羅茨鼓風機|三葉羅茨風機|螺桿真空泵|回轉式風機 - 錦工風機有限公司
法。
關鍵錦工：羅茨鼓風機；提高風機性能；降低噪聲
中圖分類號：C35文獻標識碼： A
1概述
羅茨鼓風機每次吸入、排出的風量很大并有突變現(xiàn)象,從而產(chǎn)生較大的噪聲,被稱之為機械產(chǎn)品的“聲老虎”,特別是在高壓的情況下尤甚,且風量越大、壓力越高、轉速越快,則噪聲就越大,而現(xiàn)代化大生產(chǎn)又希望羅茨鼓風機能提供更高的壓力和更大的風量。為了提高風機性能、降低噪聲污染、滿足環(huán)保要求,工程師們想盡了各種對策。本文從噪聲源著手,在設計與制造方面提出降低噪聲的一些方法。
2 噪聲分析
機械噪聲主要來源于機殼的振動, 使機殼發(fā)生振動的原因主要有兩個:①葉輪的轉動不平衡力,通過傳動構件轉移到機殼上,對機殼產(chǎn)生周期性的激勵;②機殼內(nèi)的渦流強度所決定的壓力脈動,常與葉片的基頻(即葉片通過頻率)有聯(lián)系,也對機殼產(chǎn)生周期性的激勵。風機的風壓越高,這一激勵源越不能忽視。噪聲測量測量羅茨風機噪聲的目的就是為了對被測對象進行噪聲等級的分析、評價或聲源識別,以便采取適當?shù)拇胧┻M行噪聲控制。通常羅茨風機的噪聲識別方法有現(xiàn)場測量法、聲功率測量法、表面振動測量法等,其中,現(xiàn)場測量法是工程實際中常用的方法?，F(xiàn)場測量法通過對數(shù)據(jù)、頻譜的分析確定主要的噪聲輻射源,方法簡便,測量結果能真實反映風機的振動與噪聲水平,但易受環(huán)境的影響。聲功率測量法反映噪聲源輻射強度與輻射特性,避免了聲壓級易受測量距離和測量環(huán)境影響的缺點。振動測量法是根據(jù)羅茨風機的表面振動速度來估計表面輻射聲功率,主要困難在于羅茨風機零部件輻射比的確定,需要測量較多的數(shù)據(jù)和進行大量的計算。
3 結構設計
3.1 設計回流孔
在機殼出風端未過轉子中心處開一定的U形條孔, 可以減輕出風口端的壓力爆發(fā),在葉輪與機殼、墻板所形成的容腔即將進入密閉狀態(tài)時,使出風口的高壓氣體有少量部分能回流入容腔,并使容腔與出風口氣室形成一定的壓力平衡。同時,當葉輪繼續(xù)旋轉時,容腔體積變小,壓力增加,又可使得密閉容腔在大量排出氣體前能通過回流孔預排,這樣既可減少“死角”氣體的渦流噪聲,又可減少排氣時由于壓力過于釋放造成的沖擊噪聲 。
3.2 設計異形進出風口
傳統(tǒng)羅茨鼓風機的進出風口為矩形口,吸氣時,整個葉輪外圓同時進入密封區(qū),使氣體突然關閉,排氣時葉輪外圓又同時打開,則高壓氣體突然釋放,使得吸入和排出氣體時都會產(chǎn)生高噪聲并伴有較大振動。將進出風口設計成異形口,吸入時的密封和排出時的打開基于開口面積由最大到零和由零到最大,均為漸變,從而延緩了進排氣口氣體壓差的變化率,起到削減周期性排氣沖擊噪聲的作用,因此使噪聲低而平穩(wěn)。。
3.3 轉子串接設計法
葉輪一般作為一個整體與軸聯(lián)接,若將葉輪沿軸向分成幾段,則構成串接轉子。每段葉輪具有相同的葉型、直徑,甚至相同的長度。串接時,相鄰兩段葉輪周向錯開一定的角度(兩葉錯開90°,三葉錯開60°) ,并在機殼內(nèi)或葉輪段間設置隔板,將其隔成相應的段,每一段的工作情況都與單臺鼓風機相似。由于各段葉輪的工作過程有一定的時間差,使氣流脈沖減少,與同長度的單一葉輪相比總排氣流量不變而脈動變得更加平穩(wěn),噪聲也相對較低。
3.4 設計扭曲葉輪
羅茨鼓風機葉輪輪齒一般與軸線平行,即直齒狀,這樣加工、檢測就比較方便,但隨著加工技術的發(fā)展,還是應設計成扭曲葉輪,即斜齒狀,因為這樣可以增加嚙合線長度。扭葉羅茨鼓風機工作平穩(wěn)、輸氣脈動小、噪聲低,而且工作時具有內(nèi)壓縮過程,與直葉羅茨鼓風機相比效率高、能耗低,是羅茨鼓風機傳統(tǒng)的替代產(chǎn)品。
