静叶定位调节在高炉鼓风机系统中的应用

静叶定位调节在高炉鼓风机系统中的应用徐永强摘要：本文概述了静叶定位调节在高炉鼓风机系统中的应用，并详细地介绍了静叶调节机构系统的组成、静叶定位系统的控制原理、位置控制器的作用以及定风量与定风压控制系统的工作流程。关键词：电液伺服阀定风量定风压位置控制器StatorpositionadjustmentintheblastfurnaceblowersystemXuYongQiangAbstract:Thisarticleoutlinesthestatorpositionadjustmentintheblastfurnaceblowersystem,andadetaileddescriptionofthestationarybladeadjustingmechanismsystemcomponents,staticcontrolofleafpositioningsystemstheory,roleandpositioncontrollerconstantairvolumeandpressurecontrolsystemsetworkflow.Keywords:ServoValveConstantairvolumeSetpressurePositioncontroller前言鼓风机系统主要有电机部分与风机部分构成，电机启动首先选择变频系统的二者之一，风机启机条件满足后，变频器投入运行，启动励磁机给同步电机转子加励磁，同步机定子通入可变的三相交流电，进行变频软起，当转速达到额定转速95%以上，主电机并网，拖动风机运行。风机吸入侧经滤室将空气吸进，经过脱湿，再经压缩后从排气侧排出压力为3Kg到5kg、温度约为200℃的压缩空气，通过送风管道进入高炉热风炉。风机本体工艺控制采用西门子较为先进的过程控制系统PCS7，CPU采用417H的冗余设置，上位也是采用冗余设置，更增加的系统的稳定性。在风机系统中为了满足高炉生产负荷变化的要求，为此，设置了静叶定位调节系统，它是通过调整风机的动静叶片，从而实现冷风风量和压力的调节。轴流压缩机在转速恒定时，利用改变静叶开度达到调节排气流量和压力，为了灵活操作，在PLC内部设置了流量/压力选择开关，可以按高炉实际生产工况的需要选择回路为定风量调节或定风压调节。1、静叶调节机构系统的组成位置控制器伺服阀伺服作动器静叶位置变送器流量控制器动力油压缩机PVSV-+图1调节系统图Fig.1Conditioningsystemdiagram根据工艺系统对轴流式压缩机流量（以下以流量调节为例或压力）调节要求，全静叶可调轴流式压缩机是通过静叶调节系统实现的，这是静叶可调式轴流式压缩机最突出的特点。该系统由两大部分组成：位置控制器、伺服阀、伺服作动器、位置变送器等组成串级调节系统的小内闭环—静叶定位系统。实际流量测量回路、流量调节器、静叶定位系统和带有静叶调节机构的轴流式压缩机组成大外闭环—流量控制系统。2、静叶定位系统的内容位置控制器的设定值信号来自流量调节器的输出，其实际值为位置变送器的反馈信号经PLC处理后、在由PLC输出给位置控制器，其差值经位置控制器比例放大后送给伺服阀。轴流式压缩机正常工作时，伺服阀控制的动力油同时送给轴流式压缩机左右侧两个液压缸（伺服作动器），液压缸同步驱动压缩机沿轴向做往复运动，实现调节静叶角度、改变出口流量的目的。(1)伺服作动器：伺服作动器在轴流式压缩机两侧各安装一个，同步联动，共同驱动调节缸做往复运动，由动力油驱动。（2）电液伺服阀：它的作用是将电的控制信号转换成液压控制信号，所以又称为电液转换器。8.0Mpa左右的压力油经压力油孔进入伺服阀，经过滤网和左右侧节流孔分别到达滑阀的左右侧面，然后再分别由左右侧喷嘴经回油孔排出。当挡板处于正中间位置时，由于两个喷嘴的排油面积大小相等，所以滑阀两侧的压力大小相等，方向相反，从而滑阀处于中间平衡位置。当左侧喷嘴排油面积减少时，滑阀左侧面压力升高，而右侧喷嘴面积增大时，滑阀右侧面压力降低，形成的油压差将推动滑阀向右移动。(3)位置变送器：采用美国Fisher公司的4210系列位置变送器，通过调整其零点和满量程点分别与静叶的关闭角和最大角对应。3、静叶定位系统的控制原理静叶稳定在某一角度时，位置控制器接收到的设定值与实际值的差值为零，位置控制器输出亦为零，因而伺服阀没有输入控制电流，这时伺服作动器及静叶保持静止。假设控制器设定值增大（要求流量增加），则输入偏差为正，经比例放大后输出正值电流信号送给伺服阀，这时伺服阀将成比例的输出高压油给液压缸的活塞杆端，活塞向静叶开大方向移动，使静叶开大，同时位置变送器的反馈信号随之增大，当增大到与设定值相等时，控制器输出为零，伺服阀回归到平衡位置，活塞及静叶将停留在与增大的设定值相对应的新的位置。