CN103256277A - 一种通用液压站节能方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种通用液压站节能方法，包括工作泵、液压蓄能站、压力检测单元和电控单元；工作泵采用主泵和辅助泵工作制，工作泵用以给液压执行元件和液压蓄能站提供主要流量和压力及维持***内外泄漏所需流量，其中主泵为常运行，辅助泵为采用压力检测单元检测的信号通过电控单元控制其启动或停止，压力检测单元设定多个压力参数点，各压力参数点之间满足一定公式关系。它是一种既能达到最佳节能，又充分保障了液压站的可靠性，还能使液压站具有一定自诊断功能，液压站流量或能量输出具有较高的负载跟随性和自适应性特征的通用液压站节能方法，有效处理好提高液压站能量利用率和可靠性之间的协调性。它最大特征在于采用以***单位生产产品周期内的实际液压能量需求为设计依据，根本区别于传统以液压***对外作功的最大输出功率为设计依据。

Description

一种通用液压站节能方法

技术领域

本发明涉及一种通用液压站结构及其节能方法，该液压站适用于除行走式机械外的所有其它轻重工业的液压节能技术，是一种可广泛应用的通用节能液压站，不但适合新增液压站的节能设计，而且适合于老液压站的节能改造。

背景技术

现行液压***，虽然广泛采用了诸如恒压变量泵、蓄能器保压—泵卸荷空载—压力检测再启动等节能方法；但能耗还是非常高，其能量有效利用率普遍在20％以下，有些甚至在5％以下。能耗高的根本原因在于液压泵(电机)装机容量大，电机空载能耗高。

现场使用数据表明，在满足***压力和流量前提下，电机装机功率每增大一个计量单位，则***新增能耗为28％～45％个单位，平均增耗约35％，其主要原因为液压站使用了为非高能效电机。

现行液压站节能技术的矛盾，集中体现在怎样处理好提高***能量利用率和***可靠性矛盾问题的解决。本发明就是能完美解决该问题的最好方法，它既达到最佳节能，又充分保障了***的可靠性，还能够使***具有一定的自诊断功能，使***流量或能量输出具有较高的负载跟随性和自适应性特征，这种节能***能广泛应用在非行走式机械上，具有广阔的应用前景。本发明使用创新型设计理念：以液压***对外能量输出需求为设计依据，完全抛弃了传统液压站以对外最大输出功率为设计依据的方法，故，是最彻底的节能设计方法。

已有专利：200610050558.6《不锈钢带材酸洗连续退火生产线液压站的节能方法》公开一种液压站，该液压站只适合不锈钢带材酸洗连续退火生产线，适用范围很小；只给出了特定机组的经验公式，使用范围大大受限。

另外《液压节能电机》的专利技术虽然节能，但其并不适合对***压力稳定性要求高、负载流量需求变化大的高可靠性场合使用，故其使用范围实际受到很大限制，其快速响应性严重受到***压降的限制，只能在一些对可靠性和安全性不高的场合使用。《液压节能电机》与已有的“蓄能器保压—工作泵停止—工作泵(压力降低时)再启动”的液压节能技术相比，液压节能并不明显；况且，要延长蓄能器保压时间、降低泵的启动频率，可通过增大蓄能器的装机容量方便地加以解决，且该技术在结构上存在明显的逻辑性错误，难以有具体使用价值。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术现状而提供一种既能达到最佳节能，又充分保障了液压站的可靠性，还能使液压站具有一定自诊断功能，液压站流量或能量输出具有较高的负载跟随性和自适应性特征的通用液压站节能方法，有效处理好提高液压站能量利用率和可靠性之间的协调性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种通用液压站节能方法，包括工作泵、液压蓄能站、压力检测单元和电控单元；工作泵采用主泵和辅助泵工作制，工作泵用以给液压执行元件和液压蓄能站提供主要流量和压力及维持***内外泄漏所需流量，其中主泵为常运行，辅助泵为采用压力检测单元检测的信号通过电控单元控制其启动或停止，其特征在于：压力检测单元多个压力参数点的设定如下，

