻率f調速；基頻以上的弱磁通變(biàn)頻調速。
3.2 u/f控制
主電路中逆變器採用BJT，用PWM方式進行控制。逆變器的控制脈沖發生器同時受控於(yú)頻率指令f和電壓指令U，而f和U之間的關系是由U/f曲線發生器決定的。這樣經PWM控制之後，變頻器的輸出頻率與輸出電壓之間的關系就，就是U/f曲線發生器所確(què)定的關系。轉速的改變是靠改變頻率的設定值來實現的。電動機的實際轉速要根據負載的大小，即轉差率的大小來決定。負載變化時，在f不變的條件下，轉子轉速将随負載轉矩變化而變化，故它常用於(yú)速度精度要求不十分嚴格或負載變動較的場合。U/f控制是轉速開環控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負載可以是通用标準電動機，所以通用性強，經濟性好，是目前通用變頻器産品中使用較多的一種控制方式。
3.3 轉差頻率控制
根據速度傳感器的檢測，可以求出轉差頻率△f，再把它和速度設定值f相疊加，以該疊加值作爲逆變器的頻率設定值f1*，就實現瞭(le)轉差補償。這種實現轉差補償的閉(bì)環控制方式稱爲轉差頻率控制方式。與U/f控制方式相比，其調速精度大爲提高。但是使用速度傳感器求取轉差頻率，要針對具體電動機的機械特性調整控制參數，因而這種控制方式的通用性差。
4.系統自動(dòng)控制的實(shí)現
4.1控制系統(tǒng)的工作原理
本系統是用單片機控制的變頻器實現的羅茨風機調速系統。其主要硬件是MSC8051單片機，變頻器，壓力變送器，羅茨風機。該系統中單片機起到控制器的作用，變頻器和羅茨風機是執行機構。通過設置在羅茨鼓風機負壓側的壓力變送器得到系統的反饋信号，並(bìng)且将其轉化成瞭(le)标準的電流或者電壓信号，再經過A/D轉換變成數字信号傳送到單片機，然後由單片機實現PI壓力調節，顯示功能。最後輸出控制量，作爲變頻器的模拟量給定信号，由變頻器輸出SPWM調制的頻率可調的電壓來控制羅茨風機電動的轉速。從而整個系統實現閉環控制。達到準確控制，節能的目的。
4.2 控制器的硬件設(shè)計(jì)
單片機：選用MCS-8051單片機，由於本系統的設計目的是羅茨風機的簡單調速系統，所以系統不要求有複雜的控制功能。因此本系統選用最小系統，不需要對單片機的進行外部存儲器的擴展。由於8051單片機的輸入輸出口數目的限制，所以系統擴展瞭(le)並(bìng)行通信口8255A作爲A/D，D/A的接口芯片。系統還具有簡單的鍵盤輸入和顯示作用，通過8279控制鍵盤和顯示器。
變(biàn)頻器：變(biàn)頻器選用西門(mén)子公司的Ec01-110k13kw 變(biàn)頻器。
變(biàn)送器：選(xuǎn)用BYD-8系列壓力變(biàn)送器。
鍵盤顯示部分是用單片機控制8279鍵盤顯示電路，由小鍵盤和6個8段數碼LED組成。可以通過鍵盤對系統的PI的參(cān)考量進行預制，這樣使系統增加瞭(le)很的可移植行和方便瞭(le)系統的調試。本系統還可以随時跟蹤顯示羅茨風機負壓側的壓力，方便瞭(le)操作人員對系統監控。
4.3系統的軟件設計
系統軟件是計算機控制系統的一個關鍵組成部分，軟件的質量直接關系到整個控制系統的效率和性能。根據控制系統的目标需求，對控制軟件的功能進行合理的劃分，再採用模塊化的設計原則，確(què)定各個模塊所要完成的功能，整個控制軟件完成數據的輸入，顯示以及PI調整功能。整個單片機系統不但起到瞭(le)控制作用而且充當簡單的上下位機作用。
