CN107237770B - 一种鼓风机组节能增效控制系统及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种鼓风机组节能增效控制系统及其工作方法，该系统包括多个鼓风机，每个鼓风机包括叶轮、蜗壳、进口导叶、驱动电机、上位机和PLC控制器，蜗壳出风口通过出口变径管分别连接出风管道和放空管道，出口变径管内径沿气流方向增大，出风管道上设有带开关传感器的单向出口阀，放空管道上设有带第二开度传感器的放空阀，进口导叶上设有第一开度传感器，出口变径管出口处设有压力变送器，第一开度传感器、第二开度传感器、开关传感器、压力变送器、驱动电机和上位机分别连接PLC控制器。与现有技术相比，本发明使得机组在自动化水平上得到进一步的提高，机组运行更趋平稳，避免了人工干预的不确定性，实现了设备节能和用工成本的降低。

Description

一种鼓风机组节能增效控制系统及其工作方法

技术领域

本发明涉及鼓风机技术领域，尤其是涉及一种鼓风机组节能增效控制系统及其工作方法。

背景技术

90年代甚至更早期生产的鼓风机组由于技术落后，能耗高且效率低下，已经不适应目前的低碳节能的要求，所以已近淘汰。但是，庞大的鼓风机组造价昂贵，全部淘汰势必带来极大的浪费，也不符合节能要求。

根据对鼓风机组的结构分析，其实鼓风机组之所以效率低下，就是叶轮的结构老旧以及手动控制的落后，其他部分基本和现今产品没有太大的区别。

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种鼓风机组节能增效控制系统及其工作方法，使得机组在自动化水平上得到进一步的提高，机组运行更趋平稳，避免了人工干预的不确定性，实现了设备节能和用工成本的降低。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种鼓风机组节能增效控制系统，包括多个鼓风机，每个鼓风机包括叶轮、蜗壳、进口导叶和驱动电机，所述叶轮设于蜗壳内，并连接驱动电机，所述进口导叶设于蜗壳进风口处，该系统还包括上位机和PLC控制器，所述蜗壳出风口通过出口变径管分别连接出风管道和放空管道，所述出口变径管内径沿气流方向增大，所述出风管道上设有带开关传感器的单向出口阀，所述放空管道上设有带第二开度传感器的放空阀，所述进口导叶上设有第一开度传感器，所述出口变径管出口处设有压力变送器，所述第一开度传感器、第二开度传感器、开关传感器、压力变送器、驱动电机和上位机分别连接PLC控制器，所述PLC控制器分别通过一伺服电机连接进口导叶、放空阀和单向出口阀。

所述出口变径管通过波纹管分别连接出风管道和放空管道。

所述叶轮通过变速箱连接驱动电机，所述变速箱上设有轴振动传感器，所述轴振动传感器连接PLC控制器。

所述变速箱连接有润滑油输送管道，所述润滑油输送管道上设有润滑油温度传感器和润滑油压力传感器，所述润滑油温度传感器和润滑油压力传感器分别连接PLC控制器。

所述PLC控制器连接有声光报警器和GSM/CDMA模块。

所述出风管道的出口处设有流量计，所述出口变径管出口处还设有压力表。

所述多个鼓风机分为备用鼓风机和工作鼓风机。

一种上述的一种鼓风机组节能增效控制系统的工作方法，包括防喘振工作过程，所述防喘振工作过程包括以下步骤：

当压力变送器检测到鼓风机出口压力变化幅度△P为平缓的状态时，所述平缓的状态是指：0<△P=P2-P0<P1，P0为预设的出口压力，P1为预设的喘振压力，P2为实时检测的管道压力，在平缓的状态下，上位机逐步控制进口导叶的开度减少，直至△P=0时，进口导叶停止动作；

当压力变送器检测到鼓风机出口压力变化幅度△P为突然变大的状态时，所述突然变大的状态是指：△P=P2-P0>P1，在突然变大的状态下，上位机打开放空阀，并控制放空阀开启角度，直至△P降低到P1时，关闭放空阀。

在平缓的状态下，进口导叶的开度变化范围为40%到100%。

在平缓的状态下，若进口导叶的开度降低到设定的最低值后△P仍为平缓的状态，则进口导叶停止动作，打开放空阀，并控制放空阀开启角度，直至△P=0时，关闭放空阀。

与现有技术相比，本发明具有优点：

1、改造后的机组较之前的机组更加符合企业用风系统的实际压力需求，并且提高了产气量；在自动化水平上得到进一步的提高，机组运行更趋平稳，避免了人工干预的不确定性，实现了设备节能和用工成本的降低。