3.5 葉輪曲線的CAD 設計法
葉輪作為羅茨鼓風機的心臟零件,表面形狀至關重要,氣體是通過兩個葉輪表面的嚙合,來進行吸氣與排氣的。為了使這對葉輪能正常嚙合,葉輪曲線一般都設計成漸開線、擺線或圓包絡線。基于設計及制造工藝,傳統(tǒng)葉輪一般設計成單一型線,通過數(shù)學方法計算出各種參數(shù),包括中心距、基圓、壓力角、起始嚙合角等。隨著計算機及數(shù)控技術的發(fā)展,CAD 設計軟件和數(shù)控編程軟件功能也越來越強大,應充分利用軟件資源,對葉輪曲線進行分段、組合設計,改掉以往的單一曲線,通過CAD 進行模擬、仿真,保證葉輪在任何情況下嚙合時均可有相對固定的間隙。因為這種組合曲線在現(xiàn)代的數(shù)控機床上編程、加工已不是難事。均勻的葉輪間隙不僅能大大提高平穩(wěn)性、降低噪聲,而且還能保證風量、振動、壽命等重要的機械性能。
4 制造精度
精度的提高意味著產(chǎn)品成本的增加,但為了滿足所需性能,又不得不提高相應方面的精度。下面就為滿足低噪性能方面提出應提高的精度。
4.1 葉輪表面質(zhì)量及平衡
葉輪表面質(zhì)量主要取決于材質(zhì)及加工質(zhì)量。對于小葉輪,一般選擇鑄鋼或球墨鑄鐵,并與軸鑄成一體,大葉輪選擇HT200 ,粗糙度為Ra3. 2 ,在數(shù)控機床上加工,取較小的走刀量,可獲得較低的粗糙度;轉子平衡至少應保證G6. 3 ,最好提高到G5. 6 。
4.2 軸承精度
軸承作為易損件,一般的企業(yè)都不愿提高其精度使產(chǎn)品成本增加,這樣往往得不償失。因為低精度軸承產(chǎn)生較大的振動和摩擦,且其作為整個機器的裝配基準,對整機性能及其它零部件的壽命都有至關重要的影響。國外風機的軸承精度一般至少相當于我國的C 級標準。
4.3 齒輪精度
齒輪間隙、運動準確性、齒向精度等直接決定著葉輪嚙合的均勻性及平穩(wěn)性,齒面粗糙度又是摩擦噪聲的主要來源之一。因此,按國標要求齒輪精度應保證在7 級以上,而一般機械加工廠的齒輪加工、檢測手段往往不強, 使精度不能滿足要求。所以齒輪加工最好是與專業(yè)的齒輪加工廠協(xié)作。
4.4 風道質(zhì)量
光滑的風道表面能讓氣流順利通過,不僅有利于減少損失,而且能大大減少因氣流流動受阻而帶來的嘯叫聲,因此,管道內(nèi)壁應盡量降低粗糙度,減少彎道數(shù)量;進出風口不宜處于急變流場,應由方變圓光滑過渡。若系統(tǒng)中有多個管件,如彎頭、支管等,則它們之間的距離應拉開5~10 倍管徑。
5 采用消聲、隔聲、隔振等措施
除了在結構及制造精度方面控制噪聲外,在軸承、齒輪、密封處應使用優(yōu)質(zhì)的潤滑油,進出風口配設消聲器,整機及配套設備外圍設計隔聲罩,有條件的地方可將風機置于地下室工作或選擇水下羅茨鼓風機進行隔聲、隔振等。
6創(chuàng)新結構設計與噪聲治理
“一種低噪聲羅茨鼓風機”就是針對降低二葉羅茨鼓風機氣動噪聲，在噪聲聲源降噪的產(chǎn)品。其主要結構就是將羅茨鼓風機的排氣口設計為雙螺旋氣口，并設有變徑消聲腔。當基元容積與排氣口相通時，高壓回流氣體同時從雙螺旋氣口兩側進入基元容積腔內(nèi)，與單螺旋氣口相比，相同時間內(nèi)回流氣體的體積增加一倍，回流流速降低一半，故回流沖擊脈動強度降低，從而降低了噪聲。
不僅如此，雙螺旋氣口使的高壓回流氣體從兩封口同時回流，其沖擊作用在基元容積腔內(nèi)相互作用、相互抵消，最終對風機側板基本不形成沖擊力，能很好的降低噪聲。與此同時，雙螺旋風口降低高壓氣體對葉輪軸的撓度影響，使得運行更可靠，這樣的結構，還提高了抗超負荷的能力。而且，鼓風機內(nèi)部聯(lián)成整體，使其的抗擠壓能力和抗拉伸能力得到很大提高。最后，除了采用以上辦法降低啟動噪聲和機械噪聲外，還設計有變徑消聲腔干涉消聲，使得噪聲大大降低。
