專利名稱：不銹鋼帶材酸洗連續退火生產線液壓站的節能方法
技術領域：
本發明涉及一種適合于不銹鋼板(卷、帶)材酸洗生產線液壓站的節能方法技術領域。
背景技術：
在一些重工業行業裝備的液壓設備，日益面臨著向大型化、復雜化方向發展，很多液壓站所帶負載多達幾十件，甚至幾百件，而為適應復雜多變的生產需求，液壓系統對外做功情況也變得復雜多變。對于這樣的液壓系統我們既要求工作穩定可靠，又要求盡量節能。
而現行的液壓節能技術在處理這樣的問題面前顯得過于粗糙，能源有效利用率依然很低。譬如近年來不銹鋼行業在我國廣泛興起，但因其特定生產工藝因數，造成現有液壓節能技術在不銹鋼酸洗線中的一些液壓系統的能量實際利用率僅3～20％。
傳統液壓節能技術一直局限于液壓元件或液壓回路的研究上，而驅動電機及其控制系統的能耗往往被忽視。事實上，在一些生產線中的液壓站工作泵---電機及其控制系統所消耗的能量約站總能耗的80～90％，在現行節能技術由三相異步電機、變量柱塞泵及其控制系統所組成的節能泵站中，在系統流量需求為零的情況下，驅動電機---泵組成的系統空載能耗仍高達電機額定功率的25～40％，平均空載能耗約為驅動電機額定功率的35％。因此，在滿足系統流量和壓力需求情況下，每降低一單位配套電機的裝機容量，可節能降耗約0.35單位。
本節能技術的原理就是最大限度地降低液壓站的空載能耗。不銹鋼酸洗生產線生產節奏較慢，其機組最高運行速度常在200m/min以下，液壓站有效工作時間僅占其總運行時間3～30％，因此系統實際空載能耗比重大。這正是節能技術需要進行創新的著眼點。
本文涉及“酸洗線”是指大型不銹鋼帶材酸洗連續退火生產線的簡稱，按功能區分有熱酸線和冷酸線。熱酸線一般由工藝準備段(引帶機組段)、頭部段(含成套焊機)、退火爐段、拋丸機、酸洗工藝段和出口段等基本部分組成；冷酸線一般由頭部段(含成套焊機)、退火爐段、酸洗工藝段和出口段等基本組成部分；另外，有些冷酸線在酸洗工藝段和出口段之間還串有在線平整機。
目前國內現行裝備大型酸洗線液壓設備特征是系統一般設有入口、出口液壓站，有些機組還增設獨立的焊機液壓站和準備段液壓站。液壓執行元件集中分布于引帶段、頭部段、成套焊機、酸洗工藝段、在線平整機和出口段；3、液壓站工作泵一般由2～5臺組成，其單泵額定流量常選用150～200L/min，工作泵形式一般選用變量柱塞工作泵；系統工作壓力一般為120～160kg/cm2。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種不銹鋼帶材酸洗連續退火生產線液壓站的節能方法，通過本技術設計出的液壓站主具有主工作泵裝機容量基本最小以及輔助工作泵工作時間基本最短，從而達到充分節能的目的。
本發明解決上述技術問題所采用的技術方案為一種不銹鋼帶材酸洗連續退火生產線液壓裝置的節能方法，其特征在于(1)、在酸洗連退生產線中僅設入口及出口液壓站；(2)、將液壓系統中執行元件數目在45件以下的焊機液壓系統或準備段引帶機組的小型液壓系統合并到頭部入口液壓站，而在線平整機輔助液壓系統則合并到尾部出口液壓站；(3)、液壓站中的工作泵被劃分為主泵和輔泵單元工作其中主泵為常運行，而輔泵為采用由泵站壓力檢測單元檢測的信號通過電控單元控制其啟動或停止，其啟動壓力設定為80～100kg/cm2，停止運行方式有兩種可選A、受控于系統壓力檢測單元檢測的壓力信號，壓力發訊點設定范圍為比正常最大工作壓力低0～5kg/cm2，B、受控于電控單元中的延時繼電器信號，延時時間設定為1～5分鐘；(4)、在液壓站或主供油管道上裝配大容量的液壓蓄能站，液壓蓄能站的裝機容量的選用根據下表及公式(1)來確定
