离心机控制方案（共7篇）
离心机控制方案 篇1
淤渣离心机是己二胺装置中的核心设备, 用于分离粗己二胺中的Na OH泥渣, 其分离效果对己二胺产品的质量和后续精制工序的单耗起到重要作用。河南神马尼龙化工有限责任公司的现役离心机由于运行时间长、能效低, 已经无法满足现场需求, 因此该公司引进了新离心机。但由于随机所带的PLC系统步序多、控制复杂, 新离心机使用的原控制方案已不再适用。因此将PLC系统中的离心机控制方案转化为在Harmonas-DEO系统中实现, 成为新离心机能否成功应用的关键。为此, 笔者设计了离心机在Harmonas-DEO系统中的控制方案, 并在实际应用中得以实现。
1 离心机控制方案设计*
离心机的控制与报警逻辑十分复杂, 不能直接引用。经过与设备厂家和工艺人员的沟通交流, 决定对原控制方案进行重新设计, 使其既满足设备本身的安全与运行需要, 又适合河南神马尼龙化工有限责任公司目前的现场实际情况。
通过对原设计说明进行研究, 将离心机控制程序分为初始状态、加速过程、待机状态、生产状态、清洗状态、手动大/小排渣和联锁停机7个状态, 每个状态完成相应的功能, 以此来完成整个离心机的运行控制, 各状态之间的转换如图1所示。
在初始状态中主要对程序中引用的一些内外变量进行初始化。程序初始运行和联锁停机后都要首先进入此状态。
加速过程是离心机电机变频器接收到DCS的加速信号后转速由零加速到额定转速的过程。离心机电机上电后, 工艺人员在监控画面中将离心机程序投入运行, 程序自动给变频器一个100%的转速给定信号, 待电机转速和电流满足条件后, 程序等待30s, 加速过程结束。
加速过程结束后, 程序进入待机状态, 此时各阀门都处于关闭状态, 离心机空载运行。在待机状态中, 工艺人员可在监控画面中选择生产或清洗任一状态, 程序便进入到相应的状态运行;也可以选择手动小排渣或手动大排渣进行手动排渣, 排渣程序运行后程序重新返回待机状态。待机状态可转换到生产状态或清洗状态, 但生产状态和清洗状态之间根据原设计要求不能直接转换, 需先回到待机状态, 之后才能转到另一状态。
在待机状态中选择生产状态后程序便进入生产状态, 生产状态各阀门运行时序如图2所示。在生产状态中, 进料阀XV535B-1始终打开, 生产时间由Tpro控制, 排渣程序运行时间由Tflushdur控制, Tpro与Tflushdur的默认时间分别为200s和40s, 时间值在监控画面中均可更改。
在待机状态中选择清洗状态后程序便进入清洗状态, 清洗状态各阀门运行时序如图3所示。在清洗状态中, 进料阀XV535B-1始终关闭, 清洗时间由Tcip控制, 排渣程序运行时间由Tflushdur控制, Tcip与Tflushdur的默认时间分别为120s和40s, 时间值在监控画面中均可更改。
在生产状态和清洗状态中可执行自动排渣程序, 也可以手动执行小排渣或大排渣程序 (生产状态中执行的是小排渣程序, 清洗状态中执行的是大排渣程序) 。另外, 在待机状态中也可以手动执行小排渣或大排渣程序。排渣程序的时序如图4所示。在排渣程序中, 水洗阀XV535B-2关闭时间由Tpause控制, 打开时间由Tflush控制, 排渣阀 (小排渣为XV535B-4阀, 大排渣为XV535B-5阀) 在水洗阀XV535B-2第一次打开后的关闭时刻打开, 打开时间由Tdischarge控制, 之后便一直处于关闭状态, 排渣程序总运行时间由Tflushdur控制。Tpause、Tflush、Tdischarge和Tflushdur的默认时间分别为7、3、5、40s, 时间值在监控画面中均可更改。排渣阀打开期间离心机的振动可能比较大, 因此在排渣阀打开时振动监测量VI_535B的报警被禁止。
在离心机加速和运行过程中都可以触发联锁引起离心机停机, 离心机联锁逻辑如图5所示。
加速中, 工艺人员在监控画面中启动程序后, 若在30s内电机转速一直低于36r/min, 或者8min后电机转速未能达到1 440r/min, 则触发联锁。在程序运行过程中, 若电机转速大于1 500r/min, 或者离心机振动值大于6mm/s且在1s内未恢复, 或者电机转速低于1 440r/min且在30s内未恢复, 则触发联锁。
手动停机, 工艺人员在监控画面中手动停止程序后, 也会触发联锁。
联锁动作, 联锁动作条件触发后, 程序向变频器发出停止信号, 停止离心机运转, 等到电机转速降到1 000r/min后, 再等待30s, 自动终止程序运行, 回到初始状态。
手动复位, 联锁动作后, 必须手动按动操作台上的复位按钮才能解除发给变频器的停止信号, 离心机才能重新启动。手动复位按钮应在联锁动作后, 电机转速降到1 000r/min, 并等待30s后按下才起作用。
报警, 引起联锁的条件都有相应的报警记录, 联锁动作后操作台上有相应的铃声报警。
任何时刻只要离心机的电机转速大于725r/min, 操作水阀XV535B-3便打开, 否则该阀关闭。
2 离心机控制方案实现
