电石炉液压系统设计.pdf

Hy d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ．2 0 1 4 d o i l 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 4 ． 1 1 ． 0 0 6 电石炉液压系统设计 张立娟 De s i g n o f Ca l c i u m Ca r bi d e S t o v e Hy d r a u l i c S ys t e m Z HA NGL i u a n 大连华锐重工集团股份有 限公 司 液压装备厂 ， 辽宁大连 1 1 6 0 3 5 摘 要 分析电石炉液压系统原理， 蓄能器的应用。 关键词 电石炉； 液压系统原理 ； 蓄能器 中图分类号 T H1 3 7 文献标识码 B 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 4 1 l 一 0 0 1 9 0 3 l 概述 站原理同1 群 阀站。 随着 国际原油价格 的上涨 ， 有 机合成工业 的重要 原料一 乙炔 的生产 由石油提炼法转为 电石生产法 ， 这就 使得电石的需求量与 日俱增 ， 给国内外电石行业提供 了极大 的市场空间。电石炉 电极系统多采用液压驱动 来实现电极升降、 电极压放等执行机构的动作要求。 液压系统以往采用多泵系统 ， 系统每支电极配置 一 套泵组， 备用一套泵组。该系统的优点是每个泵的 排量小， 电机功率低 ， 压力平稳、 可靠， 压力环工作压力 与主系统分开， 相互干扰少。缺点是耗能较高， 总功率 配置大 ， 零部件设备数量多且管路安装繁杂， 易漏油， 维护量大。在停电或有故障时应急能力差。在本次电 石炉液压系统中采用不同以往原理方案， 采用双泵控 制系统 ， 一备一用 ， 选用蓄能器应急， 弥补在停电或异 常工况下应急能力不足的缺点。这种液压系统的配置 优点是总功率配置小 ， 零部件设备数量较少且管路安 装比较简单 ， 漏点少 ， 维护方便 ， 一旦矿热炉出现异常 或停电可快速提升电极或应急动作。缺点是蓄能器 占 地面积大 ， 用油多。 2 系统设计 2 ． 1液压 系统设计 电石炉液压系统泵站 如图1 所示 采用双泵控制 序号 1 ， 当一台泵出现故障时 ， 另外一台可以即刻投 入工作 ， 泵出口压力是 1 5 M P a ， 通过电磁溢流阀 序号 2 调定 。 一 台电石炉包含 3 个电极 ， 每个电极由单独的一 个阀站控制 ， 其中1 撑阀站原理 如图2 所示 ， 通过电 磁阀控制相应的执行机构动作。2 阀站原理， 3阀 收稿日期 2 0 1 4 一 O 9 1 5 作者简 介 张立娟 1 9 8 1 一 ， 女 ， 河北涿州人 ， 工程师 ， 学士 ， 主要从事液压系 统的设计研究工作。 1 _ 液压泵2 一 电磁溢流阀3 一 液控单向阀 4 一 电磁阀5 一 压力 继电器6 一 蓄能器 图 1 系统泵站原理 图 7 一 电磁阀8 一 电磁 阀9 一 节流 阀1 0 一 电磁 阀1 1 一 电磁 阀 1 2 一 液控单向阀1 3 一 电磁阀1 4 - 减压阀 图2 1 阀站原理图 下抱闸油缸动作通过电磁阀 序号7 控制。每根 电极配备4 套下抱闸油缸， 准备压放电极时， 电磁阀 序 1 9 液 压 气 动 与 密 封 ／20 1 4年 第 1 1 期 号7 电磁铁得电， 下抱闸靠 4 个油缸将4 块闸瓦同时 打开。 电极压放油缸动作通过电磁阀 序号 8 控制。每 根电极配备 3 套压放油缸， 压放油缸的作用主要是补充 电极的消耗。三个压放油缸与上下抱闸相连接 ， 压放 过程 中， 电磁 阀 序号 8 电磁铁 a 端或 b 端得电， 完成三 个电极的压或放动作。三个压放油缸同时动作 设备 刚性互联同步 。三个油缸上升考虑安装单向节流阀 序号9 控制同步， 以免磨损抱闸橡胶。 上抱闸油缸动作通过电磁阀 序号9 控制。每根 电极配备4 套上抱闸油缸， 准备压放电极时， 电磁阀 序 号 1 0 电磁铁得电， 上抱闸靠4 个油缸将4 块闸瓦同时 打开 。 电极提升油缸动作通过电磁阀f 序号 l 1 控制。每 根电极的自动升降由2 套电极提升油缸来完成。电极 升降的主要目的是进行炉内功率调节， 动作不频繁， 升 降过程要求可靠完成。电磁铁 a 端或b 端得电， 完成提 升油缸的升或降。同一根电极的两支油缸在升降过程 中要求同步 设备结构为准刚性互联同步 ， 液控单向 阀 序号 1 2 置于缸 口， 锁紧可靠 ， 防爆裂 。 压力环波纹管通过电磁阀 序号 1 3 控制。电炉工 作过程中， 波纹管装置内部液压油始终带压顶紧电 极 。当需要倒拔 电极时 ， 电炉停炉 ， 波纹管装置 内部液 压油卸压， 铜瓦脱离电极。由于波纹管设备耐压有限， 超压极易损坏 ， 故此处设置减压阀 序号 1 4 ， 减压 阀设 定压力 2 ． 