PI控制器可以使原系統更加穩定準確，環節P用來使系統快速的動作，但遺憾的是有餘差存在；積分控制可以消除餘差，但是容易使系統的控制過程産生震蕩，且時間延遲很長，被控變量波動幅度也很大。應用PI控制，可以很好的改善以上單獨使用的不足，使系統控制變的準確。雖然PI控制還存在很多不足，但是在本系統中，由於(yú)對壓力的控制要求不是十分的嚴格，所以應用PI控制就可以很好的完成控制要求。對於(yú)PI控制器的參數整定有多種方法，如：臨界比例度法，衰減曲線法，PID歸一參數法等方法。但是在工業中最長使用的是經驗法。這種方法是工人師傅幾十年操作經驗的積累，逐步的反複的試湊，最後得到控制器的适合參數。在PI控制器的設計上，本系統採用瞭(le)積分分離法防止積分的飽和。
5.小結
本文系統的介紹瞭(le)整個系統的設計過程。首先讨論瞭(le)各種羅茨鼓風機風量調節方法以及他們各自的特點，而突出瞭(le)變頻調速的優點。然後系統的說明瞭(le)變頻器的原理以及分類，根據各方面的比較選擇該系統所用到的電壓型變頻器，根據所用的頻器的基礎上，確(què)定變頻器的相關參數。最後根據在工業現場採集到的數據進行數學上的仿真，完成控制器的軟件設計。
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江蘇中恩環保科技有限公司全新一代正壓風(fēng)機簡介整體融合的緊湊(còu)型低噪設計理念
三葉内回流，減小排氣回流脈沖，降低氣動噪聲；採(cǎi)用同步斜齒(chǐ)輪傳動，平穩安靜；抗性及聲波幹擾寬頻帶消聲設計，且無吸聲材料，防止輸送氣體被污染；整體撬裝箱式隔聲罩，高效隔音，配套隔聲罩時噪音可降低15~20dB(A)，機組噪聲一般爲
高效、節能、省材的環(huán)保型設計(jì)
高性能三葉複合轉子型線設計；高轉速設計，容積效率較常規機組提高3~8%，體積小，重量輕，用材省，所需安裝空間小；主機空冷設計，無需冷卻水；油室和氣腔由對(duì)外連通的空腔隔離，確(què)保無油輸送。
優質、優材、高精度、高可靠性設(shè)計(jì)與制造
球墨鑄鐵轉子設計，高強度，耐磨損，小機型軸與葉輪爲整體轉子，主軸承、主軸加強設計，适合重載、高速、皮帶傳動；主機承載能力強，齒輪、轉子關鍵部件長(zhǎng)壽命設計，齒輪、軸承壽命以上；合金漲圈密封，軸承、耐磨損洩漏小。 安裝操作維護簡便、控制保護功能齊備(bèi)的人性化設計
電機支座採用懸臂托架，傳動皮帶自張緊設計，確(què)保皮帶始終處於(yú)最佳張力狀态，無需定期調整；機組減振設計，正壓風機機型無需設置專用基礎和預埋件；常規設有排氣壓力、過濾器阻力、排氣溫度、主軸承溫度等參數監控保護功能。
由於(yú)不斷研究及改進，技術參(cān)數恕不展客戶若有特别技術參(cān)數要求，
輸送空氣和中性無毒氣體的一般用途羅茨鼓風(fēng)機(jī)，主要技術要求如下：
介質:進氣溫度不高於(yú)40℃，氣體中固體微粒的含量不大於(yú)100mg/m3,微粒最大尺寸不大於(yú)鼓風機内部最小工作間隙的一半。 設計要求:整機使用壽命應不少於(yú)10年，第一次大修前安全運行的時間應不少於(yú)15000h。同步齒(chǐ)輪使用壽命應不低於(yú)25000h，精度不低於(yú)GB10095規定的7級。 實際流量與設計流量的偏差及容積比能偏差（不包括成組型鼓風機）不得超過下列表的規定值。
流量及容積(jī)比能的允許偏差如下圖(tú):
整機使用壽命應不少於(yú)10年，第一次大修前安全運行的時間應不少於(yú)15000h。同步齒(chǐ)輪使用壽命應不低於(yú)25000h，精度不低於(yú)GB10095規定的7級。
