一种液力耦合器多档位调速和设备安全运行控制系统及其实现方法与流程

本发明涉及一种液力耦合器多档位调速和设备安全运行控制系统及其实现方法。

背景技术：

由于大容量高压变频控制系统投资太大，并且绝大多数风机、泵类负载不需要经常调节性的宽泛的调速范围，因此，三相交流高压异步电动机通过液力耦合器驱动风机或者泵类负载的运行模式，普遍的应用于钢铁、水泥、重工等行业。该类传动方式以其一次性投资少，机电设备柔性链接受冲击小，系统对电网冲击低和无劣化影响见长，系统故障率低，维护维修简便等等诸多优势，而获广泛应用。不足之处是：其一，液力耦合器的负荷调节，即负载转速的调节，通常只有高低两档运行，其实质就是满载负荷与卸掉负荷两种状态的开关型运行模式，难以满足多段速的生产工艺要求，严重影响其节能功能有效地发挥。而且液力耦合器两档负荷调节的两档之间的转换时间为28s，两档间的转换响应时间太长，在很多应用场合难以满足工艺要求。而人为的早早置于高速档位运行，电能消耗太大，不利于设备经济运行。其二，作为一整套的设备，从高压电动机，液力耦合器到风机，存在大量的设备工况参数，需要进行采集，处理和判断。其中，有的参数是设备启动前必须检测和判断的，是设备启动运行的前提条件；有的是设备运行过程中需要实时监测，使得操检人员能够准确判断设备的异常与否，以便采取相应措施，保障设备安全运行。因此，设备工况参数的采集与控制决策，对于设备的正常启动和安全运行，至关重要。

综上所述，现有技术中液力耦合器只有高低两档调速，且两档间转换时间约为28s，难以满足多段速的生产工艺要求，且两档间转换响应时间太长，影响其节能功能的有效发挥，在很多场合难以满足工艺要求；且设备工况参数的判断准确性较差，影响设备的正常开启和安全运行等问题，尚缺乏有效的解决方案。

技术实现要素：

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的是提供一种液力耦合器多档位调速控制系统及设备安全运行控制方法。对液力耦合器传动系统的满载和卸载所对应高速低速两种传动模式进行改造，实现满载、重载、轻载和卸载所对应的低速、中速1、中速2和高速四个速度档位，以满足现场工艺设备要求，并充分发挥液力耦合器节能功效。

为了解决以上技术问题，本发明的技术方案为：

一种液力耦合器多档位调速控制系统，包括动力装置(气动或液压或电动)、推杆、液力耦合器和控制系统，所述液力耦合器的导流管上从外到内依次设置有4-6个接近开关，推杆的一端与动力装置连接，由动力装置提供推杆往复运动的动力，另一端设置有衔铁，衔铁随动于插入液力耦合器的导流管；所述动力装置和接近开关均与所述控制系统连接，接近开关感应衔铁的位置，通过控制系统控制动力装置推动推杆的距离，和液力耦合器的速度档位检测和锁定来实现调速。

多个接近开关可以控制衔铁位于不同的接近开关处，进而可以将推杆上的衔铁停留在不同的位置上，实现了多档位调速的过程控制，增加了设备的适用性，可以满足多种应用场合的多速度调控工艺要求。

进一步的，所述动力装置为液压缸或气压缸。

进一步的，所述接近开关的数量为4个，包括低速接近开关、第一中速接近开关、第二中速接近开关和高速接近开关，这四个接近开关在导流管上从外向内依次设置。

其中，导流管的内侧为靠近液力耦合器导液腔的一侧，外侧为远离液力耦合器导液腔的一侧。

更进一步的，低速接近开关与第一中速接近开关之间的距离为5-7cm；第一中速接近开关与第二中速接近开关之间的距离为4-6cm；第二中速接近开关与高速接近开关之间的距离为5-7cm。

进一步的，所述接近开关的数量为5个，包括低速接近开关、第一中速接近开关、第二中速接近开关、第三中速接近开关和高速接近开关，这五个接近开关在导流管上从外向内依次设置。

更进一步的，低速接近开关与第一中速接近开关之间的距离为3-5cm；第一中速接近开关与第二中速接近开关之间的距离为4-6cm；第二中速接近开关与第三中速接近开关之间的距离为4-6cm；第三中速接近开关与高速接近开关之间的距离为5-7cm。

更进一步的，低速接近开关和高速接近开关之间的中速接近开关活动安装在导流管上，可以沿导流管的轴线移动。

在设备调试期间，将低速接近开关和高速接近开关之间的多个中速接近开关的位置进行调整，使其满足特定的调速要求。

进一步的，所述液力耦合器多档位调速控制系统还包括设置在液力耦合器传动系统中的阀门开闭传感器组件、温度传感器组件、流量传感器组件和压力传感器组件，各个传感器均与所述控制系统连接。

其中，阀门开闭传感器组件分布在管道的各个阀门处，用于检测各个阀门的开闭。温度传感器组件分布在各个轴承、工作油液面以下等位置，用于检测各个轴承的温度和工作油温。流量传感器组件分布于冷却管路中，用于检测冷却管路中的流量。各个传感器将采集得到的参数信号输入控制系统，由控制系统计算判断是否满足开机条件。

