催化主风机（共7篇）
催化主风机 篇1
0 引言
中国石化武汉分公司催化裂化装置两机系统由主风机和富气压缩机组成。其中主风机为三台离心式压缩机,1#机组为电机拖动,2#机组为烟气轮机拖动,3#机组为蒸汽透平驱动,控制系统为TRICONEX公司的TS3000系统,由此实现所有机组的调速控制、防喘振控制、状态监测以及机组ESD紧急停车系统。
1 防喘振系统配置及其原理
TS3000系统是TRICONEX公司的ITCC(透平-压缩机综合控制系统)系统,实现机组控制和状态监测。主控制器为Tricon控制器,该系统为TMR三重化冗余模件。每一个I/O模件内都包容有三个独立的分电路,输入模件上的每一分电路读取过程数据并将这些信息传送给相应的主处理器。三个主处理器通过一个专用的Tri Bus高速总线系统通讯。三重化冗余保证了设备的容错能力,并且能在原部件出现硬件故障或者来自内、外部瞬态故障的情况下提供完好的不间断控制,因此系统具有很高的可靠性和稳定性。TMR三冗余原理如图1所示:
1.1 TRICON系统的特点
该系统是一种具有高容错能力的可编程控制器及过程控制技术。系统由三个完全相同的系统通道组成(电源模件除外,该模件是双重冗余的)。每个系统通道独立地执行控制程序,并与其它两个通道并行工作。硬件表决机制则对所有来自现场的数字式输入和输出进行表决和诊断。模拟输入则进行取中值的处理。因为每一个分电路都是和其它两个隔离的,任一分电路内的任何一个故障都不会传递给其它两个分电路。对于各个分电路、各模件和各功能电路的诊断工作能够及时地探查到运行中的故障,并进行指示或报警。诊断还可以把有关故障的信息存储在系统变量内。在发现有故障时,操作员可以利用诊断信息以修改控制动作,或者指导其维护过程。因为此三重系统工作起来和一个控制系统一样。用户将传感器或执行机构连接到一路接线端上,并且应用一组逻辑为Tricon编程。其余的事都由Tricon自行管理。维修工作,包括拆卸和更换有分电路故障的故障模件都可以在线情况下进行,而不中断过程控制。(在有热备卡件的情况下,并确认热备卡件处于工作状态,方可进行)。
1.2 系统软件组成
系统编程软件Tristation1131,利用功能块FBD语言编写程序。通过编制相应的程序完成模拟量处理运算、顺序控制逻辑、控制算法等任务。上位监控软件为INTOUCH,实现现场采集的数据的显示、监控功能,实现对现场执行机构的操作。1131通过DDE(Dynamic Data Exchange)程序,实现与上位监控软件的数据连接。
2 压缩机防喘振控制方案
由于离心压缩机本身固有的特性,当压缩机的入口流量小于某一流量Qmin时,压缩机气体流量和排气压力发生周期性地低频率、大振幅地波动,引起机器的强烈振动,这种现象即压缩机的喘振。伴随喘振而来的是压缩机振动剧烈上升并伴有巨大异常响声,如果不能有效采取控制措施会对压缩机造成严重的损伤。压缩机喘振除和压缩机本身特性有关外还与压缩机管网特性有一定关系。喘振工况的发生非常迅速,因而需要精确、快速的控制算法才能实现有效的控制。
2.1 防喘振控制几种方法
防止压缩机喘振采取的方法称为防喘振控制。在给定的入口温度和压力下,通过试验可得到压缩机流量与压比以及流量与效率的关系,进而可绘出压缩机的性能曲线。目前现场工业应用一般采用两种防喘振控制方法,就是固定极限流量法与可变极限流量法。都是通过先确定压缩机的喘振点,当压缩机运行至喘振点时打开回流阀或者放空阀增大压缩机入口流量减小,压缩机出口压力,消除喘振。这里讨论催化主风机的控制,由于风机不存在物料回收利用、节能问题,因此,防喘振控制不采用压缩机出口回流入口的方式,而是采用防喘振阀直接放空的方式进行防喘振控制。
固定极限流量法是压缩机的流量始终保持大于最大转速下喘振点的流量值Q极,当流量小于Q极时,防喘振阀门打开。但是它在转速降低,压缩机处于低负荷运行时,极限流量的裕量过大会造成能量浪费大,优点是实现简单,目前实际应用中已很少用到。可变极限流量法,压缩机的负荷随着转速的变化而发生变化,在不同转速下,喘振流量为不同值。防喘振控制方程为:
为了防止喘振的发生,必须使
根据体积流量与入口孔板差压的关系可以得出:
式中:Ps为压缩机入口压力(绝压);Pd为压缩机出口压力(绝压);Ts为压缩机入口压力;a、b压缩机性能相关参数,k为气体绝热指数;hs为压缩机入口流量差压值;QV为压缩机入口流量;K为压缩机入口测量装置流量系数;ρs为压缩机入口气体密度。
2.2 通用性能曲线控制法
通用性能曲线控制法原理(略)。
3 TS3000防喘振控制分析
随着技术的不断进步各种工业控制器也得到了迅速的发展,具备了更强大的数据处理能力和更加丰富的功能。使得比较复杂的控制理论能够转化为实际工程方案。大量优秀的PLC、DCS的出现使防喘振控制的实现更加简单、精确适用。TRICONEX的TS3000系统压缩机防喘振控制,采用专用的控制功能模块,用于压缩机喘振曲线的绘制,压缩机操作点的计算、压缩机安全裕度的计算与调整。控制器根据压缩机入口流量、入口压力、出口压力三参数动态防喘振控制算法进行压缩机防喘振控制,这种方法不会因进气的温度,压力,分子量等的变化而对喘振控制产生影响。
