闭式液压系统在节能环保型INBA中的应用.pdf

液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 l 1年 第 8期 闭式液压 系统在节能环保型 I NB A中的应用 沈 文 卫 武汉钢铁集团公司， 余其军 湖北武 汉4 3 0 0 8 3 摘要 I N B A法是 一种新型高炉炉渣处理技术 。它从 P W 公司引进 ， 该工艺布局紧凑 、 可连续过滤排渣 。I N B A把废渣进行适当处理 ， 实现 了炉渣的再次利用 。 I N R A法核心设备是脱水转鼓 。 I N B A的驱 动方式为闭式液压系统驱动低速 大扭矩液压马达 ， 并经过链条来带 动转鼓旋转。此 文主要介绍了闭式液压系统在 I N B A中的应用及原理 。同时结合工艺 阐述 了变量泵 的控制原理。 关键词 I N B A； 闭式液压 系统 ； 原理 ； 变量泵 中图分类号 T H1 3 7 ． 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 1 0 8 0 0 5 8 0 3 Th e Ap p l i c a t i o n o f Cl o s e d Hy d r a u hc S y s t e m i n En v i r o n m e n t a l Ec o n o mi z e a n d Pr o t e c t i o n o n I N BA S y s t e m S H E N We n - w e i Y U Q i t t n Wu h a n I r o n a n d S t e e l G r o u p C o r p o r a t i o n ， Wu h a n 4 3 0 0 8 3 ， C h i n a Ab s t r ac t I NBA me t h o d i s a ne w t y p e o f bl a s t f u r n a c e s l a g p r o c e s s i n g t e c h no l o g y ． I t i n t r o du c e d f r o m PW c o mp a ny ． I t s t e c hn o l o g y i s c o mp a c t ． I NBA c a n c o n t i n u o u s fi l t e r i n g ． I NB A p u t wa s t e r e s i d u e w h i c h i s d e a l i n g b y a p p r o p ria t e me t h o d s ． I t r e ali z e s s l a g b y a g a i n ． I NBA ’ S c o r e e q ui p me n t i s d r u m． I NBA ’ S d riv i n g wa y i s c l o s e d h y dr a ul i c s y s t e m wh i c h driv e s hy d r a u l i c mo t o r wh i c h h a v e l o w- s p e e d b i g t o r q u e ． Mo t o r t h r o u g h t h e c h a i n t o d r i v e t h e d r u m r o t a t i n g ． T h i s p a p e r ma i n l y i n t r o d u c e s a p p l i c a t i o n a n d p rin c i p l e o f t h e c l o s e d h y dr a u l i c s ys t e m o n I NBA． Me a n whi l e c o mbi n e c r a f t e x po u nd s t he c o n t r o l prin c i p l e o f t h e v a ria b l e p ump． Ke y W o r d s I NB A； c l o s e d h y d r a u l i c s y s t e m； p ri n c i p l e ； v a ri a b l e p u mp O 引言 在高炉生产中， 高炉炉渣是一种重要的副产品。