P_d为***能够正常工作的最低极限压力；

P₀为***“低低压”报警压力或第二辅助工作泵的启动压力；

P₁为控制辅助工作泵启动的压力；

P₂为控制辅助工作泵停止的压力；

P₃为***“低压”报警压力；

P_z为***正常设计工作压力；

P_x为蓄能器的初始充氮压力；

所述各压力参数点之间满足以下公式关系，

P_d＝0.4～0.6P_z；

P₀＝P_d+0.5～1.0Mpa；

P₁＝0.45(P₀+P₂)且P₁＝P₀+1.5～3.0MPa，

P₂＝1.3～1.5P₁，一般地需要满足P₂＝P₁+3.0～10.0Mpa，如果辅助工作泵是靠P₂触发来停止，则P₂＝P_Z-0.5Mpa；

P₃＝0.5(P₀+P₁)；

P_x＝P_d。

上述工作泵单元Ⅰ包括：由一台或多台泵并联组成的主工作泵，该主工作泵处于常用运转状态；由一台或多台泵并联组成的第一辅助工作泵，第一辅助工作泵只有在***流量和压力不足，压力检测单元Ⅲ被触发时才自动投入工作，延时一定时间或当***压力达到压力检测单元Ⅲ设定压力时，第一辅助工作泵才自动停止；由一台或多台泵(优选一台泵)组成的第二辅助工作泵，在第一辅助工作泵已经启动并向***补充流量且***压力仍然继续下降的情况下，第二辅助工作泵自动启动。根据实际需要，它们之间可以组合形成三种典型的节能运行模式，分别是：第一种，液压站工作泵由主工作泵和第一辅助工作泵组成的A+B运行模式，由P₁、P₂和P₀控制第一辅助工作泵；第二种，该液压站工作泵由主工作泵A、第一辅助工作泵B和第二辅助工作泵C组成的A+B+C运行模式，第二辅助泵的功能单独由第二辅助工作泵来实现，即由P₁、P₂控制第一辅助工作泵，仅由P₀单独控制第二辅助工作泵；第三种，该液压站不含主工作泵A，全由第一辅助工作泵B和第二辅助工作泵C组成的B+C运行模式，如果液压站首次启动，第一辅助工作泵必须由人工启动，此时，第二辅助工作泵允许自动参与液压站的首次启动，但也可以选择不参与，当辅助工作泵启动后，压力逐渐上升，达到***设定压力P₂时，第一辅助工作泵可以稍加延时后自动停止，初次启动后的第二辅助工作泵也将自动停止。

上述主工作泵A可以设有备用泵。

上述主工作泵A的驱动电机可以是常规电机，也可以部分或全部是变频器控制的变转速电机。选用常规电机，设备投入成本低，而选用变频控制技术可以比前者更节能5～15％。

上述主工作泵A流量Q_主＝q_需+q_内，q_需为液压***在机组单位产品工件平均生产周期T内对外作功所需的平均流量，为压力油的总体积除以平均周期，即q_需＝V_总/T，q_内为***可能存在的内泄漏，V_总为单位产品平均工作周期内总流量体积；

根据以下表格和公式来确定

上述液压***内泄漏流量q_内由以下公式及根据液压执行元件数量n来确定，

当n≤50时，q_内＝25L/Min.；

当50＜n≤100时，q_内＝60L/Min.；

当100＜n≤150时，q_内＝120L/Min.；

当150＜n≤260时，q_内＝150L/Min.。

上述液压蓄能站单元Ⅱ由数件大容量蓄能器及其附件组成，其装机总容积由ΔV＝2～8V_总来确定。

与现有技术相比，本发明的优点在于：本节能方法与已有专利：200610050558.6《不锈钢带材酸洗连续退火生产线液压站的节能方法》相比，有几个重大突破，区别在于：1、本发明完整地给出了实现本节能液压站崭新的设计理念及方法：以负载能量需求为根本设计依据，完全抛弃了传统以负载最大功率需求为依据的设计方法，使***节能效率得到飞跃；2、本发明能广泛适合于轻重工业液压站(行走机械除外)，极大地拓宽了使用范围；3、本发明详细给出了实现该节能液压站的各种参数之间的关系及其计算方法，老发明只给出了适应特定机组的经验公式，故，老发明使用范围大大受限；4、本技术在前者节能液压站的结构上作了进一步的改进，新增了一定的***压力自诊断功能，提高了***可靠性和维护性；另外本节能方法使节能最大化、蓄能器工作容积最佳化和最可靠的工作特性，整个***具有响应速度快、安全性冗余度高的特性。