3.1 喘振点的确定和喘振线的绘制
TS3000系统利用TRICON防喘振扩展函数功能模块库SGB400中的功能块来完成主风机的防喘振控制。先利用HC_1_02流量计算模块计算流量测量装置位于压缩机入口的压缩机操作点。其要满足如下等式:
这里H_pct为以百分数表示的孔板入口差压,Pfob为孔板设计基本压力,Ps为压缩机入口压力,Ps_abs_cor测量压力转化为绝对压力的修正值,Psb为压缩机设计基准压力(绝压)。利用该模块只要将各个具体参数引入功能块的输入端即可以计算出压缩机的实际操作点。SRG_LINE功能块,这个功能块用于确定基于压力比(出口与入口绝对压力之比)的喘振点,根据压比和不同的喘振流量点组成的五段线确定压缩机的喘振线。如图3所示:
Hc功能块计算出的实际工作点与SRG_LINE功能块处理输出的喘振点相乘得出当前工作点的裕度,喘振点与速度控制器设定的HOVER值相加即得出盘旋点。程序如图4所示:
REACAL02功能块用于当喘振发生时重新调整安全裕度,SAFETY_MAR功能块用于计算操作安全裕度,调整后的安全裕度与操作安全裕度相加即可以得到整个安全裕度,由此可以画出喘振控制线和调整后的喘振控制线。
3.2 防喘振控制
防喘振控制程序框图如图5所示。主要由如下几个功能块构成:PID_SRG2功能块为喘振PID控制器,控制器为反作用方式,其设定值是速度控制器设定的盘旋(HOVER)值,测量值是压缩机当前工作点的裕度,比例和积分项分别以两个ADPTV_TN1_02自适应调整模块作为输入,通过该模块适时对比例和积分系数进行调整,使控制更加及时有效。喘振PID控制器的输出作为阀位选择程序的一个输入,实现下面的阀位选择输出功能。
阀位选择程序流程如图6所示,主要实现以下几种功能:阀位高选功能,即手动给定值和自动给定值比较,程序选择高信号作为输出,确保防喘振阀在较大开度,防止喘振的发生;比例功能,系统中有一个独立的比例项,自动方式下与PID控制高选输出,它可强制防喘振阀打开,其作用与常规PI调节器之间相互独立,当操作点工作在喘振控制线左侧时,比例项在喘振控制线左侧的某一设定区域内开始打开防喘振阀。本系统设置为0.7(即喘振线与防喘振线之间距离为0~100%,当工作点距离喘振线70%时防喘振阀开始打开,当工作点到喘振线时比例输出为100%,防喘振阀全开);快开慢关功能,设定最大开阀速率75%,最大关阀速率2%,确保喘振发生时防喘振阀迅速打开,慢关特性用于防止阀门关闭过快过大引起压缩机喘振。同时该功能程序还实现有喘振PID输出标志、喘振越过喘振线输出标志、喘振比例项输出标志、手动输出标志状态,这些标志状态在上位机显示,可以使操作人员及时发现防喘振控制的运行情况。
同时还利用两个SEL选择模块,实现如下功能:当主风机联锁发生跳车时,选择模块选择输出100%使主风机防喘振阀全开,主风机放空阀打开,减小主风机出口压力,消除喘振;再通过一个SEL选择模块实现防喘振阀的手动测试功能,一般在主风机正常运行期间该功能是不能投用的,只有在停车期间通过手动测试阀的性能。
图5防喘振PID控制程序
4 结束语
本项目以TS3000为基本控制单元,采用Tricon控制器,实现催化两机调速控制、状态监测、机组防喘振控制以及机组设备控制和整个催化主风机和富气压缩机组ESD功能。有良好的可靠性,可避免由于系统单点故障引起的停机,丰富的功能模块,可实现复杂算法和具有强大的控制功能。机组各部分采用同一系统有很好的协调性,优良的操作界面,同时可以和DCS通讯,实现数据的共享。单对机组防喘振控制而言,能够很好的预测喘振的发生,适时的调整喘振控制线和喘振操作点,当喘振发生时通过程序及时采取措施使防喘振阀动作,可有效的避免机组喘振的发生,防止机组在恶劣工况下运行。该系统运行至今机组未发生过非计划非人为停工,运行状况良好。操作和维护简单,有很好的可靠性,取得了很好的经济效益,机组长期安全稳定运行的保证。
参考文献
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矿井主通风机的选型设计 篇2
关键词：主通风机,变频控制,节能,选型,防爆电机
目前国内大型矿井在主通风机选型时, 为考虑通风安全, 风量、负压等数值选取偏大, 造成风机能力过大, 往往形成“大马拉小车”情况。在满足安全生产的情况下, 对主通风机进行合理的选型, 不但会为煤矿带来明显的经济效益, 也可减排噪声污染, 具有十分重要的意义。
1 概况
唐家会矿井设计生产能力6.00Mt/a, 矿井为瓦斯矿井, 各煤层瓦斯含量均较低。采用中央并列式通风系统, 抽出式通风方式, 主斜井、副立井进风, 回风立井回风。
