喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用
高炉鼓风机防喘振控制系统的分析与研究
安全裕度,人为建立一条防喘振线,此线由 复合演示器内函数回路实现以折线形式设 定 。如 图 2 鼓 风 机 运 行 工 作 画 面 所 示 , 其中 三条实折线是基于上述防喘振设计理念所 设计的。
(1)防喘振接近线(黄色曲线):当工作点 超过防喘振接近 线时, 鼓风机的“防喘振 接 近”报警 。
2 防喘振控制设计的基本理念 高炉鼓风机防喘振设计除了考虑保护
设备自身外,更要考虑为高炉提供安全可 靠 的 生 产 服 务 。防 喘 振 控 制 设 计 的 基 本 理 念主要有以下四方面:
(1 )安 全 性 : 足 够 的 安 全 裕 度 。一 般 来 说,真实的喘振线与防喘振线之间留5%～ 10%的安全裕量[5]。
P
I
D
H CI I
B GF
E
A
Q
图 1 压缩机和管网联合工作性能曲线
P
喘振线
紧急开放线
防喘振线 防喘振接近线
运行点
紧急开放线
Q
P
4
2.2
5
3.8
6
5
7
5.4
10
5.4
Q
图 2 鼓风机运行工作画面 表 1 鼓风机正常运转折线参数
防喘振线 QP 4 1.9 5 3.5 6 4.7 7 5.1 10 5.1
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科技资讯 2014 NO.04 SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION
副放风阀 主放风阀
排
Z T-304-1
出
管
PT - 303- 2
SET
减少到正常工作允许最小值时,工作点移到C 点,此时压缩机通道受阻堵塞,因失速而造成 特性曲线出现断裂,使气流产生强烈脉动,出 口 压 力 突 然 下 降 至 G 点 。由 C 点 过 度 至 G 点 是 随外界管路容积的影响,容量越大,过渡状态 越复杂,当容量足够大时,这种过渡可能使倒 向气流超过极限F点,从而解除失速恢复正常B 点。若造成失速的管网条件没有消失,则又回 到C点,此过程循环发生称为喘振[4]。
刍议如何有效控制高炉鼓风机喘振问题
刍议如何有效控制高炉鼓风机喘振问题文章主要针对高炉鼓风机喘振问题进行了分析，并对引发喘振问题的因素进行了深入讨论。
从传感器技术入手，有针对性的提出了改善喘振问题的方法，并最终提出有效的技术方案。
标签：喘振问题；高炉鼓风机；控制；传感器引言大型高炉以及中型高炉运行过程中大多采用轴流式风机或者离心式风机。
相比较于离心式风机，轴流式风机体积小、质量轻且容量相对较大，并且运行中气流阻损相对较小，因而其效率相对较高。
当压力发生改变时，风量不会变化，因而令高炉运行更加稳定。
但是由于其特性曲线相对较陡，因而其稳定工作区相对较窄，运行过程中容易出现喘振问题，并且由于其直接连接高炉，不设置储气罐，因此更易出现喘振问题。
1 影响因素分析分析鼓风机特性可以看出，若鼓风机鼓风量低于某一风压其运行会不稳定。
此时受到周期波动负荷影响，转子会发生轴向窜动，轴瓦烧坏继而将叶片打碎。
这便是鼓风机的喘振现象，相对于鼓风机的常态运行，喘振为鼓风机失常工况，因此对于高炉鼓风机，必须要避免喘振问题的发生，以此确保高炉的正常运行。
通常判断鼓风机发生喘振现象的方法为，当鼓风机风压一定时，对鼓风机风量进行判断，若流量超出喘振流量则发生喘振现象；当鼓风机风压一定时，对鼓风机风压进行判断，若风压超出喘振压力，则判定为喘振发生。
