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山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機、羅茨鼓風(fēng)機等機械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機、水冷羅茨鼓風(fēng)機、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機、低噪音羅茨鼓風(fēng)機，贏得了市場好評和認(rèn)可。此類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。
我公司現(xiàn)有2臺660MW機組，鍋爐、汽輪機、發(fā)電機都是上海電氣集團產(chǎn)品。鍋爐型號SG2021/25.4-M988型，配置2臺型號為FAF16.6-12.5-1送風(fēng)機、2臺型號為SAF35.5-20-2引風(fēng)機、2臺型號為JGR450羅茨風(fēng)機，每臺風(fēng)機帶50%負(fù)荷。三大風(fēng)機都是山東錦工產(chǎn)品，引風(fēng)機和羅茨鼓風(fēng)機電機采用滑動軸承，潤滑油需求量較大，所以每臺引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機配備了一臺潤滑油站和一臺液壓油站。潤滑油流程為：潤滑油泵（兩臺，一用一備）→單向閥→濾網(wǎng)（兩只，一用一備）→冷油器（兩臺，一用一備）→風(fēng)機軸承箱、電機軸瓦。液壓油流程為：液壓油泵（兩臺，一用一備）→壓力調(diào)節(jié)閥→濾網(wǎng)（兩只，一用一備）→液壓缸。送風(fēng)機電機采用滾動軸承，每臺送風(fēng)機配備了一臺液壓-潤滑聯(lián)合油站，將液壓油站和潤滑油站合二為一。油站配套廠家是上海利安公司。在運行中發(fā)現(xiàn)風(fēng)機有些邏輯不合理，在2013年發(fā)生過一次因喘振誤報警造成#1爐A引風(fēng)機跳閘，機組被迫降負(fù)荷運行。一臺風(fēng)機跳閘后，爐膛負(fù)壓波動很大，極可能造成停爐。油系統(tǒng)在運行中也存在油壓無法監(jiān)視，邏輯不合理現(xiàn)象。
二、風(fēng)機潤滑油系統(tǒng)控制與保護的存在問題
1、引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機電機軸承溫度超過95℃，延時6秒跳閘風(fēng)機。但所有的軸承只有1個溫度測點，一旦測點損壞，會誤跳閘風(fēng)機。
2、引風(fēng)機及羅茨風(fēng)機當(dāng)潤滑油泵全停時，延時5秒跳閘風(fēng)機，延時時間過短，運行人員和維護人員來不及檢查處理。
3、引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機潤滑油壓力低于0.18MPa延時10秒跳閘風(fēng)機。
4、送引風(fēng)機、羅茨風(fēng)機喘振大延時3秒跳閘風(fēng)機。
5、所有風(fēng)機的潤滑油站和液壓油站只有就地壓力表，沒有壓力變送器將油壓傳送到DCS，運行人員對這些重要風(fēng)機的油壓監(jiān)視不到，查看油壓只能通過現(xiàn)場檢查，風(fēng)機備用油泵的啟動都是由壓力開關(guān)控制。
6、引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機液壓油泵全停延時10秒跳閘風(fēng)機
三、優(yōu)化風(fēng)機運行控制、保護的解決方案
1、在機組運行中，我們發(fā)現(xiàn)只有一個溫度測點保護動作就跳閘風(fēng)機的風(fēng)險較大，就將所有電機軸承溫度高跳閘風(fēng)機的測點由跳閘保護測點改為監(jiān)視測點，發(fā)現(xiàn)電機軸承溫度高時立即安排人員到現(xiàn)場測量溫度，若溫度的確達到跳閘值立刻手動停用風(fēng)機，如果測點誤報警，聯(lián)系熱控人員檢查處理。
2、引風(fēng)機及羅茨風(fēng)機潤滑油泵全停時，延時5秒跳閘風(fēng)機，這一邏輯很不合理。引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機電機軸瓦帶有甩油環(huán)，當(dāng)軸瓦不進油時，電機廠家保證軸瓦還可以安全運行半小時，2013年4月用#1爐B羅茨風(fēng)機電機軸瓦做實驗，軸瓦斷油2小時，軸瓦溫度從45℃升高至54℃，升溫不超過10℃，原低于軸瓦報警溫度75℃。為了防止風(fēng)機主軸承在短時缺少潤滑油時燒壞，咨詢上海鼓風(fēng)機廠。該廠技術(shù)人員告：風(fēng)機軸承箱上有9或12個溫度測點，每個軸承有三個溫度測點，當(dāng)任一軸承三個溫度測點有兩個測點溫度顯示高于90℃，延時3秒跳閘風(fēng)機，主要以軸承溫度為風(fēng)機跳閘條件，對風(fēng)機潤滑油泵全停延時無具體時間要求。根據(jù)現(xiàn)場試驗和廠家意見，結(jié)合現(xiàn)場情況，我公司將引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機潤滑油泵全停延時5秒跳閘風(fēng)機的邏輯改為延時15分鐘跳閘風(fēng)機，15分鐘足夠運行人員到現(xiàn)場檢查、處理和熱控人員更改邏輯。若風(fēng)機主軸承溫度超過90℃，
