武漢永盛科技有限公司

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產(chǎn)品研發(fā)背景

長期以來武鋼集團(tuán)焦化廠的焦?fàn)t碳化室壓力控制技術(shù)一直依托于國外的PROVEN系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)，前期投入成本巨大，而且維護(hù)起來也非常困難。一旦出現(xiàn)突發(fā)事故，對(duì)武鋼焦化廠安全平穩(wěn)生產(chǎn)產(chǎn)生很大影響。

PROVEN控制系統(tǒng)，不僅成本高;而且供貨周期長，在諸多方面也受到制約。為改變這種被動(dòng)局面，武鋼集團(tuán)焦化廠于2009年10月正式開始研發(fā)擁有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的PCC09碳化室恒壓閉環(huán)控制系統(tǒng)，并與永盛公司達(dá)成協(xié)議：于2009年10月正式委托永盛科技有限公司開始設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的核心執(zhí)行部件——焦化氣動(dòng)控制單元組合柜。

系統(tǒng)組成及工作原理

1. 裝煤狀態(tài)

裝煤時(shí)，狀態(tài)切換閥切換到右位(裝煤位)，此時(shí)上升管氣缸動(dòng)作，關(guān)閉上升管蓋，關(guān)閉快注控制閥，此時(shí)活塞氣缸收縮，連桿上升260mm左右的行程。內(nèi)活塞在球面塞不動(dòng)的情況下上移到極限位置后氣缸繼續(xù)收縮，連桿繼續(xù)上升，連桿通過內(nèi)活塞將整個(gè)球面塞拉起，氣缸行程達(dá)到0，球面塞達(dá)到最高位置。兩個(gè)氨水噴頭噴出的氨水迅速流入到集氣管，在固定杯中不形成任何液位，橋管與集氣管的連通通道達(dá)到最大，同時(shí)橋管的壓力降為-250～-300Pa(隨集氣管的壓力波動(dòng))。

裝煤時(shí)間，煤灰及荒煤氣被橋管中的負(fù)壓吸入集氣管，有效降低灰塵量，改善環(huán)境。裝煤的過程中，橋管壓力在正壓和負(fù)壓之間波動(dòng)。

2. 結(jié)焦?fàn)顟B(tài)

裝完煤，蓋好爐蓋后，將狀態(tài)切換閥從右位(裝煤位)立即切換至中間(自動(dòng))位，活塞氣缸連桿下行首先達(dá)到140mm行程，將球面塞落到最低位置，將固定杯口堵上，然后連桿繼續(xù)下行，將內(nèi)活塞下落，最終氣缸連桿行程達(dá)到400mm，內(nèi)活塞落到最低位置，將球面塞抵緊。此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)入結(jié)焦?fàn)顟B(tài)。

球面塞和內(nèi)活塞都達(dá)到最低位置,此時(shí)就開始了結(jié)焦過程。兩個(gè)氨水噴頭噴出的氨水開始在固定杯中形成液體，根據(jù)程序?qū)崿F(xiàn)給定的壓力來調(diào)整內(nèi)活塞上下移動(dòng)。當(dāng)液體較低時(shí)，如低于液位A，此時(shí)兩種通道都處于連通狀態(tài)，橋管短時(shí)間(正常情況下1～3分鐘左右)內(nèi)會(huì)處于一個(gè)較大的負(fù)壓。隨著氨水的噴灑，固定杯中的液位不斷上升，當(dāng)達(dá)到液位D時(shí)，氨水通過A通道流入到回收室中，內(nèi)活塞調(diào)節(jié)的作用效果才開始體現(xiàn)，此時(shí)程序控制氣缸收縮，向上拉動(dòng)內(nèi)活塞將A、B通道慢慢封住，液體繼續(xù)上升，皇冠管下沿與液體的空間或者鋸齒縫被氨水慢慢淹沒，橋管與集氣管之間的荒煤氣通道慢慢變少，橋管受集氣管負(fù)壓的影響變小，橋管中的壓力由負(fù)壓轉(zhuǎn)變?yōu)檎龎?，直到設(shè)定壓力。隨著結(jié)焦時(shí)間延長，荒煤氣發(fā)生量逐漸減少，炭化室設(shè)定壓力逐漸升高，內(nèi)活塞也逐漸上升，閥位值也一直增大，直到結(jié)焦末期閥位值達(dá)到64%附近，這時(shí)液體達(dá)到C位，基本上封住了荒煤氣的通道，準(zhǔn)備推焦。

3. 推焦?fàn)顟B(tài)

當(dāng)焦炭成熟，需要馬上推焦時(shí)，狀態(tài)切換閥由中間(自動(dòng)位)切換到左位(推焦位)，這時(shí)上升管蓋氣缸啟動(dòng)，打開上升管蓋，快注閥打開，同時(shí)活塞氣缸啟動(dòng)，將活塞桿下伸至極限位置，球面塞將固定杯口關(guān)閉，內(nèi)活塞處與最低位置，氣缸行程達(dá)到400mm，限位器理論顯示0%，此時(shí)橋管與集氣管之間連通路徑有兩個(gè)，一是通過A-B處，經(jīng)過活塞中心的通道向下與集氣管相通;二是“皇冠管”與固定杯之間的間隙。