式(1)中，ξ為蓄能器容量匹配計算系數，ξ＝0.75～1.5。
(5)、所述的工作泵采用主泵單元I和輔泵單元II，其中輔泵單元II啟動加載延時時間設定為4～6秒。
(6)、所述的泵站其主泵單元選用變量柱塞泵，數量可選1～2臺；若選用單泵時，流量范圍為180～200L/MIN，若選用雙泵時，(每臺泵)流量范圍可選為100～200L/MIN。
(7)、所述的輔泵單元選用變量泵或定量泵，數量可選1～2臺，其額定工作流量范圍可選180～200L/MIN。
(8)、所述的泵站中主泵和輔泵其驅動電機的功率按照公式P=p×q600×k(KW)]]>確定，P為需配備的電機功率，p和q分別為所配備工作泵最大正常工作壓力和額定工作流量，k為匹配系數，k取1.05～1.5。匹配系數k優選取值1.05～1.25。
所述的液壓系統的工作壓力選用120～160kg/cm2，推薦使用130～140kg/cm2。
所述的液壓系統對于130～140kg/cm2液壓系統，液壓蓄能器充氮壓力選用70～100kg/cm2，優先選用70～80kg/cm2為最佳方案。
(9)、所述的液壓系統對所有液壓回路是否滿足最低壓力80kg/cm2的要求進行校核，如果不滿足，則對其改進，改進的方法是在需要穩壓支線油路的地方并聯一套液壓蓄能器組件(其連接方法祥圖2或圖3所示)。蓄能器的用法有A、B兩種方案，方案A是在支線回路壓力管線上J1處串聯一件單向閥，在油缸需要穩壓一側J2處并聯一套帶安全閥的蓄能器組件，方案B是在油缸需要穩壓一側J處并聯一套帶安全閥的蓄能器組件，液控單向閥由順序閥來控制，順序閥的設定壓力為30～50kg/cm2，帶安全閥的穩壓回路中，安全閥的設定壓力為系統最大正常工作壓力基礎上再上調10kg/cm2，蓄能器的充氮氣體壓力設定為70～90kg/cm2。
與現有技術相比，本發明優點在于本方法結合不銹鋼酸洗生產線的實際生產工藝特征，通過對液壓工作泵、液壓蓄能器、泵站壓力檢測元件、泵站工作制度及液壓回路等液壓系統元器件進行系列優化組合，得到的液壓系統最佳節能運行模式，該技術是一種對液壓元器件的集成創新性成果。在該成果中，具體給出了它們之間的詳細關系及最佳的組合方式，特別地，本方法給出了(主、輔)工作泵和液壓蓄能器的最低裝機容量數據和計算方法。通過本技術設計出的液壓站具有主工作泵裝機容量基本最小以及輔助工作泵工作時間基本最短的特征，從而達到充分節能的目的，而方法簡單易行且容易實施改造。
圖1為本發明液壓站的結構模塊圖；圖2為液壓回路改造的示意圖；圖3為液壓回路改造的示意圖；圖4為液壓站管路合并示意圖；具體實施方式
以下結合附圖實施例對發明作進一步詳細描述。
本新型液壓站的基本組成部分。如圖1所示，該節能液壓站由主工作泵單元I，輔助工作泵單元II，系統壓力檢測單元IV，液壓蓄能站單元V和系統電控單元VI等基本單元組成；另外可根據實際情況選配在機備用泵單元III以及循環過濾單元。