5 MP a 。 2 ． 2 应急系统设计 在事故状态下设置蓄能器装置， 要求将3 支电极提 出熔池 ， 提升距离 3 0 0 m m。要完成此 目的， 必须考虑 蓄能器的排油量。以下是蓄能器按照绝热状态下 的计 算表格 如表 1 所示第一行 表1蓄能器计算 由表 1 可知， 如图1 所示 6 支蓄能器 序号6 总共 有效容积是8 2 L 左右。3 支电极在事故状态下同时提 升3 0 0 m m， 通过计算所需油液容积7 2 L 左右， 故选择蓄 能器完全可以满足事故动作要求。 蓄能器工作过程 如图1 所示 油泵电机启动后向 蓄能器 序号 6 充液 ， 随着液压系统压力逐渐升高， 当 系统压力大于蓄能器 的预定压力 ， 由表 1 所知 ， 充气压 力值 1 0 ．8 M P a 时， 液压油开始进入蓄能器 ； 当液压系统 压力达到最大值 ， 即1 5 M P a 时， 蓄能器充满油液 ， 达到 其设计容量， 压力继电器 序号5 发出信号， 油泵电机 停止向蓄能器充液。当故障状态下需要蓄能器对外提 供动力时， 电磁阀 序号4 得电， 液控单向阀 序号 3 打 开 ， 蓄能器油液在预充气压力的作用下， 迫使蓄能器内 的油液流人系统， 完成相应的应急动作 ， 即将 3 支电极 升降油缸 同时提升 3 0 0 mm， 离开高温溶池。当液压 系 统压力低于最低工作压力， 即1 2 M P a 时， 油泵电机重新 向蓄能器内充液， 如此循环， 保证在任何时候事故状态 下都可以提升 电极 。 2 ． 3 波纹管压力环控制系统设计 由于波纹管压力环要求长期压紧静止 ， 其系统采 用单独的油泵 序号 1 和蓄能器 序号 1 1 组合的形式 蓄能器选择参数如表 1 第二行所示 。蓄能器具体的 工作过程同2 ．2 应急系统蓄能器。不同的是， 蓄能器最 低工作压力、 充气压力、 最高工作压力参数不同计 算参 数见表 1 第二行。小油泵启动后 向蓄能器充液 ， 蓄能器 油液压力达到7 ．5 M P a 时， 压力继电器 序号 1 2 发出信 号， 油泵停止充液； 由于波纹管压力环要求油液长期压 紧， 故此处蓄能器处没有设置液控单向阀， 蓄能器油液 一 直作用在波纹管处， 当蓄能器压力下降到4 ． 5 M P a 时， 压力继电器发出信号 ， 油泵重新向蓄能器充液， 如此循 环 ， 保证在波纹管处油液长期压紧 如图3 所示 。 波纹压力环 1 一 液压泵1 1 - 蓄能器1 2 - 压力继 电器 图3 波纹管压力控制系统 2 ． 4 应用 本次电石炉液压原理与以往 的泵控系统原理不 同， 采用阀控原理系统， 由泵站统一对外提供动力 ， 阀 站控制所有执行机构动作， 配置蓄能器应急系统。该 下转第1 3页 Hy d r a u l i c s P n e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 1 1 ． 2 0 1 4 时配合元件表面均经表面处理 、 或是选用防锈材料 ， 故 现有液压阀能基本满足纯水介质要求 。 目前 ， 德 国的豪 亨科公 司已生 产品种齐全的水液 压 阀 ， 包 括 球 阀 、 锥 阀和 滑 阀 ， 压 力 分 别 为 1 6 MP a 、 3 2 MP a 和 7 0 MP a 。 德 国蒂芬 巴赫公司也在近海和工业领域开发 出一 系列 以纯水为工作 介质 的液压 阀 ， 包 括换 向阀、 安全 阀、 单向锁等 ， 最大工作压力为 3 2 M P a ， 额定流量在 1 0 0 0 L ／ mi n 左右 ， 图 3 为 蒂芬 巴赫溢流 阀外形 图。这些 水介质液压阀的成功研制为综采工作面液压 系统的成 功研制提供了条件。 图 3 蒂芬 巴赫水 介质液压 阀 2 ． 5 执行机构部分 液压缸是综采工作面液压支架执行部分 ， 其性能 和可靠性直接影 响到综采工作面的正常工作和安全生 产 。液压 缸使用 纯水介质 的关键技 术是解决 密封 问 题 ， 由于纯水粘度低及润滑性较差 ， 在液压缸往复运动 过程中， 如果使用传统密封圈如聚氨脂密封圈， 其损耗 会加大、 极易造成密封圈拉丝 ， 或者造成密封圈水解， 均会使液压缸寿命降低。 填充 P T F E是在聚 四氟乙烯 P rI F E 中加入经得起 3 8 0 C 以上高温的填充物， 如玻璃纤维、 碳一 石墨、 二硫 化钼等 ， 由于碳是颗粒状结构 ， 故对纯水的液膜具有 良 好的吸附力 ， 提供优 良的承载表面 ， 经初步试验， 填充 P T F E 对钢表面形成良好的摩擦副。 2 ．6管路及附件 综采工作面液压系统附件主要包括管路、 过滤站 滤芯等元件 ， 由于高压管路有内胶管和外钢丝层组成， 故其能适应高压纯水介质。而组成管路的弯头、 接头 和过滤站滤芯需要采用不锈钢材料或者表面经 防锈处 理后才能适应纯水介质 ， 而现有相关如防锈处理、 表面 镀层等技术已较成熟 ， 故该部件能适应纯水介质。 