CN110425231A - Bprt机组变速离合器的脱扣控制系统及其控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统及其控制方法，涉及高炉鼓风煤气余压能量回收联合装置技术领域，解决了BPRT机组在高炉煤气参数异常大幅波动的情况下，变速离合器的啮合装置因受到剧烈冲击而损坏的技术问题。包括：脱扣控制装置、机组PLC控制器、静叶伺服控制器、转速传感器与静叶位置传感器，机组PLC控制器、静叶伺服控制器、转速传感器通过电信号分别与脱扣控制装置连接，机组PLC控制器能够设定变速离合器的啮合转速，静叶伺服控制器用于接收脱扣控制装置与静叶位置传感器的信号，且向液压装置发出指令，静叶伺服控制器通过液压装置控制透平膨胀机的静叶角度，从而控制透平膨胀机的转速。

Description

BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统及其控制方法

技术领域

本发明涉及高炉鼓风煤气余压能量回收联合装置技术领域，尤其是涉及一种BPRT机组中变速离合器的安全脱扣控制系统及其控制方法。

背景技术

高炉冶炼是钢铁工业的支柱，但是高炉的冶炼耗能很大，因此节能降耗是钢铁工业面临的一个突出问题，同时装置的智能化、信息化也是一个发展趋势，国家对此也有政策支持。高炉冶炼工艺生产流程对于控制系统功能的先进性、可靠性提出了更高的要求，BPRT机组(高炉鼓风煤气余压能量回收联合装置)是高炉冶炼的重大节能装备，它是TRT机组(高炉煤气余压透平发电装置)和高炉鼓风机组的进一步技术创新，在保持TRT系统和高炉鼓风系统功能的基础上，通过将两个独立运行的机组进行有机的联合，将高炉的余压余热能量直接转换为机械能，从而通过轴系功率传递，直接降低电动机的功率消耗，节约电能。

在现有BPRT机组中，变速离合器是实现BPRT机组启动、运行、联锁停机的关键设备，变速离合器脱扣控制系统用于实现变速离合器的啮合与脱开。BPRT机组在启动过程中变速离合器的高速轴与风机侧的转速同步，变速离合器的低速轴转速与TRT侧的转速同步并处于盘车转速状态，低速轴与高速轴脱开，当风机侧达到额定转速后，TRT侧开始启动，随着煤气量的增大，TRT侧的转速开始上升，直到3000r/min，变速离合器的低速端同样达到3000r/min，变速离合器高速段与低速端啮合，整个BPRT机组投入正常运行。

但是，由于BPRT机组在正常运行时，TRT侧受高炉煤气参数的影响，如高炉煤气流量、压力瞬间降低，使TRT侧转速下降至离合器高速轴与低速轴脱离啮合状态，并使转速继续下降；同时因煤气流量、压力瞬间快速恢复，TRT侧转速上升导致变速离合器瞬间啮合，使变速离合器内部啮合装置(棘爪)受到强烈的冲击，导致变速离合器损坏。

因此，如何消除因为高炉煤气流量、压力的异常波动对BPRT机组的安全运行造成的重大隐患，以及提升控制系统的控制功能，成为本发明亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的在于提供BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统及其控制方法，以解决BPRT机组在高炉煤气参数异常大幅波动(如高炉煤气流量、压力瞬间降低后快速升高)的情况下，变速离合器的啮合装置因受到剧烈冲击而损坏的技术问题，影响BPRT机组的安全运行。

为实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：

本发明提供的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，包括：脱扣控制装置、机组PLC控制器、静叶伺服控制器以及设置在透平膨胀机上的转速传感器与静叶位置传感器，其中，

所述机组PLC控制器、所述静叶伺服控制器、所述转速传感器通过电信号分别与所述脱扣控制装置连接，所述机组PLC控制器能够设定变速离合器的啮合转速，所述静叶伺服控制器用于接收所述脱扣控制装置与所述静叶位置传感器的信号，且向所述液压装置发出指令，所述静叶伺服控制器通过液压装置控制透平膨胀机的静叶角度，从而控制透平膨胀机的转速；