河南神马尼龙化工有限责任公司2#己二胺装置采用的是Harmonas-DEO控制系统, 将新设计的离心机控制方案转化并在该系统中实现, 不仅可以节省随机所带的PLC系统费用, 而且也便于以后的系统维护。
2.1 控制算法选择
在Harmonas-DEO系统中实现该离心机控制方案有多种选择, 如建立逻辑点、功能块点及CL/DOPC程序等。由于离心机控制中要实现几个状态之间的相互转换, 用逻辑点和功能块点来实现较为复杂, 综合比较后, 选择CL/DOPC语言作为该控制方案的主要实现算法, 逻辑点和功能块点作为必要补充。
2.2 CL/DOPC控制语言
Harmonas-DEO系统提供的CL控制语言是一种高级算法控制语言, 它运行于DOPC系列控制器内, 通常用来实现一些复杂的控制或时序逻辑。一个完整的CL/DOPC程序由主程序、子程序和异常处理程序组成。主程序只能有一个, 而子程序和异常处理程序可以有多个。简单的CL/DOPC程序仅包括一个主程序。异常处理程序在某些异常条件发生时执行。CL/DOPC程序只有和过程模件数据点连接后才能被执行, 被连接的过程模件数据点在主程序的头部指定。在Harmonas-DEO系统的RTC工程组态环境中, 可以对所编写的CL程序进行编译生成目标文件, 并对该目标文件进行装载使其装入到DOPC内存中运行。
2.3 程序实现
CL/DOPC程序代码如下:
程序由主程序TM_S535B、异常处理程序AC-CEL、ILKSHUT、STSCHG和子程序SLAGOFF组成。主程序TM_S535B由INITIAL、ACC、READ-Y、PRODUCT和CIP组成, 分别对应图1中的初始、加速、待机、生产和清洗5个状态。异常处理程序ACCEL主要对在加速过程中出现的异常情况进行处理, 处理后程序重新回到初始状态。异常处理程序ILKSHUT主要完成在离心机运行过程中联锁情况的处理, 处理后程序重新回到初始状态。异常处理程序STSCHG是状态转换处理程序, 完成生产或清洗状态到待机状态的转换和手动大排渣或小排渣。子程序SLAGOFF完成离心机的排渣:当传递给子程序的参数为0时进行小排渣处理, 参数为1时完成大排渣处理。程序中, 数据点D2_S535B_CS表示程序当前的运行状态, 其值为1~3, 分别表示待机、生产和清洗状态;数据点D2_DM_S535B表示操作员手动选择的命令, 其值为1~5, 分别表示待机、生产、清洗、手动小排渣和手动大排渣5个转换命令。从上述程序可以看出, 用CL/DOPC语言来实现控制是比较灵活的, 状态之间的语句控制和子程序的运用都是比较高效的。
2.4 程序运行
源程序编辑完成后需要进行编译和语法检查, 链接绑定过程模件数据点, 并生成目标文件。链接绑定的过程模件数据点在源程序的头部指定, 因此需事先建立 (如程序中的D2_SQ_S535B) , 目标文件生成后需将其转入控制器内存中才能运行, 后续只需通过该过程模件数据点即可操作并运行此程序。编译和装载均在RTC工程组态环境中进行。
该离心机控制方案主要由上述的CL/DOPC控制语言来完成, 还包括几个逻辑点和功能块点, 实现排渣期间的报警禁止、联锁复位解除及同其他联锁之间的关联等功能, 同时还要结合流程图画面来实现工艺操作人员的监控和操作。
3 结束语
笔者从实际应用的角度介绍了离心机控制方案的设计构思及其在Harmonas-DEO系统中的转化实现。该控制方案的实现不仅使河南神马尼龙化工有限责任公司摆脱了对进口离心机随机所带控制系统的依赖, 而且也节省了随机所带的PLC系统费用, 节约了成本, 减少了系统的维护工作量。
离心机控制方案 篇2
离心泵作为石油化工企业广泛采用的一种管输流体机械,通常在流体长距离输送或大流量高压供输或者由于工程改造和扩大生产等,单泵独立运行无法满足需求的情况下,采取加装设备与原有设备串联的方式运行,用来提升压力、增加流体能量、克服流动阻力,以达到沿管路输送的目的[12~14]。离心泵的多泵串联运行与单泵独立运行相比较,其运行工况和调控手段更加复杂,此时不仅需要考虑离心泵的扬程和流量的要求,还得保证各泵运行的安全性和经济性。
笔者以某炼油厂串联离心泵运行为例,利用Simulink / Sim Hydraulics搭建实物模型,对4种典型的串联泵控制方案进行控制仿真,依据实验模拟的效果对控制方案的综合性能进行比较分析, 指出各控制方案的利弊与适宜场合。
1 控制方案设计
离心泵的串联运行需要有安全、可靠的控制方案,以保证生产装置安全、平稳、高效的运行,实现最大化节能。调节阀节流控制与离心泵的变频调速技术是当今工艺管路系统的主要调控手段, 笔者通过对4种典型的串联泵控制回路的分析, 探讨离心泵串联运行控制方案的设计问题。
1. 1 节流控制方案
串联泵节流控制方案如图1所示,在增压泵出口管路上设调节阀进行节流控制,该回路的主控制变量可以是流量、液位、压力及温度等参数。该控制方案是通过调节阀门开度以改变管路特性曲线达到改变流量、满足工况需求的目的,其原理简单、实施容易,但此过程中大部分能量都被消耗在阀门的节流环节和冗余设计而导致的泵出口阀压降上,能耗损失严重,不利于节能,同时由于出口阀门前后压差较大,泵承受的压力较大,对阀门、泵的机械损耗增加,维修量也较大。