2、在增效改造的过程中，将原来很容易操作失误的手动控制阀门改成智能自动控制阀门；增加了部分智能监测系统，包括压力变送器等，做到故障提示以及自动保护等功能；同时出口变径管用于提高气体压力。整个改造使其性能和效率都有较大的提高。但是整个改造费用不到20%。

3、设置轴振动传感器、润滑油温度传感器和润滑油压力传感器，及时关注机组本身的润滑系统运行是否正常、轴端振动是否正常等机械指标。

4、利用声光报警器在现场发出报警，同时还可以利用GSM/CDMA模块实现短信报警信息的发送。

5、设置波纹管，减少热变形及振动对后续管道系统的影响，同时加装空气过滤器，滤掉大气中的颗粒物、柳絮等杂质。

6、通过对老式鼓风机组进行改造，在能耗完全一致的情况下，效率果然提高了20%以上，原来5台鼓风机组，只要开4台就满足了原来的使用要求。另一台鼓风机可以作为轮换使用，大幅度提高鼓风机组使用寿命。

7、本系统鼓风机组运行过程中，通过各部位的传感器及时探测出口管道的压力变化，并通过内置的计算程序，计算出该出口管道压力下的喘振压力及进口导叶和放空阀应有的动作数据，输出后由相应的伺服电机执行来自动完成各阀门的开度，以实现最佳的工作状态。

8、在防喘振工作过程的平缓的状态下，还实时检测压力变化幅度△P的变化率，更加精准的控制进口导叶的开度，避免进口导叶过度开启或关闭而导致鼓风机出口压力始终达不到稳定状态的情况，以实时保证鼓风机的稳定状态。

附图说明

图1为本发明整体结构示意图；

图2为本发明开机逻辑示意图。

图中，1、叶轮，2、蜗壳，3、进口导叶，3-1、第一伺服电机，4、驱动电机，5、上位机，6、PLC控制器，6-1、I/O输入接口，6-2、I/O输出接口，7、出口变径管，8、出风管道，9、放空管道，10、开关传感器，11、单向出口阀，11-1、第二伺服电机，12、第二开度传感器，13、放空阀，13-1、第三伺服电机，14、第一开度传感器，15、压力变送器，16、波纹管，17、变速箱，18、轴振动传感器，19、润滑油输送管道，20、润滑油温度传感器，21、润滑油压力传感器，22、流量计，23、压力表，24、空气过滤器，25、电控柜，26、油泵，27、油箱。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。本实施例以本发明技术方案为前提进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

如图1所示，一种鼓风机组节能增效控制系统，包括多个鼓风机，每个鼓风机包括叶轮1、蜗壳2、进口导叶3、驱动电机4、上位机5和PLC控制器6，叶轮1设于蜗壳2内，并连接驱动电机4，进口导叶3设于蜗壳2进风口处，蜗壳2进风口前端设有空气过滤器24，蜗壳2出风口通过出口变径管7分别连接出风管道8和放空管道9，出口变径管7内径沿气流方向增大，出风管道8上设有带开关传感器10的单向出口阀11，放空管道9上设有带第二开度传感器12的放空阀13，进口导叶3上设有第一开度传感器14，出口变径管7出口处设有压力变送器15，第一开度传感器14、第二开度传感器12、开关传感器10、压力变送器15、驱动电机4和上位机5分别连接PLC控制器6，PLC控制器6分别通过一伺服电机连接进口导叶3、放空阀13和单向出口阀11，叶轮1通过变速箱17连接驱动电机4，出风管道8的出口处设有流量计22，出口变径管7出口处还设有压力表23。

其工作原理是开机前需要对机组的机械部分进行检查，如图2所示，当条件满足时，可在现场PLC控制器6或中控室上位机5上操作启动程序，电机通电运行后通过联轴器、变速箱17带动叶轮1旋转做高速旋转；叶轮1旋转带动气体流动，并在气体进口处形成低压，外界的空气在大气压力作用下通过进口处空气过滤器24进入进口管道，继而进入叶轮1，在叶轮1的带动下做高速的旋转，经过叶轮1流道和蜗壳2流道后进入作为扩压器的出口变径管7，速度降低且压力升高。在没有故障的情况下系统稳定的运行，外界空气源源不断的被做功加压后送入出口管道，供生产使用。