在高炉工况异常时，所述转速传感器将其转速信号传递给所述脱扣控制装置，当其转速下降并低于所述机组PLC控制器中设定的啮合转速时，所述脱扣控制装置通过所述静叶伺服控制器控制透平膨胀机转速下降使变速离合器脱开。

作为本发明的进一步改进，所述变速离合器的高速轴与鼓风机侧连接，低速轴与TRT侧的透平膨胀机连接，所述变速离合器上设置有啮合行程开关。

作为本发明的进一步改进，所述鼓风机侧包括：与所述变速离合器高速轴连接的轴流压缩机、变速箱以及通过所述变速箱与所述轴流压缩机连接的电动机。

作为本发明的进一步改进，所述电动机与所述脱扣控制装置电信号连接。

作为本发明的进一步改进，高炉炉顶内设置有压力传感器，所述压力传感器与所述脱扣控制装置电信号连接。

作为本发明的进一步改进，所述高炉出口管道上设置有流量传感器，所述流量传感器与所述脱扣控制装置电信号连接。

作为本发明的进一步改进，所述高炉出口管道上还设置有减压阀组。

作为本发明的进一步改进，所述透平膨胀机出入口之间并联设置有旁通阀，所述旁通阀与所述机组PLC控制器连接。

作为本发明的进一步改进，所述透平膨胀机上还设置有入口蝶阀，所述入口蝶阀与所述机组PLC控制器连接。

同时，本发明还提供了一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1：TRT侧启动，开始工作；

S2：当透平膨胀机转速升到2850r/min时，进入并机阶段，升速曲线(斜率)要平滑的上升，控制升速率为1-2r/sec，直到3000-3050r/min，所述脱扣控制装置通过所述静叶伺服控制器控制透平膨胀机转速，最终控制所述变速离合器进行啮合；

S3：判断高炉工况是否异常，具体而言就是高炉煤气压力或流量的变化，是否足以推动所述透平膨胀机；

S4：若高炉工况没有异常，BPRT机组正常运行；

S5：若高炉工况出现异常，高炉煤气压力或流量下降，所述透平膨胀机的转速下降并低于啮合转速时，变速离合器自动脱开，脱开后转速在2950--3000r/min之间，TRT侧即转入转速控制阶段；

S6：在透平膨胀机工作转速小于一阶临界转速(2000r/min)时，静叶全关，当高炉复风信号来，减压阀组缓缓关闭，顶压上升到正常值后，随着压力、流量的增加，TRT侧转入转速控制阶段；在透平膨胀机工作转速大于一阶临界转数(2000r/min)时，入口蝶阀全关，静叶全关，当高炉复风信号来，高炉减压阀组缓缓关闭，顶压上升到正常值后，随着压力、流量的增加，慢开入口蝶阀和静叶，TRT侧转入转速控制阶段；

S7：再次啮合控制阶段，若高炉炉况经自身工艺调整后，高炉又顺行，压力、流量增加，控制系统立即转入并机阶段；若高炉炉况不顺，顶压、流量继续下降，但只要能冲动转子，就保持转速控制阶段，直到TRT侧自动停机。

本发明的优选实施方式还具有如下有益效果：

本发明提供的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，在高炉煤气参数异常大幅波动(如高炉煤气流量、压力瞬间降低后快速升高)的情况下，能够避免BPRT机组中变速离合器的啮合装置不会受到剧烈冲击，保证了BPRT机组的安全运行，同时通过本发明使BPRT机组的故障发生率下降，为用户创造了巨大的经济效益和安全效益。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提供的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统的框架图；

图2是本发明提供的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统的控制方法的流程图。

图中，1、电动机；2、变速箱；3、轴流压缩机；4、变速离合器；5、透平膨胀机；6、液压装置；7、脱扣控制装置；8、机组PLC控制器；9、静叶伺服控制器；10、静叶位置传感器；11、转速传感器；12、啮合行程开关。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本发明所保护的范围。

本发明提供了一种BPRT机组中变速离合器的安全脱扣控制系统及其控制方法，下面结合图1至图2对本发明提供的技术方案进行更为详细的阐述。

如图1所示，本发明提供的一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，包括：脱扣控制装置7、机组PLC控制器8、静叶伺服控制器9以及设置在透平膨胀机5上的转速传感器11与静叶位置传感器10。