此時(shí)兩個(gè)氨水噴頭噴出的氨水量使固定杯中的液位能夠達(dá)到液位A，但不能達(dá)到液位B，即這時(shí)的氨水通過第一條路徑流向集氣管，橋管與集氣管可以通過此時(shí)固定杯中的液位面與水平面B之間的“皇冠管”鋸齒縫相連。但推焦過程中要求炭化室與集氣管隔絕，此時(shí)，快注控制閥同時(shí)打開，大量氨水涌入到固定杯中，使得固定杯中的液位迅速達(dá)到C，將A、B兩條通道全部堵死，推焦?fàn)t號(hào)的橋管與集氣管完全隔絕。橋管通過上升管蓋與大氣相連，此時(shí)橋管壓力接近0Pa。

選擇Autodesk Inventor

永盛科技有限公司項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師馬翔表示，由于該系統(tǒng)(注：PROVEN控制系統(tǒng))要求氣路高度集成，而且要求與現(xiàn)場的DCS直接關(guān)聯(lián)，所以給我們的設(shè)計(jì)工作帶來了極大困難，尤其是如何將數(shù)十個(gè)氣路接口集成在一起，這個(gè)問題讓我們深深意識(shí)到：傳統(tǒng)的二維設(shè)計(jì)軟件已經(jīng)很難滿足我們的設(shè)計(jì)要求，我們必須在設(shè)計(jì)理念上進(jìn)行突破——必須盡快進(jìn)入三維設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

由于設(shè)計(jì)前期我們大量的設(shè)計(jì)規(guī)劃工作都是用Auto CAD來完成的，所以我們選擇了Autodesk公司的三維CAD工具——Autodesk Inventor軟件。Inventor軟件讓設(shè)計(jì)師很好的將前期的二維CAD文件導(dǎo)入到Inventor中，這給我們的設(shè)計(jì)工作帶來了極大便利!

在整個(gè)設(shè)計(jì)過程中，Autodesk Inventor強(qiáng)大的三維設(shè)計(jì)功能讓我們獲益匪淺，尤其是軟件中的鈑金設(shè)計(jì)環(huán)境、參數(shù)化布管環(huán)境和裝配環(huán)境極大程度降低了我們的工作量和錯(cuò)誤率。

用Autodesk Inventor進(jìn)行設(shè)計(jì)

氣控柜整體結(jié)構(gòu)圖

整個(gè)氣控柜的設(shè)計(jì)工作共分三大塊：核心部件閥塊的設(shè)計(jì)、布管設(shè)計(jì)、箱體鈑金設(shè)計(jì)。

1. 閥塊設(shè)計(jì)

該部分設(shè)計(jì)難點(diǎn)在于如何最大程度將氣路集成到閥體中，并且與外部的ISO型氣動(dòng)閥很好地關(guān)聯(lián)起來進(jìn)行動(dòng)作。為確保關(guān)聯(lián)的準(zhǔn)確性，我們采用了Inventor的衍生功能，將多個(gè)外部元件的孔位尺寸通過衍生直接與閥塊關(guān)聯(lián)，極大程度保證了設(shè)計(jì)的可靠性。此外，閥塊內(nèi)部錯(cuò)綜復(fù)雜的氣路設(shè)計(jì)也是一件十分頭疼的事情，Inventor的材質(zhì)透明設(shè)置也讓我們在這個(gè)問題上得到了很好地解決。只是可惜如果Inventor能有特征透明功能，內(nèi)部氣路的表現(xiàn)將更加清晰，相信以后的版本會(huì)解決這個(gè)問題。

2. 管路設(shè)計(jì)

Inventor的參數(shù)化布管是一個(gè)亮點(diǎn)，他能讓我們輕松準(zhǔn)確計(jì)算出每根管子的折彎尺寸，給我們后期布管帶來方便：我們通過明細(xì)欄能計(jì)算出每個(gè)管路所需不銹鋼硬管的長度，減少了材料的浪費(fèi)。此外利用工程圖將每根管路的折彎尺寸標(biāo)注出來交給彎管工人，給他們的工作帶來極大便利。

3. 箱體鈑金設(shè)計(jì)

由于氣控柜的箱體設(shè)計(jì)必須與閥體、管路進(jìn)行配合，并且直接影響到布管質(zhì)量和產(chǎn)品美觀，所以設(shè)計(jì)時(shí)我們也經(jīng)過了多次探討，好在Inventor的鈑金設(shè)計(jì)功能十分強(qiáng)大，利用零件衍生可很好解決上述問題。

項(xiàng)目評(píng)價(jià)

“隨著三維CAD技術(shù)的逐漸普及，我公司逐步將原有的設(shè)計(jì)進(jìn)行三維化升級(jí)，我們選擇了Autodesk Inventor，并堅(jiān)信這一選擇是正確的，也希望Inventor能越來越完美，幫助企業(yè)在技術(shù)上能夠不斷創(chuàng)新。” 永盛科技有限公司項(xiàng)目主任設(shè)計(jì)師馬翔評(píng)價(jià)道。

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