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技术文章
转炉烟气回收系统RD阀伺服执行器的研究
1 转炉烟气净化与回收系统
转炉烟气净化与回收系统（Oxygen ConverterGas Recovery，通常简称为“OG”系统）的工作直接影响到转炉烟气的回收效果、设备的寿命、现场的安全等。目前转炉烟气回收系统主要采用的是文氏管湿法除尘，基本原理是当转炉烟气通过文氏管收缩喉口时，产生较大而且相对稳定的气流阻力损失，使含尘烟气流流速升高，在喷水的作用下烟气与水进行水气混合，使尘粒从气流中分离出来，达到烟气除尘的目的。如图1 所示[1]。
一级文氏管（简称“一文”）除去烟气中占全部尘量约70%的较粗颗粒粉尘，二级文氏管（简称“二文”）除去烟气中的细颗粒粉尘。二文喉口的主要设备是RD阀（Rice Damper）。阀体为椭圆形米粒板置于矩形喉口中间，阀体的转动在30°~90°范围可调节，使“二文”组成可调径文氏管。当转炉烟气压力发生变化时，使喉口开度变化与通过喉口的烟气流量变化在相同的阻损下基本呈一次函数关系变化调节。因此RD阀“二文”环节中主要有两大作用：其一是当烟气通过RD阀时加速，阀体两侧的喷嘴喷水产生水气混合对烟气进行除尘降温；其二是根据烟罩与炉内的微差压来调节阀板开度，以调节“二文”喉口气流阻损，避免空气混入炉内造成爆炸或煤气泄漏，提高煤气回收效率及除尘效率。因此RD阀工作性能在转炉烟气净化与回收系统中是十分重要的。
2 RD阀液压伺服执行器
2.1 RD阀伺服执行器工作原理
RD阀液压伺服执行器由位置－－力反馈伺服装置及监测部分组成。原理图如图2。
工艺调压矩阵根据不同的转炉内外的微压差输入信号，向伺服放大器输出信号，信号经过放大后传给带位置－－力反馈的动力元件阀控缸。油缸产生的位移经机械连杆装置转换成RD阀的角位移。
监测部分将油缸驱动的传动轴的角位移经连杆装置传送给角位移传感器，角位移传感器输出信号经处理后在计算机上显示。
2.2 RD阀伺服执行器模型
伺服执行器中的位置－－力反馈伺服装置由伺服放大器、两级电液伺服阀、液压缸、机械反馈装置构成。综合各环节参数，得出各环节的传递函数，进而推出伺服执行器的开环传递函数为[2]：
式中 KV－－系统开环增益
执行器的闭环传递函数为
式中ωb－－系统闭环频宽
ωnc－－系统闭环固有频率
ζnc－－系统闭环阻尼系数
3 伺服执行器测试
3.1 测试系统
测试采用计算机测试系统，将伺服执行器反馈信号经A/D 转换、数据采集到计算机中。输入信号由计算机给定，经D/A 转换，通过伺服放大器输出[3]。
数据采集板采用HT-7484 接口板，它具有集成度高，功能强大，可靠性好，数据采集稳定等优点。
在静态测试过程中，可采用软件启动、查询管理方式。在动态测试过程中，实时性要求很高，因此采用定时中断启动、查询管理的方法。
软件系统采用了基于虚拟仪器设计方法，通过软件实现传统专用仪器系统的功能。软件采用VC6.0编制。
3.2 测试结果
（1）阶跃响应测试
给定阶跃信号为2V，执行器的阶跃响应情况如图3所示。
由阶段响应情况表明，控制系统呈现一阶惯性系统的特性，为三阶过阻尼系统。系统的阶跃响应过渡时间为0.68s。
（2）斜波测试
由于执行器的输入为电流信号4~20mA，输出为输出电流4~20mA。这样测得输入电流和输出电流关系如图4。
由图4 看出，执行器存在滞环现象，而且在电流大和电流小时存在饱和现象。
滞环：ΔX=0.23mA 非线性度：Lx=1.43%
（3）频率特性测试
由测试系统的闭环频率响应结果可以绘出系统闭环波德图5。
由系统的闭环频宽，可以求得系统的开环增益Kv为：
Kv=ωb=0.3Hz=1.88 rad/s
4 测试结果分析
分别对系统的测试结果进行稳定性、控制精度和响应速度3个方面分析。
4.1 系统的稳定性
由图5可知，系统的稳定裕量Kg和相位裕量γ分别为：Kg=29.1dB，γ=88.0°。系统的稳定性能完全满足要求。
4.2 系统的精度和快速性
增大系统的开环增益，能够减小系统的稳态误差。在系统的检测环节中，传感器的误差、机械装置的非线性误差和间隙、二次仪表的误差等对系统测试的精度有直接的影响。而且还由于机械装置的惯量大等，对系统的快速性也造成了不利的影响。
5 结语
综上所述，我们可以看出：影响烟气回收系统RD阀液压伺服执行器性能的主要因素是伺服装置的结构和性能，以及选用的伺服阀增益的大小。因此在设计及选择伺服执行器的过程中，必须综合考虑各因素所产生的影响。
原创作者：浙江金锋自动化仪表有限公司