7 結論
羅茨風機噪聲以氣動噪聲和機械噪聲影響為主。研究噪聲源的特性和產(chǎn)生機理,是正確選擇噪聲控制措施的基本條件。從聲源傳播途徑考慮,采取消聲、隔聲、吸聲和隔振等降噪方法,能夠有效控制噪聲污染,但增加了設備成本與工程投資。從結構設計與生產(chǎn)工藝考慮,通過優(yōu)化結構設計、改進加工方法、提高裝配精度、選用合理的型號和調(diào)節(jié)方式,能夠從根本上消除噪聲危害,不僅降低噪聲,而且提高風機效率、降低設備能耗,仍然是羅茨風機的主要發(fā)展方向。
山東錦工有限公司是一家專業(yè)生產(chǎn)羅茨鼓風機、羅茨真空泵、回轉風機等機械設備公司，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)品雙油箱羅茨風機、水冷羅茨風機、油驅羅茨風機、低噪音羅茨風機，贏得了市場好評和認可。
羅茨風機變頻調(diào)速系統(tǒng)的實現(xiàn)從根本上解決了羅茨風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。能夠解決羅茨風機低負荷運行，羅茨風機開度當板小而引起的風紀震動問題，使羅茨鼓風機運行更加穩(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)；另外羅茨風機轉速的降低大大提高了羅茨風機軸承的使用壽命。提高了設備運行時間，延長了設備的檢修周期。
2.變頻調(diào)速裝置在羅茨風機上的應用
羅茨風機的流量，運行壓力，軸功率這三個基本參數(shù)與轉速的運算公式極其復雜，同時羅茨風機類負荷隨環(huán)境變化參數(shù)也隨之變化。在工程中一般根據(jù)羅茨風機的運行曲線，進行大致的參數(shù)運算，通過改變羅茨風機的管網(wǎng)特性曲線來實現(xiàn)對羅茨風機的風量的調(diào)節(jié)；通過改變羅茨風機葉片的角度來實現(xiàn)對羅茨風機的風量調(diào)節(jié)；通過改變羅茨風機的轉速來實現(xiàn)羅茨風機的風量調(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
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系就，就是U/f曲線發(fā)生器所確定的關系。轉速的改變是靠改變頻率的設定值來實現(xiàn)的。電動機的實際轉速要根據(jù)負載的大小，即轉差率的大小來決定。負載變化時，在f不變的條件下，轉子轉速將隨負載轉矩變化而變化，故它常用于速度精度要求不十分嚴格或負載變動較的場合。U/f控制是轉速開環(huán)控制，無需速度傳感器，控制電路簡單，負載可以是通用標準電動機，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 轉差頻率控制
根據(jù)速度傳感器的檢測，可以求出轉差頻率△f，再把它和速度設定值f相疊加，以該疊加值作為逆變器的頻率設定值f1*，就實現(xiàn)了轉差補償。這種實現(xiàn)轉差補償?shù)拈]環(huán)控制方式稱為轉差頻率控制方式。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，羅茨風機。該系統(tǒng)中單片機起到控制器的作用，變頻器和羅茨風機是執(zhí)行機構。通過設置在羅茨鼓風機負壓側的壓力變送器得到系統(tǒng)的反饋信號，并且將其轉化成了標準的電流或者電壓信號，再經(jīng)過A/D轉換變成數(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機電動的轉速。從而整個系統(tǒng)實現(xiàn)閉環(huán)控制。達到準確控制，節(jié)能的目的。