1. 2 单泵变频调节控制方案
串联泵单泵变频控制方案如图2所示,流量调节器FC的输出信号送给变频调速器,调节增压泵的转速,主泵电机为工频运行。选择这种方式而非主泵变频,串联的增压泵为工频运行的单泵变频方案,可以保证增压泵的入口压力较为平稳,有效防止串联的增压泵发生吸空汽蚀现象。同时,调节阀由手动操作至全开状态,可以降低阀门和泵的承压,提高设备使用寿命,减小维修量, 同时大幅降低能量损耗,具有显著的节能效果。
1. 3 双泵变频调节控制方案
串联泵双泵变频控制方案如图3所示,流量调节器FC的输出信号送给变频调速器,通过多泵同步控制技术来同时调节主泵和增压泵的转速,调节阀由手动操作至全开状态。两种变频调节方案虽然具有较高的节能性能,但流量较低时会导致后续管路中压力过低,无法满足流量和压力的双重要求,造成安全隐患,同时在流量设定值变化时动态响应时间较节流调节要慢。
1. 4 变频调速与节流分程控制方案
为解决变频控制在低流量时通过降低泵扬程无法满足工艺操作和输送需要的问题,需采用变频调速与节流分程控制方案。如图4所示,流量调节器FC与手操作器HC、DCS软开关FS配合, 实现变频调速与调节阀控制的切换。Qm为划分区间的流量,当流量Q > Qm时,FC的输出信号送给变频调速器,调节泵的转速,调节阀由HC控制至全开状态; 当Q≤Qm时,FC的输出信号送给调节阀,变频调速器由HC控制,泵的转速不变。
2 具体应用分析
催化裂化是炼油化工过程的重要组成部分, 在其工艺流程的反应再生部分中,原料油与回炼油混合均匀后通过回炼油泵提供压力,经原料油喷嘴喷入提升管内。现有一炼油厂160t/a催化裂化反应装置因扩大生产所需,需使喷嘴部分的压力从2. 0MPa增加至2. 8MPa,原回炼油主泵出口压力达不到要求,故在主泵后串联上一个增压泵使出口压力升高进而使流量达到要求,并保持原有的输送流量,以保证后续的工艺需求。投运前,以该厂的离心泵串联运行为例,通过Simulink / Sim Hydraulic工具中的实物模型搭建系统进行模拟仿真。传统的仿真手段主要是利用解析法求出系统的传递函数或状态方程等模型再进行仿真,但由于系统中元件的非线性、时变性,必须对非线性环节做很多的假设和简化,得到准确的数学模型十分困难。相比之下,使用Sim Hydraulic实物模型搭建系统进行仿真计算和分析,其结果更加准确和贴近实际的物理系统[15]。
典型的工艺控制流程如图5所示,将回炼油的流量作为流量PID控制器的设定值,操作变量为离心泵的转速与阀门开度。回炼油主泵与增压泵型号都为150AY15×2A的离心泵,单个泵的额定流量为Q0= 168m3/ h,扬程为H0= 160m,转速为n0= 2950r / min,管道内径D = 0. 3m。设初始工况主泵与增压泵全速运行,调节阀处于全开状态, 回炼油流量Q1= 212m3/ h = 0. 059m3/ s。当要求流量降低至Q2= 0. 056m3/ s时,分别采用节流控制和两种变频调速控制方案,得到不同控制方案的流量动态曲线如图6a所示; 当要求流量降低至0. 056m3/ s甚至更小,同时管路末端的提升管部分压力保持在2. 8MPa以上时,分别采用节流控制、两种变频控制方案,得到不同工况点的控制方案曲线( 图6b ~ d) 。由图6可以看出,当回炼油流量调控目标小于Q3= 0. 020m3/ s,若采用变频控制方案由于泵的转速过低而提供给流体的能量不足,达不到管路流量和压力的要求,无法实现调控目标,即变频控制方案的安全性在低流量时无法保障,因此需要采用变频调速与节流分程控制。设定划分区间的流量Qm= 0. 030m3/ s,当Q > Qm 时通过变频调速来调控流量,调节阀置为手动,且处于全开状态; 当Q≤Qm时,流量控制器输出信号送往调节阀,用来调节阀门的开度,泵保持最低转速不变。
综合比较,串联离心泵控制方案的对比结果见表1。从调控性能来看,节流控制方案的响应时间最短,双泵变频调控方案次之,单泵变频调控方案的响应时间最长,证明节流调控的调控性能最好,控制及时又有效。两种变频控制方案中双泵变频控制具有更佳的调控性能。从节能性能来看,单泵与双泵变频调节的轴功率曲线重叠,说明两种变频控制方案的能耗量相当,节能性能相同。除了当主泵与增压泵全速运行,调节阀处于全开状态,回炼油流量为最大值时,节流与变频控制所消耗的功率相同,其余工况点,变频控制和分程控制均比节流控制方案更加节能。分程控制方案在高流量区间与变频控制能耗相同,在低流量区间虽然比变频控制能耗增加,但安全有效地实现了所有控制目标,即从安全性能来看,低流量时采用变频控制方案会因为管路末端压力不足而无法实现调控,其安全性存在限制,而节流控制和分程控制两种方案均能随工况点的变化而保证系统的安全运行。
由模拟结果和比较分析可知:
a. 单泵变频与双泵变频的节能效果相同,流量的安全调控范围相同,但双泵变频控制方案的动态响应时间更短,即拥有更佳的调控性能,因而当采用变频调速方案时建议双泵变频控制方案。
