CN102322453A - 一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，其特征在于，利用原液压系统大部分设备，新增一套液压平衡装置；它由柱塞液压缸、大速比带位移传感器的液压缸、一种由焊接气缶和混合蓄能器组成的蓄能器站、高位油箱和若干控制液压阀组成。其柱塞缸与活塞蓄能器站相连，平衡全部台架负荷，大速比液压缸平衡全部钢坯负荷，并按设计要求自动控制运动速度。如这样改造可在车间大、中修中进行，简单容易，工作量很小，节能效果显著，新增设备投资，约一年多时间即能回收，以后既节能又能降低一些成本。本发明的优点是能平衡约90％.的总负荷；气缶容量大、压差小；结构简单、紧凑、外部管线阀件少，占地面积小。

Description

一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置

技术领域

本发明涉及一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，用于液压传动，属于加热炉液压平衡、节能装置技术领域。 

背景技术

钢铁企业是个能耗大户，步进式加热炉的能耗主要是加热钢坯的燃料消耗，其余水、电等与之相比，是小头，不被重视。步进式加热炉液压系统传动电机的能耗，虽不能与加热炉燃料能耗相比，但在轧钢车间内，在辅机容量中它排位当属老大，如以棒、线材加热炉为例，采用液压平衡节能装置，每年单节省电能消耗约33万千瓦时，不能不重视对它节能改造。但是由于原步进式加热炉传统结构生产可靠，国内外目前在步进式加热炉中都没有使用液压平衡系统来节能，当时也因没合适的设备，因而老传统的生产方式未能突破。 

随着世界能源紧张，环境污染严重，自然灾害频发，再不注意节能减排将威胁人类生存，节能又是我国的国策，形势需要在大量液压系统中多用活塞蓄能器节能技术，尤其对大容量的活塞蓄能器使其在原有基础上再完善和提高一步，以促进活塞蓄能器节能技术推广使用。 

步进式加热炉的负荷特点：它主要为升降负荷，在一个步进周期中约占总负荷的90％；其中升降负荷特大；而且作用时间很短，约为一个步进周期的1/6；一个周期内各负荷恒定不变；负荷恒定按一定周期不变地重复；反复周期性动作频率很高，每小时约有50次；不论方坯或板坯等步进式加热炉结构的液压系统的负荷特点都类似。因此，步进式加热炉是最适宜采用液压平衡节能装置的，将重载的高位势能利用起来，再提升重载，达到既节能又护经济效益双丰收。 

发明内容

本发明的目的是提供一种能够起到节能效果的液压平衡节能装置。 

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供了一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，包括带有油循环过滤、冷却或加热装置的不锈钢油箱装置，变量柱塞泵装置连接不锈钢油箱装置，变量柱塞泵装置经油循环过滤、冷却或加热装置从不锈钢油箱装置中吸油后，再经溢流阀及高压精过滤器连接至压力管线，推钢机油缸装置及平移油缸装置分别通过第一电磁换向阀及第二电磁换向阀接通至压力管线及回油管线，回油管线接不锈钢油箱装置，其特征在于，通过压力管线上的第一接入点、回油管线上的第二接入点、控制油管上的第三接入点接入相应的液压系统，高压油从第一接入点引入，经安全阀连接至蓄能器站，安全阀经二位二通电磁换向阀连接至柱塞液压缸，安全阀还连接三位五通电磁换向阀，三位五通电磁换向阀连接大速比带位移传感器的液压缸、高位油箱和三位四通电磁换向阀，第一接入点还连接比例电磁换向阀，比例电磁换向阀一端连接回油管线，回油管线从第二接入点接入，比例电磁换向阀中的泄油管接口从第三接入点接入控制油管，再从此输回不锈钢油箱装置，比例电磁换向阀另外二个接口连接三位四通电磁换向阀，三位四通电磁换向阀连接大速比带位移传感器的液压缸两端的接口及三位五通电磁换向阀，从而组成独立的液压平衡节能系统。 

优选地，所述蓄能器站包括活塞蓄能器和气瓶，活塞蓄能器和气瓶固定在一个共用的支架上。 

优选地，所述蓄能器站包括至少一个大容量焊接气缶，在大容量焊接气缶上设有底座，底座用地脚螺栓固定于地基上，大容量焊接气缶的下部及顶部分别设有有排污设施及电磁过滤装置，过滤后的磁性污染物从排污管中排出，从焊接气缶出来的氮气经电磁过滤装置，输送到一种气、油非隔混合型活塞蓄能器内。 

