CN113137394B

CN113137394B - 增压风机的控制方法、控制系统及工控设备

Info

Publication number: CN113137394B
Application number: CN202110320654.2A
Authority: CN
Inventors: 段斌修; 庾江徽; 王俊怡; 艾春洪; 周吉华; 陈显望
Original assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Current assignee: Wuhan Iron and Steel Co Ltd
Priority date: 2021-03-25
Filing date: 2021-03-25
Publication date: 2022-09-27
Anticipated expiration: 2041-03-25
Also published as: CN113137394A

Abstract

本发明公开了一种增压风机的控制方法，包括：获取集气管处的压力检测值和增压风机的压力设定值；确定压力检测值与压力设定值之间的压力偏差；在压力偏差超过压力波动设定范围时，根据风门调节幅度和风门调节暂停时间，对增压风机的风门开度进行阶梯式调节，直至压力偏差处于压力波动设定范围内；根据频率调节幅度和频率调节暂停时间，在目标频率范围内对增压风机的频率进行阶梯式调节，直至压力偏差位于以压力波动中心值为目标值的预设范围内；其中，目标频率范围是增压风机除固有频率范围以外的频率范围。上述控制方案能够避免增压风机因共振、堵转、喘振受到的冲击载荷和交变载荷，显著延长增压风机的使用寿命。

Description

增压风机的控制方法、控制系统及工控设备

技术领域

本申请涉及烧结技术领域，尤其涉及一种增压风机的控制方法、控制系统及工控设备。

背景技术

增压风机是一种依靠输入的机械能，提高气体的压力并排送气体的机械，广泛用于冶金、化工、建材、矿山、电力、港口、食品等行业。在冶金行业的烧结工艺中，增压风机是将烧结烟气再增压后送入后续设施中，进行再脱硫脱硝的一个关键设备。增压风机调控原理是对压力执行“定风压”调控操作，目前常用调控的方式是以变频调节(或称之为频率调节)为参变量，集气管的压力值为被调控量，以集气管的压力检测值相对稳定为调控目标，若受工况影响，压力偏差过大时，通过实时、连续的频率调节，确保增压风机的平稳运行。增压风机若不能正常工作，不仅直接影响脱硫脱销的产量和质量，还会影响正常的生产秩序。

生产发现，增压风机的主要问题是运行寿命较短，只有2年左右，远达不到设计寿命标准(5年)。由于增压风机结构复杂，部件多，精度高，每次故障需要长时间的抢修，严重扰乱了正常生产秩序。

发明内容

本发明提供了一种增压风机的控制方法、控制系统及工控设备，以解决或者部分解决增压风机容易故障，影响正产生产的技术问题。

为解决上述技术问题，根据本发明一个可选的实施例，提供了一种增压风机的控制方法，包括：

获取风门调节幅度、风门调节暂停时间、频率调节幅度、频率调节暂停时间、所述增压风机的压力波动设定范围和压力波动中心值；

获取集气管处的压力检测值和所述增压风机的压力设定值；

确定所述压力检测值与所述压力设定值之间的压力偏差；

在所述压力偏差超过所述压力波动设定范围时，根据所述风门调节幅度和所述风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节，直至所述压力偏差处于所述压力波动设定范围内；根据所述频率调节幅度和所述频率调节暂停时间，在目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节，直至所述压力偏差位于以所述压力波动中心值为目标值的预设范围内；其中，所述目标频率范围是所述增压风机除固有频率范围以外的频率范围。

可选的，控制方法还包括：

在调节过程中，控制风门调节速率大于频率调节速率；

其中，所述风门调节速率等于所述风门调节幅度除以所述风门调节暂停时间，所述频率调节速率等于所述频率调节幅度除以所述频率调节暂停时间。

可选的，所述风门调节幅度包括加载风门调节幅度和卸载风门调节幅度，所述风门调节暂停时间包括加载风门调节暂停时间和卸载风门调节暂停时间；所述频率调节幅度包括加载频率调节幅度和卸载频率调节幅度，所述频率调节暂停时间包括加载频率调节暂停时间和卸载频率调节暂停时间；