其中主工作泵單元I、輔助工作泵單元II、備用泵單元III并聯后輸出管路接控制閥臺，壓力檢測單元IV的檢測點接在輸出壓力管線上， 輸出控制信號去直接或間接控制輔助工作泵單元II，在輸出壓力管線上還接有儲能用的大容量液壓蓄能站，及其配套的系統電控單元VI，另外在油箱上一般設置循環冷卻過濾單元；這些特征共同組成本發明的液壓站。
明確節能設計對象。如果是針對現存已有設備進行節能改造，則應在尊重系統各液壓控制回路原設計的基礎上，對液壓站及相關設施，包括電機一工作泵，油箱、蓄能器等附屬設施進行改造；如果是為新裝備設計，則在已經完成設計各液壓執行元件及各控制回路的基礎上，可開始下文的節能設計工作合并不必要的小型液壓站。將液壓執行元件數量在45件以下的工藝準備段和成套焊機等液壓系統一同合并到頭部液壓站，在線平整機輔助液壓系統合并到出口液壓站，這樣可省去一部分不必要的裝機容量(合并原理祥見圖4)。該圖為帶有m個閥臺的小型液壓站合并到帶有n個閥臺的主液壓站的示意圖，圖中虛線所示L1和L2為合并后需增加的管線，其中L1為壓力管線，L2為回由管線，；在原小型液壓站回油管線T3線路上增設一盲板法蘭將原回油管路堵死。經過上述改動后，原小型液壓站的工作泵和油箱可以原位保留封存不用(如果是為設計新線，該小型液壓站的動力和油箱部分可直接省去)。
泵站工作制度的選用。本新型節能技術的一個顯著特征是泵站工作制度的變化液壓站工作泵主要由主工作泵單元I和輔助工作泵單元II組成。主工作泵采用常運行方式；而輔助工作泵則置于受控啟動狀態，其啟、停受控于壓力檢測單元IV檢測到的系統壓力信號，僅當系統在特定大流量需求下才參與工作，其運行時間短，節能效果明顯。除主、輔工作泵單元外，系統還可設置在機備用泵單元III，但不是必需設備，可根據實際需求選用；而現行技術是將液壓站工作泵化分為運行工作泵和備用泵，備用泵常處于自然停機狀態。
主工作泵最低額定工作流量的確定。根據國內所應用的各類不銹鋼酸洗生產線，經科學計算，其入口液壓站主工作泵所必須配備的最低裝機額定總流量為180L/min，出口液壓站主工作泵所必須配備的最低裝機額定總流量為150L/min，再輔助一定容量的蓄能器可滿足生產實際需求。而目前國內酸洗生產線，其入口液壓站工作泵總裝額定流量為600～1000L/min，配套原動機多由3～5臺55KW電機組成，出口液壓站工作泵總裝額定工作流量為400～800L/min。
主、輔工作泵工作形式的選用。為充分節能，主輔工作泵的選配可結合表一進行。主工作泵單元I選用變量泵，優先選用變量柱塞泵，數量可選1～2臺；輔助工作泵單元II可選用變量泵，也可以選用定量泵，數量1～2臺，建議優先考慮變量柱塞泵。一般地，主工作泵和輔助工作泵選用相同規格型號便于備件管理，降低維護成本；原則上輔助工作泵流量選擇不小于主工作泵額定流量，以達到盡量節約電機空載能耗。
主工作泵單元I流量的確定。為方便節能改造設計及實施，液壓站主工作泵額定容量的選擇給出兩種節能改造方案表一。
表一
單泵制，指主工作泵選用一臺，每臺泵合適的額定工作流量范圍為150～200L/min；雙泵制，指主工作泵選用2臺，每臺泵合適的額定工作流量范圍為100～200L/min。
輔助工作泵數量和流量的確定。輔助工作泵II數量宜選用1～2臺，單泵額定流量選用180～200L/min，工作泵形式不限，建議優先選用變量柱塞泵，以達到充分節能目的。