优选地，所述大速比带位移传感器的活塞液压缸包括活塞缸体，在活塞缸体的前后端部都设有缓冲垫块，第一园螺母及第二园螺母分别设于活塞缸体的前后端部上，在活塞缸体尾部拧有尾部端盖，尾部端盖通过园螺母拧紧防松，在尾部端盖上设有磁致伸缩位移传感器及偏置摆轴孔，前部缸座以松配合套在活塞缸体的头部，密封座盖、前部缸座和第一园螺母通过螺栓、螺母及垫圈连接为一体，活塞缸体内设有活塞杆及活塞组件，在活塞缸体的尾部固定有位置磁铁，并有磁致伸缩位移传感器的感应杆从中通过。 

优选地，所述柱塞液压缸布置在步进式加热炉的两侧。 

优选地，所述柱塞液压缸与所述活塞液压缸连在一个底座上，布置在步进式加热炉的中间。 

本发明利用原有的油循环过滤、冷却或加热系统，由叶片泵或齿轮泵从不锈钢油箱装置内吸油，对油经冷却或加热、过滤后，再输回到不锈钢油箱装置内。变量柱塞泵装置，从不锈钢油箱装置内吸油，由变量柱塞泵加压后，经溢流阀和高压精过滤器输入压力管线上，再从压力管线输送到推钢机油缸装置和平移油缸装置，完成操作后，再经回油管线返回不锈钢油箱，组成压力传动系统。采用本发明的结构方案后，因变量柱塞泵每分钟输油量减少了，可将油循环过滤、冷却或加热系统和不锈钢油箱装置减小，节省投资，但作为技改项目，仍继续使用原有系统不作改动，但油箱容量大，有利于散热，节水节能。    

变量柱塞泵装置可由原装置中的五台变量柱塞泵装置留用其中的两台，省掉3台，虽在此不能称作节省投资（如新设计，这笔投资就可省下来了），但如移作它用也能省去一些钱，不过3台泵和电机不投入运转，可作为本系统设备的备件，或作为本系统变量柱塞泵备用，这就是主要节能和减少维修所在。如以棒、线材60万吨钢材年产量计算，如采用本发明步进式加热炉液压平衡节能装置，对已建步进式加热炉液压系统进行改造，仅停用3台变量柱塞泵系统，在一年中约可节电33万千瓦时。如要对液压系统进行改造，工作量很小，只要在步进式加热炉中心线位置加装一台大速比带位移传感器的活塞液压缸和管线略作调整，不用的设备可在原位置作备用，再在泵站内适当位置装好一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站即成。

本发明的优点是：1. 该液压平衡系统能平衡掉全部（约占总负荷的90％）的升降负荷；2. 该液压平衡系统节能显著，单电耗每年可节电约33万度；3.改造工作量很小，在车间大修中即可完成，改造费用约1年即可回收；4. 将柱塞液压缸和大速比带位移传感器的活塞液压缸，布置在步进式加热炉的中间既节能又省投资；5. 一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站，设计配制容易，自控水平高，响应速度快，结构紧凑；6.目前已在生产的各种步进式加热炉很多，约有300多台套，如使用本专利对节能减排和经济效益相当可观。 

附图说明

图1为原液压系统和如何改建的液压系统示意图； 

图2为一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置示意图；

图3为一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站示意图；

图4为一种大速比带位移传感器的活塞液压缸示意图；

图5为液压系统一个步进周期各液压缸的负荷与时间示意图。

具体实施方式

为使本发明更明显易懂，兹以一优选实施例，并配合附图作详细说明如下。 

如图1所示，为发明提供的原液压系统和如何改建的液压系统示意图，装置C为某棒、线材步进式加热炉液压系统示意图，可能不同厂矿步进式加热炉的液压系统配置各有不同，对本发明的液压平衡节能装置都可采用，本发明仅借此说明相关问题而己。装置B为本发明专利所省去的设备，主要为三套泵系统，为此每年可节省大量电能。装置A为本发明增加的设备，其中原升降活塞液压缸改成柱塞液压缸仍可使用，原升降活塞液压缸所用的比例阀等阀件也可利用，此独立的液压平衡节能装置只须将压力管线、回油管线和泄油管线分别接到相应位置即成。 