所述根据所述风门调节幅度和所述风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节，具体包括：

在所述增压风机加载时，根据所述加载风门调节幅度和所述加载风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节；在所述增压风机卸载时，根据所述卸载风门调节幅度和所述卸载风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节；

所述根据所述频率调节幅度和所述频率调节暂停时间，在目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节，具体包括：

在所述增压风机加载时，根据所述加载频率调节幅度和所述加载频率调节暂停时间，在所述目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节；在所述增压风机卸载时，根据所述卸载频率调节幅度和所述卸载频率调节暂停时间，在所述目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节。

进一步的，所述加载风门调节幅度小于所述卸载风门调节幅度，所述加载风门调节暂停时间大于所述卸载风门调节暂停时间；

所述加载频率调节幅度小于所述卸载频率调节幅度，所述加载频率调节暂停时间大于所述卸载频率调节暂停时间。

进一步的，所述卸载风门调节幅度是所述加载风门调节幅度的1.5倍至3倍，所述加载风门调节暂停时间是所述卸载风门调节暂停时间的1.5倍至3倍。

进一步的，控制方法还包括：

控制卸载风门调节速率是加载风门调节速率的2倍至4倍；

其中，所述加载风门调节速率等于所述加载风门调节幅度除以所述加载风门调节暂停时间，所述卸载风门调节速率等于所述卸载风门调节幅度除以所述卸载风门调节暂停时间。

进一步的，所述卸载频率调节幅度是所述加载频率调节幅度的1.5倍至3倍，所述加载频率调节暂停时间是所述卸载频率调节暂停时间的1.5倍至3倍。

进一步的，控制方法还包括：

控制卸载频率调节速率是加载频率调节速率的2倍至4倍；

其中，所述加载频率调节速率等于所述加载频率调节幅度除以所述加载频率调节暂停时间，所述卸载频率调节速率等于所述卸载频率调节幅度除以所述卸载频率调节暂停时间。

根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种增压风机的控制系统，包括：

第一获取模块，用于获取风门调节幅度、风门调节暂停时间、频率调节幅度、频率调节暂停时间、所述增压风机的压力波动设定范围和压力波动中心值；

第二获取模块，用于获取集气管处的压力检测值和所述增压风机的压力设定值；

确定模块，用于确定所述压力检测值与所述压力设定值之间的压力偏差；

控制模块，用于在所述压力偏差超过所述压力波动设定范围时，根据所述风门调节幅度和所述风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节，直至所述压力偏差处于所述压力波动设定范围内；以及根据所述频率调节幅度和所述频率调节暂停时间，在目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节，直至所述压力偏差位于以所述压力波动中心值为目标值的预设范围内；其中，所述目标频率范围是所述增压风机除固有频率范围以外的频率范围。

根据本发明又一个可选的实施例，提供了一种工业控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可以实现前述技术方案中的控制方法步骤。

通过本发明的一个或者多个技术方案，本发明具有以下有益效果或者优点：

本发明提供了一种增压风机的控制方法，通过在检测到集气管处的压力检测值与压力设定值超过压力波动设定范围时，先进行风门调节：以风门调节幅度+风门调节暂停时间为步长，进行风门开度的间歇式阶梯调节，先将压力偏差控制在压力波动设定范围内；然后再进行频率调节：以频率调节幅度+频率调节暂停时间为调节步长，在增压风机的非固有频段范围内进行风机频率的间歇式阶梯调节，以使压力偏差等于压力波动中心值；上述方案之所以先进行风门调节，再进行频率调节，是充分利用了风门开度可在0％～100％内任意调节无副作用的特点，先调节风门使压力偏差回到压力波动设定范围内；充分考虑了频率调节受到固有频率范围限制的特点，更适合在局部范围内调整使压力偏差回到压力波动中心值，故而良好的解决了共振对风机转子的损害；同时，上述方案之所以设计风门开度和频率的“阶梯式”调节方案，能够有效避免因“连续式”频率调节或风门调节导致增压风机出现堵转、喘振的问题；总的来说，上述方案显著减少了增压风机在风压调节过程中受到的冲击载荷和交变载荷，从而显著延长增压风机的使用寿命，保障正常生产。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的增压风机的控制方法的流程示意图；