在機備用工作泵的選用。備用工作泵單元III在本技術方案中不是必要設備，但可根據實際情況選用1臺，選型和主工作泵相同，其啟、停選用人工模式僅當主工作泵出現故障時或有特殊情況下的需求才由人工啟動。
驅動電機功率的確定。與工作泵配套的驅動電機功率按照公式P=p×q600×k(KW)]]>確定，P為需配備的電機功率，p和q分別為所配備工作泵最大正常工作壓力和額定工作流量，參數P的單位選用kg/cm2，參數q的單位選用L/min，計算出的匹配電機功率單位為KW；k為匹配系數，k取1.05～1.50較合理，優先取值1.05～1.25，其節能效果將更好。
液壓蓄能站裝機容量的選用。本新型節能技術的另外一個顯著特征是在液壓站或主供油壓力管道上并聯大容量的液壓蓄能站(蓄能站的裝機容量約為傳統設計的1～5倍或更大)，以滿足系統高峰流量需求；蓄能站的裝機容量計算由所選主工作泵總流量和機組特征設備內容確定。
經研究不銹鋼酸洗線生產操作工藝及設備特征，發現主要影響液壓執行元件流量需求的液壓設備集中在以下幾方面，液壓蓄能站的裝機容量可根據公式(1)計算，見表2。
表2 上式中，ξ＝0.75～1.5，為蓄能站裝機容量合適的取值范圍系數，0.75是最低的裝機容量需求匹配系數，低于該值，則液壓系統不能可靠工作，1.5為最高的蓄能站裝機容量匹配系數，高于該值為不必要的富裕部分，增加設備成本，無實際意義；Q表示所選工作泵額定流量之和。
液壓系統關鍵壓力參數的確定。系統工作壓力宜選用120～160kg/cm2，常用130～140kg/cm2；根據計算，系統最低工作壓力在80kg/cm2以上可滿足絕大部分液壓回路的需求，在該壓力下不能滿足的液壓回路則需對其進行改良設計。蓄能站充氮壓力的確定為使蓄能站獲得高效利用，選擇合適的蓄能站充氮壓力是必要的，一般地，對于130～140kg/cm2液壓系統，液壓蓄能器充氮壓力選用70～100kg/cm2可獲得較高的體積排放比，蓄能站利用效率高，故優先選用70～80kg/cm2為最佳方案；系統低壓報警壓力設定為70～75kg/cm2。
泵站工作制度的選用。有了上述主工作泵單元I和液壓蓄能站單元V相關參數設計后，還必須在輔助工作泵單元II的合理配合下才能達到工作既可靠又高效節能的目的。因此對工作泵控制程序的改進使之符合工作泵啟動可選用手動/自動和遠程/就地模式；主工作泵單元I采用常運行方式；輔助工作泵單元II采用間隙工作方式，其啟停受控于系統壓力信號。
當檢測單元IV檢測到統壓力小于等設定壓力時，電控單元VI控制輔助工作泵自動啟動，延時4～6秒后自動加載，運行1～5分鐘后自動停泵，或者當檢測單元IV檢測到統壓力達到或略低于工作常壓0～5kg/cm2時，電控單元VI控制輔助工作泵單元II停止運行；建議優先選用85～90kg/cm2設定壓力控制輔助工作泵II的啟動條件，以獲取蓄能器的高效率利用。
系統壓力采集單元IV可以是壓力開關PS01和PS02，也可以是壓力線性傳感器PT。