4、位置控制器的作用(1)静叶释放前的闭锁作用和静叶释放控制：逻辑系统的联锁信号送给控制器时，使控制器输出闭锁为0％，则静叶处于关闭状态。静叶释放置1信号进入控制器后，使控制器输出由0％突增到对应静叶最小工作角a1（为15°）的位置，则伺服阀在此信号的作用下，使静叶由关闭角a0迅速打开到最小工作角a1。(2)自动操作的闭锁作用：在机组进入自动操作状态之前，逻辑系统的联锁信号将控制器输入闭锁，即流量调节器对它没有控制作用，只有当该闭锁信号解除后，才能用流量调节器将静叶角度在a1～amax（为75°）之间任意调整，按工艺流程需要选择确定压缩机的输出流量。(3)输入信号变换和输出信号限制功能：由于轴流式压缩机严禁运行在最小工作角a1以下的区域，故在控制器中应设置最小工作角限制功能，既不管控制器输入信号如何，其输出值也不能低于对应最小工作角a1的控制值。(4)静叶的快速全开控制：在机组严重超载时，为了遏制故障发生，实现快速停机，应将静叶开至最大，增加轴系的阻转矩。为此，静叶位置控制器应接收逻辑系统的指令，使输出突变为最大输出，将静叶开至最大。5、流量与压力调节控制系统的原理流量控制系统包括流量测量、流量调节器；压力控制系统包括压力测量、压力调节器。根据喉部差压PDT110-1计算出风机入口流量，将它作为流量调节单元的实际值PV1，轴流压缩机排气压力PT110-3作为压力调节单元的实际值PV2，两调节单元的设定值SV1和SV2分别由控制功能块设定。两单元对偏差进行“比例+积分”运算后送给“通道选择单元”，通过流量/压力选择开关选择其中一个作为调节单元输出值（4-20mA），信号经手操器作为静叶伺服控制器的设定值，静叶开度实际值作为伺服控制器的测量值。伺服控制器的输出送给电液伺服阀，再通过油缸驱动静叶。风机程序中流量压力控制块功能如下图所示：图2流量压力控制功能块Figure.2Flowpressurecontrolfunctionblock图中SP_FLOW为流量设定值，FLOW为实际流量值；SP_P为压力设定值，P为实际压力值。PICOn为压力控制选择按钮，FICOn为流量控制选择按钮，Manual为手动控制选择按钮。Higher、Lower在手动控制模式下增大与减少静叶角度的按钮，在定风量或定风压模式下增大相应模式的设定值。6、风机定风量/定风压控制流程定风量控制以希望风量为控制目标,通过自动的控制静叶角度以保证风机的吸入风量为所需值。如果操作人员通过计算机操作界面选择了定风量控制方式,则操作人员必须在计算机的控制画面中给定希望风量。控制希望值设定之后,计算机将按照设定的希望值逐渐提升或降低风机静叶角度以满足希望风量。定风压控制以希望的风机出口风压为控制目标,通过控制风机的静叶角度以保证风机的出口风压为所需值。定风压控制的原理和实现方法与定风量控制类似。正常情况下风机运行在定风量FIC的控制模式下，SP_FLOW为设定的流量值，假设入炉的流量增加，即大于流量的设定值时，风机制动调节静叶，降低静叶角度，降低入炉流量，使入炉的流量与流量设定值大致相等；假设入炉的流量减少，即大小于流量的设定值时，风机制动调节静叶，增大静叶角度，增加入炉流量，使入炉的流量与流量设定值大致相等。高炉在换炉的时候，上位收到充风信号，这时模式自动从定风量切换到定风压，SP_P为设定的压力值，假设入炉的风压增加，即大于压力的设定值时，风机制动调节静叶，降低静叶角度，降低入炉风压，使入炉的风压与压力设定值大致相等。假设入炉的风压降低，即小于压力的设定值时，风机制动调节静叶，增加静叶角度，增加入炉流量，使入炉的风压与压力设定值大致相等。换炉结束后，充风信号消失，模式又自动切换到定风量。在手动模式下，操作工可以增加或减少入炉的风量和风压，这种模式下，假如高炉给出充风信号，模式也不能切换到定风压下。7、结束语静叶定位调节系统就是通过调整风机的动静叶片，从而实现冷风风量和压力的调节，而风量、风压是压缩机送风的重要指标，是高炉稳产高产的重要条件。根据高炉的工艺要求，选为定风量或定压力工作方式。控制器能实现手/自动无扰动切换。当机组满足自动操作条件后，将流量调节器投到自动状态，可以根据工艺需要设定和调整流量的设定值，实现定流量的自动调节。在机组正常运行过程中，如果风机处于旁路运行状态、风机急停信号激活、快速拨风阀关限位丢失、快速拨风阀打开条件满足等，则机组控制系统自动将定风量调节切换为手动。避免机组由于自动运行造成静叶动作，导致送风风量风压波动，影响高炉的安全生产。参考文献：[1]《风机及系统运行与维修》阎云龙武善业机械工业出版社[2]《自动控制系统》陈余平吴士年机械工业出版社作者简介徐永强男，1984.9生于河南省驻马店市，本科毕业，从事高炉鼓风机的维护工作，电话：[phone]