图2示出了根据本发明一个实施例的增压风机工艺流程示意图；

图3示出了根据本发明一个实施例的增压风机的控制系统示意图。

附图标记说明：

1、主排风机；2、集气管；3、增压风机；4、大烟道；5、变频电机；6、风门。

具体实施方式

为了使本申请所属技术领域中的技术人员更清楚地理解本申请，下面结合附图，通过具体实施例对本申请技术方案作详细描述。在整个说明书中，除非另有特别说明，本文使用的术语应理解为如本领域中通常所使用的含义。因此，除非另有定义，本文使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属领域技术人员的一般理解相同的含义。若存在矛盾，本说明书优先。除非另有特别说明，本发明中用到的各种设备等，均可通过市场购买得到或者可通过现有方法制备得到。

通过研究增压风机的调控风压的原理与增压风机故障之间的关联关系，发现风机寿命较短的主要原因为：

(1)现有的调压方式采用频率调节在先，风门调节在后”的调控模式。但是由于风机转子具有多阶固有频率，频率调节在先的调控结果注定使风机长期在固有频率区域内运行，从而产生共振，对风机转子造成冲击载荷；

(2)现有的调压方式为：“连续式”调控策略，即实时进行大幅度、反复的、无规律的“一站式”调控方式，会造成风机喘振或堵转，对风机转子造成交变载荷。

基于上述研究得到的严重影响增压风机使用寿命的原因，如附图1所示，本发明提出了一种增压风机的控制方法，应用于增压风机的控制系统，其整体思路如下：

S1：获取风门调节幅度、风门调节暂停时间、频率调节幅度、频率调节暂停时间、所述增压风机的压力波动设定范围和压力波动中心值；

S2：获取集气管处的压力检测值和所述增压风机的压力设定值；

S3：确定所述压力检测值与所述压力设定值之间的压力偏差；

S4：在所述压力偏差超过所述压力波动设定范围时，根据所述风门调节幅度和所述风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节，直至所述压力偏差处于所述压力波动设定范围内；根据所述频率调节幅度和所述频率调节暂停时间，在目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节，直至所述压力偏差位于以所述压力波动中心值为目标值的预设范围内；其中，所述目标频率范围是所述增压风机除固有频率范围以外的频率范围。

本发明提供的方案的控制过程为：与“连续式”调节方案不同，所述阶梯式调节方案属于“等步长、间歇式”的阶梯调控方案或分级调控方案，以增压风机的频率调节在非共振区域内运行为前提条件，采用风门开度调节在先、频率调节在后的调控模式，调控方式为：以“调节幅度”+“调节暂停时间”为一个调节步长或调节阶段，按照“调幅若干数值”→“暂停若干时间”→再调幅同等数值→“再暂停同等时间”→...等步调，重复循环地进行“间歇式”阶梯调节。当集气管处的压力波动超过压力波动设定范围时，先采用风门调节，将集气管处的压力调回到压力波动设定范围内，然后采用频率调节，将压力值趋近于压力波动中心值。

上述方案能够提高增压风机使用寿命的原理是：之所以先进行风门调节，再进行频率调节，是充分利用了风门开度可在0％～100％(或0°～90°)内任意调节不受限、无副作用的特点，先调节风门使压力偏差回到压力波动设定范围内；充分考虑了频率调节受到固有频率范围限制的特点，更适合在局部范围内调整使压力偏差回到压力波动中心值，故而良好的解决了共振对风机转子的损害；同时，上述方案之所以设计风门开度和频率的“间歇式”阶梯调节方案，能够有效避免因“连续式”频率调节或风门调节导致增压风机出现堵转、喘振的问题；总的来说，上述方案显著减少了增压风机在风压调节过程中受到的冲击载荷和交变载荷，从而显著延长脱硫脱硝用的增压风机的使用寿命，保障正常生产。

基于上述方案的发明构思，在一个可选的实施例中，对上述方案进行更进一步的说明：

风门调节幅度，是指一次调节过程的风门调节量；风门调节幅度可以使用风门开度百分比或风门开启角度°来衡量，风门开度0～100％对应于角度为0°～90°。以风门开度为例，风门调节幅度的取值范围可以是5％～20％；其中，对于风门关小，即卸载过程，风门调节幅度的实际取值前加负号，表示风门开度变小。