4.2 控制器的硬件設計
單片機：選用MCS-8051單片機，由于本系統(tǒng)的設計目的是羅茨風機的簡單調(diào)速系統(tǒng)，所以系統(tǒng)不要求有復雜的控制功能。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機負壓側的壓力，方便了操作人員對系統(tǒng)監(jiān)控。
4.3系統(tǒng)的軟件設計
系統(tǒng)軟件是計算機控制系統(tǒng)的一個關鍵組成部分，軟件的質(zhì)量直接關系到整個控制系統(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格，所以應用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，逐步的反復的試湊，最后得到控制器的適合參數(shù)。在PI控制器的設計上，本系統(tǒng)采用了積分分離法防止積分的飽和。
5.小結
本文系統(tǒng)的介紹了整個系統(tǒng)的設計過程。首先討論了各種羅茨鼓風機風量調(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)所用的頻器的基礎上，確定變頻器的相關參數(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)學上的仿真，完成控制器的軟件設計。
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江蘇中恩環(huán)保科技有限公司全新一代正壓風機簡介整體融合的緊湊型低噪設計理念
三葉內(nèi)回流，減小排氣回流脈沖，降低氣動噪聲；采用同步斜齒輪傳動，平穩(wěn)安靜；抗性及聲波干擾寬頻帶消聲設計，且無吸聲材料，防止輸送氣體被污染；整體撬裝箱式隔聲罩，高效隔音，配套隔聲罩時噪音可降低15~20dB(A)，機組噪聲一般為
高效、節(jié)能、省材的環(huán)保型設計
高性能三葉復合轉子型線設計；高轉速設計，容積效率較常規(guī)機組提高3~8%，體積小，重量輕，用材省，所需安裝空間??；主機空冷設計，無需冷卻水；油室和氣腔由對外連通的空腔隔離，確保無油輸送。
優(yōu)質(zhì)、優(yōu)材、高精度、高可靠性設計與制造
球墨鑄鐵轉子設計，高強度，耐磨損，小機型軸與葉輪為整體轉子，主軸承、主軸加強設計，適合重載、高速、皮帶傳動；主機承載能力強，齒輪、轉子關鍵部件長壽命設計，齒輪、軸承壽命以上；合金漲圈密封，軸承、耐磨損泄漏小。 安裝操作維護簡便、控制保護功能齊備的人性化設計
電機支座采用懸臂托架，傳動皮帶自張緊設計，確保皮帶始終處于最佳張力狀態(tài)，無需定期調(diào)整；機組減振設計，正壓風機機型無需設置專用基礎和預埋件；常規(guī)設有排氣壓力、過濾器阻力、排氣溫度、主軸承溫度等參數(shù)監(jiān)控保護功能。
由于不斷研究及改進，技術參數(shù)恕不展客戶若有特別技術參數(shù)要求，
輸送空氣和中性無毒氣體的一般用途羅茨鼓風機，主要技術要求如下：
介質(zhì):進氣溫度不高于40℃，氣體中固體微粒的含量不大于100mg/m3,微粒最大尺寸不大于鼓風機內(nèi)部最小工作間隙的一半。 設計要求:整機使用壽命應不少于10年，第一次大修前安全運行的時間應不少于15000h。同步齒輪使用壽命應不低于25000h，精度不低于GB10095規(guī)定的7級。 實際流量與設計流量的偏差及容積比能偏差（不包括成組型鼓風機）不得超過下列表的規(guī)定值。
流量及容積比能的允許偏差如下圖:
整機使用壽命應不少于10年，第一次大修前安全運行的時間應不少于15000h。同步齒輪使用壽命應不低于25000h，精度不低于GB10095規(guī)定的7級。