其中，机组PLC控制器8、静叶伺服控制器9、转速传感器11通过电信号分别与脱扣控制装置7连接，机组PLC控制器8能够设定变速离合器4的啮合转速，静叶伺服控制器9用于接收脱扣控制装置7与静叶位置传感器10的信号，且向液压装置6发出指令，静叶伺服控制器9通过液压装置6控制透平膨胀机5的静叶角度，从而控制透平膨胀机5的转速。

具体的，在透平膨胀机5启动并机时，转速传感器11将其转速信号传递给脱扣控制装置7，且当其转速上升接近机组PLC控制器8中设定的啮合转速时控制速率，脱扣控制装置7通过静叶伺服控制器9控制透平膨胀机5的静叶角度，最终控制转速使变速离合器4的棘爪啮合；

在高炉工况异常时，转速传感器11将其转速信号传递给脱扣控制装置7，且当其转速下降并低于机组PLC控制器8中设定的啮合转速时，脱扣控制装置7通过静叶伺服控制器9控制透平膨胀机5的静叶角度减小，使透平膨胀机5转速下降，使变速离合器4的棘爪脱开。

本发明提供的一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，在高炉煤气参数异常大幅波动(如高炉煤气流量、压力瞬间降低后快速升高)的情况下，能够避免BPRT机组中变速离合器4的啮合装置不会受到剧烈冲击，保证了BPRT机组的安全运行，同时通过本发明使BPRT机组的故障发生率下降，为用户创造了巨大的经济效益和安全效益。

作为一种优选或可选的实施方式，变速离合器4的高速轴与鼓风机侧连接，低速轴与TRT侧的透平膨胀机5连接，变速离合器4上设置有啮合行程开关12。

鼓风机侧与TRT侧通过变速离合器4连接为一个整体机组，啮合行程开关12与脱扣控制装置7连接，是作为一种检测位置状态的部件，即用来检测是否啮合成功，或者脱开成功的。

作为一种优选或可选的实施方式，鼓风机侧包括：与变速离合器4高速轴连接的轴流压缩机3、变速箱2以及通过变速箱2与轴流压缩机3连接的电动机1。

作为一种优选或可选的实施方式，电动机1与脱扣控制装置7电信号连接，脱扣控制装置7能够接收电动机1的电流、功率监测信号(4～20mA)。

在啮合时：变速离合器4啮合后信号发出，若机组PLC控制器8没有收到啮合信号时，需判断并根据电动机1电流降低时对应的转数，确定啮合转速；在脱开时：变速离合器4脱开后信号发出，若机组PLC控制器8未接收到脱开信号时，需判断电动机1电流上升时对应的转数，确定脱开转速。

作为一种优选或可选的实施方式，高炉炉顶内设置有压力传感器，压力传感器与脱扣控制装置7电信号连接，压力传感器用于检测高炉炉顶内的压力，并将其传递给脱扣控制装置7。

作为一种优选或可选的实施方式，高炉出口管道上设置有流量传感器，流量传感器与脱扣控制装置7电信号连接，流量传感器用于检测高炉出口管道上的流量大小，并将其传递给脱扣控制装置7。

作为一种优选或可选的实施方式，高炉出口管道上还设置有减压阀组，减压阀组用于减压，可以是电动或者手动控制。

作为一种优选或可选的实施方式，透平膨胀机5出入口之间并联设置有旁通阀，旁通阀与机组PLC控制器8连接，旁通阀优选为液力旁通阀通过机组PLC控制器8进行控制，旁通阀用于透平膨胀机5与高炉减压阀组之间顶压控制的过渡阶段。

作为一种优选或可选的实施方式，透平膨胀机5上还设置有入口蝶阀，入口蝶阀与机组PLC控制器8连接，入口蝶阀也是通过机组PLC控制器8控制其打开或者关闭。

同时，本发明还提供了一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统的控制方法，如图2所示，包括如下步骤：