如图2所示，为一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置示意图，包括带有油循环过滤、冷却或加热装置的不锈钢油箱装置4，变量柱塞泵装置1连接不锈钢油箱装置4，变量柱塞泵装置1经油循环过滤、冷却或加热装置从不锈钢油箱装置4中吸油后，再经溢流阀2及高压精过滤器3连接至压力管线P，推钢机油缸装置6及平移油缸装置7分别通过第一电磁换向阀5及第二电磁换向阀5-1接通至压力管线P及回油管线T，回油管线T接不锈钢油箱装置4，其特征在于，通过压力管线P上的第一接入点d、回油管线T上的第二接入点e、控制油管S上的第三接入点f接入相应的原液压系统，高压油从第一接入点d引入，经安全阀12连接至由焊接气缶和混合蓄能器组成的蓄能器站11，安全阀12经二位二通电磁换向阀5-4连接至柱塞液压缸9，安全阀12还连接三位五通电磁换向阀5-3，三位五通电磁换向阀5-3连接大速比带位移传感器的液压缸8、高位油箱10和三位四通电磁换向阀5-5，第一接入点d还连接比例电磁换向阀5-6，比例电磁换向阀5-6一端连接回油管线T，回油管线T从第二接入点e接入，比例电磁换向阀5-6中的泄油管接口从第三接入点f接入控制油管S，再从此输回不锈钢油箱装置4，比例电磁换向阀5-6另外二个接口连接三位四通电磁换向阀5-5，三位四通电磁换向阀5-5连接大速比带位移传感器的液压缸8两端的接口及三位五通电磁换向阀5-3，从而组成独立的液压平衡节能系统。 

柱塞液压缸9布置在步进式加热炉的两侧。此时，须新设计两个小的柱塞液压缸(原活塞液压缸是提升台架和钢坯的重量，今专提升台架的重量，因尔缸径要小)专负责驱动台架的升降，再在加热炉的中间设置大速比带位移传感器的活塞液压缸专负责驱动钢坯升降、自动控制速度和驱动两液压缸复位，如用两个柱塞缸，这就须考虑两缸同步问题， 而且液压系统必须设置同步阀，步进式加热炉都设有机械同步机构，尔今绝大部分使用连铸坯生产，定尺长度较准，坯料在炉内偏载较小，且滚轮定位导向距很大，导向精度较高，将柱塞液压缸和大速比带位移传感器的活塞液压缸置于炉中心上，就没有一个传动机构设有两套同步定位装置，总会引起一定的附加阻力，这会既多耗动力又增加投资。 

优选地，柱塞液压缸9与活塞液压缸8连在一个底座上，布置在步进式加热炉的中间。经计算或用原有活塞液压缸改作柱塞液压缸用。或选用一个标准活塞液压缸作柱塞液压缸用（因无标准柱塞液压缸可选，也可选用标准活塞液压缸使用，柱塞液压缸虽加工简单，造价低，但单件非标设计和加工，反而不及选用批量生产的标准活塞液压缸更合适，只需在活塞杆处的进出油口，不接压力管线，而代之装设空气过滤器即成）柱塞液压缸专负责驱动台架的升降，大速比带位移传感器的活塞液压缸专负责驱动钢坯升降、自动控制速度和驱动两液压缸复位。 

如图3所示，为一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站11，包括高压焊接气缶11-1，它由一根较大直径厚壁无缝钢管，两端用球形封头焊接而成，结构简单，制作方便，容量调节配置容易。该缶下部设有排污管11-2，在该缶上部通过管线根据需要连接多个气缶，并设有气体安全阀，该缶上部通过管线连接磁性过滤器11-3，该磁性过滤器11-3的右侧连接排污管11-4，磁性过滤器11-3过滤氮气中的磁性杂质，经一段时间后可通过高压气体吹刷杂质，从该磁性过滤器11-3右侧的排污管11-4排出缶外，磁性过滤器11-3另一端接非隔离活塞蓄能器11-5，非隔离活塞蓄能器11-5装在焊接气缶底座上，并围靠在焊接气缶上，而焊接气缶有底座安装在基砖上，非隔离活塞蓄能器11-5下部为高压油进出口，接压力管线P，高压焊接气缶11-1和非隔离活塞蓄能器11-5设有共用控制阀件和表盘。 