但是宏观分析喘振特征可以看出，出了流浪和风压外，对鼓风机轴位移以及轴振动和风机噪声进行判断也可以及时检测喘振现象。
文章主要以传感器技术为基础，对喘振现象综合判断技术进行了论述，以此提高检测的准确性。
结合实际的工作经验，主要有两方面原因导致喘振现象发生：首先，实际运行流量<喘振流量；其次，出口压力<管网压力。
除此之外，气体入口温差过大以及气体分子量变化较大、静叶角快速变化均可能成为喘振现象发生的原因。
2 控制方法针对高炉鼓风机喘振问题的控制方法主要有两种，一种为开环控制方法，另一种为闭环控制方法。
开环控制方法为被动控制，通过设置防喘振曲线，对防喘振控制进行设定，从而对防喘振阀进行控制，确保鼓风机运行的稳定。
高炉鼓风机自动控制系统技术标准及要求
高炉鼓风机自动控制系统技术协议及标准一、自动控制系统对压缩机监测系统主要包括1．压缩机定风量/定风压—静叶串级调节系统根据高炉工艺系统对风量的要求，风机在稳定工作区域内，静叶实时进行自动定位调节适应管网阻力的变化，满足高炉的变工况要求。
2. 压缩机防喘振控制系统喘振是轴流压缩机的固有特性，其对压缩机的危害性也是不言而喻的。
为了防止压缩机进入喘振工况运行，从而设置了此防喘振保护调节系统。
3．压缩机防逆流、安全运行控制系统逆流保护是压缩机喘振的第二道保护措施，当轴流压缩机喉部差压低于设定值时，即视为喘振脉冲信号，如果此信号在规定时间内消失并在某一段时间内不再重复出现时，则只需依靠防喘振系统调节以达到稳定，相反若上述两条件不满足时，即视为逆流发生，机组将投入自保—安全运行程序。
如果逆流持续存在则进行紧急停车。
4. 压缩机组流量、压力、温度常规参数监测系统5. 压缩机组轴振动、轴位移监测保护系统6. 机组轴承温度监测保护系统7. 机组润滑、动力油保护调节系统8. 机组故障报警系统9. 逻辑控制系统10. 机组启动条件联锁11. 机组系统的自动操作12. 机组防逆流及安全运行13. 润滑油泵联锁控制14. 动力油泵联锁控制15. 润滑油站和动力油站电加热器自动控制16. 机组紧急停机联锁保护二、自动控制系统对TRT监测系统主要包括系统设计原则：在确保高炉顶压稳定，高炉正常生产的前提下，最大程度地回收高炉煤气压力潜在能量。
在满足以上原则的基础上，TRT控制系统能实现机组的启动、升速、输出功率、升功率、炉顶压力控制和停机的自动化。
并在TRT 机组启动、升速、升功率、正常停机、紧急停机过程中，与高炉控制系统密切合作，保证高炉炉顶压力的波动在一定范围内。
在TRT机组调节炉顶压力时，在正常炉况时保证顶压波动范围在±3kPa以内。
主要控制功能描述转速控制系统TRT安装三套转速测量系统，高位选择器通过三取二表决选出高信号，作为实际的转速测量值。
高炉鼓风机自动控制系统
高炉鼓风机自动控制系统[摘要]简要介绍了鼓风机自动控制的应用，经典控制方法与程序设计相结合，提高控制的可靠性。
[关键词]喘振自动控制调节高炉鼓风机在炼铁生产中是一重要的子系统，该系统控制的好坏直接影响到送风的质量，从而关系到高炉生铁的产量和能耗。
一、系统介绍及主要设计参数武钢7#高炉鼓风机设计使用的是MAN TURBO公司的A V90-15机组。
该机组由10KV ABB同步电机通过增速齿轮箱带动轴流鼓风机。
该机组还有如下的辅助系统：润滑油和控制油单元，动力油单元，顶轴单元，盘车单元，进气过滤器单元等。
主要设计参数如表1-1：二、自动控制系统构成TURBOLOG DSP BASIC/4为主控制器站，采集处理所有I/O信号。
TURBOLOG PROTECT中的COMPACT/M3为冗余喘振监测（逆流保护）系统，并带有VOTER CARD REL2002（紧急停机保护选择系统）和喘振计数器，使用TURWIN可进行编程和强制调试。