风门调节暂停时间，是指在调节一次风门后，暂停一段时间后再进行下一次风门调节；风门调节暂停时间可按秒度量，时间范围可以是10～40秒。

频率调节幅度，风机变频调节的频率调节量，可以用全频率范围的百分比衡量，也可以用频率数值衡量。以50Hz的输入电流为例，若按百分比计算，频率调节幅度的取值可以是4％～16％，若按频率数值计算，频率调节幅度的取值可以是2Hz～8Hz。同理，在卸载过程中，由于频率降低，频率调节幅度取值前加负号。

频率调节暂停时间与风门调节暂停时间的意义同理，其可选取值为15～60秒。

压力波动设定范围，是指集气管处的压力检测值与控制系统中的压力设定值之间的允许波动范围。在增压风机领域，压力波动设定范围＝压力波动中心值±预设值；通常的，压力波动中心值根据风机实际工况或实际控制需要确定，预设值的取值范围为400～1000Pa，优选500Pa，600Pa等。以压力波动中心值＝0Pa(表示压力检测值等于压力设定值)，预设值为500Pa为例，则压力波动设定范围为0±500Pa，表示允许的压力检测值与压力设定值之间的偏差在-500Pa～500Pa之间；若压力波动中心值＝50Pa，预设值为500Pa为例，则压力波动设定范围为50±500Pa。

上述参数可以预先确定后存储至增压风机控制系统的存储介质，以供控制时直接调用。

具体的，压力设定值是增压风机控制系统根据实际运行工况，由人为设定，集气管处的压力检测值数据由设置在集气管处的压力检测传感器检测获得。

具体的，在工况出现变化，压力波动超过预设的压力波动设定范围后，先进行风门调节；以“风门调节幅度”+“风门调节暂停时间”为一个调节步长，进行阶梯式阶梯式调节，即以当前风门开度值为基础，按照：调幅“风门调节幅度”→暂停“风门调节暂停时间”→再调幅“风门调节幅度”→再暂停“风门调节暂停时间”→...等步调，循环地进行“间歇式”阶梯调节，直至将集气管处的压力检测值与设定压力值之间的偏差调回到压力波动设定范围内(例如，使压力偏差回到0±500Pa)。举例来说，若取风门调节幅度为10％，风门调节暂停时间为10秒，在某一时刻因工况变化，检测到压力偏差＝1000Pa>500Pa，则上述阶梯式调节的过程为：在当前风门开度的基础上，先调节10％，暂停10秒后检测到压力偏差为800Pa，大于500Pa，于是再调节10％，暂停10秒后检测到压力偏差为450Pa，符合压力波动设定范围，风门调节完成。

具体的，当压力波动回到预设的压力波动设定范围内后，再进行频率调节，与风门阶梯式调节同理，以当前风机实际频率为基础，按照：调幅“频率调节幅度”→暂停“频率调节暂停时间”→再调幅“频率调节幅度”→再暂停“频率调节暂停时间”→...等步调，循环地进行“间歇式”阶梯调节，直至将集气管处的压力检测值与压力设定值的偏差进入以压力波动中心值为目标值的预设范围内，即趋近于压力波动中心值，以确保增压风机在新的工况下平稳运行。其中，压力波动中心值为目标值的预设范围，是指以压力波动中心值为中点，前后增加一个偏差预设范围，例如中心值为0Pa，则压力波动中心值为目标值的预设范围可以是0Pa±10Pa，当集气管的压力检测值与压力设定值之间的偏差达到0Pa±10Pa的范围或等于0Pa，则频率调节完成。

在频率调节时，目标频率范围应当是非共振区域的运行频段。对于增压风机，从产品手册或供应商那里可以获得风机的N个固有频段(即共振区域)，N≥1且为整数，N个固有频段将增压风机的全频范围(例如，0～50Hz)分为2N+1个频段，其中有N+1个非共振区域和N个共振区域。频率调节时，控制风机只在受限的N+1个非共振频域内运行，不在N个共振区域内运行，可避免共振对风机造成的巨大损害。

