乳化液泵站的变频控制技术研究.pdf

第期(总第 期)年月机 械 工 程 与 自 动 化ME CHAN I C A LE N G I N E E R I N G&AUT OMA T I ONN o A u g 文章编号:()乳化液泵站的变频控制技术研究刘燚(山西临汾西山能源有限责任公司,山西临汾 )摘要:介绍了一种基于变频调速技术的矿井乳化液供应系统,通过引入变频调速技术实现了对乳化液供应系统压力、流量的自动控制.系统采用闭环自动配液控制,可保证整个系统乳化液供应压力和流量的稳定,同时具有节能、环保等优点.系统的休眠功能和工、变频切换功能进一步提高了系统的智能化、稳定性和可靠性,为矿井乳化液供应系统的改进提供了一种有效的解决方案.关键词:变频调速技术;闭环自动配液控制;乳化液泵站中图分类号:TH 文献标识码:B收稿日期:;修订日期:作者简介:刘燚(),男,河南林州人,工程师,大专,主要从事煤矿安全管理工作.引言乳化液泵站在工艺中需要满足不同的乳化液压力和流量需求,而设备的额定压力通常都超过实际需要的压力,因此需要采用节流控制方式来达到调节压力的目的.然而,这种通过增加阻力的方式进行压力调节,导致能源的大量浪费,严重影响了乳化液泵站的能源利用效率.随着变频调速技术的发展,乳化液泵站系统的节能增效得到了实际应用,可以很好地解决这一问题 .变频调速技术可以根据实际需求调整电机转速和功率输出,从而更加精确地控制乳化液压力和流量,避免了节流控制方式的能源浪费.因此,采用变频调速技术对乳化液泵站进行升级改造,不仅能够提高设备的能源利用效率,还能够减少能源消耗和操作成本,取得更好的经济效益和环境保护效益.乳化液泵站的工作原理乳化液泵站是煤矿井下供液系统中的重要设备之一,一般采用卧式三柱塞或五柱塞往复定量泵.这种往复泵式乳化液泵借助于柱塞在液压缸工作腔内的往复运动来使工作腔容积产生周期性变化,从而实现高压液体的输送,具有瞬时流量脉动但平均流量恒定、泵的压力取决于管路特性以及良好的自吸性能等特点.乳化液泵站通过与液压支架、单体液压支柱之间形成一个多级多单元分布式的液压系统结构,为支架的升柱、降柱、移架和推溜等动作提供工作液流量的输出,并要不断地提供补充系统泄漏所消耗的工作液.因此,乳化液泵站的供液条件要求其输出的工作液流量随支架各执行机构的负载流量特性来调节,以满足工作需求.液压系统控制部分的最大作用是保持压力的恒定,自动卸载阀、安全阀和蓄能器共同实现这一功能.保持压力恒定的原理为:当液压系统中压力达到额定值以后,自动卸载阀使泵压力卸载,乳化液回流至乳化液箱中;如果自动卸载阀失灵,压力超过额定值以后,则安全阀打开泄液,以保证泵站能在工作需要乳化液时满足供液要求,不需要乳化液时泵能自动卸载,当工作面再次需要乳化液时,能自动恢复供液.乳化液泵站采用往复泵式乳化液泵进行高压液体的输送,通过与液压支架、单体液压支柱之间形成一个多级多单元分布式的液压系统结构,为支架的各种动作提供工作液流量的输出,并通过压力控制部分保证液压系统的稳定性.变频恒压供液图为乳化液泵站液压控制原理图,图中说明了乳化液泵站的工作原理以及变频器在其中起到的关键作用.原来的泵站采用真空电磁启动器对电机进行控制,这种控制方式只有启动和停止两种状态,并且容易损坏,具有容易发热、控制精度差的缺点.将真空电磁启动器改为变频器后,电机的控制、保护、可靠性等方面得到了显著提升.除此以外,控制系统还在泵站高压管出口去液压支架处加装了压力传感器和流量传感器,用于检测出口压力和流量,使用变频器对出口压力和流量进行平滑控制.在乳化液箱内加装液位传感器,用于检测乳化液的液位,并进行乳化液自动补液控制.变频恒压供液系统由压力和流量传感器、乳化液泵、电机、变频调速装置组成闭环控制系统,压力和流量传感器为检测元件,测量泵站去液压支架出口处的压力和流量,将此数据发给变频器的控制部分P L C,与工作面液压支架所需压力进行比较,P L C会根据工作面液压支架工作情况对压力进行判断,是否需要增加压力或降低压力.变频器、电机和乳化液泵共同构成执行元件,当P L C判断认为此时工作面压力不足,则变频器输出的电压频率会增加,电机在此电压驱动下会提高转速,进而驱动乳化液泵提高转速,最终使输出压力增加,为工作面液压支架提供更强的动力输出.