本发明所要使用的蓄能器站，也可选目前较广泛使用的国内外已是很成熟的活塞蓄能器和气缶，国内外也有多种结构的产品，可随设计、使用单位选用，但步进式加热炉的传动负荷较大，相配套的液压平衡泵站也较大，为了节能和便于控制，不要使蓄能器压力波动太大，尽量选用泵站压差小于0.1，将气缶容量选大点，这样按国内普遍常用的气瓶就需20多个，如步进式加热炉载荷更大时，如板坯步进式加热炉，则需更多小气瓶，佔地面积大，系统速度反应慢，影响使用性能。本发明使用新开发的一种由焊接气缶和非隔离活塞蓄能器组成的蓄能器站，它使用大容量焊接气缶，单个缶容量从200升-450升，因而只需3个气缶即可，油缶在防气漏入油中，密封可靠性及活塞位置检测等方面，都具有性价比高等特点 ，详见申请号为201110167433.2、201110152287.6及2011152276.8的专利。 

如图4所示，为大速比带位移传感器的液压缸8的结构示意图，包括活塞缸体8-5，在活塞缸体8-5前后端部，都车有细牙螺纹，并都拧有第一园螺母8-4和第二园螺母8-8，在活塞缸体8-5尾部，设有缓冲块8-9，并拧着尾部端盖8-10，再用园螺母8-8拧紧防松，在尾部端盖8-10上安装有磁致伸缩位移传感器8-6，在活塞缸体8-5头部，为便于拆装和防止密封件扭曲，前部缸座8-3以松配合套在活塞缸体8-5上，然后将密封座盖8-2、前部缸座8-3和第一园螺母8-4用螺栓、螺母及垫圈组件连接为一体，活塞缸体8-5内有活塞杆及活塞组件8-1，它集活塞杆、活塞、缓冲导杆于一体的多功能混合焊接构件，其尾部固定有位置磁铁8-7，并有磁致伸缩位移传感器8-6的感应杆从中通过，以控制台架和钢坯升降速度，当活塞缸体8-5内有活塞杆与活塞8-1移动到各个位置，都同步发出位置信号，并根据预设定的程序，自动控制液压缸的动作。 

大速比带位移传感器的活塞液压缸8基本上与普通活塞式液压缸结构类似，其内部结构也有终端可调缓冲装置、防尘圈、定密封、动密封、导套、排气阀等，安装型式也和普通液压缸一样有多种样式，不一一列举说明。大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸与常规活塞液压缸主要差别是专用于有升降负荷的气、油非隔离混合型塞蓄能器站的平衡系统中，它既是一个推动钢坯升起的传动液压缸，又是一个控制升降运动速度的控制液压缸，还推动台架和钢坯复位。大速比大速比带位移传感器的活塞液压缸有它的特点：大速比即面积比为4-5：1，它主要负责推动钢坯上升，下降时靠钢坯和台架自重，和施以较小的推力，克服柱塞液压缸和活塞液压缸密封件等的阻力，蓄能器因氮气受压所引起的压差变化等的阻力，设有磁致伸缩位移传感器自动控制液压缸活塞升降速度，达到钢坯轻抬轻放，为了便于磁致伸缩位移传感器安装，将活塞缸尾部摆轴孔偏置，为了便于密封件、导套等的维护拆装，将前部缸座采用螺栓连接。 

如图5所示，为液压系统一个步进周期各液压缸的负荷与时间示意图，它是以年产60万吨棒、线材车间为例作出的，其横轴代表时间，纵轴代表负荷，升降用柱塞液压缸10堤升升降台架时的负荷7-1，大速比兼控制传动速度的液压缸8和柱塞液压缸9共同堤升升降台架和钢坯时的负荷7-2，平移油缸装置7推移平移台架时的负荷7-3，大速比带位移传感器的液压缸8推动钢坯和台架下降时的负荷7-4，平移油缸装置7复位平移台架时的负荷7-5，推钢机油缸装置6推坯时的负荷7-6。 

从示意图中可见，这些推动运动的负荷特点是；主要为升降负荷，在一个步进周期中约占总负荷的90％；其中升降负荷特大；而且作用时间很短，约为一个步进周期的1/6；一个周期内各负荷恒定不变；负荷恒定按一定周期不变地重复；工作频率很高，每小时约有50次；液压传动又是连续运转的；在一个周期内还有一段时间处于无负荷状态；其它步进式加热炉结构的液压系统的负荷与时间关系图也类似。过去根据这种大而短的集中负荷设计液压站，必然选用较大设备容量，增加基建投资，浪费能源，这不单在大负荷下全部设备投入运转，即使在小负荷或无负荷时泵和电机也都在运转。虽然，目前这种液压系统大都使用变量泵，以适应负荷大小的变化，但对电动机和变量泵来说，不管是在小负荷或无负荷下不停地运转，其效率曲线都是较差的,还是要消耗不少电能，所谓电动机大部分时间处在大马拉小车的状态下运转，白耗许多电能。 