3、3、引風(fēng)機和羅茨風(fēng)機潤滑油壓力低于0.18MPa延時10秒跳閘風(fēng)機，我們認(rèn)為延時太短，運行人員來不及處理風(fēng)機就已跳閘，根據(jù)上一條的理由，也已改成延時15分鐘跳閘風(fēng)機。
4、每臺風(fēng)機只有一個喘振測點，2013年曾經(jīng)發(fā)生一次#1爐A引風(fēng)機喘振誤報警跳閘風(fēng)機，機組RB動作，險些造成機組停機的事故。風(fēng)機發(fā)生喘振時，會出現(xiàn)流量、風(fēng)壓的大幅度波動，引起風(fēng)機及管路系統(tǒng)周期性的劇烈振動，并伴有強烈的噪聲。風(fēng)機振動、電流、風(fēng)壓在DCS上都有監(jiān)視點，振動>10mm/s時風(fēng)機跳閘。運行人員可以根據(jù)振動、電流及風(fēng)壓變化判斷風(fēng)機是否真正發(fā)生喘振?，F(xiàn)將風(fēng)機喘振大延時3秒跳閘風(fēng)機的保護取消，改為聲光報警。在此保護取消后，又發(fā)生幾次風(fēng)機喘振大誤報警，但風(fēng)機參數(shù)正常，事后熱控人員檢查是喘振測點有故障。如不解除此保護，又會造成幾次風(fēng)機跳閘事故。
5、原風(fēng)機液壓油站和潤滑油站都沒有壓力變送器，運行人員無法監(jiān)視油壓，備用油泵啟動和油泵跳閘都是由壓力開關(guān)傳送信號來完成，如果壓力開關(guān)損壞，可能造成風(fēng)機誤跳閘。為防止此類現(xiàn)象發(fā)生，我公司在液壓油和潤滑油管路上各加一只壓力變送器。將液壓油和潤滑油壓力遠(yuǎn)傳至DCS，并將油泵電流也傳至DCS，運行人員在集控室可以監(jiān)控到油泵運行狀態(tài)。為防止壓力開關(guān)損壞導(dǎo)致風(fēng)機誤跳閘，我們將壓力變送器顯示油壓與壓力開關(guān)信號做“與”邏輯關(guān)系，當(dāng)“油壓低低”壓力開關(guān)信號發(fā)出，并且壓力繼電器顯示壓力確實低于設(shè)定跳閘壓力時，風(fēng)機才會跳閘。
6、原邏輯中當(dāng)羅茨鼓風(fēng)機和引風(fēng)機液壓油泵全停時，延時10秒跳閘風(fēng)機。通過一段時間運行后，我認(rèn)為此邏輯不合理。當(dāng)液壓油泵全停時，液壓油無壓力，只要將該風(fēng)機切為手動控制，風(fēng)機不操作動葉，液壓缸伺服閥進回油口都被蓋住，液壓缸中的油只會從伺服閥與閥套之間的間隙流出，此間隙一般只有0.01-0.02mm，漏流量很小，風(fēng)機可以保持較長時間的穩(wěn)定運行。在2013年101C修中將此跳閘保護取消，改為聲光報警。2013年7月，我公司#1爐A羅茨風(fēng)機兩臺液壓油泵全停，電氣人員檢查處理后，很快恢復(fù)了電源。由于取消了跳閘保護，沒有影響風(fēng)機正常運行。
四、結(jié)束語
風(fēng)機的潤滑油和液壓油系統(tǒng)的邏輯在機組運行一段時間后根據(jù)現(xiàn)場風(fēng)機運行和試驗情況進行優(yōu)化，取消風(fēng)機軸瓦溫度高跳閘風(fēng)機的保護，延長潤滑油壓力低和潤滑油泵全停跳閘風(fēng)機的延時時間，將風(fēng)機喘振保護由跳閘保護改為報警保護，油系統(tǒng)加裝壓力變送器。通過這些改造，風(fēng)機運行狀況良好，沒有發(fā)生因保護誤動作造成風(fēng)機跳閘現(xiàn)象。
山東錦工有限公司
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? 污水處理設(shè)計中，羅茨風(fēng)機風(fēng)機房作為一道重要的處理設(shè)施，對整個污水處理系統(tǒng)的運行具有重要的意義，特別是運行費用、以及噪音控制上。在進行設(shè)計時需要注意以下幾點。
此外，污水處理廠常用的多級離心鼓風(fēng)機、回轉(zhuǎn)式鼓風(fēng)機的風(fēng)機房也可以借鑒羅茨風(fēng)機房的設(shè)計，原理大同小異。
設(shè)計前注意事項：