反之,如果P L C判断此时工作面压力已经足够或者超过所需,则会发出指令使变频器输出的电压频率降低,最终使乳化液泵的输出压力降低,保障压力稳定,避免压力过高产生危险.上述过程为不断动态调节的过程,最终在工作面液压支架稳定的情况下,变频器会提供一个稳定的输出频率.此外,为了保护变频器,可以在内部设置一个休眠频率,如果变频器的输出频率低至休眠频率,那么就会休眠,避免电机长时间低速运行;如果工作面压力不足,即低于某一压力则会退出休眠唤醒变频器进行工作.休眠频率和唤醒压力都可以根据电机和工作面液压支架用压情况进行设置.图乳化液泵站液压控制原理图单机模式运行时,变频器的启动逻辑可以进行人工设定,在本泵站中,变频器的工作频率设定为休眠、H z、H z和工频 H z,变频器的运行频率根据工作面压力情况进行切换.将工作面压力上限设定为P,下限设定为P,为了避免在工作面压力处于临界值时变频器的工作频率发生抖动,还应当设定一定的延时,以保护变频器和电机等机械设备.当压力传感器检测到的压力低于P时,变频器从休眠状态被唤醒,直接进入工频工作状态,以保证工作面的压力迅速上升,避免现场发生安全事故;当压力大于P时,说明此时的工作面压力已经足够,经过T时间的延时后,变频器降频到 H z运行,然后控制器判断此时压力是否够用,如果够用则变频器保持 H z运行,如果压力还是大于P,则变频器延时T时间继续降频到 H z使用,降频到 H z以后继续进行判断,如果压力仍然大于P,则变频器延时T时间进入休眠模式.与工频机组同时运行时,该系统具有种调节模式,通过变频柜内的两个接触器进行模式转换.当变频接触器闭合,电机从变频器取得供电电压,电机工作在变频模式;当工频接触器闭合,电机从进线柜取得电压,电机工作在工频模式.模式为固定的P I D调节模式,其中变频器根据设定的压力值进行降频或增频运行,以实现恒压供液和节能效果.模式为压力高低位控制模式,当压力低于下限设定值时,变频器启动且运行频率为 H z;当压力高于设定上限频率时,变频器停机.模式为工频电机与变频器P I控制器的联合控制模式,其中变频泵为主控泵,在生产过程中如果用液量较大且仅一台变频泵满负荷运行且供压不够时,工频泵能自动投入.模式变频器内部闭环控制环节如图所示.当变频泵频率长时间在低频状态运行时,工频泵会自动停止运行,工频泵的作用是辅助供液.这些控制模式的灵活应用能够满足不同的生产需求,同时也可以提高系统的运行效率和节能效果.图模式变频器内部闭环控制环节示意图自动配补液和浓度检测乳化液在使用过程中会自然产生损耗,当乳化液箱内的液位过低时就会导致供液不足.自动配液补液是乳化液泵站中非常重要的一项功能,其主要目的是确保乳化液的浓度稳定,保证生产工艺的顺利进行.在乳化液箱内设置液位传感器检测液位,并在控制系统内设定乳化液箱的最低液位和最高液位,液位传感器将采集的液位数据发送给控制器.当控制器判断液位低于最低液位,开始发出补液指令,将补液管路的阀门打开;当液位高于最高液位时,控制器将补液管路的阀门关闭,避免箱内的乳化液的液位过高而溢出.自动配液补液功能的使用,可以极大地提高生产效率,降低人工成本,并且大大提高了乳化液的稳定性和一致性,有助于提高产品质量.在乳化液泵站的工作过程中,乳化液的浓度会受到各种因素的影响,如温度变化、材料配比、乳化液泵站压力等,因此需要对乳化液进行配比调整,以维持其浓度稳定,保证产品质量.传统的手动配液方法既费时又费力,并且容易出现误差.浓度检测也是自动配液系统的一个重要组成部分,它通常采用离子传感器或者其他检测装置来实现,能够对乳化液中的各种成分进行精确检测,并计算出乳化液的配比浓度.在配制过程中,系统会根据设定值进行自动调节,确保乳化液的浓度达到预期的要求.同时,该系统还具备连续可调设定的功能,用户可以根据实际生产需求选择合适的浓度范围,以确保产品质量和生产效率.(下转第 页)年第期刘燚:乳化液泵站的变频控制技术研究放要求,延迟尿素喷射使整机排放效果较好;但是对于司机的“磨洋工”这种非正常情况(如试验、),整机的NOx排放会变差,存在较大的超标风险,若按照 比例减少相应的尿素喷射量,会造成NOx排放超标.结合上述试验结果,对市场上几台装载机采用延迟尿素喷射和减少尿素喷射的措施,在跟踪一段时间后拆检发现与原状态车辆相比,后处理的尿素结晶量明显减少,有的车辆甚至无结晶现象.