矿井于2010年11月开工, 预计2013年投产。前期井下共布置一个综采工作面, 1个综放工作面, 4个综掘工作面, 2个岩巷掘进工作面;困难时期时, 井下共布置2个综放工作面, 6个综掘工作面, 3个岩巷掘进工作面。根据风量及负压计算得:前期矿井需风量为252m3/s, 负压为631.43Pa;后期矿井需风量为280m3/s, 负压为2588.81Pa。
2 通风设备方案比较
由于矿井施工速度快, 建设周期短, 在三井贯通后主通风机即投入使用, 在初期矿井需风量及负压较小情况下, 要求主通风机各工况点达到最佳, 且主通风机房施工及主通风机安装必须短期内完成, 综合以上因素, 最终优选了3种方案, 具体如下:
方案一:选用FBCDZ型矿用防爆对旋轴流式通风机, 属于国内90年代中期开发的产品, 已经在国内矿井得到大量的应用, 其两级叶轮既是工作轮又互为导叶, 反转反风, 反风量较大, 反风时间短;佩带风门、消音器、扩散筒, 安全简单、施工周期断, 维护工作小;不需要建风机房、可露天布置。但是由于通风机电动机安装在风机轮毂内, 需要装设防爆电动机。
方案二:选用的ANN型轴流式矿井通风机是Howden公司的产品, 采用C型轮毂比以往的N型轮毂强度高, 更安全可靠;风机技术性能先进、运行效率高、高效区域宽广。采用动叶可调的调节方式, 启动力矩小, 并可适时不停机调节叶片角度以适应风量负压要求;该风机采用反转反风, 反风时间短;结构设计合理, 主电机安装在进风侧, 传动轴较短, 便于安装、维护;产品佩戴集气箱、电动百叶风门、润滑油站、风压测定装置、消音器等、成套性强, 噪音小。但是该风机由于主要部件在国外生产, 备品配件价格比较高, 加工时间较长。
方案三:选用的GAF型轴流式矿井通风机是80年代全套引进TLT公司技术, 由上海鼓风机厂生产。采用停机一次性整体调节叶片角度方式, 反风量大;产品佩带消音器、箱式风门、轴承润滑站、喘振报警装置、通风测定装置等, 成套性强。但由于主电机安装在出风侧, 同时扩散塔较高, 为避免基础的不均匀下沉, 基础处理难且工程量大;占地面积较大, 安装调试复杂, 施工周期长, 装置设备多、维护量稍大。反风时需要调节叶片角度, 操作时间长。
通过以上3种方案比较, 决定选用方案一FBCDZ型矿用防爆对旋轴流式通风机。
3 选型计算
1) 经计算前期风机风量为277.2m3/s, 负压为831.43Pa;后期风量为308m3/s, 负压为2788.81Pa。矿井初期生产时, 不采用临时主通风机, 而是直接采用永久主通风机, 由于初期矿井需风量、负压较小, 与矿井通风容易时期风量、负压相差较大, 决定采用单机变频方式来达到运行的最佳工况, 变频后工矿点及风机曲线见下图。
FBCDZNo.36主通风机单级变频运行性能曲线FBCDZNo.36主通FBCDZ-10-№36型主通风机, 单级变频运行曲线。
经验算, 在风机运行初期如果不使用变频装置, 则风机能耗大于国家发展改革委、国家环保总局《关于印发煤炭工业节能减排工作意见的通知》发改能源[2007]1456号文件中关于“主通风机电耗, 轴流式应低于0.44千瓦/·百万立方米帕”的要求。并且风机运行前期工矿点效率过低。为提高风机工作效率, 在矿井生产初期及通风前后期, 风机均采用变频运行, 能达到最佳工况点。
4 选型结果
通风机:FBCDZ-10-№36型防爆对旋轴流风机2台, 1台工作、1台备用。
电动机:矿井移交生产时期配南阳防爆电机厂生产的YB系列10极电机, 功率2×280kW, 电压10kV, 移交生产时期电机单机运行, 并配变频装置一套;运行前期配YB系列10极电机, 功率2×280kW, 电压10kV;运行后期配YB系列10极电机, 功率2×710kW, 电压10kV, 风机运行前、后期更换电机。
根据以上参数, 选用的FBCDZ-10-№36型对旋防爆轴流风机, 它具有高效、节能、低噪声, 节约基建投资和反风速度快的特点。该风机噪声小, 可不设消音器, 并可反转返风, 风门选用2台电动蝶式风门, 功率11kW, 电压380V。
5 结论
在主通风机选型上, 一是必须根据矿井生产实际, 准确计算出矿井前后期需风量及负压变化情况, 在此基础上, 进行主通风机合理选择;
二是合理选用配套电机, 防止前期大马拉小车和后期小马拉大车现象;
三是瓦斯含量较低的矿井中, 选用FBCDZ系列防爆对旋轴流风机, 不需建造扩散塔, 施工周期短, 资金投入小, 采用变频控制系统后更是具有节能降耗的重要优点。
参考文献
煤矿主通风机噪声控制对策 篇3
1 风机噪声产生机理
风机在一定工况下运转时, 产生的噪声, 主要包括空气动力性噪声和机械性噪声两大部分, 其中空气动力性噪声是风机的主要噪声, 它分成旋转噪声和涡流噪声。旋转噪声是由旋转的叶片周期地打击空气质点引起空气的压力脉动所产生的。其频率就是叶片每秒钟打击空气质点的次数, 因此它与叶片数和转速有关。旋转噪声的强度大致与圆周速度的5~6次方成比例。涡流噪声是风机旋转时, 高速气流在叶片界面和叶顶间隙处分离时产生的涡流分离使气体产生的压缩和稀疏, 以声波的形式传播所形成的。