过 去高炉炉渣被 当作废物扔掉 ， 这不仅是巨大的浪费 ， 而 且炉渣堆积如 山． 占用大量土地 ， 同时对环境造成严重 污染。然而高炉炉渣经过适 当处理 ， 可以变废为宝。传 统的高炉炉渣[ 2 1 处理方法分为干渣， 半水冲渣和水渣处 理三 种 ， 目前 大 多数 高炉 趋 向于 采用 水渣 处 理 ， 炉渣 经 过水淬粒化 。 制成水渣 ， 是生产建筑材料的好原料 。现 代化的高炉生产追求的是高产 、 高效 ， 为了能够适应 高炉生产 。 高效 、 低耗 、 环保地处理高炉连续生产出来 的炉渣 ，武 钢 炼铁 厂一 号 高炉 引 进 了 P W 公 司的节 能 环保型 I N B A法 ， 实现了制渣用水的循环使用和对制渣 产 生 的废 气进 行冷凝 处 理 ， 在使 用 中 ， 效果 良好 。 l 节能环保 型 I NB A的工艺简介 I N B A 炉渣 处理 装 置是 原先 从 卢森 堡 引进 的 ， 其 中 收稿 日期 2 0 1 1 - 0 5 1 6 作者 简 介 沈 文 卫 1 9 8 5 一 ， 男 ， 助 理 工程 师 ， 2 0 0 8年 毕业 于 安徽 工 业 大 学 机械学院 ， 现在武钢设备维修总厂从事高炉设备维护工作 。 58 脱水转鼓 ， 是该系统 中的重要部分。转鼓以一定的方向 不同的速度转动使粒化后的炉渣 ， 一边脱水 ， 一边把装 入折叠式皮带机上的渣粒运走 。高炉出铁时的炉渣经 渣沟流到粒化塔 ，安装在渣沟端部的粒化箱喷射粒化 水使炉渣水淬并在粒化塔内进一步粒化。渣水混合物 沿水渣分配器进入转鼓分配器 ，脱水器下部的水再次 冷却水渣 ， 并被装有筛板的转鼓旋转提升过滤。当转鼓 转 到最 高点 时 ，水渣 落 人转 鼓 内皮 带机 再 用皮 带转 运 到水渣堆场。脱水转鼓法 的优点是 ， 可以连续滤水 ， 运 行 可 靠 ， 环 境 条件好 ， 循环 水悬 浮 物含 量少 ， 占地少 ， 工 艺布置灵活 ， 电耗较少 ， 泵 、 管道及阀门等 的使用 寿命 较 长 。缺 点是 这套 系 统 为全封 闭 在线 控制 的 ，设备 制 造 、 维护及操作控制都 比较复杂。 2 节能环保型 I NB A的液压系统原理 2 ． 1 闭式液压 系统 简介 闭 式液 压 系统 采取 双 向变 量 油泵 ，通 过泵 的变 量 转 变主 油路 中液压 油 的流 量和 方 向 ，来实 现 机构 的变 速和换向， 这种节能方法 ， 可以充足体现液压传动的长 处 。在 闭式 回路 中 ， 变量 泵 的 出油 口和马达 的进油 口相 Hyd r a u l i cs Pn e uma t i c s S e a l s ／ NO．8． 2 01 1 器和液压锁再次 回到比例变量泵 的进油 口。马达与转 鼓之 间采 用链 条 连 接 。此 系 统采 取 了斜 盘 式 轴 向柱 塞 变量 泵 和 低速 大 扭 矩液 压 马 达组 成 的 闭式 系 统 。斜 盘 式变量柱塞泵 的流量与驱动转速及排量成正 比，并且 可无 级 变 量 。变 量 泵 的流 量 随斜 盘 摆 角变 更 可从 零 增 添到最大值 l 5 。 。当斜盘摆过 中位 ， 可以安稳转变液体 流动 方 向 。 因此 微 动 性 好 ， 且 工作 安 稳 。 由于 闭式 液 压 系统工作中不断有油液泄漏 高压油内泄是不可避免 的 ， 因此必须及时向回路中补充油液 以保证 系统的正 常工作 。闭式系统主泵 的通轴上附设 了一个小排量补 油泵 6 ， 就 是 向系统 中及 时补 充油 液 的 。 由于补 油泵 的 排量和压力相对主泵均很小 ，所 以其 附加功率损失通 常仅 为传动装置总功率 的 1 ％～ 2 ％， 可 以忽咯不计 。补 油泵 6出 口处 的 过滤 器 ， 对 液 压 系统 液 压 油进 行 过滤 。 提高液压油的清洁度 ，安全溢流 阀 5在过滤器被堵时 打开 ， 起保 护 补油 泵 6的作 用 。管 路 中还设 有补 油溢 流 阀 9 、 补油单 向阀 7 ， 补油溢流阀 9限制最高补油压力 。 上 图 中限制 的最 高压 力 为 2 5 b a r ，补油 单 向阀根据 两 侧 管路液压油压力的高低 ， 选择补油方 向， 向主油路低压 侧 补油 ， 以补偿 由于泵 、 马达容积损失所泄漏的流量 。 主泵 的两 侧还 设 有两 个 高压 安 全溢 流 阀 8 ， 当斜 盘快 速 摆动 出现压力峰值或转鼓受到瞬问冲击时 ，高压溢流 阀及时泄压 ， 防止泵和马达超载 ， 延长了他们的使用寿 命 。