附图说明

图1为发明实施例的结构示意图；

图2为发明实施例中液压***中的流量特征曲线图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。

如图1所示，为本发明的一个优选实施例。

一种通用液压站节能方法，包括工作泵Ⅰ、液压蓄能站Ⅱ、压力检测单元Ⅲ和电控单元Ⅳ；工作泵Ⅰ采用主泵和辅助泵工作制，工作泵Ⅰ用以给液压执行元件和液压蓄能站Ⅱ提供主要流量和压力及维持***内外泄漏所需流量，其中主泵为常运行，辅助泵为采用压力检测单元Ⅲ检测的信号通过电控单元Ⅳ控制其启动或停止。

***电控单元Ⅳ与现在每个液压站一样，电控单元必不可少，其驱动电机的启、停和泵的加载或卸荷功能都是由其软、硬件来实现其控制功能的。特别地，如果主工作泵驱动电机选用变频控制技术，需要由压力传感器来配合工作。

除了以上四大基本构成单元外，有时候，还需根据实际情况选配其它辅助功能单元Ⅴ：备用泵单元和循环过滤(冷却)泵单元，但该单元不是构成液压节能泵的必备单元，在本文中就不再讨论。

压力检测单元Ⅲ是构成本节能液压站的一个基本组成部分，由压力触点开关或压力传感器组成，一般地，压力开关须由1～4件组成，或1～2件压力传感器PT组成，压力检测单元Ⅲ多个压力参数点的设定如下：

P_d为***能够正常工作的最低极限压力；

P₀为***“低低压”报警压力或第二辅助工作泵的启动压力，是第二辅助工作泵C自启动的控制开关，该开关一旦被触发，则第二辅助工作泵C自启动后便不能自动停止；

P₁为控制辅助工作泵启动的压力；

P₂为控制辅助工作泵停止的压力；

P₃为***“低压”报警压力；

P_z为***正常设计工作压力；

P_x为蓄能器的初始充氮压力；

P_变为控制变频器的压力值；

所述各压力参数点之间满足以下公式关系，

P_d＝0.4～0.6P_z；

P₀＝P_d+0.5～1.0Mpa；

P₁＝0.45(P₀+P₂)且P₁＝P₀+1.5～3.0MPa，

P₂＝1.3～1.5P₁，一般地需要满足P₂＝P₁+3.0～10.0Mpa，如果辅助工作泵是靠P₂触发来停止，则P₂＝P_Z-0.5Mpa；

P₃＝0.5(P₀+P₁)；

P_x＝P_d。

具体参数设定按照如下步骤：

第一，首先确定***最低极限工作压力P_d，要求该压力必须满足全部液压回路能正常工作。

第二、确定***“低低压”报警压力P₀，该压力也是第二辅助工作泵的启动压力，为使***工作稳定可靠，又不发生误报警，选定P₀＝P_d+0.5～1.0MPa，对于14MPa以下的***应选取较小P₀值，对于高于14MPa的液压***应选取较大值，***压力越高P₀值也应越大。

第三、确定***辅助工作泵的自启动压力P₁，为提高***可靠性和考虑到辅助工作泵的启动和加载有一定的时间需求，按P₁＝0.45(P₀+P₂)来选取，一般还必须满足P₁＝P₀+1.5～3.0MPa的关系，对于14MPa以下的***应选取较小P₁值，对于高于14MPa的液压***应选取较大值，***压力越高P₀值也应越大。

第四、确定***辅助工作泵的自停止压力P₂，为提高蓄能器的有效排放效率和***工作的可靠性，选取P₂＝1.3～1.5P₁，一般地需要满足P₂＝P₁+3.0～10.0Mpa，在未超出***最高压力要求的情况下，尽量取大值；一般地，***正常工作压力越高，P₂取值可以越高。如果辅助工作泵是靠P₂触发来停止，则P₂＝P_Z-0.5Mpa，P_Z为***正常工作的最高压力，也是***的维稳压力。

第五、***正常工作压力P_Z的确定，该压力是***平常工作压力，即***不对外做功时的保持压力，也即，一个液压***的正常设计压力，比如某***设计压力为13MPa，也就是P_Z＝13MPa。