其频率取决于叶片与气流的相对速度。因叶片各截面上的圆周速度随半径大小而变化, 气流绕过叶片时各点相对速度必然亦不一样, 同时叶片各点厚度也不同。故从圆心到最大半径速度呈连续变化。因此风扇旋转所产生的涡流噪声呈明显的连续谱。风机的气动噪声就是旋转噪声与涡流噪声相互叠加的结果。风机的机械噪声主要有机壳辐射噪声和驱动电机的电磁声。要对风机的噪声进行有效控制, 首先应控制其噪声源, 然而, 对于噪声高达110d B (A) 以上的煤矿主通风机, 要使风机出风口噪声有大幅度的降低, 通过优化风机结构控制噪声源, 从而达到大的降噪效果是很难实现的。因此必须考虑从传播路径上来控制噪声。由于煤矿主通风机的噪声的辐射部位主要是出气口和机壳。因此, 在传播路径上对风机实施噪声控制时, 应同时考虑出气口和机壳的辐射噪声。
2 传播路径上风机噪声控制的方法
其一, 在风机出气口管道上安装消声器。在风机噪声中, 进、出气口辐射的空气动力性噪声强度最大, 所以, 首先应将这部分噪声降下来。在局扇进、出气口安装消声器是抑制其噪声的最有效措施。由于煤矿主风机在使用时为抽出式通风, 噪声的主要辐射部位在风机的出口, 所以一般在出气口安装各类消声器。目前应用的消声器种类繁多, 主要有:阻性消声器、抗性消声器、微穿孔板消声器和复合式消声器。各类消声器在消声降噪上的特性和对风机气动特性的影响是各个不相同的。目前对煤矿主风机实施降噪时, 通常采用阻性消声器, 阻性消声器主要吸收中高频噪声, 而且降噪效果好。如可以在风机出口扩散弯道上设置消声导流片, 消声导流片内部充满了吸声材料, 具有较好的吸声效果, 同时, 由于消声导流片一般设置在水平风道与扩散塔的转弯处, 可以减少出口气流与扩散塔冲击造成的动压损失, 提高风机工作效率。与气流平行布置的消声导流片数量应适当, 一般不能使风道的通流面积减少过多, 否则会降低风机工作效率。另外, 还可以在水平风道 (离风机出口2m外) 内布置吸声砖, 吸声砖沿风道布置长度一般为3~4m, 为保证通流面积, 应适当增大水平风道的截面积。
其二, 风机机组加装隔声罩。煤矿主风机机壳、电动机、基础振动等部位辐射的噪声也是主要噪声源, 需要采取综合治理措施, 最常用也是最有效的措施是加装风机机组隔声罩。采用加装隔声罩措施就是将整个风机机组用密闭的隔声罩围包起来。隔声是利用隔声结构将噪声隔挡, 减弱噪声的传递。隔声罩是按隔声原理设制的, 它由隔声层阻尼村料、吸声层和护面层组成。这样使隔声罩具有隔声和吸声双重降噪效果, 可大大提高减噪效果。风机加装隔声罩, 主要的困难在于解决机组的温升和冷却问题。风机机组加装隔声罩后, 风机运转和电动机所散发的热量积蓄在罩内, 使温度升高。这对电动机的运行极为不利, 过高的温度会降低电机的绝缘性能和工作效率, 严重时甚至烧毁电机。目前国内外采取的冷却措施均以风冷方法为最普遍。在风机机壳表面涂阻尼材料也有利减振降噪, 阻尼材料具有损耗振动机械能的能力, 将阻尼材料喷刷在机壳表面作成自由层, 当结构发生振动辐射噪声时阻尼层发生变形, 依靠阻尼材料的内摩擦耗能, 将机械能转化为热能, 消散于周围环境中, 可达到降噪目的。
其三, 采取改造风机房的综合治理措施。如果有专门的风机机房, 则可结合现场情况采取将风机房改造成隔声间的降噪方法, 即把风机机组封闭在风机房内使其噪声传不出去, 这样机房内的噪声虽大, 但外界噪声则小多了。密封的风机房上要安装进气口消声器, 以供风机吸气和电动机、机壳等散热之需要。在冷却风机出气管路上也可再装一个消声器以减弱风机出气噪声。若要降低隔声间内的噪声, 可在房间内表面采取吸气处理或悬挂消声体;对风机机壳和输气管采取阻尼措施, 涂贴包裹吸声材料;为隔绝风机基础振动, 减弱固体声的传递, 可在风机下安装减振器或设计专门的隔振基础。许多实例证明, 采取改造风机房的噪声综合治理措施, 结果是令人满意的。
3 结论
三圆法现场平衡烧结主抽风机叶轮 篇4
一、三圆法原理
现场动平衡方法有三圆法、对称重量法、测相法等。三圆法是在平衡测试中, 把一定质量的试重块, 分别加在转子同一圆周平面三等分点上, 测得转子不平衡量的大小, 以此做三个圆, 并汇交于一点, 以确定不平衡量的轻点位置和大小。
转子在某确定转速运行下, 测得其原始振动量R0, 之后将一定质量的试重块 (M) 分别贴在转子1、2、3点上试调, 测得新的不平衡量分别为R1、R2、R3。按一定绘图比例, 将R0、R1、R2、R3画出三圆汇交图。根据汇交图与转子的对应关系就可以找到转子轻点的方位。