由于生产用气具有波动性，当用气量突然减少时，用气末端会关闭阀门，导致出口管道上压缩空气的堆积并形成过高的压力，机组在此情况下如果不及时进行调节会发生“喘振”现象，危及到机组安全。因此，提出两种途径来实现防喘振，避免该情况的发生，两种途径：一种是在出口压力变化幅度较为平缓时，通过调整进口导叶3的开启角度，减少进入系统的空气量，从而控制出口管道压力；另一种是当出口压力突然变大时，需要及时打开放空阀13，将多余的气体排出，从而保护机组的安全运行。老旧鼓风机组的进口导叶3的开启角度以及放空阀13的开启，完全是依靠经验手工调节的。因此在老旧鼓风机组改造时，在进口导叶3上安装了第一开度传感器14以及第一伺服电机3-1；在放空阀13上安装了第二开度传感器12和第三伺服电机13-1；在单向出口阀11上安装了开关传感器10以及第二伺服电机11-1；在出气口的压力表23上安装了压力变送器15。通过以上改造，当鼓风机组运行过程中，通过各部位的传感器及时探测出口管道的压力变化，并通过内置的计算程序，计算出该出口管道压力下的喘振压力及进口导叶3和放空阀13应有的动作数据，输出后由相应的伺服电机执行来自动完成各阀门的开度，以实现最佳的工作状态。

出口变径管7通过波纹管16分别连接出风管道8和放空管道9，变速箱17连接有润滑油输送管道19，润滑油输送管道19上设有润滑油温度传感器20和润滑油压力传感器21，变速箱17上设有轴振动传感器18，轴振动传感器18、润滑油温度传感器20和润滑油压力传感器21分别连接PLC控制器6。及时关注机组本身的润滑系统运行是否正常、轴端振动是否正常等机械指标。

PLC控制器6连接有声光报警器和GSM/CDMA模块，当出现喘振或者故障信号时，则利用声光报警器在现场发出报警，同时还可以利用GSM/CDMA模块实现短信报警信息的发送。

PLC控制器6与上位机5无线连接，利用上位机5可以无线远程监控现场鼓风机组的运行状态，多个鼓风机分为备用鼓风机和工作鼓风机，鼓风机组采用互为工作和备用的工作方式，有利于在线检修，保证鼓风机组工作的可靠性。

本系统中各部分功能如下，

一、空气系统流动环节

空气过滤器24用于滤掉大气中的颗粒物、柳絮等杂质；进口导叶3通过改变旋转角度控制进气流量；叶轮1用于对气体做工；蜗壳2用于配合叶轮1形成一个封闭的空间，其内部构造利于气体流动；出口变径管7用于提高气体压力；波纹管16用于减少热变形及振动对后续管道系统的影响；压力表23用于显示出风管道8的压力，压力变送器15用于将压力信号传送到PLC处理器；出风管道8用于输送压缩空气；放空管道9用于在特殊情况下排放气体；出风管道8出口处的阀门采用单向出口阀11，防止管网内的气体回流，相应的开关传感器10用于检测阀门的开关量；放空阀13为角度调节，用于调节排气量，相应的第二开度传感器12用于检测开启角度信息；流量计22用于计量流出鼓风机的气体流量。

二、机械传动

电控柜25用于传送来电能并控制驱动电机4，同时与PLC控制器6通讯；驱动电机4将电能转化为机械能并输出转动力矩及转速；联轴器用于连接变速箱17及驱动电机4；变速箱17通过齿轮副实现低速到高速转换；小齿轮所在的主轴在小齿轮带动下高速旋转，并将机械能通过主轴传到叶轮1。

润滑系统中的油箱27用于储存润滑油，油泵26用于将润滑油泵26送到需要润滑的部分。润滑油压力传感器21和润滑油温度传感器20用于探测润滑油的压力和温度。

三、控制系统

位于各个部位的传感器将系统的状态参数转换为电信号输送到PLC控制器6的I/O输入接口6-1，通过PLC控制器6内置的逻辑程序进行运算，根据运算结果由I/O输出接口6-2进行控制命令输出或将信息显示到显示屏上。

上位机5是位于中控室的工控机，通过网络接口与PLC控制器6进行通讯，可查看数据，也可输出控制信号。

改造后的机组较之前的机组更加符合企业用风系统的实际压力需求，并且提高了产气量；在自动化水平上得到进一步的提高，机组运行更趋平稳，避免了人工干预的不确定性，实现了设备节能和用工成本的降低。

上述的一种鼓风机组节能增效控制系统的工作方法，包括防喘振工作过程，防喘振工作过程包括以下步骤：

当压力变送器15检测到鼓风机出口压力变化幅度△P为平缓的状态时，平缓的状态是指：0<△P=P2-P0<P1，P0为预设的出口压力，P1为预设的喘振压力，P2为实时检测的管道压力，在平缓的状态下，上位机5逐步控制进口导叶3的开度减少，直至△P=0时，进口导叶3停止动作，具体关小幅度与管道压力变化幅度△P成正比，进口导叶3的开度变化范围为40%到100%，若进口导叶3的开度降低到设定的最低值40%后△P仍为平缓的状态，则进口导叶3停止动作，打开放空阀13，并控制放空阀13开启角度，直至△P=0时，关闭放空阀13；