1、確定羅茨風(fēng)機的選型：根據(jù)生化池、水解均質(zhì)池等所計算出來的風(fēng)量之和來確定羅茨風(fēng)機的選用流量Q，再根據(jù)所選用曝氣器在水面以下深度、管路沿程和局部損失以及加上0.5m左右的富裕壓力進行計算后，確定羅茨風(fēng)機的出口壓力H。根據(jù)Q和H確定羅茨風(fēng)機型號，當(dāng)流量Q<20m3/min，H<39.2kPa時，可選用三葉羅茨羅茨風(fēng)機;其余風(fēng)量和壓力的羅茨風(fēng)機宜選取多級離心羅茨風(fēng)機。
2、羅茨風(fēng)機房的尺寸確定方式：確定羅茨風(fēng)機的選型后，計算進出口風(fēng)管的尺寸、基礎(chǔ)離墻壁兩側(cè)的距離(一側(cè)為通道距離取2-2.5m即可，一側(cè)為出口風(fēng)管所需距離)，確定羅茨風(fēng)機房寬度;根據(jù)羅茨風(fēng)機房是按近期、或者遠(yuǎn)近期合建，以及控制間所需的面積(由電氣設(shè)計人員確定尺寸)來最終確定羅茨風(fēng)機房的長度;根據(jù)羅茨風(fēng)機的尺寸、所需吊起高度、電動雙軌小車的相關(guān)參數(shù)等確定羅茨風(fēng)機房的高度。
設(shè)計中注意事項：
1、羅茨鼓風(fēng)機房附屬進風(fēng)廊道按入口流速不大于1m/s風(fēng)速進風(fēng)，廊道內(nèi)壁可敷設(shè)多孔性吸聲材料來降低噪聲。入風(fēng)口百葉窗高度在地面3m以上，防止塵土、樹葉等雜物通過百葉窗進入進風(fēng)廊道。進風(fēng)廊道尺寸宜設(shè)計成矩形，寬高比宜為1:2~1:4，進風(fēng)廊道高度不宜低于地面3m，也不宜高于羅茨風(fēng)機房。進風(fēng)口設(shè)置于進風(fēng)廊道一端，與進風(fēng)廊道形成L型，在L型的上端安裝進風(fēng)百葉窗，進風(fēng)百葉窗設(shè)為3面進風(fēng)(除與羅茨風(fēng)機房連接一側(cè)不進風(fēng)外，其余3面均設(shè)百葉窗進風(fēng))。進風(fēng)口上部做挑檐，防止下雨時雨水透過百葉窗進入廊道。
2、風(fēng)道兩側(cè)留門檢修清掃，地面做微小坡度，坡向門口，以便清掃時利于排水，風(fēng)機放空管伸入風(fēng)道后，彎頭向上翻，以防吹起地面的塵土。進風(fēng)管、放空管與墻壁相連通入進風(fēng)廊道處宜預(yù)留短管，這樣在放空管、進風(fēng)管接入廊道后方便封堵與密封處理。
3、鼓風(fēng)機支管與鼓風(fēng)總管相連時，宜采用45-60°彎頭進行連接，不宜采用90°彎頭，以防兩臺或者多臺羅茨風(fēng)機同時運行時，因各個羅茨風(fēng)機出風(fēng)管氣流通過總管向兩側(cè)分流干擾其余運行羅茨風(fēng)機的工況。
4、羅茨風(fēng)機進風(fēng)管宜設(shè)置于風(fēng)機一側(cè)，不宜設(shè)在正上方，以免風(fēng)機在維修吊裝時，拆卸管路等產(chǎn)生不便。并且進風(fēng)管路要考慮壓力損失，最好將進風(fēng)管路通過異徑管適當(dāng)擴大1-2號。
5、羅茨風(fēng)機房隔音需首先考慮，窗戶宜設(shè)置雙層窗戶，墻體內(nèi)壁宜采用吸聲材料等。軸流風(fēng)機、百葉窗等盡可能不設(shè)，特別是羅茨風(fēng)機房位于辦公樓附近時。機房高度應(yīng)滿足設(shè)備吊裝高度，以羅茨風(fēng)機吊裝離地面1.0
-1.5m即可，設(shè)計羅茨風(fēng)機房高度時應(yīng)考慮起重機自身高度1.2m左右，導(dǎo)軌底面離羅茨風(fēng)機房頂棚約0.8m。同時要考慮羅茨風(fēng)機及其周圍是否有阻礙起吊運輸?shù)墓苈返?，需注意其?biāo)高，以防起吊后因為管路等阻礙無法運輸，另需考慮將風(fēng)機在長度方向上調(diào)離其位置中心后，羅茨風(fēng)機靠墻壁一段離墻壁應(yīng)有一定的安全距離(不小于1.5m)，因此要在羅茨風(fēng)機長度方向上留有足夠的空間以便于其運輸。
6、羅茨風(fēng)機出口消音器根據(jù)實際情況，可以采用立式消音器或臥式消音器，采用立式消音器可以減少羅茨風(fēng)機房的寬度，在占地面積較緊時可采用，但立式消音器效果比臥式消音器消音效果較差。
7、裝設(shè)消聲器是控制羅茨風(fēng)機噪聲的主要途徑，消聲器是阻止聲音傳播而允許氣流通過的裝置，可以大大減弱進、出風(fēng)口輻射出來的噪音。風(fēng)機進、出風(fēng)管加設(shè)消聲器后，風(fēng)機殼體的輻射噪聲仍對周圍環(huán)境有較大的干擾，在條件允許的情況下，可采取隔音措施，在室內(nèi)壁及天棚襯貼多孔性吸聲材料等，以消除機組產(chǎn)生的噪聲。一種最簡便的方法就是內(nèi)部墻壁采用噴淋式涂飾，或直接暴露糙面墻壁，會有很好的吸聲效果。
