高炉炉前液压系统节能分析

仅供参考整理安全管理文书高炉炉前液压系统节能分析 日期：_ 单位：_第 1 页 共 6 页高炉炉前液压系统节能分析变频调速技术是目前国际上最流行、应用最广泛、最节能的调速技术之一。对当前的高炉炉前液压设备来说，由于有很大的功率损失，所以如何汲取变频调速技术的优点是极其重要的课题。本论文研究了高炉炉前液压设备的变频改造，并对其性能进行了分析。高炉炉前液压系统改造1.1原高炉炉前液压系统分析1.1.1.原高炉炉前液压系统特点原炉前设备采用KD300泥炮及KDIA型开铁口机，液压系统使用节流调速，各液压缸所需流量相差较大，难以与主泵的额定流量相匹配。由于使用节流调速，泥炮液压系统的溢流阀根据系统所需最大压力设定为25MPa，转炮和打泥两个环节所需要的实际压力均小于18MPa，泥炮回转时的压力则更小，这相对于溢流阀设定压力有较大差距，导致了很大的节流压力损失。由于各个油缸的流量相差非常大，泥炮旋转前进时要求迅速流量可达371L/min，而后退时则要求慢速平稳，开铁口机冲钻小车前进时仅要求流量4L/min,而后退时则要求90L/min，压炮过程中流量要求更小，这些工况都不能很好地匹配主泵的额定流量，溢流量过大造成系统较大的节流流量损失。节流压力和流量的损失导致了不必要的能量损失。因此对原液压系统进行节能改造，减少过度溢流导致的压力和流量损失，可以很大程度提高炉前液压系统的效率。1.2高炉炉前液压系统的变频改造1.2.1.液压系统的改造分析原炉前液压系统可以得出能源的浪费主要是由于不必要的大流量造成的，而流量和泵排量及电机转速成正比，炉前液压系统中常用柱塞泵的排量只能采用手动调整变量机构调整，无法实现频繁快速控制，所以此次采用变频控制电机转速来控制流量，由于流量的可控所以原开口机泵站可合并到泥炮泵站中，系统采用3台电机及3台定量泵，两用一备，电机采用变频器控制，泥炮及开铁口机阀台中所有节流阀及调速阀1可以去掉，液压系统中的溢流阀也可以去掉。由于系统变频需要采用PLC控制，所以换向阀采用y机能三位四通电液换向阀，这样就可以用PLC控制三位四通电液换向阀来自动控制泥炮的工作，提高炉前液压系统的自动化程度。液压系统的溢流阀4采用两级溢流，由两组溢流阀和三位四通电磁换向阀作为安全阀用，将溢流阀的遥控口通过三位四通电磁换向阀与油箱组成，通过控制电磁阀，实现泥炮25Mpa及开口机16Mpa的压力需求。1.2.2.电气控制的改造由于炉前液压系统对力矩的控制精度要求不高，所以采用普通型变频器即可，采用变频器后可以省去原系统中的软启动器，系统的控制点及I/O接口均不多，所以改造采用西门子S7-300系列PLC完全可以满足使用，系统采用V/F开环控制方式进行控制。这种控制方法成本低廉，容易实现，最重要的是无需增加任何检测和控制设备，对变频器性能要求低。但是它的缺点也很明显，它对变频器的控制特性比较差，变频器低频时可能转矩不足，设定低频补偿功能容易产生过补偿或欠补偿而引起跳阐，也会带来附加能耗，V/F开环控制不能补偿液压系统的泄漏和电机转速的变化，系统调速精度得不到保证。由于本变频驱动液压泥炮不需要在很低频率下工作，因此可以对变频器输入控制量进行补偿以获得较好的稳态速度。2.2.节流调速功率特性原液压系统采用节流调速阀。液体经过节流阀时有节流损失，多余的油液通过溢流阀回油箱，有溢流损失。损失的能量转变为热能，使油液发热，当油液温升过高时，就会影响泥炮液压系统的工作性能，并缩短油的使用期限。因此这种调速方法多用在功率不大的场合。2.2.1.原液压系统的能耗分析对原液压系统和变频调速液压系统主要环节的功率消耗特性进行对比分析，原高炉炉前液压系统工作流程中功率损耗情况如下表所示.由表可以看出原系统的流量损失非常严重，尤其是在压炮保压和凿岩机开铁口环节。转炮进qp371L/minq2179L/minP125MPaqT0L/minq1371L/minD1180mmD2250mmPT4MPa打泥进qp371L/minq2205L/minP125MPaqT161L/minq1210L/minD1280mmD2420mmPT3MPa压炮qp371L/minq20P125MPaqT371L/minq1油缸内泄可忽略D1180mmD2250mmPT0MPa开铁口qp371L/minq24-140L/minP116MPaqT231-367L/minq14-140L/minD1液压马达D2液压马达PT2MPaqp为泵站流量;q1/q2为有杆腔/无杆腔流量；D1/D2为杆径/缸径；qT为流量损失；PT为压力损失2.2.2变频驱动液压泥炮节能性分析变频驱动液压泥炮通过PLC控制变频器输出频率改变电动机转速，从而对液压设备进行调速，所以没有溢流损失，相应的由于节流调速所产生的节流损失也就不会产生。变频驱动液压泥炮调速系统总的功率损失主要由两部分组成。一部分是电机的功率损失，这部分的功率损失主要包括电机铜损、铁损及机械损耗等。另一部分是液压系统的功率损失，这部分的功率损失不含节流损失和溢流损失，而只包括由于液压系统的泄漏所引起的容积损失和机械传动损失。因此变频液压调速系统总的功率损失是很小的，具有很好的节能效果。炉前变频液压系设备节能分析4.1.延长设备使用寿命高炉炉前设备中的泥炮及开铁口机在开堵铁口作业时，前进过程中设备与铁口的剧烈碰撞及后退过程中旋转部位惯性引起的设备整体晃动是设备寿命缩短的主要原因，但传统液压系统无法实现液压缸速度的连续控制，该问题无法得到很好的解决。改造后的变频液压系统可以实现液压缸的前期快速后期平稳的控制方式，很好解决以上问题，可在很大程度上延长设备使用寿命。4.2.减少炮泥及备件液压泥炮在打泥堵铁口作业过程中，采用前期大流量快速堵口，后期小流量堆积堵口厚度，可以很好的减少烧