S1：TRT侧启动，开始工作；

S2：当透平膨胀机5转速升到2850r/min时，进入并机阶段，升速曲线(斜率)要平滑的上升，控制升速率为1-2r/sec，直到3000-3050r/min，脱扣控制装置7通过静叶伺服控制器9控制透平膨胀机5转速，最终控制变速离合器4进行啮合；

在TRT侧透平膨胀机5启动并机过程中对升速控制的要求，当透平盘车后转速达20r/min，即20--2850r/min，升速要求根据透平的特性决定；当透平转速升到2850r/min时，进入并机阶段，升速曲线(斜率)要平滑的上升，升速率1-2r/sec，直到3000--3050r/min啮合，需控制速率避免啮合点的速度过快冲击设备。

其中，在变速离合器4啮合后信号发出，如果机组PLC控制器8没有收到啮合信号时，需判断并根据电动机1电流降低时对应的转数，确定啮合点转速，并且变速离合器4啮合后，转速在2950--3000r/min之间。

变速离合器4啮合后静叶伺服控制器9通过液压装置6将透平膨胀机5的静叶开度立即增开3-5％，或负荷估算应有10％额定功率的量化开度。

S3：判断高炉工况是否异常，具体而言就是高炉煤气压力或流量的变化，是否足以推动透平膨胀机5；

S4：若高炉工况没有异常，BPRT机组正常运行；

S5：若高炉工况出现异常，高炉煤气压力或流量下降，透平膨胀机5的转速下降并低于啮合转速时，变速离合器4自动脱开，脱开后转速在2950--3000r/min之间，TRT侧即转入转速控制阶段；

在脱开时，变速离合器4脱开后信号发出，若机组PLC控制器8未接收到脱开信号时，需判断电动机电流上升时对应的转数，确定脱开转速；脱开后TRT即转入转数控制阶段，静叶慢关到零，TRT顶压即转液压旁通阀控制。

S6：在透平膨胀机5工作转速小于一阶临界转速(2000r/min)时，静叶全关，当高炉复风信号来，减压阀组缓缓关闭，顶压上升到正常值后，随着压力、流量的增加，TRT侧转入转速控制阶段；在透平膨胀机5工作转速大于一阶临界转数(2000r/min)时，入口蝶阀全关，静叶全关，当高炉复风信号来，高炉减压阀组缓缓关闭，顶压上升到正常值后，随着压力、流量的增加，慢开入口蝶阀和静叶，TRT侧转入转速控制阶段；

S7：再次啮合控制阶段，若高炉炉况经自身工艺调整后，高炉又顺行，压力、流量增加，控制系统立即转入并机阶段；若高炉炉况不顺，顶压、流量继续下降，但只要能冲动转子，就保持转速控制阶段，直到TRT侧自动停机。

本发明在高炉座料、塌料以及管涌重故障发生，高炉发信号给BPRT机组脱扣控制系统，TRT侧顶压控制切换至转速控制阶段，根据高炉重故障的大小及影响时间长短判断，发生短暂故障20min以内转速控制，超过20min则BPRT机组停机。

本发明在休风控制或高炉异常时，高炉休风信号来或没有休风信号来，但减压阀组打开，顶压急骤下降至常压(30-50kPa)，TRT顶压控制权由减压阀组控制。

本发明通过本技术方案对于传统的BPRT机组控制方案进行了系统的优化，尤其是优化BPRT机组的脱扣控制系统及方法，使BPRT机组同类的故障发生率从40％降低到3％以内，为用户创造了巨大的间接经济效益和安全效益。

上述本发明所公开的任一技术方案除另有声明外，如果其公开了数值范围，那么公开的数值范围均为优选的数值范围，任何本领域的技术人员应该理解：优选的数值范围仅仅是诸多可实施的数值中技术效果比较明显或具有代表性的数值。由于数值较多，无法穷举，所以本发明才公开部分数值以举例说明本发明的技术方案，并且，上述列举的数值不应构成对本发明创造保护范围的限制。

如果本文中使用了“第一”、“第二”等词语来限定零部件的话，本领域技术人员应该知晓：“第一”、“第二”的使用仅仅是为了便于描述上对零部件进行区别如没有另行声明外，上述词语并没有特殊的含义。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。

Claims (10)