b. 变频调控方案的节能效果明显,但石油化工过程保证安全稳定生产至关重要,变频控制方案的安全性能和调控性能比节流控制方案差,尤其是在工况点为低流量时采用变频控制方案无法满足压力要求,不利于后续工艺的安全生产与流程控制,因此在确定最终的控制方案时需要综合评价。
c. 节流调控方案虽然阀门节流消耗大量能量,有效能量利用率低,但具有较优的调控性能和安全性能,能够满足各工况点所需流量和压力的要求,同时结合装置开、停工或安全联锁的工况要求,建议保留调节阀的控制方案,并考虑多种工况下的控制方案和切换操作。
d. 当采用适当的区间划分,变频调速与节流分程控制方案能够既满足管路流量要求,又保证控制点所需压力,在保证安全性能和调控性能的同时节省降耗效果显著。该方案构思简单,实际中易于实现,具有普遍适用性,在工程实践中值得推广。
3 结束语
笔者以离心泵串联运行的控制方案设计问题为例,对4种典型的串联泵控制方案的调控性能、安全性能和节能性能进行了综合比较。通过实验模拟和分析,最终确认串联离心泵运行的最佳控制方案是变频调速与节流分程控制方案,该方案克服了变频调速压头可能不足和节流调控能耗严重的缺点,能够满足管路流量和压力的双重要求, 对于现场工程的实施具有较高的实用价值。
摘要：以串联泵的联合运行为例,探讨了4种典型的串联泵控制方案,并基于Simulink/Sim Hydraulics搭建实物模型进行仿真实验和对比分析,最终说明节流控制虽具有较佳的调控性能和安全性能,但耗能严重;变频控制虽然具有高效节能的优点,但存在调控速率慢和低流量时压头过低而影响后续流程的问题;而分程控制能够满足管路控制点所需压力和流量的要求,在保证调控性能和安全性能的同时节能效果显著,控制方案可行并具有较高的实用价值。
离心机控制方案 篇3
1 产生燃烧爆炸的要素及预防措施
产生爆炸的三个要素为温度、火源、氧气, 防止产生化学性爆炸的三个基本条件的同时存在, 是预防可燃物质化学性爆炸的基本理论, 即防止可燃物质化学性爆炸全部技术措施的实质, 就是制止化学性爆炸三个基本条件的同时存在。其中: (1) 温度, 对于具体的某一介质, 无论是液相还是气相, 在进行工艺设计时应考虑离心机工作温度, 这主要取决于工艺条件, 一般不易改变; (2) 火源, 在离心机设计时, 对于运动件应用足够的安全空间, 以消除可能产生的机械摩擦和撞击, 同时, 机器必须有消除静电的措施。对于制动装置, 不得采用机械摩擦式制动装置, 一般均采用电器能耗制动的形式; (3) 氧气, 一般采用惰性气体保护, 通过向离心机内部充入氮气置换里面的空气, 从而使氧气浓度维持在安全范围之内。
根据以上内容, 我公司采取向离心机内部通氮气保护的方法提高离心机工作的安全系数。以前, 我公司的做法是在离心机上盖设置一个氮气进气口, 一个氮气出气口, 在离心机工作时向离心机内腔持续充氮气。至于氮气浓度能否达到安全范围则没有定量的控制, 因此, 其氮气保护的可靠性很差。
鉴于该问题, 我公司对离心机的氮气保护系统进行改进, 增加氧含量的检测、显示装置, 对运行过程中的离心机内腔氧气浓度进行实时检测、定量控制, 使氧含量控制在安全范围以内。
2 氮气保护自动控制系统的组成
离心机氮气保护自动控制系统主要由PLC、氧含量变送器、气体采样泵、气源三联体、高低压两条氮气管路 (以下称大氮气、小氮气) 、声光报警器组成。各部分功能介绍如下:
2.1 PLC, 整套系统工作的中枢, 由氧含量变送器、电控换向阀等外部传输的信号控制整套系统的工作。
2.2 氧含量变送器实时检测离心机内部氧气含量, 当检测到离心机内氧含量低于6%时可以启动离心机, 若离心机内氧含量高于6%则不能启动离心机。离心机启动后, 小氮气阀门自动打开向离心机内通氮气, 离心机在运行过程中, 当氧含量高于8%时, 大氮气阀门自动打开, 加大氮气进气量, 同时发出警报。如果加大氮气进气量后氧含量继续上升并且超过10%时, 离心机会自动停机。同时, 声光报警器进行报警, 提醒操作人员该处有故障请及时进行检查。
2.3 气体采样泵使进入离心机内腔的氮气与空气进行混合后将气体吸至氧含量变送器传感器处, 检测离心机内部氧气含量, 使检测数值更加准确。
2.4 气源三联体, 过滤气体中的水分、杂质粉尘, 使氧含量变送器检测的气体是干燥、洁净的, 延长氧含量变送器传感器的寿命。
2.5 大氮气、小氮气两条管路, 由电控换向阀控制, 根据氧含量变送器检测的数据开启或关闭氮气管路。几部分组成的简单示意图如图1所示:
3 接线原理图
氮气保护自动控制系统与原有离心机控制箱的接线图, 如图2。
4 系统操作及实现功能
在离心机操作过程中, 依次按下离心机电源按钮和充氮气按钮, 大氮气阀门自动打开, 开始向离心机内充氮气。当离心机内氧含量低于6%时启动离心机, 若离心机内氧含量高于6%则离心机不能启动。当离心机启动后, 小氮气阀门自动打开向离心机内通氮气, 离心机在运行过程中, 当氧含量高于8%时, 大氮气阀门自动打开, 加大氮气进气量, 同时发出警报。如果加大氮气气量后氧含量继续上升并且超过10%时, 离心机会自动停机。