更进一步的，所述液力耦合器多档位调速控制系统还包括报警装置，报警装置与所述控制系统连接。

当控制系统接收到异常信号时，可通过报警装置进行声光报警，甚至发生故障停机，以避免发生更大的设备财产的损失和人员伤害。

该系统可实现液力耦合传动低速开机启动一级关键参数圆形情况的判断和巡检，具有智能控制功能，可避免热工操控检查的弊端。

一种液力耦合器传动设备安全运行控制方法，包括如下步骤：

1)在控制系统中输入程序，确定在设定工艺的不同运行阶段的调速档位；

2)进行设备的调试，确定并调整低速接近开关和高速接近开关之间的中速接近开关在导油管上的位置；

3)控制系统对接收到的各个传感器检测器的检测信号进行运算，判断电机和风机轴承温度、液力耦合器工作油温及其冷却水管路压力、流量、温度等工况参数是否正常，是否满足开机条件，若进行开机，控制系统控制动力装置推动推杆，使推杆端部的衔铁定位在低速接近开关处，低速开机启动，设备停机时，亦由控制系统判断并将速度先行调至低速档位，然后执行电机断电停机，以避免满负荷电机大电流切断对高压电网的冲击；

4)设备运行过程中，在不同的运行阶段，控制系统控制动力装置推动推杆，使推杆端部的衔铁定位在不同的接近开关处，实现液力耦合器多档位调速。

本发明的有益效果为：

1、本发明在原电动执行器电动推杆行程上加装两个或三个中速档位位置感应接近开关，加上原用的高速接近开关和低速接近开关实现四个档位或五个档位的分别调速运行；执行机构分别改为液压或气动式，结构简单，控制快捷，故障率极低，实践证明使用效果很好。例如：在转炉炼钢兑铁水和加装废钢期间及由此转到吹氧冶炼的剧烈化学反应期间两段时间段的转换，由第二中速转到高速，仅需3-5秒时间，而此前单一的两速模式时需要28秒，此时滞期间，转炉烟罩产生较严重的烟尘外泄，威胁大气环保。

2、在液力耦合器传动系统中多台设备的风机(或各种泵)的各个位置设置阀门开闭检测器、温度传感器、压力传感器和流量传感器等，用于检测管道阀门的开闭、轴承温度、高压电机轴承温度绕组温度和液力耦合器的轴承温度、工作油温及其冷却管路流量、压力等信号，采集输入plc控制系统，由控制系统计算判断是否满足开机条件，系统工作运行过程中，亦有plc控制系统对设备的该类工况参数进行实时监测判断，异常发生，控制系统可发出报警报错警示，直至声光报警，甚至故障停机，以避免更大的设备财产损失和人员伤害。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。

图1是液力耦合器传动系统设备构成示意图；

图2为实施例1的液力耦合传动系统多段调速要求分析图；

图3为液力耦合器多档位调速原理示意图。

其中，1、电动机，2、液力耦合器，3、电动执行器，4、负载，5、换热器，6、过滤器，7、低速接近开关，8、第一中速接近开关，9、第二中速接近开关，10、高速接近开关，11、液力耦合器导液腔，12、衔铁，13、推杆。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

如图1所示，传统的液力耦合传动系统一般由大功率高压电动机1，液力耦合器2和各种风机或泵类负载4组成。液力耦合器2包括传动本体、电动执行器3和工作介质透平油循环冷却装置构成，工作介质透平油循环冷却装置包括换热器5和过滤器6，液力耦合器2中的工作介质经过换热降温、过滤后循环使用。换热器5为风冷换热器或水冷换热器。其一般只有低速和高速两个档位。

如图3所示，液力耦合器多档位调速控制系统，包括动力装置、推杆13、液力耦合器2和控制系统，所述液力耦合器2的导流管上从外到内依次设置有低速接近开关7、第一中速接近开关8、第二中速接近开关9和高速接近开关10，推杆13的一端与动力装置连接，由动力装置提供推杆13往复运动的动力，另一端设置有衔铁12，衔铁12插入液力耦合器2的导流管内；动力装置和接近开关均与所述控制系统连接，接近开关感应衔铁12的位置，并通过控制系统控制动力装置推动推杆13的距离，实现液力耦合器2的调速。

液力耦合器多档位调速实现方法示意图，以液压推杆或气动推杆替代附图1中的电动执行器，在大多数工业企业现场可以方便地实现，而系统整体故障率大幅下降。在原有的低速和高速档位检测接近开关之间，加设两到三个档位检测接近开关，通过控制系统plc编程，推杆头部位置的速度档位检测衔铁到位后受控停止，实现由控制系统自动控制调节推杆到达所需的速度档位并保持，直到系统接到新的速度调节指令。所加设的中速1、中速2档位位置可在设备调试期间前后移动最终固定投用。因此，可以方便快捷地适用于不同的应用场合。当然受到液力耦合器导流管整个行程长度所限，所加设的档位不可能过多，但是已经满足绝大多数的风机泵类负载场合。控制系统为保障设备安全，设定液力耦合器在低速启动(即电机总是在空载启动)。

下面结合具体的实施例进行说明。

如图2所示，液力耦合器传动系统多段速工艺要求分析图，以转炉炼钢烟气除尘为例，炼钢操作初始，转炉在兑铁水家废钢时，烟气较大，t1时段；吹氧冶炼初期，化学反应剧烈，烟气量最大，t2时段；冶炼中后期，调质均温为主，烟气量较低，t3时段；测温及出钢时段，烟气量最低，t4时段。相应的要求对应不同的传动速度，要求烟量最大时，烟罩不溢烟；烟量低时，电机负载降低节能。类似的还有轧钢轧机的高压水系统，钢板热处理淬火机的供水泵系统等设备，略有不同之处只是各速度段出现顺序和维持时间不一样而已。因此，风机泵类负载应用现场很多是此类的多段速控制调节才符合工艺和节能要求。所以说，该发明应用前景非常看好。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。