TURBOLOG DSP PROVISET为支持人机界面的计算机系统，提供实时监控、趋势记录、通讯功能。
风机监控系统使用BENTLY NEV ADA 3600 。
建有一个操作站和一个工程师站。
三、系统控制功能及原理整个机组的控制系统有以下几大部分：连续控制、逻辑控制及操作监视管理等。
连续控制功能有送风流量/压力调节系统、风机防喘振调节系统。
逻辑控制系统有机组启动步骤联锁系统、逆流保护系统、重故障紧急停机联锁系统、供辅设施控制系统、送风与拨风控制系统等。
整个机组的起停运行使用的是顺控程序，程序方框图如图3-1：（一）重故障紧急停机联锁控制为保障机组的安全运行，设有相应的停机联锁保护，如果满足其中一个条件，就要进行联锁保护停机。
这些条件为：（1）按下急停按钮，（2）风机轴位移过大（+/-0.6MM），（3）持续逆流，（4）润滑油压力过低（低于0.8bar），（5）主电机跳闸。
（二）防喘振控制1．控制原理轴流风机运行在不同的风压时，都有严格的吸入风量限制范围，低于该限则发生喘振。
鼓风机防喘振调节技术与应用
鼓风机防喘振调节技术与应用作者：刘桂荣武剑来源：《科学与财富》2016年第25期摘要：本文对鼓风机喘振原因进行了分析和总结，针对鼓风机安全运行合理配置测量系统和喘振调节参数的设定，保证了鼓风机的稳定运行。
关键词：喘振原因；调节；控制原理鼓风机是高炉炼铁过程中的核心动力设备，它的安全稳定运行直接关系到高炉的安全产量效益。
防喘振控制系统作为鼓风机与高炉之间设备安全与风压稳定运行的重要环节，其控制是否完善合理直接影响到鼓风机的充分发挥；能否为高炉提供一个安全、稳定、高效的风源，是保证高炉达到理想生产状态的重要一环。
一、产生喘振的原因极其危害喘振调节是鼓风机特有的调节，它的形成是由于管网风阻力大，进气量过小时，在风机动叶凸面上形成气流分离现象，造成机组输出流量和气孔紊乱，发出哮喘病人喘气般的声响，机组产生强烈振动，甚至损坏机组。
鼓风机产生喘振的直接原因是流量的大幅度降低，而导致流量大幅度降低的原因是多种多样的：机组的启停、操作的失误、高炉风压骤起、逆流、工艺、设备的精确与使用年限等等。
（1）被压缩气体的流量，出口风压发生高速周期性变化，气体的温度升高，流量、压力、温度随时间的变化而升高。
（2）由于流量和压力的高速振荡，会伴随发生方向的轴向推力，使压缩机机体和部件产生强烈振动，甚至会打坏叶轮，烧毁轴瓦，破坏密封和轴承，造成主轴和压缩机的损坏。
喘振时，压缩机进出口管道上的逆止阀会忽开忽关，阀芯反复撞击阀体，发生异常声响；带来得流量和压力的高速振荡，会造成工艺操作的不稳定。
若喘振损坏了压缩机的密封，会使润滑油窜入流道而进入设备，影响换热器和凝汽器的效率。
多次发生喘振轻者会缩短压缩机的使用寿命，重者会损坏压缩机以及连接压缩机的管道和设备，造成被迫停机。
二、鼓风机喘振控制系统组成1、喉差采用差压变送器三台（三取中逻辑）；出口风压采用压力变送器三台（三取中逻辑）；吸入风温铂电阻温度元件二只；防喘阀两台；2、喉差的实际值超出该范围时，发出故障报警，机组主控画面的喉差故障报警信号触发；为了确保系统的安全，取压方式采取正压侧两个取压口同时取压后，利用联通管联通，从联通管在引取三根导压管路至变送器，消除了因导压管堵塞引起的误动。
轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀的设计(1)
书山有路勤为径，学海无涯苦作舟
轴流式高炉风机控制系统用防喘振阀的设计(1)