三圆法现场平衡具体操作步骤: (1) 将待平衡刚性转子选好修正平面, 并在此平面的同一圆周上取三等分点, 等分点用A、B、C表示, 圆心用O表示, 夹角都为120° (图1) , 以A点作为基准方位。假如转子原有平衡量为G, 也称残余不平衡量, 它的大小和方位是不可知的。 (2) 转子在某确定转速运行下, 测得其原始振动量R0, 单位为mm/s。 (3) 加试重块, 质量为Q, 单位为g。 (4) 将试重块M分别放在A、B、C三点上, 三次在同一确定转速下, 开机运转测得振动值分别为:A点振动值R1、B点振动值R2、C点振动值R3, 单位为mm/s。 (5) 用相同比例做振动向量图, 以初始机器运转时基圆R0为半径画圆, 在R0圆上等分三点, 编号用A、B、C表示, 见图2。以A点为圆心, 以R1为半径画圆;以B点为圆心, 以R2为半径画圆;以C点为圆心, 以R3为半径画圆。在图2中, 圆R1和圆R2交于a点, 圆R1和圆R3交于b点, 圆R2和圆R3交于c点, 连接abc三点, 并做△abc外接圆, 圆心为M, 连接圆心OM, 测量OM的长度和∠BOM。 (6) 转子原有平衡质量的计算和位置的确定。平衡质量由G=QR0/OM确定, 单位为g。平衡位置在转子上, 从A点向B点移动的角度为∠BOM。 (7) 由图可知, M点的位置分三种情况:如果M点位于基圆R0外侧, 即OM>R0, 说明试重块Q大于平衡质量G;如果M点位于基圆R0上, 即OM=R0, 说明试重块Q与平衡质量G相等;如果M点位于基圆R0内侧, 即OM
三圆法现场动平衡使用仪器有天平、绘图工具、测振笔 (仪) 、直尺、卷尺、角量器。
二、三圆法现场动平衡的应用
72m3步进式烧结机的主抽风机型号为SJ8000, 风量8 000m3/h, 转速1 490r/min, 配套电机功率3 150kW, 叶轮直径φ2 700mm, 叶轮与轴的质量约为6.5t。
2009年4月, 烧结主抽风机在运行过程中, 风机发出一声巨响后强烈振动, 停机后检查, 发现风机叶轮的后盘掉下一块160mm×150mm马蹄形钢板。处理方法是将此钢板校平, 磨斜口, 在原位置焊接上, 并在叶轮前后盘外缘周, 焊接一圈宽度100mm、厚度12mm的16Mn环形钢板作为补强。因此对叶轮重新做动平衡, 采用的是三圆法现场动平衡。
烧结主抽风机的叶轮有10个叶片, 每相邻两个叶片夹角为36°。在叶轮上均分三点的方法是以叶轮某一片为第一点, 向右和向左分别转3.3片, 即为第二点和第三点。
选择叶轮后盘作为测试平面, 均分三点后, 启动主抽风机, 测得后盘侧风机瓦座水平、垂直、轴向振动值R0 (见表1) 。停机, 将预先准备好的180g试重块Q, 点焊在风机叶轮第一点上再开机, 测得瓦座新的水平、垂直、轴向振动值R1, 将试重块Q自1点位置取下, 分别点焊在风机叶轮第二点、第三点, 启动风机, 分别测得振动值为R2、R3, 如表1所示。
mm
平衡量G和方向的确定。由表1可见, 风机叶轮水平振动值大于垂直和轴向振动值。选取水平振动值为依据, 按一定绘图比例, 三圆交汇区中心点M即为平衡量的轻点方向, 测量长度OM=16mm, ∠BOM=99°, 平衡量G大小由G=QR0/OM确定, 其中, G为不平衡量, Q为试重块质量, R0为初振动值, OM为轻点位置长度。不平衡量G=180×46/16=517.5g。
由于考虑烧结主抽风机叶轮直径大、质量高, 加之风机振动比较严重, 为防止加配重后, 振动过大而损坏风机瓦座, 配重块质量适当减小, 按计算质量的三分之二选取, 即345g, 配重块焊接在叶轮的轻点方向后, 启动风机测得风机的振动由原来4.6mm/s降至为1.2mm/s, 风机运行平稳。
煤矿主扇风机在线监测系统的应用 篇5
关键词：煤矿,通风机,在线监测,风量
0 引言
通风机的作用就是不断地向井下各个作业地点提供足够数量的新鲜空气, 稀释并排出各种有害、有毒及含有放射性物质的气体和粉尘, 调节井下空气的温度和湿度, 给井下工作人员创造一个良好的工作环境。因此, 通风机的正常运行对于保证矿井安全生产起着重要的作用。
目前, 各煤矿通风机的性能监测多采用传统手工测量方法测量气体压力、温度和流量等参数, 不仅精度低、速度慢、可靠性差、耗费人力、测量结果易受人为因素影响, 而且缺少诸如风量、风机振动等参数, 不能为通风机隐性故障提供可靠的依据。
随着现代科学技术的发展, 利用计算机实现对通风机的智能化管理为设备的运行带来众多的优点, 通风机实时在线监测系统在我国煤炭行业的应用正处于起步阶段。鉴于此, 本文介绍一种煤矿主扇风机在线监测系统在邯郸矿业集团云驾岭煤矿的应用情况。
1 系统关键技术及主要技术指标
煤矿主扇风机在线监测系统主要监测通风机的风机轴承温度、电动机轴承温度、定子温度、排气温度、减速箱轴承温度、润滑油温度、冷却水温度、油压、水压、通风机电动机的电压、电流、有功功率及功率因数、轴承座X、Y振动方向、静压、风量等。
该系统的关键技术是对风量的准确测量。由于在巷道内气体存在较大的湿度和灰尘, 且巷道截面上的各点存在风速不均等不利条件, 为风量的测量造成了很大难度。本系统采用静压差法测量和监测主扇风机的风量, 为避免风速不均的情况, 采用多点均压方法取气体的静压。
主要技术指标:
(1) 温度测量范围为-50～200 ℃ , 测量误差为±0.5%;
(2) 压力测量范围为0～1 MPa , 测量误差为±0.5%;