结论本文针对市场上的非道路四阶段装载机的尿素结晶故障进行分析,并结合防结晶措施进行部分验证,得出以下结论:()通过对后处理氨储率实行闭环控制,可使尿素喷射更加精确,能够有效降低尿素结晶风险.()针对装载机瞬态工况多而制定的延迟尿素喷射策略,可降低尿素结晶风险,其精确的延迟时间还需要结合发动机台架数据进行验证.()提高尿素起喷温度同时结合低废气流量停喷策略,可降低尿素结晶风险,但温度提高到什么区间最合理,还需要结合发动机台架数据进行验证.()非道路四阶段装载机P EM S测试的NOx污染物排放情况会因装载机作业工况变化而不同,且差值较大,与装载机负荷率呈一定的正相关关系.此外,增加尿素喷嘴的喷孔数量,优化S C R混合腔的结构都可以增强尿素雾化效果,提升S C R的转化效率,降低尿素结晶风险.参考文献:江涛,范皖元,宋长青后处理结构对柴油车尿素结晶的影响J汽车工程学报,():苏长春商用车后处理系统尿素结晶问题研究J汽车实用技术,():陈曦,马江柴油机尾气后处理主要的失效模式、成因及预防J汽车实用技术,():朱明健,胡振奇,夏少华,等 S C R尿素结晶风险的评估与预测J内燃机学报,():史留庆,张翠平柴油机S C R系统尿素结晶的适用性研究J科技创新与应用,():C a u s e sa n dA n a l y s i so fU r e aC r y s t a l l i z a t i o nF a i l u r e i nP o s t T r e a t m e n t o fL o a d e rL I A N GC h a n g s h u i,(S t a t eK e yL a b o r a t o r yo fE n g i n eR e l i a b i l i t y,W e i f a n g ,C h i n a;W e i c h a iP o w e rC o,L t d,W e i f a n g ,C h i n a)A b s t r a c t:I nv i e wo f t h ep r o b l e mo fp o s t t r e a t m e n tu r e ac r y s t a l l i z a t i o n i nn o n r o a d f o u r s t a g e l o a d e r s,c o m b i n e dw i t ht h em e c h a n i s mo fp r o d u c t i o no fu r e aa n dt h es p e c i a lw o r k i n gc o n d i t i o n so f l o a d e r s,t h ec a u s e so fp o s t t r e a t m e n tu r e ac r y s t a l l i z a t i o no f l o a d e r sa r ea n a l y z e da n dt h ec o r r e s p o n d i n gp r e v e n t i v e m e a s u r e sa r ew o r k e do u t I tn o to n l y m e e t st h ee m i s s i o nr e q u i r e m e n t so fl a w sa n dr e g u l a t i o n s,b u t a l s o i m p r o v e s t h er e l i a b i l i t yo f t h e l o a d e r K e y w o r d s:p o s t t r e a t m e n t s y s t e m;u r e ac r y s t a l l i z a t i o n;l o a d e r(上接第 页)结束语总体而言,采用变频电控装置和自动控制方式的乳化液泵站系统具有多重优点:系统供液压力稳定,缓和液力冲击,压力响应快;同时能够节约电能 以上,提高功率因数到 以上;实现恒压控制后卸压阀动作频率大大降低,降低噪声,使工作环境显著改善;同时液压管路中的压力大部分时间维持在平均工作压力中线以下,减小了液压管路的工作负荷,延长了胶管的使用寿命,降低了密封件损耗;变频电控装置降低了系统维护次数和维修工作量,提高了系统的可靠性和保护性;最后,自动配液系统使得系统操作更智能化、更精确、更简单方便.