羅茨風機一般用於(yú)輸送氧氣或者其他易燃易爆腐蝕性氣體，尤其是在污水處理廠中利用風機出口旁路控制閥組實現氣體入口系統壓力的自控。風機系統的工作量主要由閥門的開度和電機運轉頻率來考核，而閥門開度和電機運轉頻率由前端信息給予的信息量來控制。但是由於(yú)其採用閥門調節風量的方式會造成大量的電能浪費，也不能準確(què)地調節送風量，會給企業帶來大量浪費。在污水處理廠羅茨鼓風機節電系統的設計中運用單片機AT89S52進行對羅茨風機運作的主要控制。採用溶解氧測定儀傳感技術採集污水中的氧濃度信息。應用LED指示燈方便快捷地實時表現風機的工作情況，從而實現羅茨風機調節的自動化設計。
系統設計方案
通過應用溶解氧測量儀採(cǎi)集污水中的含氧量DO，然後通過将信号傳遞給單片機AT89S52進行數據分析處理，具體的DO值和電路的分頻選擇用LED分頻指示燈用來表示，通過驅動器件進行對電機的電機驅動，實時控制風機的工作頻率，即開閉(bì)狀況。在不同的頻率下，風機的運轉速率不同，開閉(bì)程度也不同。實施對風機工作狀态的監督和控制。
系統設計
選用OOS61熒光法溶解氧傳感器進行對污水水樣的氧濃度測(cè)定；水中溶解氧濃度的連續測(cè)量在水處理領域起著(zhe)重要的作用，可以高效率地完成污水廠中活性污泥池裏面氧濃度的測(cè)量、氧濃度的調節，從而降解生物化學物質；也可以在各種水文信息中監控河、海、湖的氧濃度，顯示水文對應的質量。飲用水質檢也可以用該傳感器進行檢測(cè)。
步進電機電路設計
步進電機把從ULN2003A處理過的電脈沖信号轉換成機械位移，包括角度的位置變(biàn)化和線段的長短變(biàn)化。它是現代控制理論的執行者，也是主要受控部分。在設計中代表被實時監測(cè)控制的羅茨風機。在負載情況不超過額定數目時電機的角速度線速度以及停下的時間、具體位置都被脈沖信号的數量、頻率影響。
LED指示燈電路設計
系統中的指示燈(dēng)包括按照溶解氧濃度對電(diàn)機頻率選擇的分頻指示燈(dēng)和按照不同速度運行的速度指示燈(dēng)。不同的電(diàn)流流經速度指示燈(dēng)時指示燈(dēng)亮起，表示不同溶解氧濃度下風機的不同運轉速度，實現對風機的有級調控。
分頻指示燈(dēng)用四種顔色（綠、藍、黃、紅）的LED指示燈(dēng)等表示不同的氧濃度對應的值，然後選擇不同的線路進行電(diàn)機轉速的調節，比方說把1-100之間的自然數作爲對氧濃度(DO值)的表示，則不亮燈(dēng)爲系統未啓動或者DO值在20以下；綠色爲20-40的DO值；藍色爲40-60DO值；黃色爲60-80的DO值；紅色爲80-100的DO值。在電(diàn)路圖中，D1連接到ULN2003A驅動電(diàn)路的1C端口，D2連接到2C，D3連接到3C端口，D4與驅動器件的4C端口直接連接，同時也連接步進電(diàn)機接線。
本設計通過AT89S52對風機進行控制。用溶解氧測(cè)定儀採(cǎi)集污水中的氧濃度信息，在設計中用步進電機代表被實時監測(cè)控制的羅茨鼓風機，通過LED指示燈方便快捷地實時表現羅茨風機的工作情況，完成對羅茨鼓風機工作狀态的監督和控制，達到對污水處理廠的節能控制。
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高爐羅茨鼓風(fēng)機(jī)控制要求