停离心机时, 按下离心机制动按钮, 10分钟后小氮气和氧含量检测泵停止工作。注:如果此时需开起离心机盖, 应按下充氮气按钮, 停止氧含量报警装置的电源系统或按下离心机总电源, 停止整套报警系统的电源。
5 结束语
通过近两年的运行, 有效的控制了离心机单元操作过程的危险因素, 降低了风险等级, 离心机事故事件数量及态势明显降低, 成效显著。目前已在本地区同行业之间推广运用。
参考文献
离心机控制方案 篇4
加工定心孔
曲轴加工过程中, 钻几何中心孔和钻质量中心孔是技术人员选择加工定心孔的两种主要工艺方式。
1.几何中心孔
以曲轴两端主轴颈外圆表面定心来加工出曲轴两端中心孔, 两中心孔基本位于曲轴的几何轴线上。由于此时的两端外圆表面是毛坯面, 表面形状误差较大, 毛坯的制造精度也较差, 故以两端外圆定心加工的几何中心孔与曲轴的质量回转中心相差较大。
我们看到的大量事实是, 许多生产线上, 以几何中心孔加工后的曲轴, 在进行最终平衡时, 会出现很大的初始不平衡量, 几乎到了无法进行动平衡的地步, 因此不得不在精磨之前进行初平衡, 通过钻孔或铣削平衡块来降低曲轴的初始不平衡量。
2.质量中心孔
将曲轴毛坯安放在质量定心机两端的浮动支承盘上, 对曲轴毛坯进行动平衡, 通过浮动支承的调整运动, 将惯性主轴调整到左、右两中心钻的位置, 此时钻出的中心孔即为质量中心孔。
以质量定心孔测得的曲轴毛坯不平衡量已经较小, 虽然在以后的曲轴加工过程中还要产生新的不平衡, 但其最终的不平衡量基本控制在很微小的范围内。这样仅在曲轴平衡块上钻少量的孔, 就可把曲轴的不平衡量减小到允许的范围以内。
两种中心孔的结果比较
选取用Q D-160质量定心机加工出的一批斯太尔曲轴进行采样分析。
1.不平衡量的比较
几何中心孔与质量中心孔对曲轴初始不平衡量影响的对比试验结果如表1、表2所示。
2.结果分析
通过对比试验数据, 可以看到:经过质量定心机钻质量中心孔的曲轴, 其初始不平衡量比钻几何中心孔曲轴的初始不平衡量小许多, 并且钻质量中心孔曲轴的初始不平衡量分布比钻几何中心孔曲轴的初始不平衡量分布更集中。
质量定心机工作原理
首先将曲轴毛坯安装在旋转的框架中, 曲轴毛坯的两端用两个相应垂直的四个支点支承着。其中两个支柱由步进电动机带动而进退, 与之相对的两个压块则利用弹簧压向曲轴。这样, 旋转框架与曲轴毛坯成为一体并作为转子进行动平衡测量。
将不平衡量产生的振动用左右两个传感器检测出来, 送入测控柜中, 输出控制信号, 通过旋转框架的滑环供给步进电动机, 使曲轴毛坯沿X、Y方向移动, 这样就构成一个闭环系统, 并最终使放置体达到平衡。这时曲轴毛坯的惯性主轴与旋转轴线一致。在这一状态下, 让旋转柜架停止转动, 用位于旋转轴线上的中心孔钻头在曲轴毛坯两端面上钻出中心孔, 从而达到钻质量中心孔的目的。
在这里要特别强调的是, 由左、右两个滑台带动两个旋转框架左、右移动, 均由伺服系统控制。因而, 更换曲轴品种时, 仅需调出相应的文件参数, 设备自动移动到相应的位置。所以更换品种特别快捷, 非常适用柔性化生产。
质量中心孔对曲轴自动平衡去重的影响
该数据源于国内某曲轴生产线上, 均由我公司制造提供的Q D-160型质量定心机和A B Q H-160型曲轴自动去重平衡机现场检测完成。
从表3中可以看到, 经过质量定心机加工出来的曲轴, 其最终初始不平衡量均在300～500g·cm左右, 再经过内冷式高速去重自动曲轴平衡机检测去重, 达到40g·cm以内, 基本上一次平衡去重就可以达到平衡要求。其平均生产节拍在3m i n, 其去重的孔数少, 去重质量也少, 不仅达到了曲轴外力的平衡, 曲线内力也达到了相对平衡。
离心机控制方案 篇5
压缩机在运转过程中,流量减小到一定程度时,就会在压缩机流道中出现严重的旋转脱离,流动严重恶化,使压缩机出口压力突然严重下降。由于压缩机总是和管网系统联合工作的,这时管网中的压力并不马上减低,管网中的气体压力就反大于压缩机出口处的压力,因而管网中的气体就倒流向压缩机,一直到管网中的压力下降至低于压缩机出口压力为止,这时倒流停止,压缩机又开始向管网供气,压缩机的流量又增大,压缩机又恢复正常工作。但是当管网中的压力也恢复到原来的压力时,压缩机的流量减小,系统中气体产生倒流,如此周而复始,就在整个系统中产生了周期性的气流振荡现象,这种现象称为“喘振”[1]。
实际压缩机在运行中形成喘振的原因很多。内在原因是气流的严重失速和扩展,外部条件是压缩机与管网的联合运行工况条件。当管网流量、阻力变化与压缩机工作不协调时,就会出现喘振现象。这种不协调工况可分为两点:一是压缩机的流量小于喘振流量;二是压缩机排起压力低于管网气体压力。凡是运行中使压缩机特性线下移(如进气压力降低、进气温度升高、进气分子量减少等)或管网特性线上移,或者两者同时发生,或减量过多,使联合运行点落入喘振区的都会引起压缩机喘振。所以防止喘振和抑制喘振的发生可在压缩机本体设计时采取措施,以扩大稳定工况范围的目的,也可针对压缩机运行条件即从压缩机与管网联合运行上采取一定措施。