参考文献:高兴利综采高端智能化乳化液泵站集中供液系统研究与应用J机械管理开发,():,郝建伟变频器在综采工作面乳化液泵站的应用J江西煤炭科技,():,曹哲哲综采工作面泵站变频控制系统设计J陕西煤炭,():R e s e a r c ho nV a r i a b l eF r e q u e n c yC o n t r o lT e c h n o l o g yf o rE m u l s i o nP u m p i n gS t a t i o nL I UY i(S h a n x iL i n f e nX i s h a nE n e r g yC o,L t d,L i n f e n ,C h i n a)A b s t r a c t:T h i sp a p e r i n t r o d u c e sam i n ee m u l s i o ns u p p l ys y s t e mb a s e do nv a r i a b l ef r e q u e n c ys p e e dc o n t r o l t e c h n o l o g y T h r o u g ht h ei n t r o d u c t i o no fv a r i a b l e f r e q u e n c y s p e e dc o n t r o l t e c h n o l o g y,t h e a u t o m a t i c c o n t r o l o f p r e s s u r e a n d f l o wo f t h e e m u l s i o ns u p p l ys y s t e mi sr e a l i z e d T h ec l o s e d l o o pa u t o m a t i c l i q u i dd i s t r i b u t i o nc o n t r o l o f t h es y s t e me n s u r e st h es t a b i l i t yo f t h ee m u l s i o ns u p p l yp r e s s u r ea n df l o w,w h i l e a l s oh a s t h e a d v a n t a g e s o f e n e r g ys a v i n ga n de n v i r o n m e n t a l p r o t e c t i o n T h ed o r m a n c y f u n c t i o n,p o w e r f r e q u e n c ya n df r e q u e n c yc o n v e r s i o ns w i t c h i n gf u n c t i o no f t h es y s t e mf u r t h e r i m p r o v et h ei n t e l l i g e n c e,s t a b i l i t ya n dr e l i a b i l i t yo ft h es y s t e m,a n dp r o v i d ea ne f f e c t i v es o l u t i o nf o r t h e i m p r o v e m e n to fm i n ee m u l s i o ns u p p l ys y s t e mK e y w o r d s:v a r i a b l e f r e q u e n c ys p e e dc o n t r o l t e c h n o l o g y;c l o s e d l o o pa u t o m a t i c l i q u i dd i s t r i b u t i o nc o n t r o l;e m u l s i o np u m p i n gs t a t i o n机 械 工 程 与 自 动 化 年第期