校核液壓回路。校核系統所有液壓回路是否滿足最低壓力80kg/cm2的要求，如果不滿足，則對其改進。校核方法一般是先檢查開卷機或卷取機旋轉油缸的液壓回路、步進梁液壓回路或者其它對系統壓力有特殊要求的液壓回路，如果這些回路都滿足了，則其它回路都能滿足。改進的方法是在該支線回路上串聯一套穩壓蓄能器組件(祥見圖2或圖3)。如圖所示，在需要穩壓支線油路的地方并聯一件液壓蓄能器，蓄能器的用法有A、B兩種方案。方案A是在支線回路壓力管線上J1處串聯一件單向閥，在油缸需要穩壓一側，如圖中的J2處并聯一套帶安全閥的蓄能器組件；方案B是在油缸需要穩壓一側如圖中的J處并聯一套帶安全閥的蓄能器組件，圖中的液控單向閥由順序閥來控制，順序閥的設定壓力為30～50kg/cm2。帶安全閥的穩壓回路中，安全閥的設定壓力為系統最大正常工作壓力基礎上再上調10kg/cm2，蓄能器的充氮氣體壓力為70～90kg/cm2。
校核油箱容積和工作液位。維持系統正常工作所要求的油箱容積應在2000L以上。由于液壓站配備了較大容量的蓄能站(器)，油箱正常工作液位在工作泵運轉和停止時有較大變化，其油箱油液體積的變化量最大約為±0.5V蓄L，注意液位開關設定值應符合油箱動態液位和正常補油的需要。
技術標準化。根據實際情況，制訂相應生產線的《液壓系統操作維修指南》說明書內容，以便于正常維護和使用，整理資料并存檔保留。
效果檢查某公司引進法國DMS不銹鋼冷酸生產線，該生產線基本組成部分引帶卷取裝置、雙頭開卷機、成套米巴焊機、入口活套、連續退火爐、酸洗工藝段、出口活套、在線平整機、出口卷取機等成套設備組成；與之配套的液壓站有入口液壓站、在線平整機高壓液壓站和出口液壓站。機組最大生產速度80m/min，平均生產周期約40分鐘/卷。
入口液壓系統包含的機械設備引帶卷取裝置、雙頭開卷機、成套焊機、入口活套和退火爐段等有關液壓設備；入口液壓站由4臺變量柱塞泵組成，與其配套電機額定功率為55KW，其中3臺常用，1臺備用，單泵額定流量為198L/min；系統設定正常工作壓力為14MPa；液壓蓄能站裝機容量為4×50L；該液壓系統所帶負載為油缸49件，油馬達30件；該液壓站實際平均功耗為57.5KWH/小時，根據計算其能量有效利用率不足5％。
根據本文提供的方法，入口液壓站主工作泵最低額定流量可選配180L/min，與之配套電機額定功率選可用45KW，考慮實際情況是針對已有生產線設備的改造，應盡量降低一次性投入成本，決定選用原工作泵1#作為主工作泵，原2#工作泵為輔助工作泵，并由壓力開關PS01和PS02及系統工作程序來控制輔助工作泵的啟動和停止，經此改動后2#工作泵實際工作時間不足原工作時間的2％；原3#、4#工作泵分別作為主工作泵或輔助工作的備用泵，僅當1#主工泵或2#輔助工作泵出現故障時才投入運行。根據本文提供的設計方法，液壓蓄能站合適裝機容量為300～600L，優先選取500L，由10件50L的液壓蓄能器組成，保留原4件再新增6件滿足實際需求，蓄能站充氮壓力設定為75kg/cm2。經過上述改造后的液壓站運行穩定可靠，主工作實際平均能耗約20.2KWh/小時，平均節能約37.3KWh/小時，改進后的能耗僅為原能耗的35.2％。
權利要求
1.一種不銹鋼帶材酸洗連續退火生產線液壓站的節能方法，其特征在于在酸洗連退生產線中僅設入口及出口液壓站；將液壓系統中執行元件數目在45件以下的焊機液壓系統和準備段引帶機組的小型液壓系統合并到頭部入口液壓站，在線平整機輔助液壓系統合并到尾部出口液壓站；液壓站中的泵站采用主泵和輔泵工作制，其中主泵為常運行，輔泵為采用系統壓力檢測單元檢測的信號通過電控單元控制其啟動或停止，其啟動壓力設定為80～100kg/cm2，停止運行方式有兩種可選A、受控于系統壓力檢測單檢測的壓力信號，壓力設定范圍為比最大正常工作壓力低0～5kg/cm2，B、受控于電控單元中的延時繼電器信號，延時時間設定為1～5分鐘；在液壓站或主供油管道上并聯大容量的液壓蓄能站，液壓蓄能站的裝機容量的選用根據下表及公式(1)來確定 式(1)中，ξ為蓄能站裝機容量匹配計算系數，ξ＝0.75～1.5。