高爐羅茨鼓風機的主要性能參數有送風量、排氣(出口)壓力、轉速、靜葉角度、效率等。描繪這些參數之間關系的曲線稱爲特性曲線。從喘振邊界到阻塞線的範圍稱爲穩定工況區,高爐羅茨鼓風機必須在穩定工況區内工作。高爐羅茨鼓風機控制和保護系統的主要作用是保證高爐正常生産所需的風量或者供風的壓力,並(bìng)確(què)保高爐羅茨鼓風機長期、安全的運行,其具體内容和要求随高爐羅茨鼓風機及驅動裝置的形式而異。 大、中型高爐的高爐羅茨鼓風機一般應設置有以下幾種控制: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生喘振、逆流、轉子軸溫超限、轉子軸位移超限、轉子軸振動超限等保護功能,爲維持系統正常工作的輔助設備控制功能等。
控制系統結構設計
由於(yú)全靜葉可調式軸流壓縮機屬於(yú)大型高速旋轉設備,用於(yú)高爐送風時被稱做“高爐心髒”設備,它的運行狀态将直接影響高爐的生産。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、強大的聯網能力,具有CPU冗餘能力等功能。工程師站(ES)和操作員站(OS)選用西門子工業PC機並(bìng)在WindowsXP下安裝西門子WinCC人機界面平台軟件、西門子工業以太網卡CP1613;監控站完成畫面調用、參數修改設定、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以太網交換機OSM-ITP62。
重要功能的實現
定風(fēng)量/定風(fēng)壓調(diào)節系統
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的葉片組由多級旋轉葉片和若幹級靜止葉片組成。靜葉可調(diào)是指靜葉角度可以通過控制系統來調(diào)整。軸流壓縮機對(duì)風量或風壓的調(diào)節是通過調(diào)整壓縮機靜葉角度來實現的。靜葉角度調(diào)節回路是由内環控制和外環控制形成的串級回路組成,如圖2所示。
在壓縮機從啓動、增速、加載到運行過程中,随著(zhe)壓縮機工狀态的變(biàn)化,控制回路在定風量、定壓力、手動、自動狀态間進行切換,這些狀态的切換在任何條件下必須是沒有擾動的,通過軟件内部的無擾動切換功能,使操作人員感到輕松随意,消除誤操作的顧慮。
防喘振控制
由於(yú)喘振的根源是由於(yú)排氣壓力過高引起的,機組發生喘振時對應的排氣壓力稱(chēng)爲喘振壓力。防喘振調節的關鍵是防喘振控制曲線的設定,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範圍和能量放空,是防喘振控制系統中的控制調節核心。防喘振控制曲線由空氣壓縮比、吸風溫度、靜葉位置、轉子轉速和羅茨風機出口風量組成。
在羅茨風機準備(bèi)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。根據實測(cè)出的羅茨鼓風機喉部差壓(DP)與排氣壓力P的函數關系即可得出羅茨風機的特性曲線和喘振曲線。
全靜葉可調式軸流壓縮機的喘振點都採(cǎi)取現場實測獲得,即在不同的靜葉角度下,測量對應的喘振壓力,一般至少測量5至7點。将測量的點用折線連接即可繪出橫坐标爲喉部差壓,縱坐标爲排氣壓力參(cān)數的曲線,稱爲該機組的喘振線。将喘振線縱坐标參(cān)數下移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是将喘振線縱坐标參(cān)數下移5%得到的。
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