3 总结 综上所述 ， 基于现有以乳化液为工作介质的综采 工作面液压系统基础上 ， 阐述了以处理后的矿井水为 工作介质的综采工作面工作流程图， 并分别从水处理 技术、 水质 自动检测、 动力源、 控制元件、 执行元件及附 件在纯水液压应用方向的最新进展及解决方案等角度 阐述了纯水液压技术在综采工作面应用的可行性。 参考文献 【 1 ] G u o q i n H u a n g ， Y u q u a n Z h u ， X i a o h u i L i．N o v e l S e a w a t e r h y - D r a u l i c A x i a l P u m p a n d i t s E x p e r i me n t [ C ] ／ ／ ． P r o c e e d i n g s o f t h e S e v e n t h I n t e r n a t i o n a l C o n f e r e n c e o n F l u i d P o we r T r a n s mi s S i o n a n d C o n t r o l ，Ha n g z h o u Wo dd P u b l i s h i n g C o r p o r a t i o n ， 2 0 0 9 4 9 4 - 4 9 7 ． 【 2 】 Mi k k o S i u k o ， M． P i t k a a h o ， A ， R a n e d a ， e t c ． Wa t e r Hu d r a u l i c A c t u a t o r s f o r I T E R Ma i n t e n a n c e D e v i c e s[ J ] ． F u s i o n E n g i n e e r i n g a n d D e s i g n ． 2 0 0 3 ， 6 9 1 4 1 1 4 5 ． [ 3 】 王国法． 液压支架控制技术[ M】 ． 北京 煤炭工业 出版社 ， 2 01 0． 【 4 ] 何绪文， 李福勤． 煤矿矿井水处理新技术及发展趋势[ J ] ． 煤 炭科学技术， 2 0 1 0 ， 3 8 1 1 1 7 2 2 ． [ 5 ] 汪龙琴， 张明清， 周锡德 ， 等． 煤矿水污染及防治技术【 J ] ． 洁 净煤技术， 2 0 0 7 ， 1 3 1 8 2 - 8 5 ． 【 6 】 魏爱平． 液压缸往复密封应用研究 [ J ] ． 液压气动与密封 ， 2 0 0 0 ， 6 4 1 4 3 ． 【 7 】 G ． H． L i m， P ． S ． K ． C h u a ， Y ． B ． H e ． M o d e rn Wa t e r H y d r a u l i c s t h e N e w E n e r g y t r a n s mi s s i o n T e c h n o l o gy i n F l u i d P o w e r[ J ] ． Ap p l i e d E n e r gy， 2 0 0 3 ， 7 6 2 3 9 2 4 6 ． [ 8 】 G w a n g S e o k K i m， B o mS o k K i m， S a n g Y u l L e e ． H i s h s p e e d We a r Be h a v i o r s of C r S i N Co a t i n g s f o r t h e I n d u s t r i a l Ap p l i c a - t i o n s o f Wa t e r H y d r a u l i c s[ J ] ．A p p l i e d E n e r gy， 2 0 0 3 ，2 0 0 1 8l 4 1 8 1 8 ． [ 9 】 杨华勇 ， 周华．水液压技术研究新进展[ J ] ． 液压与气动， 2 0 1 3 ， 2 1 1 - 5 ． 上接第 2 O 页 液压原理已经应用在陕西新元洁能4 8 M V A密闭电石 炉中， 现场运转平稳 ， 控制可靠， 应急及时， 得到了用户 的肯定和好评 。 3 结论 在研习以往控制原理的同时， 秉承工程技术人员 积极探索勇于创新的精神， 将在其他领域应用成熟的 原理方案应用电石炉产品中， 不仅方便了最终用户的 维修调试， 也加深了我们对电石炉液压系统原理的了 解 ， 同时也节省了可观的成本 。 参考文献 [ 1 ] 雷天觉 ， 杨尔庄 ， 李寿刚． 新编液压工程手册[ M] ． 北京 北京 理工大学出版社， 1 9 9 8 ． [ 2 ] 成大先． 机械设计手册． 液压传动[ M ] ． 北京 化学工业 出版 社， 2 0 0 4 ． [ 3 ] 路 甬祥． 液压气动技术手册 [ M】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 3 ． 1 3