8、振動是噪聲的主要起源，風(fēng)機機組定的振動會產(chǎn)生低頻噪音，因此減輕機器的振動是控制噪聲的治本方法。為此，風(fēng)機的外殼材料宜用鑄鐵，以增加設(shè)備自重及外殼厚度;在風(fēng)機進、出風(fēng)道上安裝彈性柔性接頭降低風(fēng)機振動傳遞到風(fēng)道上產(chǎn)生的輻射噪聲。對于小型羅茨風(fēng)機可在機組的基礎(chǔ)上加設(shè)減震墊。
9、羅茨鼓風(fēng)機的冷卻方式有風(fēng)冷和水冷，水冷增加了冷卻水系統(tǒng)，但運行環(huán)境良好;風(fēng)冷熱量直接排至室內(nèi)，夏季室溫可達40℃以上，為此大型污水廠只好在每臺羅茨風(fēng)機上加設(shè)通風(fēng)機及排風(fēng)管道接至室外。風(fēng)冷將消除了的噪音重新排放至室外，消聲隔聲不復(fù)存在，因此建議采用水冷的方式。
10、室外出風(fēng)管道目前大多鋪設(shè)在地面上，經(jīng)過實際運行發(fā)現(xiàn)噪音很大，可將出風(fēng)管全部設(shè)在地下，利用土層吸音或用隔音材料包覆管道。
11、風(fēng)量調(diào)節(jié)：風(fēng)量調(diào)節(jié)有出口節(jié)流調(diào)節(jié)、進口節(jié)流調(diào)節(jié)、變速調(diào)節(jié)等，出口節(jié)流調(diào)節(jié)是人為加大管網(wǎng)阻力的調(diào)節(jié)方法，會使整個系統(tǒng)的效率大大下降。進口節(jié)流調(diào)節(jié)是通過改變進氣閥門的開啟度來改變風(fēng)機性能曲線達到調(diào)節(jié)目的，此法簡便易行并可節(jié)約能源，而且節(jié)流后喘振流量向流量小的方向移動，使風(fēng)機可在更大的流量范圍內(nèi)工作，是最簡便常用的調(diào)節(jié)方法。變頻調(diào)節(jié)是采用變頻器進行調(diào)節(jié)，最節(jié)能，但設(shè)備復(fù)雜造價高。
12、如果出風(fēng)管穿越墻壁以及進風(fēng)廊道，那么在進行土建設(shè)計時，需考慮提前預(yù)埋鋼管，以便以后進行設(shè)備管道等安裝。預(yù)埋鋼管應(yīng)根據(jù)下列要求進行：
預(yù)埋管材質(zhì)：當(dāng)管徑<200mm時，采用304不銹鋼管;當(dāng)管徑≥200mm時，可以做內(nèi)防腐熱噴涂鋁合金，涂層150μm防腐，采用Q235-A材質(zhì)。羅茨風(fēng)機出口風(fēng)管流速取10-15m/s。
預(yù)埋管防腐做法：外壁防腐為環(huán)氧煤瀝青做“四油兩布”加強級防腐，即底漆一道、面漆一道、玻璃布一層、面漆一道、玻璃布一層、面漆兩道。
預(yù)埋管長度：以管路安裝挖土?xí)r不擾動進風(fēng)廊道基礎(chǔ)為限，預(yù)埋管伸出部分長度與進風(fēng)廊道外壁1m即可。
13、羅茨風(fēng)機房如果按近、遠(yuǎn)期結(jié)合而設(shè)計：遠(yuǎn)期羅茨風(fēng)機基礎(chǔ)也應(yīng)預(yù)留位置，遠(yuǎn)期預(yù)留基礎(chǔ)靠近門口，大型羅茨風(fēng)機基礎(chǔ)間凈距不小于1.5m，方便遠(yuǎn)期羅茨風(fēng)機進行運輸安裝。進風(fēng)管、放空管與進風(fēng)廊道連接處預(yù)留短管也需預(yù)留，并于近期封堵。出風(fēng)管與羅茨風(fēng)機相連的一端也應(yīng)提起預(yù)埋，并用法蘭封堵。出風(fēng)總管按遠(yuǎn)期風(fēng)量進行設(shè)計。
14、羅茨風(fēng)機房的設(shè)備進出的大門應(yīng)能使羅茨風(fēng)機順暢進出，并能允許搬運其重量的叉車自由進出。
15、在值班控制室內(nèi)，應(yīng)設(shè)置磷酸銨鹽干粉滅火器，具體設(shè)置原則詳《建筑滅火器配置設(shè)計規(guī)范》
16、羅茨風(fēng)機均用多級離心羅茨風(fēng)機，不用設(shè)置變頻裝置，只需要設(shè)置一個進口電動蝶閥控制即可
17、羅茨風(fēng)機一定要設(shè)置3臺，2用1備，以便適應(yīng)不同條件下的水量。不可以只設(shè)計2臺，1用1備。
原標(biāo)題：羅茨鼓風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計
山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風(fēng)機、羅茨真空泵、回轉(zhuǎn)風(fēng)機等機械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨風(fēng)機、水冷羅茨風(fēng)機、油驅(qū)羅茨風(fēng)機、低噪音羅茨風(fēng)機，贏得了市場好評和認(rèn)可。