第六、蓄能器充氮压力P_x的确定，为尽量发挥蓄能器的效能，确保***在最低极限压力P₀下，靠蓄能器还能短时间来维持***正常工作，选取P_x＝P_d。

第七、“低压报警”参数P₃的确定，一般选取P₃＝0.45(P₀+P₁)为佳。

工作泵Ⅰ包括：

由一台或多台泵并联组成的主工作泵A，该主工作泵A处于常用运转状态；泵的驱动电机，既可以是普通电机，也可以是变频器控制的变转速电机。主工作泵A处于常用运转状态，其功能为液压执行元件和蓄能器提供主要流量和压力及维持***内外泄漏所需流量，主工作泵可以是定量泵，也可以是变量泵；如果选用定量泵，则采用蓄能器保压—泵卸荷的节能工作方式；而变量泵，一般多采用恒压变量柱塞泵较常见。在主工作泵中，驱动电机既可以是常规电机，又可以部分或全部是变频控制的变转速电机，选用常规电机，设备投入成本低，而选用变频控制技术可以比前者更节能5～15％，具体情况可根据实际需求选用。若选用变频电机，其电机最低转速不应低于额定转速的1/5，最好控制在额定转速1/3左右，以增加主工作泵的快速响应性。

一般地，主工作泵可以有自己的专用备用泵D，而辅助工作泵不必有自己的备份单元；在很多情况下，为加强通用性，常常选取主工作泵、第一辅助工作泵和第二辅助工作泵相同的型号规格，它们之间通过电气软、硬件可以方便地实现其功能上的转换，极大地增加了使用的灵活性。

总之，不管使用什么泵或电机，总是要求主工作泵(电机)采用节能工作方式。对主工作泵而言，尽量选用小流量小功率的高效节能电机—泵，以降低其驱动电机空载和泵的内泄能耗；若选用变频电机，可适当增大主工作泵的额定输出功率。

由一台或多台泵并联组成的第一辅助工作泵B，第一辅助工作泵B只有在***流量和压力不足，压力检测单元Ⅲ被触发时才自动投入工作，延时一定时间或当***压力达到压力检测单元Ⅲ设定压力时，第一辅助工作泵B才自动停止；一般情况下，要求辅助泵90％以上时间处于停止状态，只有在***流量和压力不足，当触发压力开关P₁被触发时才自动投入工作，延时一定时间或当***压力达到压力开关设定压力P₂时，辅助工作泵才自动停止。采用延时控制的好处是可以省掉一件压力开关，但采用压力开关控制可以更令人放心，各有益处。因第一辅助工作泵B总是在***对外输出流量时才工作，所以，第一辅助工作泵B可以选用较大额定流量的工作泵，且为节省投资也可以选用定量工作泵和常规三相异步电动机。但有时候，为增加设备的通用性，常选用主辅工作泵相同型号规格，适当牺牲一点能耗和前期投入成本也很值得。

由一台组成的第二辅助工作泵C，在第一辅助工作泵B已经启动并向***补充流量且***压力仍然继续下降的情况下，当压力开关P₀被触发后，第二辅助工作泵C自动启动。一般情况下，第二辅助工作泵C不启动。如果因某种原因，在第一辅助工作泵B已经启动并向***补充流量的情况下，***压力仍然继续下降，当下降到使压力开关P₀触发时，第二辅助工作泵C自动启动，同时，***发出文字、声光或语音等形式的“低低压”报警，之后，不管***压力如何，第二辅助工作泵C都将一直运行，只有在“低低压”报警信息得到确认后，才能由人工手动停止第二辅助工作泵，第二辅工作泵C一旦启动，说明***效率和可靠性严重下降，***存在严重隐患，必须尽快查明原因并处理，该泵是维持***可靠性的最后一道防线，必须加以重视，它的存在有很大的现实意义。

需要说明的是，首先，第二辅助工作泵C功能可以在同一台第一辅助工作泵上来实现，当使用第一种的工作模式时，也可以把第二辅助泵的功能附加在第一辅助工作泵上，当第一辅助工作泵是因为压力开关P₁触发而自动启动时，则第一辅助工作泵达到延时时间或压力开关P₂被触发时，第一辅助工作泵会自动停止，如果压力开关P₀也触发并控制了第一辅助工作泵，则第一辅助工作泵启动后不会自动停止，必须在人工确认***“低低压”报警信号后，才能手动停止。总之，由压力开关P₁触发启动的工作泵，则可以由压力开关P₂触发的信号来停止或延时信号来停止，如果由压力开关P₀触发的信号来启动，则第二辅助工作泵必须由人工来停止。