(3) 振动测量范围为0～1 000 μm, 测量误差小于<1%;
(4) 变送器输出电流为4～20 mA;
(5) 环境温度为-5～50 ℃;
(6) 相对湿度低于95%;
(7) 测量模块工作电压为DC 24 V;
(8) 工控机工作电源为AC 170～250 V;
(9) 传输介质为光纤及双绞线 (RS485网络) 。
2 系统主要优点
(1) 可快速、准确地测量温度、压力、流量、振动、电压、电流、功率、电量、运转效率等运行参数, 对运行参数进行监测、分析、处理, 发现异常情况及时报警提示, 防止重大安全事故的发生。
(2) 以动态图形、数字显示、趋势曲线、报表等多种形式显示现场运行数据和状态, 并自动存入数据库长期保存, 可及时发现故障隐患, 防患于未然。
(3) 可自动记录运行数据, 保证了数据的真实性、有效性, 降低了人为因素造成的影响, 且大大减轻了工人的劳动负担。
(4) 采用工业级计算机、模块化智能数据采集装置和可编程控制器, 可在恶劣的环境中稳定可靠地不间断运行, 并且可同时监控多台风机或其它设备, 具有一定的高效性。
(5) 具有强大的联网功能, 可实现数据、图象、语音等信息的共享。
3 系统主要功能
(1) 现场实时数据的显示和设备工艺状态的动态图形显示功能:
实时数据以数字、趋势曲线、模拟仪表等多种形式显示, 如:风门所处位置、风流方向等。
(2) 实时报警和历史报警功能:
当运行参数超出设定范围时, 以声 (蜂鸣器) 、光 (红色指示灯) 和计算机屏幕提示的形式发出报警信息, 并且自动记录报警发生的时刻。
(3) 历史数据的存储和查询功能:
系统每隔60 s对所有模拟量参数进行1次存档, 存入DB历史数据库中, 存储时间为1年, 可通过历史趋势功能查阅历史数据库中任一记录点的数据。
(4) 自动报表功能:
记录各参数每小时整点运行数据, 每天自动形成日报表并自动存储, 可随时查阅1年内任何一天的运行数据, 代替人工抄录, 提供真实有效的运行数据。
(5) 打印功能:
可将报警信息记录和报表自动或手动打印输出。
(6) 数据转存功能:
用户可利用U盘通过计算机USB口将数据报表转存拷贝, 并可选择存储路径、报表时间范围、数据记录间隔等功能, 数据文件为excel格式文件, 非常方便用户分析整理。
(7) 联网功能:
具有可靠的网络接口, 方便与其它计算机以及集团公司局域网连接, 用户通过IE浏览器可直接访问现场计算机, 如查看流程图界面、分析实时/历史趋势、浏览生产报表、查看现场设备的视频图象、实现两地语音通话等, 实现数据信息的共享功能。
(8) 在线信息系统:
可在线查看系统操作维护使用说明书, 也可帮助用户录入各种管理信息, 如安全操作规程、管理制度、设备档案资料等。
4 系统应用实例
该煤矿主扇风机在线监测系统已成功应用于邯郸矿业集团云驾岭煤矿, 以下主要介绍该系统的操作步骤。
(1) 进入系统主界面
启动计算机, 登录、选择所要运行的程序, 进入煤矿主扇风机在线监测系统主界面, 如图1所示。
主界面显示设备的运行状态以及1#风机的电参数、振动参数、温度参数、风压参数和风量参数等。点击数据框可浏览参数的实时变化趋势, 实时趋势的时间轴长度为60 s。
(2) 查看实时变化曲线、历史曲线和性能曲线
点击主界面上的运行参数, 弹出相应的实时变化曲线窗口, 如图2所示。
选择历史数据曲线, 双击趋势框, 将弹出历史趋势设置画面, 如图3～5所示。可以选择需要查询的开始时间和结束时间以及时间轴 (横轴) 范围, 并且可以调整数据轴 (纵轴) 的数据范围, 鼠标拖动游标可了解具体某一点的详细数据。
(3) 查看设备运行日报表
设备运行日报表具有查询、打印、导出等多种实用功能, 导出报表将历史数据以excel报表格式拷贝输出, 便于用户整理和编辑数据, 如图6所示。
(4) 查看实时报警信息和历史报警
当系统正常运行时, 实时报警窗口内没有报警信息, 如果系统发生参数报警, 主界面的右上方将出现一个闪烁的红色报警灯, 同时信号采集柜里上方红色报警指示灯发出报警信号提示操作人员, 并且主界面相应的报警参数显示变为红色且闪动。操作人员可查看实时报警窗口内出现的红色报警信息条, 了解具体的报警内容。
点击实时报警窗的“确认”按钮, 实时报警记录窗口内报警信息将改变为绿色, 音箱发出的报警声消失, 采集柜上的报警指示灯熄灭, 表示对报警已确认, 直到报警消失, 主界面的红色报警灯才隐藏, 报警消失后信息将自动存储在下方的历史报警信息框里。历史报警信息详细记录着报警参数名称、发生时刻、确认时间、消失时间、报警内容、报警级别等信息, 如图7所示。
(5) 在线报警参数设置
在线报警参数设置主要完成各参数的报警限值 (上、下限) 的设定和修改, 为了保证重要参数不能被随意更改, 参数设定增加了权限限制功能, 即只有以合法身份登录后才能进入设置窗口, 如图8所示。
(6) 设备操作