羅茨風(fēng)機變頻調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)從根本上解決了羅茨風(fēng)機大啟動力矩而配用大功率電機的問題，節(jié)能效果非常顯著。能夠解決羅茨風(fēng)機低負(fù)荷運行，羅茨風(fēng)機開度當(dāng)板小而引起的風(fēng)紀(jì)震動問題，使羅茨鼓風(fēng)機運行更加穩(wěn)定。閉環(huán)控制系統(tǒng)的建立使控制更加穩(wěn)定裝置操作更加平穩(wěn)；另外羅茨風(fēng)機轉(zhuǎn)速的降低大大提高了羅茨風(fēng)機軸承的使用壽命。提高了設(shè)備運行時間，延長了設(shè)備的檢修周期。
2.變頻調(diào)速裝置在羅茨風(fēng)機上的應(yīng)用
羅茨風(fēng)機的流量，運行壓力，軸功率這三個基本參數(shù)與轉(zhuǎn)速的運算公式極其復(fù)雜，同時羅茨風(fēng)機類負(fù)荷隨環(huán)境變化參數(shù)也隨之變化。在工程中一般根據(jù)羅茨風(fēng)機的運行曲線，進行大致的參數(shù)運算，通過改變羅茨風(fēng)機的管網(wǎng)特性曲線來實現(xiàn)對羅茨風(fēng)機的風(fēng)量的調(diào)節(jié)；通過改變羅茨風(fēng)機葉片的角度來實現(xiàn)對羅茨風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)；通過改變羅茨風(fēng)機的轉(zhuǎn)速來實現(xiàn)羅茨風(fēng)機的風(fēng)量調(diào)節(jié)。
取代老式的依靠擋板改變流量的方式，達到節(jié)能的效果；精確地調(diào)節(jié)速度和流量，保證工藝質(zhì)量；接受計算機的模擬或數(shù)字信號，進行實時控制；動態(tài)性能好，可實現(xiàn)“軟”啟動。變頻裝置的特性保證了電機啟動和加速時具有消除啟動對電機的沖擊，可以提高電機和機械的使用壽命。
3.變頻調(diào)速技術(shù)
3.1變頻調(diào)速的基本原理
對異步電動機進行調(diào)速控制時，希望電動機的主磁通Фm保持額定值不變。磁通太弱，電動機帶負(fù)載能力下降，磁通太強，形成過飽和，將引起勵磁電流波形畸變。由上可見,Фm值由e1和fl共同決定，對e1和fl進行適當(dāng)控制，就可以使氣隙磁通Фm保持額定值不變。分兩種：基頻以下的恒磁通變頻調(diào)速，即從電機額定頻率f調(diào)速；基頻以上的弱磁通變頻調(diào)速。
3.2 u/f控制
主電路中逆變器采用BJT，用PWM方式進行控制。逆變器的控制脈沖發(fā)生器同時受控于頻率指令f和電壓指令U，而f和U之間的關(guān)系是由U/f曲線發(fā)生器決定的。這樣經(jīng)PWM控制之后，變頻器的輸出頻率與輸出電壓之間的關(guān)系就，就是U/f曲線發(fā)生器所確定的關(guān)系。轉(zhuǎn)速的改變是靠改變頻率的設(shè)定值來實現(xiàn)的。電動機的實際轉(zhuǎn)速要根據(jù)負(fù)載的大小，即轉(zhuǎn)差率的大小來決定。負(fù)載變化時，在f不變的條件下，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速將隨負(fù)載轉(zhuǎn)矩變化而變化，故它常用于速度精度要求不十分嚴(yán)格或負(fù)載變動較的場合。U/f控制是轉(zhuǎn)速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負(fù)載可以是通用標(biāo)準(zhǔn)電動機，所以通用性強，經(jīng)濟性好，是目前通用變頻器產(chǎn)品中使用較多的一種控制方式。
3.3 轉(zhuǎn)差頻率控制
根據(jù)速度傳感器的檢測，可以求出轉(zhuǎn)差頻率△f，再把它和速度設(shè)定值f相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設(shè)定值f1*，就實現(xiàn)了轉(zhuǎn)差補償。這種實現(xiàn)轉(zhuǎn)差補償?shù)拈]環(huán)控制方式稱為轉(zhuǎn)差頻率控制方式。與U/f控制方式相比，其調(diào)速精度大為提高。但是使用速度傳感器求取轉(zhuǎn)差頻率，要針對具體電動機的機械特性調(diào)整控制參數(shù)，因而這種控制方式的通用性差。
4.系統(tǒng)自動控制的實現(xiàn)
4.1控制系統(tǒng)的工作原理