1、概述防喘振是各类鼓风机和压缩机的一个特有控制要求。
喘振通常表现为快速的流量振荡或压力振荡, 因而影响风机流量和压力的稳定性。
由于喘振发生时常伴随有反向的轴向推力与反向流动, 从而使风机的效率降低, 寿命缩短, 对风机造成严重危害。
当风机发生喘振或需要放风时, 打开防喘振阀或紧急减压阀, 可以使风机的运行工况点在规定的区域内。
2、工作原理及主要参数2.1、工作原理随着高炉大型化和超高压炉顶的采用, 高炉鼓风系统(防喘振阀具有自动调节和快开功能, 其主要性能参数如下。
公称尺寸DN50～500
公称压力PN6～16
工作介质热空气
工作温度300℃(max)
驱动方式气动+手动
气源压力0.4～0.6MPa
启闭时间调节不限, 紧急快开≤0.5 s
流量特性近似等百分比
3、结构设计防喘振阀主要由三偏心蝶阀((2) 密封圈采用多层次不锈钢金属片制成,具有金属硬密封和弹性软密封的双重密封效果。
同时, 阀座采用硬质合金磨削加工, 表面光洁, 确保了阀门密封性能。
(3) 轴承采用自润滑材料组合, 阀轴采用不锈钢, 确保阀门长期灵活动作。
阀轴密封采用V 形组合或成型填料密封, 确保了阀轴处的介质不外漏。
风机的防喘振控制及优化浅析
风机的防喘振控制及优化浅析摘要：喘振是高炉鼓风机固有特性，喘振将严重危害机组的安全运行。
因此，基于风机喘振原理，分析喘振产生原因与危害,并提出了风机的防喘振控制及优化策略，设计抗喘振控制系统具有重要意义，也为同类机组提供技术参考。
关键词：风机；防喘振控制；优化引言高炉鼓风机一般采用透平压缩机，喘振是透平压缩机的固有特性。
喘振现象对透平压缩机的危害极为严重，必须禁止压缩机处于喘振状态。
如果高炉鼓风机浪涌，空气供应被切断，高炉将无法继续生产铁水。
同时，由于支撑炉内矿石、焦炭等物料的力突然丧失，势必造成炉底的铁水和炉渣飞溅，使风口充满炉渣和铁水，造成高炉重大事故。
因此，高炉鼓风机抗喘振的研究对高炉的稳定生产具有积极意义。
1喘振产生原因与危害大型风机一般采用6KV电机驱动风机转子，动调或静调轴流风机。
轴流风机喘振的主要原因归纳为以下两个方面。
(1)内因:严重失速，气流膨胀。
根据风机失速的机理，正常运行时不会发生旋转失速。
只有在风机启动或停止阶段，转速发生变化时，才会发生旋转失速。
(2)外因:风机与管网联合运行情况。
一般来说，网络容量越大，浪涌频率越低，浪涌幅值越大;反之，当网络容量较小时，浪涌频率较高，浪涌幅值较小。
风机喘振危害很大，性能明显恶化，会出现较大的供气波动，破坏生产工艺系统的稳定性，会造成风机本体严重振动，风机部件承受较高的动应力，容易造成静、动部件的摩擦和损坏，对推力轴承产生很大的冲击力，会使轴承合金疲劳开裂甚至烧毁。
在严重的情况下，它会膨胀成逆流，导致风道内温度急剧上升，导致叶片和轴承损坏。
2防喘振的基本原理风机运行时，当气体介质固定，在一定的转速、压力、温度和压差下，可以计算出一个最小的流点。
当流量低于这个值时，风机的性能就会变得非常不稳定，也就是说风机会出现喘振，这个点也叫喘振点。
喘振点与风机内气体的分子量、进口压力、温度、压差和出口压力、温度和压差有关。
不同条件下浪涌点的位置是不同的，所以可以在不同条件下计算多个浪涌点，然后将这些点连接起来得到一条线，这条线称为浪涌线。
高炉轴流风机防喘振控制优化及实施
上 ，形成耐磨板 ，然后再根据需 要 卷 制成不 同的衬 套镶嵌在接管 及调 节蝶 阀内 ，从而提 高半净煤 气调压 阀组 抗冲刷的能 力。 通 过 三 维 模 拟 及 用 户现 场 使 用 ，增加 导流柱和耐 磨衬套的半净 煤气调 压阀组使用 寿命较改进前的