特别说明，本文提及的几个压力开关设定值可以在一件或多件压力开关上来实现，也可以由一件压力传感器PT来实现其功能，具体使用可根据实际需求来选择，它们之间在功能上并无本质区别，下文中凡提到的压力开关设定值，若无特别申明就表示该压力开关，反之亦然。

辅助工作泵因运行时间短，启动目的主要是为***及时补充流量和压力，可选择较大功率泵。从某种意义上讲，辅助工作泵也可以看成是***在机备用泵，或具有备用泵的功能，但又与传统意义上的备用泵有着功能上的本质区别，在本节能液压站中，主工作泵可以有它的专用备用泵单元，所以，称作“辅助工泵”比称呼“备用泵”更合适，以免混淆视听。

辅助工作泵的选用原则：一般地，辅助工作泵可选择大流量工作泵，其流量和功率输出要大于等于主工作泵，因辅助工作泵工作时间比较短，且辅助工作泵对外一直处于输出能量状态，故，辅助工作泵可以不选择节能的运行方式。但在更多场合，为加强设备的互换性、通用性和减少设备的一次性投入，需要适当牺牲一定的能效指标，将主工作泵和辅助工作泵都选用相同的较大功率的型号，且都选用节能工作模式，这在老液压站的节能改造中最常用，常常保留其原工作泵，将其中少数泵转化为主工作泵，而其它大部分工作泵转化为辅助工作泵或备用泵，这样不必新增设备，既减少了投资又达到了节能目的。辅助工作泵的启动时间原则：一般选择空载启动，运行3～5秒后加载运行。

根据实际需要，它们之间可以组合形成三种典型的节能运行模式，分别是：

1、液压站工作泵由主工作泵A和第一辅助工作泵B组成的运行模式，由P₁、P₂和P₀控制第一辅助工作泵B；在第一辅助工作泵A上，也可以部分实现第二工作泵B的功能，即，将任何一台第一辅助工作泵和第二辅助工作泵的功能合并在一起，由P₁、P₂和P₀控制同一台第一辅助工作泵，这样，部分地起到了第2种运行模式的功能。

2、液压站工作泵由主工作泵A、第一辅助工作泵B和第二辅助工作泵C组成的运行模式，第二辅助泵的功能单独由第二辅助工作泵来实现，即由P₁、P₂控制第一辅助工作泵，仅由P₀单独控制第二辅助工作泵；

前述两种工作模式适合要求压力稳定性高、对流量需求变化大及快速响应的场合，是能够普遍适用的一种节能液压站的工作模式，这两种模式的区别在于，后者增加了危险报警提示功能及紧急动力泵，有助于生产或设备工作人员随时动态掌握设备的综合性能，工作的可靠性进一步提高。

3、液压站不含主工作泵A，全由第一辅助工作泵B和第二辅助工作泵C组成的运行模式，如果液压站首次启动，第一辅助工作泵必须由人工启动，此时，第二辅助工作泵允许自动参与液压站的首次启动，但也可以选择不参与；当辅助工作泵启动后，压力逐渐上升，达到***设定压力P₂时，第一辅助工作泵可以稍加延时后自动停止，初次启动后第二辅助工作泵也将自动停止。之后，***将进入正式工作状态，其第一辅助工作泵和第二辅助工作泵的启动和停止都和上述两种运行模式相同。当液压站需要正常停止工作时，也必须由人工强制停止，之后，除非有新的人工启动指令，第一辅助工作泵B和第二辅助工作泵C都将一直处于停机状态，这样，各工作泵的控制程序进入一个完整的循环周期。

该工作模式，具有最佳节能效果，适合在压力稳定性要求不太高、单位产品生产周期较长的场合，具有对工作泵要求低、结构简单的优点。

主工作泵常运行，由人工启动或停止。如果主工作泵驱动电机选用了变频控制技术，则主工作泵运行时的最低转速不应低于额定转速的1/5，最好控制在额定转速1/3左右，以增加主工作泵的快速响应性，最低额定转速时的压力为***额定压力，达到额定转速时的压力P_变≥0.9P₂，介于二者之间的转速与***压力成反比。

第一辅助工作泵的启、停全由***自动控制；第二辅助工作泵的启动由***自动控制，其停止由人工进行。但主工作泵初次启动时，若允许第二辅助工作泵也正常启动，则第二辅助工作泵的初次停止由***自动进行，这在第3种工作模式中较常见。