2 防喘振控制原理
通过上述对喘振发生的机理及内外在因素可知,只要保证压缩机入口流量大于最小流量,系统就会工作在稳定区,不会发生喘振。通用性能曲线不受进气状态(进气温度,进气压力,分子量)影响,而且转换后的通用性能曲线形状与原始曲线相似[2,3],因此喘振点的变化轨迹大致也是一条二次抛物线,所以可以确定一条与喘振线平行的控制线来控制防喘振阀的开启来保证压缩机流量不小于最小流量,也就避免了压缩机进入喘振状态。
在常用的通用性能曲线上进行改进,纵坐标依然采用Po/Pi,横坐标采用。下面给出差压变送器安装在出口的情况下的防喘振控制方程。根据差压变送器信号Δp与流量的关系以及出口量质量流量与入口质量流量相等关系,得到防喘振控制线方程为
其中,压缩比为Po/Pi,参考流量为
系数a,b由喘振点数据可算出。式(2)中Δp为差压变送器的差压信号;Po为出口压力;Ti为进口温度;K近似常量扩散因子;Pi为进口压力;To为出口温度。在正常工艺操作情况下,根据此时压缩机的压力比Po/Pi,通过式(1),求出此时防喘振参考流量设定点X,与此时实际计算流量进行比较,根据比较结果控制防喘振阀的开度,从而保证压缩机有足够的入口流量,防止喘振的发生。
3 防喘振控制系统设计
目前在防喘振控制系统中,大多采用PI控制器和PID控制器。PID控制具有算法简单、鲁棒性好和可靠性高等优点。PID控制适合于可建立精确数学模型的确定性控制系统,但在实际的工业过程控制系统中存在很多非线性或时变不确定因素,使得PID控制器的参数整定过程十分繁琐,控制效果也因此受影响。采用模糊控制不仅对控制对象参数变化适应性强,而且在对象模型结构发生较大改变时,也能获得较好的控制效果[4,5]。所以选取模糊控制算法来完成防喘振控制器的设计。
实际的模糊控制系统框图见图1。它的输入变量是系统的偏差e和偏差变化率ec,以控制量的变化值u作为输出变量。
通过传感器检测回来的压力、温度及差压变送器的差压信号,计算出入口实际流量,将其与式(1)计算出的设定参考流量之间的进行比较,得到系统的输入变量偏差e及偏差变化率ec。根据现场数据拟定偏差e变化范围为[-2 528,O],单位为m3/h,论域取[-12,0],则比例量化因子Ke=0.0047;偏差的变化率ec范围为[-4100,4100],论域取[-6,6],则Kec=0.001 5;防喘振阀的开度输出变量u的范围为[O,l],论域取[0,12],则Ku=1/12=0.083。e,ec,u的模糊语言变量均取为{负大,负中,负小,零,正小,正中,正大},即{NB NM NS Z PS PM PB},取三角形隶属函数,从而可得各变量的语言变量赋值表。根据过程控制知识生成控制规则,模糊控制规则见表1。
当偏差大于零时,偏差和偏差变化率不进入模糊控制器,而是通过一个控制开关来实现防喘振阀的全关;当偏差小于零时,模糊控制器开始起控制作用,输出防喘振阀的开度,进行回流。
4 仿真分析
在Matlab 7.0中将模糊工具箱与其动态仿真软件Simulink结合起来,完成对模糊控制器的仿真[6]。模糊控制系统采用入口流量的偏差e和偏差变化率ec作为输入量,经过各自的比例量化因子将实际量转换为模糊量,再经模糊控制器进行模糊控制推理,查表得到输出量防喘振阀的开度u,再经开度的比例量化因子得出,开度实际控制量。
仿真的入口流量、回流量、阀门开度,以及回流量与入口流量的叠加见图2。仿真时间为1 s,见图2,不同的入口流量对应不同的防喘振阀开度,当入口流量大于设定值时,防喘振阀开度为0全关,回流量为0;当入口流量降低接近设定值时,控制器开始工作,将防喘振阀打开相应的开度,实现一定流量的回流,保证叠加后的入口流量始终在设定值之上。叠加后的流量(曲线2所示)始终保持在设定值以上,并且当防喘振控制系统没有工作时,也就是旁通阀关闭时,这时的流量与原有的入口流量(曲线1所示)基本相同。
控制系统的仿真结果表明,防喘振模糊控制器可以达到与实际控制要求相一致的效果。为了达到较好的控制效果,要求系统采样时间越快越好,防喘振阀的响应时间越小越好。这样系统能根据流量的大小有效地、及时地调节旁通阀的开度,进行回流,防止喘振的发生。
摘要：运用模糊控制理论和离心式压缩机的喘振机理,针对空分装置中压缩机的实际喘振问题,设计了防喘振控制系统,并在基于Simulink和Fuzzy Controler仿真环境中对涉及的模糊控制器进行仿真分析。
关键词：离心式压缩机,防喘振,模糊控制
参考文献
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离心式压缩机的喘振原因及控制 篇6
离心式压缩机目前广泛运用于石油、天然气、化工、冶金以及制冷等行业, 具有结构简单、体积小、效率高排放量大、气体不会受油污染并且能够在正常情况下平稳运转、压缩气流无脉动的优点。在工业生产中, 压缩机的正常安全可靠运行是生产得以正常高效率平稳运行的关键。但是由于离心式压缩机对气体的流量、温度以及气压的变化比较敏感, 所以在运行中容易发生喘振问题。而喘振对压缩机具有一定的危害性, 是导致离心式压缩机损坏的主要原因之一。