由于是先用风门调节将压力偏差控制到压力波动设定范围内，再使用频率调节将压力偏差趋近于中心值，因此，一种可选的方案是：在调节过程中，控制风门调节速率大于频率调节速率；其中，所述风门调节速率等于所述风门调节幅度除以所述风门调节暂停时间，所述频率调节速率等于所述频率调节幅度除以所述频率调节暂停时间。之所以如此设计，是将风门调节作为快速的粗调，因此需要较大的调节速率，以实现将风机从高危区域快速调回到安全区域(0±500Pa)的目的；而频率调节是细调，是在安全区域内的精调(将压力值趋近于中心值(0Pa))，以实现运行状态优化的目的，故频率调节速率小。通过风门调节和频率调节的分工协同，能够提高调节精度和速率，延长增压风机的使用寿命。

在工况变化时，增压风机存在卸载和加载两种情况，卸载说明当前压力检测值大于设定值，而加载说明当前压力检测值小于设定值。而研究表明根据卸载和加载两种不同的工况分别设计不同的调幅步长和暂停时间，更有利于延长增压风机的寿命。

故而，在一些可选的实施例中，本实施例提供的控制方法具体为：

所述风门调节幅度包括加载风门调节幅度和卸载风门调节幅度，所述风门调节暂停时间包括加载风门调节暂停时间和卸载风门调节暂停时间；所述频率调节幅度包括加载频率调节幅度和卸载频率调节幅度，所述频率调节暂停时间包括加载频率调节暂停时间和卸载频率调节暂停时间；

对于步骤S4，实际包括：

S41：在所述增压风机加载时，根据所述加载风门调节幅度和所述加载风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节；在所述增压风机卸载时，根据所述卸载风门调节幅度和所述卸载风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节；

可选的，所述加载风门调节幅度小于所述卸载风门调节幅度，所述加载风门调节暂停时间大于所述卸载风门调节暂停时间；具体的，所述卸载风门调节幅度是所述加载风门调节幅度的1.5倍至3倍，所述加载风门调节暂停时间是所述卸载风门调节暂停时间的1.5倍至3倍。

可选的，控制卸载风门调节速率是加载风门调节速率的2倍至4倍；所述加载风门调节速率等于所述加载风门调节幅度除以所述加载风门调节暂停时间，所述卸载风门调节速率等于所述卸载风门调节幅度除以所述卸载风门调节暂停时间。

步骤S4还包括：

S42：在所述增压风机加载时，根据所述加载频率调节幅度和所述加载频率调节暂停时间，在所述目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节；在所述增压风机卸载时，根据所述卸载频率调节幅度和所述卸载频率调节暂停时间，在所述目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节。

可选的，所述加载频率调节幅度小于所述卸载频率调节幅度，所述加载频率调节暂停时间大于所述卸载频率调节暂停时间。进一步的，所述卸载频率调节幅度是所述加载频率调节幅度的1.5倍至3倍，所述加载频率调节暂停时间是所述卸载频率调节暂停时间的1.5倍至3倍。

可选的，控制卸载频率调节速率是加载频率调节速率的2倍至4倍；所述加载频率调节速率等于所述加载频率调节幅度除以所述加载频率调节暂停时间，所述卸载频率调节速率等于所述卸载频率调节幅度除以所述卸载频率调节暂停时间。

在上述方案中，为了方便的比较风门调节幅度和频率调节幅度的大小，均使用百分比数值；其中，风门调节幅度为风门开度，而频率调节幅度为频率变化量占全频段的百分比数值。一种综合上述方案的调节方案见表1所示：

表1增压风机的风门调节和频率调节范围表

总的来说，上述方案的控制思路为：

1)风门调节、频率调节步长差异化；

①无论风门调节还是频率调节，加载时的调幅要小于卸载时的调幅，为卸载时的调幅的1/3～2/3；且暂停时间要大于卸载时的暂停时间，为1.5～3倍；

②无论加载还是卸载，风门调节的调幅大于频率调节的调幅，且暂停时间小于频率调节的暂停时间。

之所以如此控制，原理为：加载是载荷的增加，为了避免快速的加载，造成增压风机的堵转和喘振，通过使用较小的调幅和较长的暂停时间，可使风机在单位时间内增加的载荷变小，加载曲线变缓，以此达到缓冲载荷、减少对转子的损伤的目的；而卸载是载荷的减少，不会出现冲击载荷增加的问题，故可通过加快调节速率，实现快速达到调节目标值的目的。