液压站在停机情况下的初次启动时，主工作泵启动的同时，由于P₁压力开关检测到“压力低”的启动信号，辅助工作泵同时启动。主工作泵启动的同时，虽然“低低压”报警开关P₀同时触发，但并不发出报警信号，且第二辅助工作泵也并不启动(但选择了第3种工作模式除外)；“低压”报警开关P₃同时被触发，允许发出文字“低压”报警信号。

当***压力上升达到正常设定压力P₃时，“低压”报警信号自动被“复位”；当***压力进一步上升达到设定压力P₂时，辅助工作泵自动停止，主工作泵继续运行，使***达到正常工作状态。

在某工作周期内，***对外流量输出或因某种原因使***压力降低到设定开关P₁的压力设定点时，辅助工作泵自动启动，运行3～5秒后加载运行，向***补充流量；如果***压力继续进一步降低到P₃压力设定值时，P₃压力开关被触发并发出“低压”报警信号；接下来，如果压力还是进一步下降到P₀值，则***发出“低低压”报警信号，且第二辅助工作泵同时启动。之后，假设压力逐渐恢复，首先恢复到P₀点压力以上，但“低低压”报警信号并不自动复位，如果压力进一步上升恢复到P₃信号以上，则P₃“低压”报警信号可以自动复位，也可以靠人工进行复位，如果压力进一步恢复到P₂压力值以上时，则辅助工作泵自动停止，但第二辅助工作泵并不自动停止，必须由人工确认，并对“低低压”报警信号强制复位后手动停止该工作泵。

第二辅助工作泵B启动时，第一辅助工作泵B肯定已经自动启动。

主工作泵A、第一辅助工作泵B和第二辅助工作泵C可以方便地通过***软件或硬件来实现它们之间功能和角色的互换，增加了***使用的灵活性，给使用和维护带来了极大方便。

主工作泵A流量Q_主＝q_需+q_内，q_需为液压***在机组单位产品工件平均生产周期T内对外作功所需的平均流量，为压力油的总体积除以平均周期，即q_需＝V_总/T，q_内为***可能存在的内泄漏，V_总为单位产品平均工作周期内总流量体积；

根据以下表格和公式来确定(r、n均为自然数)

液压***内泄漏流量q_内由以下公式及根据液压执行元件数量n来确定，

当n≤50时，q_内＝25L/Min.；

当50＜n≤100时，q_内＝60L/Min.；

当100＜n≤150时，q_内＝120L/Min.；

当150＜n≤260时，q_内＝150L/Min.。

液压蓄能站Ⅱ由数件大容量蓄能器及其附件组成，其装机总容积由ΔV＝2～8V_总来确定，对于第一、二种的运行模式，取ΔV＝3～5V_总为佳，对于第三种的运行模式，取ΔV＝5～8V_总为佳。

在现代化工业生产线中，液压***对外做功的流量需求特征常常呈现如图2所示的周期性规律，(图中仅给出了一个完整工作周期示意图)，其显著特征在于：短时间集中对外做功大流量输出需求，其时间周期分段为t峰和t谷；长时间少量对外作功和维持***内泄漏的需求，其时间周期分段为t谷；完整周期为T＝t峰+t谷；但根据实际生产需求不同，工作周期T也有较大变化，此处取平均周期；

为***周期T内平均实际需求流量，

为t峰内平均流量需求，q_max.为工作周期内最大峰值流量需求。

节能效果检验：

国内某厂家引进日本三菱重工十二辊不锈钢薄板精轧机，其钢卷平均生产周期为85分钟。该轧机原设计有高压上推液压控制***一套和的辅助液压传动***一套，其中该轧机辅助液压传动***共带有127件油缸和2件液压马达，液压站主工作泵设有6台，常开5台，备用1台，主工作泵为恒压变量柱塞泵，***最低正常工作压力为7.0MPa，设计正常工作压力为14.0MPa，每台驱动电机额定功率为75KW。该轧机在正常轧制工况下仅2台液压马达运转约20L/Min的流量需求，实测***总内泄漏为26L/Min，此工况下5台主工作泵总电流为375A；在上下钢卷非轧制状态下时，单位钢卷生产总压力油需求约180L，该时间为辅助生产时间，平均时间为10分钟。