轻微的喘振不会损坏压缩机, 但应当避免压缩机在喘振发生的条件下进行运行。严重的喘振会导致压缩机机组剧烈震动, 导致流量波动幅度过大, 如果不能及时有效的采取措施加以控制, 会造成压缩机内部零件的损坏, 严重时有可能导致压缩机烧瓦甚至发生气体爆炸的事故。因此, 有效的对离心式压缩机的喘振问题进行预防和控制提高压缩机的抗喘振性能是保证工业生产正常运行的重要前提, 对喘振现象的有效控制能够使压缩机安全有效稳定运行, 从而减少对压缩机检修维护的费用, 提高压缩机的生产效率, 对工业生产的稳定运行和安全生产有着重要的意义。
二、喘振原因
喘振作为离心式压缩机运行中的一种特殊现象, 易造成气流往复强烈冲击, 严重影响压缩机运行部件, 是造成运行事故的主要因素。喘振是离心式压缩机本身固有的特性, 导致喘振产生的因素有两方面:内在因素是由于离心式压缩机中的气流在一定的条件下出现了“旋转脱离”这种状况;而外在因素是由于离心式压缩机管网系统的特性。
离心式压缩机的工作原理是通过叶轮的高速旋转提高气体压力, 而气体的升压过程主要是在扩压器和叶轮内完成的。压缩机通过叶轮的高速旋转产生的离心力把叶轮中心的气体甩向外边缘, 使气体获得高速度, 再通过扩压器将气体的速度转化为压力能, 与此同时叶轮的中心部位便形成了负压力区, 使得气气体可以不断地被吸入流道中。
在压缩机的运转过程中, 气体流量会不断减小, 当减小到最小流量的时候, 压缩机的流道中就会出现严重的气体涡动, 致使压缩机的出口压力大幅度的下降引起巨大的反差导致“旋转脱离”这种状况的发生。由于管网中的气体压力不会很快下降, 这就会导致管网中的气体压力大于压缩机的出口压力, 从而导致管网中的气体倒流, 直至管网与压缩机的压力相平时才会停止倒流。而在叶轮的旋转作用下, 气体的压力会升高, 当气体压力大于管网压力时, 气体就会流向管网从而导致管网中的气体压力上升, 形成恶性循环。这是喘振产生的主要原因。
三、喘振的控制
1可以采取部分回流的办法来达到要求, 既能达到低负荷生产的要求, 又能满足流量大于喘振点流量的要求。即只要返回流量不小于喘振点流量与流入流量之差就能够防止压缩机的喘振现象发生;
2在压缩机的气体流入口安装温度检测表和流量监视仪表, 同时在压缩机的气体流出口安装压力监视仪表, 一旦出现喘振便及时报警;
3在压缩机的出口设置防喘振线。压力边缘值设为压缩机最低允许工况点, 一旦压缩机的进口流量压力值低于边缘值也就是最低允许工况点, 防喘振线便会自动打开使压缩机出口气体流回进口。
4在操作压缩机过程中, 必须密切观察压缩机蒸汽及系统设备的各项参数, 以确保在压缩机有发生喘振的倾向时及时提前做出调整。尤其是在防喘振曲线的控制上, 一定要根据系统入口的流量以及压力, 确保防喘振点, 远离防喘振线。
四、喘振的预防
喘振是发生于压缩机的常见现象, 除了有效地控制还应该对喘振加以预防以便及时发现喘振现象, 只有控制预防双管齐下才能更加能够确保压缩机的稳定运行。对喘振现象的预防需要压缩机操作人员能够对喘振发生前的征兆现象做出明确而又准确的判断, 对喘振的判断可以通过以下几个方面进行判断:
1听声音。当压缩机的工况有发生喘振现象倾向时, 压缩机的排气管道中会发出有规律的周期性噪音, 而当压缩机进入喘振现象时, 噪音会立刻增大, 甚至出现爆音现象, 如果噪音增大, 则很有可能使压缩机发生喘振现象。
2观察仪表。喘振现象有气流减小的特点, 并且气流会有周期性的脉动现象, 如果观察到流量表和压力检测表的指针有大幅度摆动的现象, 则很有可能是压缩机发生了喘振现象。
3防喘振点的现场有效合理控制。为了确保防喘振点远离防喘振线, 在现场ITCC的控制上分为手动跟自动状态, 一定要根据系统的流量变化随时调节, 确保防喘振点远离防喘振线。
结语
虽然喘振现象是离心式压缩机的固有特性, 但实践证明, 喘振现象是能够有效地控制, 预防和避免的。采取有效的预防措施和操作, 同时提高操作人员的判断能力预防技能, 加强对压缩机的保养和管理, 可以有效地避免离心式压缩机发生喘振现象并且避免喘振带来的严重后果, 为离心式压缩机的稳定运行和安全生产提供可靠地保障, 从而增加机组的工作寿命, 增加机组的运行周期。对喘振的有效控制和预防才能够降低压缩机的检修维护费用, 降低成本, 从而提高经济运行效率。
摘要：在当今的石油化工工业和天然气运输工业中, 离心式压缩机发挥着至关重要不可替代的作用, 因此保证离心式压缩机正常运行是石油化工行业正常生产的重要前提, 而喘振现象是离心式压缩机运行中的常见现象。掌握喘振现象发生的原因以及对喘振现象有效地预防和控制是确保离心式压缩机能够稳定运行的重要前提。本文将对离心式压缩机的喘振原因以及如何防止喘振的发生及对喘振问题该如何控制进行探讨。
关键词：离心式压缩机,喘振,控制,预防
参考文献
[1]唐宇, 石成江, 吴华远.离心压缩机喘振原因分析及控制措施[J].当代化工, 2012 (09) .
[2]兰海峰.离心式压缩机运转失效分析[J].科技风, 2008 (07) .