用寿命短的瓶颈问题。新型半净煤气调压阀组的研制，可有效降低炼铁高
行 ，另 一方面可能制约 风机供风能力的充分发挥 。
高炉鼓 风机是 高炉炼铁 生产的 关键动 力设备 ，为确保鼓风 机的安 全稳定运 行，在其控制 系统 中必须 配备防喘振 自动控 制 ，并应 兼顾高 炉生产 、机组 安全 、节能 降耗等各
方因 素，高炉作为鼓风 机供风的 负 载 ，Ｉ 炉内状 况瞬息万变 ，鼓风阻 力
【 关 键 词 】 轴 流 风 机 防 喘
振 优化 实 施
振控 制 侧重于保护 鼓风机 ，加之 防喘振控 制品质 不高 ，２ ０ １ ０ 年 投产以 来 ， 防喘振控 制系统运行状况不甚理想 ，主要表现在 以 下几方面。
一
、
前言
１ ）防喘阀开 度基本在 ｌ Ｏ ％左右 ，轴流 风机经常处 于放 风状态 ， 造 成大 量无谓能量损失 ，放风噪声污染严 重。 ２ ）防喘振的控 制品 质有 待提 高 ：一旦高炉路 况不顺 ，鼓 风阻 力增 大使 风机 工况点进 入调节 区时 ，通 常是采 用人 工紧急干预 打开防 喘阀 ，使工况 点 回到稳定工作区 ，保守的安全意识使 工况点总是远 离防喘振线 。 ３ ）不 同人 口温度对 风机 喘振 性能 有较 大影 响 ，采 用 固定 的喘振 性能 曲线 不能真 实地反映 风机喘 振性能 ，一 方面 可能影 响 风机 的安全 、稳定运
为计算依据 ，采用 的常规 的Ｐ Ｉ Ｄ 运
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喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用
【摘要】本文概述了喘振控制在高炉鼓风机系统中的应用，并详细地介绍了喘振曲线的形成过程、喘振系统的基本原则以及逆流保护系统的作用。
【关键词】喘振；临界喘振点；喘振线；逆流
前言
在风机系统中喘振是特有的不正常工况，风机（轴流压缩机）绝对禁止在喘振工况下运行，为此，设置了防喘振控制系统。
当风机接近喘振工况时，控制系统调节放风阀打开某一开度，使风机的工况得以改变，从而避免进入喘振区。
1 喘振控制系统介绍
设曲线（1）为管网系统的阻力线，当静叶开度为a时，曲线（1）与特性曲线a的交点a就是压缩机此时稳定工况点。
如果静叶开度a不变，而管网阻力增加，则工况点会沿曲线a上移，当超过某点b，就会发现压缩机输出流量和排气压力出现紊乱，发生如同哮喘病人喘气般的响声，机器发生振动，所以形象地称为喘振。
b点称为临界喘振点。
显然，在不同的静叶开度下重复上述过程，都存在这样一个临界喘振点，将所有喘振点联起来形成的曲线，称为喘振线。
喘振线以上的区域称为喘振区，压缩机只允许在喘振线以下的区域运行。
喘振形成的原因是很复杂的，简单说明如下：当进气量过小时，在叶片凸侧面将出现气流分离现象，当气流分离现象严重时，造成
压缩机排气压力降低，如果管网容量较大，压力较高，则管网压力大于排气压力，使压缩机排气量更加减少，加剧气流分离现象，联锁反应的结果会使压缩机排气量为零，甚至为负（管网向压缩机倒流），但管网压力也不是维持不变的，随着管网向工艺排气，它的压力也在下降，当下降到低于压缩机排气压力时（因压缩机仍在旋转，产生压力），压缩机又会向管网排气，使管网压力回升，如果管网阻力线不变，仍是曲线（2），则又会周而复始地重复上述循环，形成气流的忽小忽大，忽进忽出的喘振。
2 喘振系统的基本原则
fig. 2 anti-surge control system performance curve
由上述喘振形成过程可以看出，在一定的排气压力下，防止风机流量过小，就能避免喘振。