Claims (6)

1.一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，包括带有油循环过滤、冷却或加热装置的不锈钢油箱装置（4），变量柱塞泵装置（1）连接不锈钢油箱装置（4），变量柱塞泵装置（1）经油循环过滤、冷却或加热装置从不锈钢油箱装置（4）中吸油后，再经溢流阀（2）及高压精过滤器（3）连接至压力管线（P），推钢机油缸装置（6）及平移油缸装置（7）分别通过第一电磁换向阀（5）及第二电磁换向阀（5-1）接通至压力管线（P）及回油管线（T），回油管线（T）接不锈钢油箱装置（4），其特征在于，通过压力管线（P）上的第一接入点（d）、回油管线（T）上的第二接入点（e）、控制油管（S）上的第三接入点（f）接入相应的原液压系统，高压油从第一接入点（d）引入，经安全阀（12）连接至蓄能器站（11），安全阀（12）经二位二通电磁换向阀（5-4）连接至柱塞液压缸（9），安全阀（12）还连接三位五通电磁换向阀（5-3），三位五通电磁换向阀（5-3）连接大速比带位移传感器的液压缸（8）、高位油箱（10）和三位四通电磁换向阀（5-5），第一接入点（d）还连接比例电磁换向阀（5-6），比例电磁换向阀（5-6）一端连接回油管线（T），回油管线（T）从第二接入点（e）接入，比例电磁换向阀（5-6）中的泄油管接口从第三接入点（f）接入控制油管（S），再从此输回不锈钢油箱装置（4），比例电磁换向阀（5-6）另外二个接口连接三位四通电磁换向阀（5-5），三位四通电磁换向阀（5-5）连接大速比带位移传感器的液压缸（8）两端的接口及三位五通电磁换向阀（5-3），从而组成独立的液压平衡节能系统。

2.如权利要求1所述的步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于：所述蓄能器站（11）包括活塞蓄能器和气瓶，活塞蓄能器和气瓶固定在一个共用的支架上。

3.如权利要求1所述的步进式加热炉液压平衡节能装置，其特征在于：所述蓄能器站（11）包括至少一个大容量焊接气缶（11-1），在大容量焊接气缶（11-1）上设有底座，底座用地脚螺栓固定于地基上，大容量焊接气缶（11-1）的下部及顶部分别设有有排污设施（11-2）及电磁过滤装置（11-3），过滤后的磁性污染物从排污管（11-4）中排出，从焊接气缶（11-1）出来的氮气经电磁过滤装置（11-3），输送到一种气、油非隔混合型活塞蓄能器（11-5）内。

4.如权利要求1所述的一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，其特征在于，所述大速比带位移传感器的活塞液压缸（8）包括活塞缸体（8-5），在活塞缸体（8-5）的前后端部都设有缓冲垫块（8-9），第一园螺母（8-4）及第二园螺母（8-8）分别设于活塞缸体（8-5）的前后端部上，在活塞缸体（8-5）尾部拧有尾部端盖（8-10），尾部端盖（8-10）通过园螺母（8-8）拧紧防松，在尾部端盖（8-10）上设有磁致伸缩位移传感器（8-6）及偏置摆轴孔（8-11），前部缸座（8-3）以松配合套在活塞缸体（8-5）的头部，密封座盖（8-2）、前部缸座（8-3）和第一园螺母（8-4）通过螺栓、螺母及垫圈连接为一体，活塞缸体（8-5）内设有活塞杆及活塞组件（8-1），在活塞缸体（8-5）的尾部固定有位置磁铁（8-7），并有磁致伸缩位移传感器（8-6）的感应杆从中通过。

5.如权利要求1所述的一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，其特征在于：所述柱塞液压缸（9）布置在步进式加热炉的两侧。

6.如权利要求1所述的一种已生产的步进式加热炉液压平衡节能改造装置，其特征在于：所述柱塞液压缸（9）与所述活塞液压缸（8）连在一个底座上，布置在步进式加热炉的中间。

Images