专利名称：高炉风机防喘振控制系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及风机喘振控制技术，更具体地说，涉及一种高炉风机防喘振控制
系统。
背景技术：
喘振是一种在风机工作中经常出现的不稳定工况。其产生原因是，当流过风机的 入口流量减小到一个最小流量时，风机与管路中气体流量、排出压力将周期性地产生低频 率、大振幅的上下波动，被压縮的气体温度迅速升高，使得流经整个风机的连续稳定气流被 完全破坏，并伴随以强烈的机械振动。 由于向炼铁高炉供风的高炉鼓风机运行工况变化极为复杂，不稳定工况的出现是
不可避免的。因此，一旦发生喘振，若未采用有效措施，会在极短时间内使鼓风机受到严重
的损坏，造成巨大的经济损失。以往在一些进口的高炉鼓风机上配有防喘振装置，该装置为
一整套极为复杂的机械和电子系统，故障几率大，维修十分困难。近年来国内外出现了一些
相对简单、方便的风机防喘振保护技术，主要有以下几种 (1)申请号为87206966的鼓风机防喘振逆流保护装置； (2)申请号为200610144461. 1的压縮机喘振的预判方法； (3)申请号为03151218. 6的透平压縮机防喘振预报警方法； (4)申请号为00240944. 5防喘振可逆式轴流风机； 其中，前两者均为单一地对风机入口压差或出口压力值的实时采集判断，通过气 体压力流量公式换算成对风机入口流量的控制，保证风机的入口流量大于允许的入口最小 流量。但考虑到高炉生产的工艺要求常常会出现非喘振下的压力值瞬间波动，对于单变量 控制的系统来说，会造成系统误动作打开放风阀，使风机排出压力快速下降，影响高炉的生产。 第三种仅仅是靠在喘振控制系统的防喘振控制线的平行右下方建立了一条预报 警线，提醒操作人员提前干预，避免喘振的发生，但对于气体温度的变化没有监控，另外， 靠单一系统实现控制，若变送器故障或干扰因素造成系统的误动作也会给高炉生产带来影 响。 最后一种是采用增加机械零部件，通过物理的方式来减少风机喘振发生的几率， 但是该装置的灵敏度和可靠性存在很大不足，对于大型的高炉风机这种重要设备，仅采用 物理方式控制喘振显然是不可靠的。
实用新型内容针对现有技术中存在的上述缺点，本实用新型的目的是提供一种高炉风机防喘振
控制系统，该控制系统能够有利于保护风机提前避开喘振区域，避免高炉断风事故的发生。 为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案 该高炉风机防喘振控制系统，用以控制风机的防喘振阀和防阻塞阀，包括[0014] 数据采集单元，实时采集风机出入口的温压信号； 阀位控制单元，输入端连接至数据采集单元的输出端，接收温压信号并进行计算 比较，产生防喘振阀调节信号； 阀位执行单元，输入端连接至阀位控制单元的输出端，接收调节信号并对防喘振
阀的开度进行调节。 该控制系统还包括 喘振预警单元，输入端连接至数据采集单元的输出端，接收温压信号并与预警设
定值进行比较，产生预警信号供画面预报警。 该控制系统还包括 喘振检测单元，输入端连接至数据采集单元的输出端，接收温压信号并与喘振设 定值进行比较，产生快开控制信号及供画面报警的喘振报警信号； 阀门快开执行单元，输入端分别与喘振预警单元及喘振检测单元的输出端相连， 接收快开控制信号并对防阻塞阀及防阻塞阀进行快开控制。 所述的数据采集单元包括分别设于风机出入口的温度传感器、压差变送器和压力 传感器，分别实时采集风机出入口的温度、压差及压力信号。 所述的阀位控制单元包括 控制偏差运算器，接收温压信号进行模拟运算，并与控制设定值进行比较，产生多 个变量控制偏差值，并选出最大控制偏差值； PID调节器，接收最大控制偏差值作为PID调节器的设定值，经PID调节运算，输出 防喘振阀调节信号至阀位执行单元。 在上述技术方案中，本实用新型的高炉风机防喘振控制系统包括数据采集单元、 阀位控制单元和阀位执行单元，数据采集单元实时采集风机出入口的温压信号，阀位控制 单元对温压信号进行计算比较，阀位执行单元根据调节信号对防喘振阀的开度进行调节。 另外，通过喘振预警单元能够进行喘振预报警，并通过喘振检测单元及阀门快开执行单元 能够控制防喘振阀及防阻塞阀进行快开，进一步提高风机防喘振能力，从而有利于保护风 机提前避开喘振区域，避免高炉断风事故的发生。