由于系统压力设为 2 8 0 b a r ， 因此设定高压安全溢流 阀 为 3 0 0 b a r 。 连 ， 马达 的 出油 口和 泵 的进 油 口相 连 ， 组 成 一 个 封 闭 的 液压 油路 ， 无 需 换 向阀 ， 通 过调 节 变 量泵 斜 盘 的角度 来 改变 泵 的 流量 及压 力 油 的方 向 ．从 而 改变 马 达 的转 速 和旋转 方 向 2 ． 2闭式 液压 系统 的优 点 1 目前闭式液压系统变量泵均为集成式结构 ， 补 油泵及补油 、 溢流 、 控制等功能 阀组集成于油泵上 ， 使 管路 连接 变 得 简单 ， 不仅 缩 小 了安 装 空 间 ， 而 且 减少 了 由管 路连 接 造 成 的泄 漏 和管 道 振 动 ，提 高 了 系统 的可 靠性 ， 简化 了操 作 过程 。 2 补油 系统不仅能 在主泵 的排量发生变化时保 证容积式传动的响应 ， 提高系统 的动作频率 ， 还能增加 主泵进油 口处压力 ， 防止大流量时产生气蚀 ， 可有效提 高泵的转速和防止泵吸空 ， 提高工作寿命 ； 补油系统 中 装有过滤器 ，提高传动装置 的可靠性和使用寿命 ； 另 外 ，补 油 泵 还 能 方 便 的 为 一 些 低 压 辅 助 机 构 提 供 动 力 。 3 工作机构 的变速 和换 向靠 调节泵或马达 的变 量机 构 实现 ，避 免 了开 式 系统 换 向过 程 中所 出 现 的液 压 冲击 和 能量 损失 。 4 2 1 2 作液体在系统的管路 中进行封闭循环 。其结 构紧凑 ， 与空气接触机会 少 ， 空气不易渗人系统 ， 故传 动较 平 稳且 由于仅 有 少 量 油液 从 油 箱 中 吸取 ．减少 了 油箱的损耗。 5 可与 电气配合 ， 容易实现动作和操作 自动化 ， 与微 电子技 术 及计 算 机 配合 ，可 实 现各 种 自动 控制 工 作 。 2 ． 3 闭环 液压 系统 原理 图 1为节 能环 保 型 I N B A 的液 压 系统 原 理 图 I l l ， 从 图 中可 以 明显 的看 出此 系 统分 为 两 个部 分 ，一部 分 是 由循环泵 、 冷却器 、 过滤器 、 油箱组成 的循环冷却系统。 循环冷却系统 的作用是让液压油通过水冷却器达到降 低温 度 和通 过 过 滤器 滤 去 油液 中 的微小 颗 粒 ，保 证 油 液的清洁度。在图中可 以看到马达 的冲洗油路也经过 过滤 器 ， 让 带有 杂 质 的 油液 直 接 过滤 ， 避 免 油 液 直接 回 油箱产生二次污染。第二个部分是 由变量泵 、液压 阀 台 、 高压 过滤 器和 定量 马达 组 成 的闭式 液 压 系统 。这部 分 有 两 台变 量 泵 备 用 系 统 未 画 出 ， 正 常 生 产 中一 台 使用 一 台 备用 ．当其 中一 台 的 电动 机 或变 量 泵 有故 障 时 。 系统 自动切 换 启 动 备用 泵 ， 这 就 保证 了系 统 的 正常 运行 ， 稳 定 了生产 的需 要 。 当 比例 变量泵 2启 动 时 ， B腔开 始建 立压 力 ，同 时 先 导 阀 l 1得 电 ， 打 开 液 压 锁 ， 液压 油 经 过 液 控 单 向 阀 和高压过滤器到达马达 ， 马达转动 ， 回油经过高压过滤 1 一 循 环 泉2 一比例 变 量 泵 3 - 4 盘缸4 一比例 换 问 阀 5 一 溢 流 阀 6 一 补 油泵7 一 单向阀 8 一主溢流 阀 9 一 补油溢流阀 l O 一 低压优先阀 1 1 - 先 导 阀 1 2 一 液 压 锁1 3 - 平 衡 阀 1 4 一 液 压 马 达 图 1 节 能 环 保 型 I NB A 的 液 压 系 统 原 理 图 由于 闭式 液 压 系统 的 回油 直 接 回 到进 油 口，在 工 作 中 的油 液就 不 能 与油 箱 中的冷 油 交换 热 量 ，油 温 短 时 间 内就 会很 高 ， 为 了长 时 问的 可靠 运 行 ， 液压 系统 中 还设 有低 压优 先 阀 l 0 ， 它是 一 种液 压 油置 换装 置[5 1 。它 q 液 压 气 动 与 密 封 ／ 2 0 1 1年 第 8期 的作 用是 把补 油 泵吸 上来 的冷油 打进 闭式 回路 的低压 侧 A侧 ，使 低压 侧 的部分 热油 通过 低压 优先 阀 回到油 箱中。