高爐爐前液壓系統節能分析

?變頻調速技術是目前國際上最流行、應用最廣泛、最節能的調速技術之一。對當前的高爐爐前液壓設備來說，由于有很大的功率損失，所以如何汲取變頻調速技術的優點是極其重要的課題。本論文研究了高爐爐前液壓設備的變頻改造，并對其性能進行了分析。
? ? 高爐爐前液壓系統改造
? ? 1.1原高爐爐前液壓系統分析
? ? 1.1.1.原高爐爐前液壓系統特點
? ? 原爐前設備采用KD300泥炮及KDIA型開鐵口機，液壓系統使用節流調速，各液壓缸所需流量相差較大，難以與主泵的額定流量相匹配。由于使用節流調速，泥炮液壓系統的溢流閥根據系統所需最大壓力設定為25MPa，轉炮和打泥兩個環節所需要的實際壓力均小于18MPa，泥炮回轉時的壓力則更小，這相對于溢流閥設定壓力有較大差距，導致了很大的節流壓力損失。由于各個油缸的流量相差非常大，泥炮旋轉前進時要求迅速流量可達371L/min，而后退時則要求慢速平穩，開鐵口機沖鉆小車前進時僅要求流量4L/min,而后退時則要求90L/min，壓炮過程中流量要求更小，這些工況都不能很好地匹配主泵的額定流量，溢流量過大造成系統較大的節流流量損失。節流壓力和流量的損失導致了不必要的能量損失。因此對原液壓系統進行節能改造，減少過度溢流導致的壓力和流量損失，可以很大程度提高爐前液壓系統的效率。
? ? 1.2高爐爐前液壓系統的變頻改造
? ? 1.2.1.液壓系統的改造
? ? 分析原爐前液壓系統可以得出能源的浪費主要是由于不必要的大流量造成的，而流量和泵排量及電機轉速成正比，爐前液壓系統中常用柱塞泵的排量只能采用手動調整變量機構調整，無法實現頻繁快速控制，所以此次采用變頻控制電機轉速來控制流量，由于流量的可控所以原開口機泵站可合并到泥炮泵站中，系統采用3臺電機及3臺定量泵，兩用一備，電機采用變頻器控制，泥炮及開鐵口機閥臺中所有節流閥及調速閥1可以去掉，液壓系統中的溢流閥也可以去掉。由于系統變頻需要采用PLC控制，所以換向閥采用y機能三位四通電液換向閥，這樣就可以用PLC控制三位四通電液換向閥來自動控制泥炮的工作，提高爐前液壓系統的自動化程度。液壓系統的溢流閥4采用兩級溢流，由兩組溢流閥和三位四通電磁換向閥作為安全閥用，將溢流閥的遙控口通過三位四通電磁換向閥與油箱組成，通過控制電磁閥，實現泥炮25Mpa及開口機16Mpa的壓力需求。
? ? 1.2.2.電氣控制的改造
? ? 由于爐前液壓系統對力矩的控制精度要求不高，所以采用普通型變頻器即可，采用變頻器后可以省去原系統中的軟啟動器，系統的控制點及I/O接口均不多，所以改造采用西門子S7-300系列PLC完全可以滿足使用，系統采用V/F開環控制方式進行控制。這種控制方法成本低廉，容易實現，最重要的是無需增加任何檢測和控制設備，對變頻器性能要求低。但是它的缺點也很明顯，它對變頻器的控制特性比較差，變頻器低頻時可能轉矩不足，設定低頻補償功能容易產生過補償或欠補償而引起跳闡，也會帶來附加能耗，V/F開環控制不能補償液壓系統的泄漏和電機轉速的變化，系統調速精度得不到保證。由于本變頻驅動液壓泥炮不需要在很低頻率下工作，因此可以對變頻器輸入控制量進行補償以獲得較好的穩態速度。