羅茨風機一般用于輸送氧氣或者其他易燃易爆腐蝕性氣體，尤其是在污水處理廠中利用風機出口旁路控制閥組實現(xiàn)氣體入口系統(tǒng)壓力的自控。風機系統(tǒng)的工作量主要由閥門的開度和電機運轉頻率來考核，而閥門開度和電機運轉頻率由前端信息給予的信息量來控制。但是由于其采用閥門調(diào)節(jié)風量的方式會造成大量的電能浪費，也不能準確地調(diào)節(jié)送風量，會給企業(yè)帶來大量浪費。在污水處理廠羅茨鼓風機節(jié)電系統(tǒng)的設計中運用單片機AT89S52進行對羅茨風機運作的主要控制。采用溶解氧測定儀傳感技術采集污水中的氧濃度信息。應用LED指示燈方便快捷地實時表現(xiàn)風機的工作情況，從而實現(xiàn)羅茨風機調(diào)節(jié)的自動化設計。
系統(tǒng)設計方案
通過應用溶解氧測量儀采集污水中的含氧量DO，然后通過將信號傳遞給單片機AT89S52進行數(shù)據(jù)分析處理，具體的DO值和電路的分頻選擇用LED分頻指示燈用來表示，通過驅動器件進行對電機的電機驅動，實時控制風機的工作頻率，即開閉狀況。在不同的頻率下，風機的運轉速率不同，開閉程度也不同。實施對風機工作狀態(tài)的監(jiān)督和控制。
系統(tǒng)設計
選用OOS61熒光法溶解氧傳感器進行對污水水樣的氧濃度測定；水中溶解氧濃度的連續(xù)測量在水處理領域起著重要的作用，可以高效率地完成污水廠中活性污泥池里面氧濃度的測量、氧濃度的調(diào)節(jié)，從而降解生物化學物質(zhì)；也可以在各種水文信息中監(jiān)控河、海、湖的氧濃度，顯示水文對應的質(zhì)量。飲用水質(zhì)檢也可以用該傳感器進行檢測。
步進電機電路設計
步進電機把從ULN2003A處理過的電脈沖信號轉換成機械位移，包括角度的位置變化和線段的長短變化。它是現(xiàn)代控制理論的執(zhí)行者，也是主要受控部分。在設計中代表被實時監(jiān)測控制的羅茨風機。在負載情況不超過額定數(shù)目時電機的角速度線速度以及停下的時間、具體位置都被脈沖信號的數(shù)量、頻率影響。
LED指示燈電路設計
系統(tǒng)中的指示燈包括按照溶解氧濃度對電機頻率選擇的分頻指示燈和按照不同速度運行的速度指示燈。不同的電流流經(jīng)速度指示燈時指示燈亮起，表示不同溶解氧濃度下風機的不同運轉速度，實現(xiàn)對風機的有級調(diào)控。
分頻指示燈用四種顏色（綠、藍、黃、紅）的LED指示燈等表示不同的氧濃度對應的值，然后選擇不同的線路進行電機轉速的調(diào)節(jié)，比方說把1-100之間的自然數(shù)作為對氧濃度(DO值)的表示，則不亮燈為系統(tǒng)未啟動或者DO值在20以下；綠色為20-40的DO值；藍色為40-60DO值；黃色為60-80的DO值；紅色為80-100的DO值。在電路圖中，D1連接到ULN2003A驅動電路的1C端口，D2連接到2C，D3連接到3C端口，D4與驅動器件的4C端口直接連接，同時也連接步進電機接線。
本設計通過AT89S52對風機進行控制。用溶解氧測定儀采集污水中的氧濃度信息，在設計中用步進電機代表被實時監(jiān)測控制的羅茨鼓風機，通過LED指示燈方便快捷地實時表現(xiàn)羅茨風機的工作情況，完成對羅茨鼓風機工作狀態(tài)的監(jiān)督和控制，達到對污水處理廠的節(jié)能控制。
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高爐羅茨鼓風機控制要求