2)无论是风门调节还是频率调节，加载、卸载均快慢有别；

执行加卸载快慢有别的调节策略。即卸载时“大幅快跑”，而加载时则“小幅慢走”，设V＝α/t为调控速率，则使得：

V_j<V_x，其中：V_j为加载调节速率，V_x为卸载调节速率，一般保持卸载速率是加载速率的2～4倍。

其中，t只考虑暂停时间，是因为相对暂停时间，调节响应时间相对较小，可以忽略不计。

之所以确定卸载速率是加载速率的2～4倍，是考虑到调节幅度和暂停时间均是自变量，因此可按照“倍数”优选的方法进行关联试验，即对调幅和暂停时间进行“翻倍”，取“调幅为2倍，暂停时间为1/2倍”为中心值，分别给定1.5～3倍的范围，进行试验，发现能够更好的延长增压风机使用寿命；而调节速率是因变量，调节速率＝调幅倍数×暂停时间倍数，确定了2～4倍的范围。

3)粗调(风门调节)、细调(频率调节)差异化

执行粗细调节差异化的调节策略。当压力偏差超出压力波动设定范围，采用风门调控进行粗调，调幅大，速率快，尽快将压力调整到设定范围之内；然后，采用频率调节进行细调，调幅小，速率小，可实现精准调节。

调节过程中，使得：V_m>V_p，其中：V_p为频率调节速率，V_m为风门调节速率，一般保持风门调节速率是频率调节的1.5～3倍左右。

之所以如此控制，是因为：风门调节作为粗调，采用大速率以实现将增压风机从高危区域快速调回到安全区域(压力波动设定范围)的目的；频率调节作为细调，是在安全区域内的精调(将压力值趋近于中心值)，以实现运行状态优化的目的，故频率调节速率小。同时，由于风门调节速率和频率调节速率二者之间是因变量的关系，按照“倍数”优选的方法进行试验，即确定了1.5～3倍为提高风机寿命的最佳选择。

需要注意的是，上述方案中调节幅度的大小、倍率以及调节速率的倍率，均是不考虑在卸载时调节幅度的负号，根据其取值的绝对值计算得到的。

综上，本实施例提供的增压风机的控制方法，采用“间歇式”阶梯步进调控方法，可有效避免共振、堵转和喘振，从而减少了冲击载荷和交变载荷，大大延长风机使用寿命，为脱硫脱销正常运转，保持正常的冶炼秩序提供坚实的设备基础。

为了更直观的说明上述方案，在一个可选的实施例中，结合某钢厂炼铁作业区的烧结烟气脱硫脱销设备的具体实施数据，对上述方案进行进一步的说明：

某钢铁公司烧结烟气脱硫脱销的增压风机工艺流程示意图如附图2所示。烧结烟气由大烟道4，经过主排风机1加压后，进入到集气管2，再通过风门6，由增压风机3进一步加压，进入脱硫脱硝处理、变为净化烟气后排入大气，增压风机是由变频电机5进行驱动。其中，脱硫脱销的7100KW增压风机属于轴流式风机，叶轮直径3700mm，同步转速600r/min(50Hz)，驱动电机为变频调速，风机转子共有三阶固有频率(增压风机供应商按照锤击法进行试验获得的结果)：一阶(6.4～11.9Hz)、二阶(21.5～29.2Hz)和三阶(38.7～45.4Hz)。2016年5月，增压风机的转子振幅超标，轴承烧损，被迫临时停机检修28小时；2017年8月，该增压风机的转子焊缝开裂，叶片脱落，被迫停机抢修36小时。短短的15个月内，就发生2起设备事故(正常设计寿命为60个月)，严重影响了烧结机的正常生产。