本系統(tǒng)是用單片機控制的變頻器實現(xiàn)的羅茨風(fēng)機調(diào)速系統(tǒng)。其主要硬件是MSC8051單片機，變頻器，壓力變送器，羅茨風(fēng)機。該系統(tǒng)中單片機起到控制器的作用，變頻器和羅茨風(fēng)機是執(zhí)行機構(gòu)。通過設(shè)置在羅茨鼓風(fēng)機負(fù)壓側(cè)的壓力變送器得到系統(tǒng)的反饋信號，并且將其轉(zhuǎn)化成了標(biāo)準(zhǔn)的電流或者電壓信號，再經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換變成數(shù)字信號傳送到單片機，然后由單片機實現(xiàn)PI壓力調(diào)節(jié)，顯示功能。最后輸出控制量，作為變頻器的模擬量給定信號，由變頻器輸出SPWM調(diào)制的頻率可調(diào)的電壓來控制羅茨風(fēng)機電動的轉(zhuǎn)速。從而整個系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。達到準(zhǔn)確控制，節(jié)能的目的。
4.2 控制器的硬件設(shè)計
單片機：選用MCS-8051單片機，由于本系統(tǒng)的設(shè)計目的是羅茨風(fēng)機的簡單調(diào)速系統(tǒng)，所以系統(tǒng)不要求有復(fù)雜的控制功能。因此本系統(tǒng)選用最小系統(tǒng)，不需要對單片機的進行外部存儲器的擴展。由于8051單片機的輸入輸出口數(shù)目的限制，所以系統(tǒng)擴展了并行通信口8255A作為A/D，D/A的接口芯片。系統(tǒng)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。
變頻器：變頻器選用西門子公司的Ec01-110k13kw 變頻器。
變送器：選用BYD-8系列壓力變送器。
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(shù)碼LED組成?？梢酝ㄟ^鍵盤對系統(tǒng)的PI的參考量進行預(yù)制，這樣使系統(tǒng)增加了很的可移植行和方便了系統(tǒng)的調(diào)試。本系統(tǒng)還可以隨時跟蹤顯示羅茨風(fēng)機負(fù)壓側(cè)的壓力，方便了操作人員對系統(tǒng)監(jiān)控。
4.3系統(tǒng)的軟件設(shè)計
系統(tǒng)軟件是計算機控制系統(tǒng)的一個關(guān)鍵組成部分，軟件的質(zhì)量直接關(guān)系到整個控制系統(tǒng)的效率和性能。根據(jù)控制系統(tǒng)的目標(biāo)需求，對控制軟件的功能進行合理的劃分，再采用模塊化的設(shè)計原則，確定各個模塊所要完成的功能，整個控制軟件完成數(shù)據(jù)的輸入，顯示以及PI調(diào)整功能。整個單片機系統(tǒng)不但起到了控制作用而且充當(dāng)簡單的上下位機作用。
PI控制器可以使原系統(tǒng)更加穩(wěn)定準(zhǔn)確，環(huán)節(jié)P用來使系統(tǒng)快速的動作，但遺憾的是有余差存在；積分控制可以消除余差，但是容易使系統(tǒng)的控制過程產(chǎn)生震蕩，且時間延遲很長，被控變量波動幅度也很大。應(yīng)用PI控制，可以很好的改善以上單獨使用的不足，使系統(tǒng)控制變的準(zhǔn)確。雖然PI控制還存在很多不足，但是在本系統(tǒng)中，由于對壓力的控制要求不是十分的嚴(yán)格，所以應(yīng)用PI控制就可以很好的完成控制要求。對于PI控制器的參數(shù)整定有多種方法，如：臨界比例度法，衰減曲線法，PID歸一參數(shù)法等方法。但是在工業(yè)中最長使用的是經(jīng)驗法。這種方法是工人師傅幾十年操作經(jīng)驗的積累，逐步的反復(fù)的試湊，最后得到控制器的適合參數(shù)。在PI控制器的設(shè)計上，本系統(tǒng)采用了積分分離法防止積分的飽和。
5.小結(jié)
本文系統(tǒng)的介紹了整個系統(tǒng)的設(shè)計過程。首先討論了各種羅茨鼓風(fēng)機風(fēng)量調(diào)節(jié)方法以及他們各自的特點，而突出了變頻調(diào)速的優(yōu)點。然后系統(tǒng)的說明了變頻器的原理以及分類，根據(jù)各方面的比較選擇該系統(tǒng)所用到的電壓型變頻器，根據(jù)所用的頻器的基礎(chǔ)上，確定變頻器的相關(guān)參數(shù)。最后根據(jù)在工業(yè)現(xiàn)場采集到的數(shù)據(jù)進行數(shù)學(xué)上的仿真，完成控制器的軟件設(shè)計。
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原標(biāo)題：羅茨鼓風(fēng)機自動控制系統(tǒng)