2.根據權利要求1所述的節能方法，其特征在于所述的輔泵II在啟動后延時加載時間設定為4～6秒，而自動停機延時時間設定為1～5分鐘或根據壓力檢測信號來控制；
3.根據權利要求1或2所述的節能方法，其特征在于所述的泵站其主泵單元選用變量柱塞泵，數量為1～2臺，當采用單泵時，主泵額定工作流量可選范圍為180～200L/MIN，當采用雙泵時，每臺主泵額定工作流量可選范圍為100～200L/MIN。
4.根據權利要求1或2所述的節能方法，其特征在于所述的泵站其輔泵單元選用變量柱塞泵，數量為1～2臺，采用單泵制時，額定工作流量范圍為150～200L/MIN；采用雙泵制時，其單泵額定工作流量范圍為100～200L/MIN。
5.根據權利要求1或2所述的節能方法，其特征在于所述的泵站中主泵和輔泵其驅動電機的功率按照公式P=p×q600×k(KW)]]>確定，P為需配備的電機功率，p和q分別為所配備工作泵最大正常工作壓力和額定工作流量，k為匹配系數，k取1.05～1.5。
6.根據權利要求5所述的節能方法，其特征在于所述的匹配系數k取最優值1.05～1.25。
7.根據權利要求1或2所述的節能方法，其特征在于所述的液壓系統對于130～140kg/cm2液壓系統，液壓蓄能器充氮壓力選用70～100kg/cm2，系統低壓報警壓力設定為70～75kg/cm2。
8.根據權利要求7所述的節能方法，其特征在于所述的液壓蓄能器充氮壓力優先選用70～80kg/cm2。
9.根據權利要求1或2所述的節能方法，其特征在于所述的液壓系統對所有液壓回路是否滿足最低壓力80kg/cm2的要求進行校核，如果不滿足，則對其改進，改進的方法是在需要穩壓支線油路的地方并聯一套液壓蓄能器組件，蓄能器組件的用法有A、B兩種方案，方案A是在支線回路壓力管線上J1處串聯一件單向閥，在油缸需要穩壓一側管線J2處并聯一套帶安全閥的蓄能器組件，方案B是在油缸需要穩壓一側J處并聯一套帶安全閥的蓄能器組件，液控單向閥由順序閥來控制，順序閥的設定壓力為30～50kg/cm2，帶安全閥的穩壓回路中，安全閥的設定壓力為系統最大正常工作壓力基礎上再上調10kg/cm2，蓄能器的充氮氣體壓力設定為70～90kg/cm2。
全文摘要
一種不銹鋼帶材酸洗連續退火生產線液壓站的節能方法，其基本組成及節能原理是液壓站由主工作泵單元I、輔助工作泵單元II，液壓蓄能站單元V，壓力檢測單元IV和電控單元VI構成，通過對系統的優化組合可最大限度減少液壓站的主工作泵I的裝機容量，以及最大限度縮短輔助工作泵II的工作時間，從而降低系統空載損耗達到節能目的，其綜合節能效果可達50％以上。
文檔編號C23G3/02GK101063208SQ200610050558
公開日2007年10月31日 申請日期2006年4月28日 優先權日2006年4月28日
發明者何榮志, 張學偉 申請人:寧波寶新不銹鋼有限公司