当压力变送器15检测到鼓风机出口压力变化幅度△P为突然变大的状态时，突然变大的状态是指：△P=P2-P0>P1，在突然变大的状态下，上位机5打开放空阀13，并控制放空阀13开启角度，直至△P降低到P1时，关闭放空阀13，实现将出口压力降低到设定的压力值。

平缓的状态下，若上位机5逐步控制进口导叶3的开度减少时，压力变化幅度△P的出现一定的减少的趋势时（即压力变化幅度△P变化率达到设定的变化率，该设定变化率为负数），则暂时保持当前进口导叶3的开度为设定的观察时间（例如5分钟），设定的观察时间后判断△P是否为0，若是，则进口导叶3维持当前开度，若否，则继续逐步控制进口导叶3的开度减少，并实时检测压力变化幅度△P的变化率。通过此步骤设置，可以更加精准的控制进口导叶3的开度，避免进口导叶3过度开启或关闭而导致鼓风机出口压力始终达不到稳定状态的情况，以实时保证鼓风机的稳定状态，需要达到的稳定状态是保证机组不喘振，且管网压力保持在工艺需要的稳定值。

Claims (5)

1.一种鼓风机组节能增效控制系统，包括多个鼓风机，每个鼓风机包括叶轮(1)、蜗壳(2)、进口导叶(3)和驱动电机(4)，所述叶轮(1)设于蜗壳(2)内，并连接驱动电机(4)，所述进口导叶(3)设于蜗壳(2)进风口处，其特征在于，该系统还包括上位机(5)和PLC控制器(6)，所述蜗壳(2)出风口通过出口变径管(7)分别连接出风管道(8)和放空管道(9)，所述出口变径管(7)内径沿气流方向增大，所述出风管道(8)上设有带开关传感器(10)的单向出口阀(11)，所述放空管道(9)上设有带第二开度传感器(12)的放空阀(13)，所述进口导叶(3)上设有第一开度传感器(14)，所述出口变径管(7)出口处设有压力变送器(15)，所述第一开度传感器(14)、第二开度传感器(12)、开关传感器(10)、压力变送器(15)、驱动电机(4)和上位机(5)分别连接PLC控制器(6)，所述PLC控制器(6)分别通过一伺服电机连接进口导叶(3)、放空阀(13)和单向出口阀(11)；

所述叶轮(1)通过变速箱(17)连接驱动电机(4)，所述变速箱(17)上设有轴振动传感器(18)，所述轴振动传感器(18)连接PLC控制器(6)；

所述变速箱(17)连接有润滑油输送管道(19)，所述润滑油输送管道(19)上设有润滑油温度传感器(20)和润滑油压力传感器(21)，所述润滑油温度传感器(20)和润滑油压力传感器(21)分别连接PLC控制器(6)；

所述鼓风机组节能增效控制系统的工作方法，包括防喘振工作过程，所述防喘振工作过程包括以下步骤：

当压力变送器(15)检测到鼓风机出口压力变化幅度△P为平缓的状态时，所述平缓的状态是指：0<△P＝P2-P0<P1，P0为预设的出口压力，P1为预设的喘振压力，P2为实时检测的管道压力，在平缓的状态下，上位机(5)逐步控制进口导叶(3)的开度减少，直至△P＝0时，进口导叶(3)停止动作；

当压力变送器(15)检测到鼓风机出口压力变化幅度△P为突然变大的状态时，所述突然变大的状态是指：△P＝P2-P0>P1，在突然变大的状态下，上位机(5)打开放空阀(13)，并控制放空阀(13)开启角度，直至△P降低到P1时，关闭放空阀(13)；

在平缓的状态下，进口导叶(3)的开度变化范围为40％到100％；

在平缓的状态下，若进口导叶(3)的开度降低到设定的最低值后△P仍为平缓的状态，则进口导叶(3)停止动作，打开放空阀(13)，并控制放空阀(13)开启角度，直至△P＝0时，关闭放空阀(13)。

2.根据权利要求1所述的一种鼓风机组节能增效控制系统，其特征在于，所述出口变径管(7)通过波纹管(16)分别连接出风管道(8)和放空管道(9)。

3.根据权利要求1所述的一种鼓风机组节能增效控制系统，其特征在于，所述PLC控制器(6)连接有声光报警器和GSM/CDMA模块。

4.根据权利要求1所述的一种鼓风机组节能增效控制系统，其特征在于，所述出风管道(8)的出口处设有流量计(22)，所述出口变径管(7)出口处还设有压力表(23)。

5.根据权利要求1所述的一种鼓风机组节能增效控制系统，其特征在于，所述多个鼓风机分为备用鼓风机和工作鼓风机。