该系统具有手动控制/集控功能。选择集控功能可在计算机上直接控制风机、油泵等设备的开停, 该控制设有安全操作权限和安全提示, 以防止误操作, 如图9、图10所示。
5 注意事项
(1) 监控计算机上不能随意拷贝其它文件, 以免传染计算机病毒。
(2) 注意保持计算机主机、显示器、打印机、UPS电源等设备的清洁, 防止灰尘过多而影响设备散热。
(3) 在计算机上控制操作设备时, 注意不要连续多次点击功能按钮, 要保留足够的执行时间, 特别是进行远程网络控制操作时。
(4) 不要轻易退出运行系统, 否则将影响退出运行这一时间范围内的数据采集和记录。
(5) 定期 (1～2个月) 清洗风压探头并卸放管路积水, 防止影响测量精度。如果风压探头使用时间过长, 腐蚀严重, 应及时更换。
6 结语
(1) 煤矿通风机运行正常与否, 直接关系到企业的生产安全和人身安全, 煤矿主扇风机在线监测系统可随时检测风量的变化、机械部件的磨损程度, 为通风机有计划的维护、检修提供了依据。
(2) 煤矿主扇风机在线监测系统可自动记录和提供运行数据报表及数据曲线, 无需人工抄录, 保证了数据的真实性。
矿用主通风机变频调速检测探索 篇6
关键词：变频调速,通风机,检验检测
一、概述
(一) 研究背景。
据相关数据显示, 我国风机在用电方面的状况相对落后:矿山的特殊性决定了矿山主通风机要二十四小时运转, 主风机是矿山企业的主要用电大户而企业在设计选型时都以最大用风量乘以系数选型, 造成设备运行效率较低和较小负荷运转。风机在较小负荷运转要根据矿井的阻力变化对叶片角度进行调整, 由于调整叶片角度需要很高的专业技术, 给企业带来不便。采用变频调速既可以减少功率耗损又能很好地解决各种所需参数问题, 同时也给检测提供了便利。
(二) 依据和方案的确立。
依据国家AQ1011-2005煤矿在用主通风机系统安全检测检验规范。通风机检测是通过人为断路的方法调节主通风机叶片角度、频率、风门, 改变通风阻力、风量、负压, 从而得到风机在各种工况情况下的性能。从而达到风机的特特殊功能方面的要求, 促使风机运作效率实现最大化, 同时能够起到节能环保的作用。
潞安新疆煤化工 (集团) 有限公司砂墩子煤矿安装了两台轴流对旋式FBCDZ-10-N0.32主通风机进行检测对比。
二、风机检测
该风机是山西运城市安瑞节能风机有限公司制造, 叶片角度:+6°+3°0°-3°-6°-9°。2012年4月11~14日8人依据AQ1011-2005标准要求, 每台风机准备半天, 人工调整叶片角度检测1.5天共计4天每台检测6个角度。以下是50HZ角度0°与45HZ角度+6°数据, 见表1和表2, 图1和图2。
以上检测的0°与+6°大部分是重叠区。如果用调频检测2天, 完成以上工作, 节约一半时间和电力。
现在新疆的工业基础比其他省相对薄弱, 煤炭市场不景气, 80%煤矿企业停产或在基本建设, 就是生产企业负荷基本上是一采一掘的低负荷运转, 而且大部分在100~300米深处开采, 通风阻力都很小, 风机90%在很小阻力下运行。叶片调整:风机出厂以确定几个档位如无档位的需要专用卡具定位, 调整后很难将叶片调成一致, 很容易造成效率下降, 噪声加大。调整电机频率可以在风机出厂的中间档位进行无档位连续微调解决矿井阻力变化后所需要风量, 一般在23~35HZ就能满足矿上的用风, 根据阻力调整频率可以节约用电56%以上。当矿井通风系统复杂, 线路长, 井深通风阻力大时需要将叶片角度调到大角度位置, 再进行变频微调就可以满足矿井需要了。
三、结语
总而言之, 在潞安新疆煤化工 (集团) 有限公司砂墩子煤矿进行的调角度与调频检测中, 调频检测既节约了人力、时间, 又节约了电力, 并且能满足1011-2005检测标准要求。推广变频风机是适应了国家建设节约型社会的潮流, 又改进了检测检验的方法。
参考文献
[1]宋祥生.清镇煤矿主通风机性能测定及分析[J].价值工程, 2012
[2]唐惠龙.变频调速技术的应用[J].价值工程, 2012
煤矿主通风机控制系统PLC改造 篇7
煤矿主通风机的作用就是把地面新鲜空气送入井下, 供井下工人呼吸, 同时把有害气体从井下排出, 保证井下工人拥有良好的工作环境。因此, 在现代化矿井中称主通风机为“矿井之肺”。根据《煤矿安全规程》要求, 当运行风机发生故障时, 10 min内必须启动备用风机以保证井下矿工的生命和生产安全。龙煤股份鹤岗分公司新陆煤矿现用主扇风机为BDK-8-N02.8型, 电控系统为黑龙江省阿城继电器股份有限公司生产的GG-10-112型高压开关柜, 电控部分为继电器控制系统, 2005年安装投用至今, 现电器设备出现老化现象, 主通风机电控系统因为使用大量的继电器, 触点较多, 造成容易发生故障的点很多, 且发生故障后不能及时发现。一旦发生故障, 处理上需要参照电气控制图纸进行查找、判断, 费时费力, 不能保证快速处理;同时因为控制回路使用220 V直流电源, 对控制电源的要求比较高, 一些老式直流继电器已经不再生产, 一旦损坏, 没有部件进行更换, 对主扇的安全运行造成很大影响。