1.一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，包括：脱扣控制装置(7)、机组PLC控制器(8)、静叶伺服控制器(9)以及设置在透平膨胀机(5)上的转速传感器(11)与静叶位置传感器(10)，其中，

所述机组PLC控制器(8)、所述静叶伺服控制器(9)、所述转速传感器(11)通过电信号分别与所述脱扣控制装置(7)连接，所述机组PLC控制器(8)能够设定变速离合器(4)的啮合转速，所述静叶伺服控制器(9)用于接收所述脱扣控制装置(7)与所述静叶位置传感器(10)的信号，且向液压装置(6)发出指令，所述静叶伺服控制器(9)通过所述液压装置(6)控制透平膨胀机(5)的静叶角度，从而控制透平膨胀机(5)的转速；

在高炉工况异常时，所述转速传感器(11)将其转速信号传递给所述脱扣控制装置(7)，当其转速下降并低于所述机组PLC控制器(8)中设定的啮合转速时，所述脱扣控制装置(7)通过所述静叶伺服控制器(9)控制透平膨胀机(5)转速下降使变速离合器(4)脱开。

2.根据权利要求1所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述变速离合器(4)的高速轴与鼓风机侧连接，低速轴与TRT侧的透平膨胀机(5)连接，所述变速离合器(4)上设置有啮合行程开关(12)。

3.根据权利要求2所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述鼓风机侧包括：与所述变速离合器(4)高速轴连接的轴流压缩机(3)、变速箱(2)以及通过所述变速箱(2)与所述轴流压缩机(3)连接的电动机(1)。

4.根据权利要求3所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述电动机(1)与所述脱扣控制装置(7)电信号连接。

5.根据权利要求1所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，高炉炉顶内设置有压力传感器，所述压力传感器与所述脱扣控制装置(7)电信号连接。

6.根据权利要求5所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述高炉出口管道上设置有流量传感器，所述流量传感器与所述脱扣控制装置(7)电信号连接。

7.根据权利要求6所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述高炉出口管道上还设置有减压阀组。

8.根据权利要求7所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述透平膨胀机出入口之间并联设置有旁通阀，所述旁通阀与所述机组PLC控制器(8)连接。

9.根据权利要求8所述的BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统，其特征在于，所述透平膨胀机上还设置有入口蝶阀，所述入口蝶阀与所述机组PLC控制器(8)连接。

10.一种BPRT机组变速离合器的脱扣控制系统的控制方法，包括如下步骤：

S1：TRT侧启动，开始工作；

S2：当透平膨胀机(5)转速升到2850r/min时，进入并机阶段，升速曲线(斜率)要平滑的上升，控制升速率为1-2r/sec，直到3000-3050r/min，所述脱扣控制装置(7)通过静叶伺服控制器(9)控制透平膨胀机(5)转速，最终控制所述变速离合器(4)进行啮合；

S3：判断高炉工况是否异常，具体而言就是高炉煤气压力或流量的变化，是否足以推动所述透平膨胀机(5)；

S4：若高炉工况没有异常，BPRT机组正常运行；

S5：若高炉工况出现异常，高炉煤气压力或流量下降，所述透平膨胀机(5)的转速下降并低于啮合转速时，变速离合器(4)自动脱开，脱开后转速在2950--3000r/min之间，TRT侧即转入转速控制阶段；

S6：在透平膨胀机(5)工作转速小于一阶临界转速(2000r/min)时，静叶全关，当高炉复风信号来，减压阀组缓缓关闭，顶压上升到正常值后，随着压力、流量的增加，TRT侧转入转速控制阶段；在透平膨胀机(5)工作转速大于一阶临界转数(2000r/min)时，入口蝶阀全关，静叶全关，当高炉复风信号来，高炉减压阀组缓缓关闭，顶压上升到正常值后，随着压力、流量的增加，慢开入口蝶阀和静叶，TRT侧转入转速控制阶段；

S7：再次啮合控制阶段，若高炉炉况经自身工艺调整后，高炉又顺行，压力、流量增加，控制系统立即转入并机阶段；若高炉炉况不顺，顶压、流量继续下降，但只要能冲动转子，就保持转速控制阶段，直到TRT侧自动停机。