图1是本实用新型的高炉风机防喘振控制系统的结构方框图； 图2是本实用新型的控制系统的原理图。
具体实施方式
以下结合附图和实施例进一步说明本实用新型的技术方案。 请参阅图1所示，本实用新型的高炉风机防喘振控制系统包括数据采集单元1、 阀位控制单元2和阀位执行单元3，数据采集单元1实时采集风机出入口的相关温压信号， 阀位控制单元2的输入端连接至数据采集单元1的输出端，接收温压信号并进行计算比较， 产生防喘振阀调节信号；阀位执行单元3的输入端连接至阀位控制单元2的输出端，接收调 节信号，并根据调节信号对防喘振阀的开度进行调节，用以控制风机的防喘振。该控制系统 还包括喘振预警单元4，其输入端连接至数据采集单元1的输出端，接收温压信号并与预警设定值进行比较，产生预警信号供画面预报警；喘振检测单元5，其输入端连接至数据采 集单元1的输出端，接收温压信号并与喘振设定值进行比较，产生快开控制信号及供画面 报警的喘振报警信号；阀门快开执行单元6，其输入端分别与喘振预警单元4及喘振检测单 元5的输出端相连，接收快开控制信号并对防喘振阀及防阻塞阀进行快开控制。请结合图2 所示，其中，数据采集单元1包括分别设于风机出入口的温度传感器、压差变送器和压力传 感器，用于分别实时采集风机出入口的温度、压差及压力信号。阀位控制单元2包括控制 偏差运算器，控制偏差运算器包括数个比较器和最大值选择器MAX，将温压信号进行模拟运 算并与控制设定值进行比较，产生多个变量控制偏差值，并选出最大控制偏差值；PID调节 器，接收最大控制偏差值作为PID调节器的设定值，经PID调节运算，输出防喘振阀调节信 号至阀位执行单元3。 请再结合图2所示，该控制系统的具体工作原理如下 首先，通过分别安装在风机入口和出口的温度传感器、差压变送器和压力传感器 实时采集4 20mA的风机入口风道温度TT103、风机入口风温TT104、风机入口差压PDT104 和风机出口压力PT120送入阀位控制单元2中；然后，通过根据风机焓熵功公式(式1-1) 和流量公式(式1-2)计算得到风机的焓熵功Ah和实际风机入口流量V， 其中，K是由文丘利管几何形状所决定的设计点(P。， T。)的流量系数； 1\为吸入温度； P!为入口压力； &为出口压力； R为气体常数； AP工为喉部压差； 由于风机的在此工作点允许的最小入口流量可以根据焓熵功Ah得出，因此最小 流量控制偏差Xdl = f ( A h) -V，同时考虑到风机出口管道压力的限制，设定了出口压力限制 值，根据测得的风机出口压力PT120与设定值比较得到出口压力限制偏差Xd2。由于喘振的 发生必定伴随着气体温度和压力的快速变化，因此，根据采集的温度信号和压差信号，通过 计算得到实时入口温差AT和入口压差AP，并设定风机入口温差设定值SP1为整个入口温 差量程的15 20%，入口压差设定值SP2为整个入口压差量程的25 30%，通过控制偏 差运算器中的比较器分别将设定值SP1与风机的实时入口温差A T， SP2与风机的实时入口 压差A P进行比较，分别得出风机入口温差的控制偏差Xd4和风机入口压差的控制偏差Xd5， Xd3为手动设定值偏差。 由于风机在正常运行时，风机入口流量V >允许的最小入口流量，出口压力PT120 <出口压力限制值，风机的入口温差< SP1，入口压差> SP2，所以在正常运行时Xdl、Xd2、Xd3、 Xd4、 Xds都小于O。当一旦Xd4或L > O，表示风机的实时入口温差》SP1或实时入口压差 《SP2，此时，通过控制偏差运算器中的最大值选择器MAX选择最大的偏差量作为PID调节