山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨風(fēng)機、羅茨鼓風(fēng)機等機械設(shè)備公司，位于有“鐵匠之鄉(xiāng)”之稱的山東省章丘市相公鎮(zhèn)，近年來，錦工致力于新產(chǎn)品的研發(fā)，新產(chǎn)品雙油箱羅茨鼓風(fēng)機、水冷羅茨鼓風(fēng)機、油驅(qū)羅茨鼓風(fēng)機、低噪音羅茨鼓風(fēng)機，贏得了市場好評和認(rèn)可。此類產(chǎn)品已廣泛應(yīng)用于電力、污水處理、環(huán)保、化工、鋼鐵、建材、農(nóng)藥、制藥等行業(yè)。產(chǎn)品和服務(wù)遠(yuǎn)銷全國各地及東南亞，深受客戶好評。
高爐羅茨鼓風(fēng)機在煉鐵生產(chǎn)中是一重要的子系統(tǒng)，該系統(tǒng)控制的好壞直接影響到送風(fēng)的質(zhì)量，從而關(guān)系到高爐生鐵的產(chǎn)量和能耗。
一、系統(tǒng)介紹及主要設(shè)計參數(shù)
武鋼7#高爐羅茨鼓風(fēng)機設(shè)計使用的是MAN TURBO公司的AV90-15機組。該機組由10KV ABB同步電機通過增速齒輪箱帶動軸流羅茨鼓風(fēng)機。該機組還有如下的輔助系統(tǒng)：潤滑油和控制油單元，動力油單元，頂軸單元，盤車單元，進氣過濾器單元等。
二、自動控制系統(tǒng)構(gòu)成
TURBOLOG DSP BASIC/4為主控制器站，采集處理所有I/O信號。TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3為冗余喘振監(jiān)測（逆流保護）系統(tǒng)，并帶有VOTER CARD REL2002（緊急停機保護選擇系統(tǒng)）和喘振計數(shù)器，使用TURWIN可進行編程和強制調(diào)試。TURBOLOG DSP PROVISET為支持人機界面的計算機系統(tǒng)，提供實時監(jiān)控、趨勢記錄、通訊功能。風(fēng)機監(jiān)控系統(tǒng)使用BENTLY NEVADA 3600 。建有一個操作站和一個工程師站。
三、系統(tǒng)控制功能及原理
整個機組的控制系統(tǒng)有以下幾大部分：連續(xù)控制、邏輯控制及操作監(jiān)視管理等。連續(xù)控制功能有送風(fēng)流量/壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)、風(fēng)機防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)。邏輯控制系統(tǒng)有機組啟動步驟聯(lián)鎖系統(tǒng)、逆流保護系統(tǒng)、重故障緊急停機聯(lián)鎖系統(tǒng)、供輔設(shè)施控制系統(tǒng)、送風(fēng)與撥風(fēng)控制系統(tǒng)等。
（一）重故障緊急停機聯(lián)鎖控制
為保障機組的安全運行，設(shè)有相應(yīng)的停機聯(lián)鎖保護，如果滿足其中一個條件，就要進行聯(lián)鎖保護停機。這些條件為：（1）按下急停按鈕，（2）風(fēng)機軸位移過大（+/-0.6MM），（3）持續(xù)逆流，（4）潤滑油壓力過低（低于0.8bar），（5）主電機跳閘。
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1．控制原理
軸流風(fēng)機運行在不同的風(fēng)壓時，都有嚴(yán)格的吸入風(fēng)量限制范圍，低于該限則發(fā)生喘振。喘振時出風(fēng)壓力和流量急速地升降，會聽到喘氣般的聲音，風(fēng)機的空氣溫度會急速上升，所以應(yīng)絕對避免風(fēng)機在喘振區(qū)工作。通過控制防喘閥，防喘振控制系統(tǒng)使風(fēng)機的操作點始終保持在穩(wěn)定范圍內(nèi)，不受過程流量和壓力的約束。防喘控制是獨立的，但它的功能在某些過程會受到限制。如在機組啟動和停止時防喘閥是處在故障安全位全開位的。
風(fēng)機的特性曲線，即風(fēng)機進風(fēng)壓力與排風(fēng)壓力比POUT/PIN與進風(fēng)體積流量QIN的關(guān)系曲線。1-6號曲線對應(yīng)與不同的靜葉角度，每條曲線都有一個最高點，而連接最高點的虛線即是風(fēng)機的喘振線。喘振線的是通過對風(fēng)機做喘振試驗，實測出風(fēng)機4種進入喘振狀態(tài)下的進風(fēng)壓力PIN、排風(fēng)壓力POUT、進風(fēng)溫度TIN、喉部壓差△PIN等參數(shù)，根據(jù)它們的函數(shù)關(guān)系得到的。為防止風(fēng)機進入喘振工況區(qū)，確保風(fēng)機安全運行，將防喘線平行下移3%、6.4%、9.72%得到三條同樣形狀的曲線作為防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)的安全運行線、喘振預(yù)報線、防喘線。
其安全運行線的方程近似為：
POUT/PIN=a+bQ2IN/TIN
QIN進風(fēng)流量，a b風(fēng)機系數(shù)