离心压缩机气体激振成因及控制 篇7
关键词：离心压缩机,气体,激振,成因,控制
1 离心压缩机的介绍
压缩机是用于压缩气体来提高气体的压力或者输送气体的机器, 大多应用于化工企业各部门, 压缩机的种类很多, 有的用途相同, 但是工作原理和结构类型确是不同的, 而气体的压力是由单位时间内气体分子撞击单位面积的次数与强烈程度来决定的。所以要提高气体压力的方法就是增加单位容积内气体的分子数目这种方式叫做容积式压缩机。而利用惯性, 通过气流的断加速、减速来相互挤压, 来减小分子之间的距离, 以提高气体的压力的方式, 而离心压缩机的工作原理就是以这种方式进行的。
离心式压缩机的主要参数是流量、压缩比、有效功率、轴功率、转速、效率, 离心式压缩机零件有很多, 根据零件的作用组成各个部件, 在离心式压缩机中可以转动的零部件叫做转子, 不能转动的零部件叫做静子, 转子在离心压缩机中十分的重要。离心式压缩机的用途十分的广泛, 主要是因为比较经济实用、气体的流动是连续进行的、气体流量要比容积型压缩机要大很多。离心式压缩机主要用在小功率的燃气轮机、内燃机增压和动力风源等方面。离心式压缩机的主要特点是结构简单, 易损件比较少, 运转性能比较可靠, 转速很高, 生产能力比较大, 而且自身的体积比较小, 操作简单, 可以减少操作人员, 降低企业成本, 而且供气比较均匀, 气体不与油类相接处, 有利于化学反应。由于离心式压缩机大多采用蒸汽轮机进行驱动, 有利于工厂对余热的使用, 大大降低了能源的浪费。
2 离心压缩机气体激振成因
离心压缩机是化工企业的关键设备, 具有很重要的地位, 如果离心压缩机出现故障, 就会造成很大的经济损失, 所以在离心压缩机出现故障时, 应快速查明故障原因并解决故障问题, 在离心压缩机的各种故障中, 最为常见的也是对离心压缩机影响最大的故障就是振动问题, 振动是造成设备部件损坏和寿命降低的主要原因, 产生振动的因素有很多种, 只有找出各种振动特点并加以防护, 才能降低离心压缩机的激振问题。
气体激振问题是影响离心压缩机的重要因素, 对于离心压缩机, 气体激振产生的位置主要在压缩机各级间、段间密封处, 由于平衡盘两侧的压力差是最大的, 所以平衡盘密封处产生的气体激振非常明显。离心压缩机气体激振力主要是由于在加工、安装、运转时轴的涡动、弓形回转等问题使得密封间隙不均匀, 气密性不好, 就会产生一个单向的作用力F, 对这个力进行分解, 可分为Fy和Fx两种力, Fx力会使转子产生横向移动, 并具有破坏转子稳定性的作用, 所以转子与密封间的气固耦合会产生很多的激振效应。
引起气体激振情况的因素可能是高速旋转的转子与定子之间的间隙很小, 由于转子与密封的间隙比较小, 压力径向分布不均匀产生气体的激振情况, 如果转子出现偏心情况时, 转子与密封之间就会产生轴承摩擦效应, 当介质的密度很小时, 转子中心产生的力会影响转子的稳定性, 使离心压缩机出现异常振动情况。由于气流在进入密封腔后的动能不能完全的消耗掉, 在密封腔内还会以一定的速度沿着轴向流动, 还会以很高的圆周速度围绕转子转动, 形成了螺旋形流动方式离心压缩机密封大多使用梳齿密封的方式, 表面不是十分的光滑, 所以转子和密封之间的气流惯性很大, 气流惯性效应会产生一个力, 使其平行于偏心距, 形成一个负刚度, 对转子的转动稳定性是十分不利的。一定量的气体从密封齿的一点进入其中, 由于惯性效应气体不会从同一平面上的另一个密封齿处流出, 而是会形成一个旋转的角度, 这种效应称之为螺旋形气流效应。当气体的泄漏量不均匀或轴出现偏心的时候, 会导致作用在叶轮圆周方向的切向力不均匀, 使得转子四周形成分布不均匀的激振力, 当负载增加到一定程度时, 转子会失去自身的稳定性。
3 离心压缩机气体激振的特征
离心压缩机气体激振的重要参数就是负荷, 在一定的转速和出口压力时, 就和产生负荷, 降低转速比降低出口压力来减小负荷的能力更为明显, 但是离心压缩机具有自激振动现象, 不会给降低负荷的机会就会出现停车现象, 虽然接近激振点时, 激振波动十分的频繁, 但是由于波动值很小, 不会被注意。当激振频率等于或高于转子的临界频率时, 会出现很不稳定的情况, 在激振发生前能量是很小的, 在激振发生时的频率会瞬间的变大。介质分子量过大的离心压缩机最容易出现气体激振现象。
4 离心压缩机气体激振的控制方法
为了可以避免气体激振的现象发生, 最重要的的是从压缩机的设计方面考虑, 从设计时就根据相关的技术手段来控制激振现象的发生, 该可以利用转子的动力学模型对转子的对数衰减率进行分析, 通过对数衰减率的计算可以设计出稳定的压缩机, 避免了压缩机的激振现象, 当对数衰减率为正值时表示压缩机内的转子是很稳定的, 当对数衰减率为零时表示压缩机处于稳定与不稳定的临界值, 当对数衰减率为负数的时候转子的运动是不稳定的, 就会产生激振现象。
可以通过提高转子的临界转速来降低离心压缩机的气体激振现象, 当转子长度直径相比时大于十时, 转子失相对比较稳定的, 而提高转子的刚度的方法是使主轴变粗一些, 但是对主轴的变粗量要有相应的控制, 英文主轴变粗会使离心压缩机的工作效率降低, 所以在离心压缩机设计时设计者应根据实际情况进行分析和处理。还可以通过对密封结构的更改, 来降低密封两端的压力差, 这也是在处理气体激振问题的主要方法, 可以用蜂窝密封来代替梳齿密封, 也可以对平衡盘密封增加反预旋处理, 具体方法就是在平衡盘密封处进行钻孔, 引入高压气体用以抵消平衡盘密封内部气流的作用。
对两段及很多段的压缩机提高负荷的时候, 要保证各段压力比符合设计时的数值, 以防止压力比例分布不均导致轴向窜动过大。也可以适当的增加密封径向间隙来降低气体激振现象。可以改变润滑油温度、压力、粘度来控制气体激振, 还可以增大轴承的负载消除气体激振。
人们在利用离心压缩机时, 就应该了解离心压缩机常出现的问题及正常的维修手段, 研究压缩机气体激振产生的机理、识别方法、消除与控制方法, 我国对这些方面的研究已经有很大的成果, 但是我们还要更加的努力来完善离心压缩机的使用, 为我国的科技发展奠定坚实的基础。
参考文献
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