(式l-l)器的控制偏差SP，并输出PID调节信号，通过阀位执行单元3对防喘振阀V125、 V127的开度进行控制，直值Xdl、 Xd2、 Xd3、 Xd4、 Xd5均< 0，从而可避免发生喘振。 喘振预警单元4接收实时采集的入口温差AT、入口压差AP，并与喘振状态预警设定值进行比较，该预警设定值与风机入口温差设定值SP1和入口压差设定值SP2相同，比较后若实际入口温差AT^SP1或实时入口压差AP《SP2，则产生喘振状态预警信号，用以在监控画面上显示超出范围值的信息，提醒操作人员及时手动调节防喘振阀的开度，提高风机入口流量，降低风机出口压力，避免风机发生喘振。 喘振检测单元5将实时采集的入口温差AT、入口压差AP与喘振设定值进行比较，喘振设定的风机入口温差值SP3为整个入口温差量程的25 30%，设定的风机入口压差值SP4为整个入口压差量程的15 20% ，比较后若实际入口温差A T > SP3或实时入口压差AP《SP4，产生快开控制信号及供画面报警的喘振报警信号。 当喘振预警单元4产生喘振状态预警信号，继电器KA1动作失电，如若风机的工作点仍向喘振区域移动，直至风机的实际入口温差^ SP3或入口压差《SP4时，喘振检测单元5的继电器KA2动作失电，此时若触点KA1-1和KA2-1同时为失电，则使防喘振阀V125、V127及防阻塞阀V129电磁线圈的供电继电器KA3、KA4动作失电，此时防喘振阀V125、V127和防阻塞阀V129快速全开，从而快速降低风机出口压力，保护风机工作点远离喘振区域。[0046] 如若仅是喘振检测单元5的误动作，导致输出继电器KA2失电，但由于喘振预警单元4并未触发喘振状态预警信号，使得输出继电器KA1处于得电状态，则供电继电器KA3、KA4仍处于得电状态，此时，所有防喘振阀V125、 V127和防阻塞阀V129仍处于得电可调节状态，从而能够避免风机因所有阀全开而造成高炉紧急休风事故的发生。[0047] 本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本实用新型，而并非用作为对本实用新型的限定，只要在本实用新型的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本实用新型的权利要求书范围内。
权利要求一种高炉风机防喘振控制系统，用以控制风机的防喘振阀和防阻塞阀，其特征在于，该控制系统包括数据采集单元，实时采集风机出入口的温压信号；阀位控制单元，输入端连接至数据采集单元的输出端，接收温压信号并进行计算比较，产生防喘振阀调节信号；阀位执行单元，输入端连接至阀位控制单元的输出端，接收调节信号并对防喘振阀的开度进行调节。
2. 如权利要求1所述的高炉风机防喘振控制系统，其特征在于， 该控制系统还包括喘振预警单元，输入端连接至数据采集单元的输出端，接收温压信号并与预警设定值 进行比较，产生预警信号供画面预报警。
3. 如权利要求2所述的高炉风机防喘振控制系统，其特征在于， 该控制系统还包括喘振检测单元，输入端连接至数据采集单元的输出端，接收温压信号并与喘振设定值 进行比较，产生快开控制信号及供画面报警的喘振报警信号；阀门快开执行单元，输入端分别与喘振预警单元及喘振检测单元的输出端相连，接收 快开控制信号并对防阻塞阀及防阻塞阀进行快开控制。
4. 如权利要求1所述的高炉风机防喘振控制系统，其特征在于所述的数据采集单元包括分别设于风机出入口的温度传感器、压差变送器和压力传感 器，分别实时采集风机出入口的温度、压差及压力信号。
5. 如权利要求1所述的高炉风机防喘振控制系统，其特征在于， 所述的阀位控制单元包括控制偏差运算器，接收温压信号进行模拟运算，并与控制设定值进行比较，产生多个变 量控制偏差值，并选出最大控制偏差值；PID调节器，接收最大控制偏差值作为PID调节器的设定值，经PID调节运算，输出防喘 振阀调节信号至阀位执行单元。
专利摘要本实用新型公开了一种高炉风机防喘振控制系统，该控制系统包括数据采集单元、阀位控制单元和阀位执行单元，数据采集单元实时采集风机出入口的温压信号，阀位控制单元对温差信号进行计算比较，阀位执行单元根据调节信号对防喘振阀的开度进行调节。另外，通过喘振预警单元能够进行喘振预报警，并通过喘振检测单元及阀门快开执行单元能够控制防喘振阀及防阻塞阀进行快开，进一步提高风机防喘振能力，从而有利于保护风机提前避开喘振区域，避免高炉断风事故的发生。
文档编号F04D29/66GK201486913SQ20092020814
公开日2010年5月26日 申请日期2009年8月20日 优先权日2009年8月20日
发明者孙全力 申请人:宝山钢铁股份有限公司