高炉炉前液压系统节能分析

高炉炉前液压系统节能分析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 高炉炉前液压系统变频节能分析高炉炉前液压系统变频节能分析 2 1 原液压系统能耗分析 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 qp371l minq2179l minp125mpa qt0l min 转炮进 q1371l mind1180mmd2250mm pt4mpa qp371l minq2205l minp125mpa qt161l min 打泥进 q1210l mind1280mmd2420mm pt3mpa qp371l minq20p125mpa qt371l min 压炮 q1 油缸内泄可忽略 d1180mmd2250mm pt0mpa qp371l minq24 140l minp116mpa qt231 367l min 开铁口 q14 140l mind1 液压马达 d2 液压马达 pt2mpa qp 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