QIN2=K2△PIN/? ?PINM/zRTIN
K比例系數(shù)，M氣體分子量，z氣體壓縮因子，R氣體常數(shù)
△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2，r=M/zR為常數(shù)
只有當(dāng)△PIN=r(POUT-aPIN)/bK2時，風(fēng)機才不會喘振。
2．控制方法
系統(tǒng)的工作原理是：風(fēng)機喉部壓差△PIN、進風(fēng)壓力PIN、排風(fēng)壓力POUT、進風(fēng)溫度TIN的PV值，經(jīng)測量變送后送入折線函數(shù)單元FX，作為防喘調(diào)節(jié)系統(tǒng)的輸入，系統(tǒng)按防喘線的函數(shù)關(guān)系計算后得出給定值SP，與排氣壓力POUT的PV值比較，當(dāng)PV值達到報警值時，系統(tǒng)發(fā)出報警信號；當(dāng)PV值達到或超過放空值時，防喘振調(diào)節(jié)系統(tǒng)起調(diào)節(jié)作用，經(jīng)PID計算后得到相應(yīng)的值，控制放風(fēng)閥的開度，使放風(fēng)閥打開，工況點重新回到放空線以下運行；若放空
閥開啟仍不能使工況點回到放空線以下，工況繼續(xù)惡化，當(dāng)PV值達到緊急放風(fēng)值時，計算機輸出信號使電動放風(fēng)閥快速開啟，實行緊急放風(fēng).系統(tǒng)流程如圖3-3。
由于放風(fēng)量變化范圍大，而且要求動作快，設(shè)置了主、副放風(fēng)閥。副放風(fēng)閥采用快速反應(yīng)的小型閥，以求防風(fēng)的平穩(wěn)，只有在緊急狀態(tài)時才啟動主放風(fēng)閥。這應(yīng)實行分程控制，分程的取值范圍，視工藝要求而定。
3．逆流保護
逆流是羅茨風(fēng)機喘振的前兆，逆流保護可作為防喘控制的一項附屬保護措施。當(dāng)喘振發(fā)生且超過了防喘調(diào)節(jié)器的范圍，逆流保護控制邏輯將調(diào)節(jié)羅茨鼓風(fēng)機防止喘振狀態(tài)的進一步升級。在機組啟動完畢，并且靜葉已經(jīng)打開到一定角度，機組已處于正常工作狀態(tài)時，風(fēng)機喉部壓差如果小于1.5kPa，邏輯系統(tǒng)立即產(chǎn)生喘振報警，若再持續(xù)3s時間后信號仍未消失，系統(tǒng)在逆流報警的同時，進行逆流保護，機組自動進入安全運行狀態(tài)，安全運行結(jié)果是：（1）放風(fēng)閥快速全開，（2）靜葉退回最小角，使風(fēng)量減少，風(fēng)壓降低，（3）逆止閥強行關(guān)閉.若再持續(xù)6s時間內(nèi)逆流信號仍未消失，則邏輯系統(tǒng)在?持續(xù)逆流?緊急報警的同時，聯(lián)鎖緊急停機。
?。ㄈ┧惋L(fēng)流量/壓力控制
風(fēng)機的送風(fēng)流量和壓力由過程負(fù)荷決定。正常情況下，過程量的大小是通過改變由伺服閥控制的靜葉角度來調(diào)節(jié)的。通過選擇目標(biāo)風(fēng)量，系統(tǒng)可不依據(jù)過程負(fù)荷自動調(diào)節(jié)靜葉角度，以達到目標(biāo)風(fēng)量。正常生產(chǎn)時，高爐要求定風(fēng)量控制，以保證爐內(nèi)平衡。當(dāng)熱風(fēng)爐換爐或高爐人工坐料時，需要比平時更多的風(fēng)量。為了補償增加的流量（由于管路負(fù)荷的下降），流量控制自動切換到定風(fēng)壓控制，系統(tǒng)增加靜葉角度來補償壓力損失。過程完畢，系統(tǒng)自動返回到流量控制，靜葉角度也降低到先前的初始流量設(shè)定點。
風(fēng)量調(diào)節(jié)的工作原理是：進風(fēng)管溫度、壓力和進風(fēng)壓差經(jīng)補正計算后得出實際風(fēng)量值PV與目標(biāo)風(fēng)量值SP進行比較，經(jīng)PID計算后得到相應(yīng)的值，輸出給伺服閥，控制靜葉角度的改變。風(fēng)壓調(diào)節(jié)與流量調(diào)節(jié)的工作原理相同，直接采集風(fēng)壓值PV與目標(biāo)風(fēng)壓值SP進行偏差計算，經(jīng)PID運算進行調(diào)節(jié)。為了保證兩控制方式之間的無擾動切換，在系統(tǒng)中設(shè)置輸出跟蹤功能，使處于非工作狀態(tài)的控制器輸出跟蹤工作狀態(tài)的輸出，即在進行風(fēng)量控制時，風(fēng)壓的輸出值跟蹤定風(fēng)量的值，反之亦然。
該計算機控制系統(tǒng)保證了機組的穩(wěn)定高效運轉(zhuǎn)，同時保證了緊急情況下高爐的生產(chǎn)。
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