然而，工艺管网的阻力线是一定的，所以在工厂实际应用中经常采用机后放风法来增大风机流量。
它的基本原理为：设风机运行在恒流量qo输出，当排气压力升高超过喘振线时（如b点）则自动增大风机的排气量为qc（静叶开度相应为a3），即工作点移动到了c点，即喘振线以下的区域。
为了保证工艺所需的流量仍为qo，可将多余的流量qc-qo机后放空。
3 防喘控制方法
放风线可用一函数关系式表示：p2=f（dp1/con），其中dp1/con 为用喉部差压测出的流量值q，经温度补正再进行运算f（dp1/con，t1）后作为调节单元的给定值sv，实际值pv为压缩机的排气压力p，若pv1sv，运行点处于放风线左上侧，调节单元输出由+20ma逐
渐减小，使放风阀逐渐打开，直至pv=sv，输出不变，放风阀停留在对应的某一开度上，运行点稳定在正常工作区。
风机的特性是，在某一压力值时，风机只能在对应的最小流量以上运行。
如果高炉需要的风量低于风机某一压力所对应的最小流量，为避免流过风机叶片的流量发生不稳定，防喘振控制器打开放空阀，把部分风量排放到大气中。
防喘振控制器包括以下所述几个特性，以满足生产所需。
根据操作点接近喘振线的速度，动态控制线dyn有比例地增加喘振线和控制线间的安全距离。
当操作点以非常快的速度逼近控制线时，dyn加法器提前让dyn动作，以尽可能快的速度打开放风阀。
放风线下3～5%设一报警线，当工作点越过此报警线时，控制系统发出声光报警。
当工作点在报警线和放风线之间时，报警声停止，只有报警闪烁，当操作点越过放风线时，控制器输出一个4-20ma
信号使防喘振阀打开一定角度，当操作点越过vg增益线（设在放风线上方），控制器增加开环控制器的输出，使放风阀更快速打开。
当操作点到达vg线时，控制系统发出声光报警。
安全线（设在增益线上方）sl能旁路所有控制器，紧急打开放风阀。
控制线包括增益线和安全线
4 放空阀快开慢关控制单元
从喘振控制系统的原理可以看出，该系统属调节系统，它的调节过程是这样的：设风机为恒流量控制。
如果管网阻力增大引起风机出口压力p2升高，当p2>f（dp1/con）时，调节器输入负偏差，则
输出值由+20ma下降，使放空阀打开，以消除喘振。
放空阀的打开势必引起p2下降，当p2<f（dp1/con）时，偏差为正，调节器输出积分上升，当等于20ma时，放空阀全关闭，但工艺管网阻力并没有下降到正常值，放空阀关闭后p2又会迅速上升到f（dp1/con）值以上，使放空阀打开……，可见，防喘振系统的反复调节会造成放空阀振荡性的开闭动作，从而影响到风机出口的稳定，如果调节作用越强，则阀的振荡与剧烈。
那么，能否用增大防喘振系统的调节时间来避免放空阀的剧烈振荡呢？事实是不行的。
因为要求调节防喘振系统应该有足够的快速性迅速打开放空阀及时消除喘振，调节动作慢不仅会使风机不能及时脱离喘振工况，而且可能会使喘振发展成逆流，甚至造成机器的损坏。
上述振荡周期应该包括阀的打开过程和关闭过程时间，既然打开时间不能加长，那么能否用增大关闭过程时间来延长阀的振荡周期，甚至不振荡呢？“快开慢关”控制单元正是基于这种设想而提出来的。
具体来讲，就是说。
调节器输出在减少时，应快，以使放空阀快开；调节器输出增大时，应慢，以免放空阀过快关小或关闭，造成再次喘振。
5 结束语
喘振是风机的一种固有特性，喘振所造成的危害更为严重，为了防止风机接近喘振点运行，所以必需设置可靠的防喘振保护系统。
参考文献
[1]阎云龙，武善业.《风机及系统运行与维修》.机械工业出版
社
[2]陈余平，吴士年.《自动控制系统》.机械工业出版社.。