它的工作原理是这样的 当系统停机时该阀在两 侧 的 弹簧 力作 用 下处 于 中位 ， 而 在 正常 工作 时 ， 由于 B 侧高压油的推动 ， 该阀切换到左位工作 ， 将低压 A侧 的 液 压油 与补 油 溢流 阀 9相 连通 ，使 马 达 的 回油部分 的 被 置换 回油箱 ， 进行 常规 的冷却 与过 滤 。 2 ． 4比例 变量泵 控 制原理 闭环液压系统采用的是 A 4 V S G系列 比例变量泵 ， 每个变量泵都是一个控制系统。变量泵 中的变量斜盘 缸 3是这个系统的执行元件 。变量泵输出的压力 、 流 量 、 功率是这个系统的受控参数 ， 变量机构上 的比例换 向阀 4是这个系统的控制元件。对于闭环控制结构的 变量 泵 ， 还 包 括受 控参 数 的检 测装 置 、 反 馈装 置 和 比较 环节。因此 ， 对变量泵的分析实际上是对变量泵控制系 统 的分析 。 由于在实际生产中．渣流量随着高炉操作实时变 化着， 为 了防止转鼓压渣 ， 要求转鼓 的压力和转速应该 随着渣流量的变化而变化 ， 随时满足高炉的生产需要。 转鼓压力由液压站 内安装在油泵出口处的压力变送器 I 提供 ， 它将 当前的压力信号转换成一个 4 ～ 2 0 m A电流 信号送入 P L C模拟输入模块 ；转鼓内水位 由水位变送 器将信号送入 P L C模拟量输入模块 ；转鼓速度控制与 两者之间的关系可通过一定的函数关系来表达 ，转鼓 速 度／ 渣 量 曲线 和 转 鼓 速 度／ 水位 曲线 由 P W 公 司 提 供 参考 值并 在试 车 中校 正 ，为 了计 算 渣流 量并 实 现对 转 鼓 的速度 控 制 ， 这 些 曲线 存储 在 P L C控 制程序 里 面。 图 2为比例变量泵 的控制原理 图【 3 】 ， 当获知转鼓渣 量后 ， 计算机通过函数和曲线计算 出转鼓的理论转速 ， 现场编码器测出转鼓的实际转速反馈到计算机，通过 两 者 的 比较得 到 偏差 值 ，并将 偏 差值 传输 给 比例放 大 卡 ， 比例放大卡输出电压信号给比例换 向阀， 比例换 向 阀通过控制斜盘缸来控制泵的斜盘角度 ，从而达到实 时变化的压力和转速。 图 2 比 例变 量 泵 控 制 原 理 图 3 结束语 闭式 液压 系统在 高炉 I N B A 中的使用 ，保证 了 I N B A系统的正常可靠稳定的运行。通过变量泵的精确 控制 ， 满足 了工艺生产 的需要 ， 给企业带来 了可观的经 济效益。 参考文献 [ 1 】 管忠范． 液压传动系统【 M 】 ． 北京 机械工业出版社 ， 2 0 0 6 ． [ 2 ] 李应强． 冶 金生产 工艺及 设备【 M ] ， 北京 冶金 3 - 11 , 出版社 ， 1 9 9 9 ． 【 3 ] 许益 民． 电液 比例控 制系统 分析与设 计【 M】 ． 北京 机 械工业 出版 社 ， 2 0 0 6 ． f 4 1 丰宇． 自动控制技术在环保 节能型 I N B A的应用[ J ] ． 第七届 中 国钢铁年会论文集， 2 0 0 9 ． [ 5 】 中国机械工程学会． 设备与维修工程现代 技术及应用[ M】 ． 北 京 机械工业 出版社 ． 2 0 0 9 ． [ 6 】 姜继海． 液压与气动传动【 M 】 ． 北京 高等教育 出版社 ， 2 0 0 6 ． 【 7 】 王春行． 液压控制系统【 M 】 ． 北京 机械工业 出版社 ， 2 0 0 7 ． 液压气动与密封 征稿启事 尊敬 的读者 杂 志 自 1 9 8 1 年创 刊 ， 至 今 已走 过 3 0年 的历程 。三 十而立从 头越 ， 我 刊特 向您 及行 业 同仁征集 有关 液压 、 液力 、 气动、 密封产品的综述 、 研究 、 应用 、 使用及维护方面的技术文章。让我们以此为契机 ， 使杂志内容能更加 贴 近广 大读 者 。 更好 的为行业 服务 。希望 您多 提宝贵 意见 。 稿件 格 式见 网站 h t t p ／ ／ w w w ． c h p s a ． o r g ． c r d ma g a z i n e _ m a i n 1 ． a s p x “ 投稿 服务 ” 栏 目。 再次感谢您对我们工作的支持 联 系人 张婷李 绍云 联 系电话／ 传真 0 1 0 6 8 5 9 4 9 0 0 投稿 邮箱 c h p s a y q m 1 6 3 ． c o m c h p s a y q mm e i ． n e t ． c n 地址 北京 西城 区三里 河路 4 6号 邮编 1 0 0 8 2 3