现采取本发明提供的“间歇式”阶梯方法对增压风机进行调控，即以“风门调节在先(粗调)，频率调节在后(细调)”为调控模式，具体方案如下：

(1)明确调控模式

以风门调节在先，作为粗调；频率调节在后，作为细调，二者分工协同调节。

(2)明确运行频段

按照增压风机给定的3阶固有频率，划定7个共振区域(见表2)，分别为：Ⅰ(0～6.4Hz)、Ⅱ(6.4～11.9Hz)、Ⅲ(11.9～21.5Hz)、Ⅳ(21.5～29.2Hz)、Ⅴ(29.2～38.7Hz)、Ⅵ(38.7～45.4Hz)和Ⅶ(45.4～50Hz)等7个频段，则：

Ⅰ、Ⅲ、Ⅴ、Ⅶ等4个频段为非共振区域，增压风机可以在此运行；

Ⅱ、Ⅳ、Ⅵ等3个频段为共振区域，风机不可在此运行。

表2增压风机0～50Hz频域特性的全频表

频段

Ⅰ

Ⅱ

Ⅲ

Ⅳ

Ⅵ

Ⅶ

频域范围(Hz)

0～6.4

6.4～11.9

11.9～21.5

21.5～29.2

38.7～45.4

45.4～50

可否运行

/

否

是

否

是

(3)选定调控参数和步长

结合本风机工况特点，进行多次试验，选定各调节参数见表3：

表3 7100kW增压风机的风门调节和频率调节参数明细表

1)对于风门调节：

确定压力波动设定范围为0±500Pa，其中，压力波动中心值为0Pa；

①关小时(卸载)，步长为：-10％+暂停10s，整个过程中保持步长不变，如此重复循环多步调节，直至达到风门所需关闭的目标值，以使集气管处的压力检测值与风机控制系统中设定压力值之间的差处于预设的±500Pa的波动范围内；

②开大时(加载)，步长为：+5％+暂停20s，保持步长不变，如此重复循环多步调节，直至达到风门所需打开的目标值，以使集气管的压力检测值与设定压力值之间的压力偏差处于预设的±500Pa的波动范围内；

③卸载时的调节幅度是加载时的2倍，而暂停时间是加载时的1/2。

(2)对于频率调节：

①降低时(卸载)，步长为：-8％(-4Hz)+暂停15s，保持步长不变，如此重复循环多步调节，直至达到频率所需降幅的目标值，以使集气管的压力检测值与设定压力值之间的压力偏差趋近于0Pa或等于0Pa；

②提高时(加载)，步长为：+4％(+2Hz)+暂停30s，保持步长不变，如此重复循环多步调节，直至达到频率所需升幅的目标值，以使集气管的压力检测值与设定压力值之间的压力偏差趋近于0Pa或等于0Pa；

③卸载时的调幅是加载时的2倍，而暂停时间是加载时的1/2。

(4)核算加载、卸载速率大小关系

1)对于风门调节执行“快关慢开”的调节方式。由表3可得：(10％÷10s)/(5％÷20s)＝4，即风门关小速率(卸载)是开大速率(加载)的4倍，满足设定要求；

2)对于频率调节执行“快降慢升”的调节。由表3可得：(8％÷15s)/(4％÷30s)＝4，即频率降低速率(卸载)是提高速率(加载)的4倍，满足设定要求。

(5)核算粗调、细调的速率差异

(1)对于加载时：

(5％÷20s)/(4％÷30s)＝1.875，即粗调(风门调节)的速率是细调(频率调节)的约1.875倍，满足设定要求；

(2)对于卸载时：

(10％÷10s)/(8％÷15s)＝1.875，即粗调(风门调节)的速率是细调(频率调节)的1.875倍，满足设定要求。

6)实施调控流程

按照“调幅若干百分比”→“暂停若干时间”→再调幅同等百分比→“再暂停同等时间”→...等步调，如此重复进行“间歇式”阶梯调控，先采用风门调节进行大步长、快速率的粗调，减小波动偏差，将压力值快速调回到压力波动设定范围，再采用频率调节进行小步长、慢速率的细调，将压力值趋近于压力波动中心值(0Pa)，最后在新的平衡工况下，稳定运行和生产。