高爐羅茨鼓風機的主要性能參數(shù)有送風量、排氣(出口)壓力、轉速、靜葉角度、效率等。描繪這些參數(shù)之間關系的曲線稱為特性曲線。從喘振邊界到阻塞線的范圍稱為穩(wěn)定工況區(qū),高爐羅茨鼓風機必須在穩(wěn)定工況區(qū)內(nèi)工作。高爐羅茨鼓風機控制和保護系統(tǒng)的主要作用是保證高爐正常生產(chǎn)所需的風量或者供風的壓力,并確保高爐羅茨鼓風機長期、安全的運行,其具體內(nèi)容和要求隨高爐羅茨鼓風機及驅動裝置的形式而異。 大、中型高爐的高爐羅茨鼓風機一般應設置有以下幾種控制:保持給定風量不變的定風量控制,保持供風壓力不變的定風壓控制,防止高爐羅茨鼓風機發(fā)生喘振、逆流、轉子軸溫超限、轉子軸位移超限、轉子軸振動超限等保護功能,為維持系統(tǒng)正常工作的輔助設備控制功能等。
控制系統(tǒng)結構設計
由于全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機屬于大型高速旋轉設備,用于高爐送風時被稱做“高爐心臟”設備,它的運行狀態(tài)將直接影響高爐的生產(chǎn)。因此,高爐壓縮機控制站硬件選用西門子S7-400系列高端PLC,該系列PLC具有高可靠性、強大的運算能力、完善的自診斷功能、強大的聯(lián)網(wǎng)能力,具有CPU冗余能力等功能。工程師站(ES)和操作員站(OS)選用西門子工業(yè)PC機并在WindowsXP下安裝西門子WinCC人機界面平臺軟件、西門子工業(yè)以太網(wǎng)卡CP1613;監(jiān)控站完成畫面調(diào)用、參數(shù)修改設定、趨勢記錄、報警,報表生成與打印等功能。交換機選用西門子工業(yè)以太網(wǎng)交換機OSM-ITP62。
重要功能的實現(xiàn)
定風量/定風壓調(diào)節(jié)系統(tǒng)
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的葉片組由多級旋轉葉片和若干級靜止葉片組成。靜葉可調(diào)是指靜葉角度可以通過控制系統(tǒng)來調(diào)整。軸流壓縮機對風量或風壓的調(diào)節(jié)是通過調(diào)整壓縮機靜葉角度來實現(xiàn)的。靜葉角度調(diào)節(jié)回路是由內(nèi)環(huán)控制和外環(huán)控制形成的串級回路組成,如圖2所示。
在壓縮機從啟動、增速、加載到運行過程中,隨著壓縮機工狀態(tài)的變化,控制回路在定風量、定壓力、手動、自動狀態(tài)間進行切換,這些狀態(tài)的切換在任何條件下必須是沒有擾動的,通過軟件內(nèi)部的無擾動切換功能,使操作人員感到輕松隨意,消除誤操作的顧慮。
防喘振控制
由于喘振的根源是由于排氣壓力過高引起的,機組發(fā)生喘振時對應的排氣壓力稱為喘振壓力。防喘振調(diào)節(jié)的關鍵是防喘振控制曲線的設定,它不但會影響羅茨鼓風機的安全程序,而且也會影響羅茨鼓風機的運行范圍和能量放空,是防喘振控制系統(tǒng)中的控制調(diào)節(jié)核心。防喘振控制曲線由空氣壓縮比、吸風溫度、靜葉位置、轉子轉速和羅茨風機出口風量組成。
在羅茨風機準備投入運行時,由制造廠對羅茨風機做羅茨風機特性試驗和喘振試驗。根據(jù)實測出的羅茨鼓風機喉部差壓(DP)與排氣壓力P的函數(shù)關系即可得出羅茨風機的特性曲線和喘振曲線。
全靜葉可調(diào)式軸流壓縮機的喘振點都采取現(xiàn)場實測獲得,即在不同的靜葉角度下,測量對應的喘振壓力,一般至少測量5至7點。將測量的點用折線連接即可繪出橫坐標為喉部差壓,縱坐標為排氣壓力參數(shù)的曲線,稱為該機組的喘振線。將喘振線縱坐標參數(shù)下移5%-10%得到該機組的防喘振線。防喘振線如圖3所示,圖中防喘振線②是將喘振線縱坐標參數(shù)下移5%得到的。
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