针对上述问题, 为确保矿井主通风机安全运行, 需对电控系统进行改造。经多次方案论证, 综合比较, 确定使用PLC (可编程序控制器) 控制系统对主扇控制系统进行改造。
1 使用PLC对主扇控制系统进行改造的优点
1) 使用PLC进行主扇控制系统改造, 可以在保证使用安全的情况下简化控制线路。因为原有的控制系统有相当一部分线路和设备是为了实现各种状态显示和故障显示而使用的, 采用PLC控制后可以节省大量的指示灯和仪表显示及线路, 发生故障时容易查找。
2) 增加故障判断及系统状态显示功能, 可以对系统中的开关、设备及触点状态进行实时监控并在上位机画面显示出来, 通过对输入PLC各种模拟量和数字量的采集和处理以及在程序中进行逻辑判断和数据处理, 及时发现设备存在的故障并输出报警信息, 提醒维修人员进行处理, 对司机的操作过程进行监视以及时发现操作中存在的错误, 保证风机的运行安全。
3) 使用高速计数模块和编码器对主通风机风门进行控制, 直接控制风门上提和下放行程, 使之控制更加精确。设备控制和显示可以使用西门子MP277 (8inch触摸屏) , 该触摸屏适用于工业控制现场, 具有抗冲击振动、抗干扰能力强、设备寿命长、显示画面分辨率高等优点。
4) PLC具有通讯功能, 可以与计算机直接或通过通信处理单元、通信转接器相连构成网络, 实现信息的交换, 满足实现远程监控或与其他控制设备通信的要求。
2 PLC改造的硬件设备选型
根据矿井主通风机控制要求, 采用西门子S7-300系统。该PLC控制器为中型机, 采用模块式结构, 各种单独模块之间可以根据需要进行广泛组合和扩展, 模块的输入输出端口均采用光电隔离和滤波。具体结构如下:1) 电源模块使用PS307;2) 中央处理器单元模块采用CPU314, 适用于要求高速处理和中等I/O规模的任务, 最大可扩展512点数字量I/O或64路模拟通道;3) 数字量输入模块SM321, 将现场过程送来的数字信号电平转换成S7-300的内部信号电平。选用直流16点输入型, 使用2块, 共32个输入点;4) 模拟量输入模块使用SM331, 模块各个通道可以分别使用电流或电压输入, 采用8AI×12位模块2块, 共16个输入通道;5) 数字量输出使用SM322, 选用16点继电器输出型, 使用2块, 共32个输出点;6) 模拟量输出使用SM332型, 模块用于将CPU送给它的数字信号转换为成比例的电流或电压信号, 对执行机构进行调节或控制。采用4AO×12位模块1块;7) 高速计数模块使用FM350, 如果使用编码器对风门的运动状态进行监视, 可以采用该模块对编码器的脉冲进行计数采集, 计算转换成风门的位移值, 实现对风门位置的精准控制。
3 需要采集和输出的数字量和模拟量
1) PLC需要采集的模拟量 (AI) 包括高低压电源的电压、电流模拟量信号, 可以采用电流电压转换板将其转换为0~5 V电压信号或4~20 m A电流信号后输入PLC的AI模块, 在PLC内部转换为0~27 468之间的数字信号, 这样在程序中就可以对其进行监视、比较、处理, 逻辑判断, 从而对风机启动及运行时的电流电压进行程序比较, 及时发现电源欠压或过压故障以及电动机启动和运行时过电流等故障问题, 输出报警或输出跳闸信号, 防止事故的扩大, 还可以将电流电压数值实时的在画面上进行显示。
2) PLC需要采集的数字量 (DI) 包括:电动机启动柜真空接触器开关状态, 高开柜的各个隔离开关的位置状态, 电动机保护仪保护输出报警或跳闸信号, 风门限位开关的状态, 风机启动开关状态值以及原设备需要保留的一些开关量状态值。在程序中通过对各个开关量的采集、逻辑比较和判断可以检测设备状态是否正常, 在倒机操作时还可以对司机的操作过程进行监视, 及时发现操作错误并报警。
3) PLC需要输出的开关量 (DO) 包括:一些原有由继电器控制的指示灯指示, 报警信息的输出, 风机启动控制输出信号, 以及显示画面需要的开关量输出等。开关量的DI/DO输入输出均使用欧姆龙24 V继电器进行隔离转换, 防止干扰信号对PLC的影响, 欧姆龙继电器经过在PLC控制系统的长期运行, 证明其可靠性非常高。
4 改造方案的技术难点
1) PLC控制系统与老系统设备的对接融合问题, 包括PLC控制需要接入的DI/DO, AI/AO的信号的采集和输出控制信号的执行, 由于老系统零部件控制电压均为直流220V, 采集输入和输出控制需要通过继电器或选择设计合适的电流电压转换电路进行转换。
2) PLC控制系统和触摸屏控制程序的编制, 因为主扇运行要求有很高的安全性、可靠性, 控制程序的设计对系统的稳定安全运行起到至关重要的作用, 必须充分考虑系统运行可能出现的任何问题、现象, 并针对性地进行判断、解决。触摸屏画面设计也要考虑充分, 尽可能全面显示出系统的各种信息 (包括每一个触点的状态信息) , 保证主扇司机通过画面显示对系统的运行状态、故障信息及时全面地了解。
5 结语