自诊断出故障原因，并采取“间歇式”阶梯调控方法进行试验以来，该增压风机未再发生一起设备故障，没有对生产造成任何不良影响。

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，如图3所示，本发明还提供了一种增压风机的控制系统，包括：

第一获取模块10，用于获取风门调节幅度、风门调节暂停时间、频率调节幅度、频率调节暂停时间、所述增压风机的压力波动设定范围和压力波动中心值；

第二获取模块20，用于获取集气管处的压力检测值和所述增压风机的压力设定值；

确定模块30，用于确定所述压力检测值与所述压力设定值之间的压力偏差；

控制模块40，用于在所述压力偏差超过所述压力波动设定范围时，根据所述风门调节幅度和所述风门调节暂停时间，对所述增压风机的风门开度进行阶梯式调节，直至所述压力偏差处于所述压力波动设定范围内；以及根据所述频率调节幅度和所述频率调节暂停时间，在目标频率范围内对所述增压风机的频率进行阶梯式调节，直至所述压力偏差位于以所述压力波动中心值为目标值的预设范围内；其中，所述目标频率范围是所述增压风机除固有频率范围以外的频率范围。

可选的，所述控制模块40还用于：

在调节过程中，控制风门调节速率大于频率调节速率；

其中，所述风门调节速率等于所述风门调节幅度除以所述风门调节暂停时间，所述频率调节速率等于所述频率调节幅度处于所述频率调节暂停时间。

可选的，所述风门调节幅度包括加载风门调节幅度和卸载风门调节幅度，所述风门调节暂停时间包括加载风门调节暂停时间和卸载风门调节暂停时间；

所述控制模块40具体用于：

所述频率调节幅度包括加载频率调节幅度和卸载频率调节幅度，所述频率调节暂停时间包括加载频率调节暂停时间和卸载频率调节暂停时间；

所述控制模块40具体用于：

进一步的，所述控制模块40还用于：

控制卸载风门调节速率是加载风门调节速率的2倍至4倍；

进一步的，所述控制模块40还用于：

控制卸载频率调节速率是加载频率调节速率的2倍至4倍；

基于前述实施例相同的发明构思，在又一个可选的实施例中，提供了一种工业控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时可以实现前述实施例中的控制方法步骤。

通过本发明的一个或者多个实施例，本发明具有以下有益效果或者优点：

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的普通技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种增压风机的控制方法，其特征在于，所述控制方法包括：

获取集气管处的压力检测值和所述增压风机的压力设定值；

确定所述压力检测值与所述压力设定值之间的压力偏差；

2.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，还包括：

在调节过程中，控制风门调节速率大于频率调节速率；

3.如权利要求1所述的控制方法，其特征在于，所述风门调节幅度包括加载风门调节幅度和卸载风门调节幅度，所述风门调节暂停时间包括加载风门调节暂停时间和卸载风门调节暂停时间；所述频率调节幅度包括加载频率调节幅度和卸载频率调节幅度，所述频率调节暂停时间包括加载频率调节暂停时间和卸载频率调节暂停时间；

4.如权利要求3所述的控制方法，其特征在于，所述加载风门调节幅度小于所述卸载风门调节幅度，所述加载风门调节暂停时间大于所述卸载风门调节暂停时间；

5.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述卸载风门调节幅度是所述加载风门调节幅度的1.5倍至3倍，所述加载风门调节暂停时间是所述卸载风门调节暂停时间的1.5倍至3倍。

6.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，还包括：

控制卸载风门调节速率是加载风门调节速率的2倍至4倍；

7.如权利要求4所述的控制方法，其特征在于，所述卸载频率调节幅度是所述加载频率调节幅度的1.5倍至3倍，所述加载频率调节暂停时间是所述卸载频率调节暂停时间的1.5倍至3倍。

8.如权利要求7所述的控制方法，其特征在于，还包括：

控制卸载频率调节速率是加载频率调节速率的2倍至4倍；

9.一种增压风机的控制系统，其特征在于，所述控制系统包括：

10.一种工业控制设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时可以实现如权利要求1～8任一权项所述的控制方法步骤。