研究发现，在轧制状态下，该辅助液压站实际功率约200KW，而经计算得出理论需求功率仅11KW，两者之间相差巨大，说明该液压站能量利用率很低。我们按钢卷平均生产周期计算，单位钢卷生产周期内，实际能耗为：265KW·H，经计算理论能耗仅15.8KW·H，能量利用率仅5.96％。分析表明，能耗高的根本原因在电机的装机容量过大，空载能耗高造成的。

针对该机组高能耗特点，我们采取了以能量需求为设计依据的新设计方法，即，在该钢卷平均生产周期内理论需求能量为15.8KW·H为设计依据，作如下改进：

首先，选定原主工作泵1#泵为新改进主工作泵，调节该工作泵额定输出流量为105L/Min，用30KW新电机代替原75KW的老电机，将原2#主工作泵作为新改进主工作泵的备用泵，改动之处与原1#主工作泵完全相同，原3#、4#主工作泵及电机参数不变，但改用由压力开关来控制其启动或停止，在新1#(或新2#)主工作泵启动的条件下，当***压力低于9.0MPa时，3#工作泵自动启动，当***压力达到13.5MPa时，3#工作泵自动停止，3#泵分别由新增压力开关P₁、P₂来控制；4#主工作泵该由新增压力开关P₀来控制，设定压力为7.5MPa，当该压力开关被触发时，该4#泵自动启动，同时***发出“低低压”声光报警信号，提示工作人员***存在较大问题。其次，该***原带有容量为120L×2的液压蓄能站1个，为增大能量储存，新增容量为120L×6的蓄能站一个，***正常工作压力为7.5MPa不变，初始充氮压力为7.0MPa。

经过以上改进后，该***运行稳定可靠，实现长达36个月无故障的好记录。该液压站原装机容量为375KW，原实际轧制状态下能耗为200KW，改进后实际参与运行的装机容量为30KW，实际能耗功率为17.5KW，按单位生产周期70分钟计算，节能率约90％。

Claims (6)

1.一种通用液压站节能方法，包括工作泵(Ⅰ)、液压蓄能站(Ⅱ)、压力检测单元(Ⅲ)和电控单元(Ⅳ)；所述工作泵(Ⅰ)采用主泵和辅助泵工作制，工作泵(Ⅰ)用以给液压执行元件和液压蓄能站(Ⅱ)提供主要流量和压力及维持***内外泄漏所需流量，其中主泵为常运行，辅助泵为采用压力检测单元(Ⅲ)检测的信号通过电控单元(Ⅳ)控制其启动或停止，其特征在于：所述压力检测单元(Ⅲ)多个压力参数点的设定如下，

P_d为***能够正常工作的最低极限压力；

P₀为***“低低压”报警压力或第二辅助工作泵的启动压力；

P₁为控制辅助工作泵启动的压力；

P₂为控制辅助工作泵停止的压力；

P₃为***“低压”报警压力；

P_z为***正常设计工作压力；

P_x为蓄能器的初始充氮压力；

所述各压力参数点之间满足以下公式关系，

P_d＝0.4～0.6P_z；

P₀＝P_d+0.5～1.0Mpa；

P₁＝0.45(P₀+P₂)且P₁＝P₀+1.5～3.0MPa，

P₂＝1.3～1.5P₁，一般地需要满足P₂＝P₁+3.0～10.0Mpa，如果辅助工作泵是靠P₂触发来停止，则P₂＝P_Z-0.5Mpa；

P₃＝0.5(P₀+P₁)；

P_x＝P_d。

2.根据权利要求1所述的通用液压站节能方法，其特征在于：所述工作泵(Ⅰ)包括：由一台或多台泵并联组成的主工作泵(A)，该主工作泵(A)处于常用运转状态；由一台或多台泵并联组成的第一辅助工作泵(B)，第一辅助工作泵(B)只有在***流量和压力不足，压力检测单元(Ⅲ)被触发时才自动投入工作，延时一定时间或当***压力达到压力检测单元(Ⅲ)设定压力时，第一辅助工作泵(B)才自动停止；由一台或多台泵并联组成的第二辅助工作泵(C)，在第一辅助工作泵(B)已经启动并向***补充流量且***压力仍然继续下降的情况下，压力检测单元(Ⅲ)被触发时，第二辅助工作泵(B)自动启动，停止由人工手动停止；

根据实际需要，它们之间可以组合形成三种典型的节能运行模式，分别是：

液压站工作泵由主工作泵(A)和第一辅助工作泵(B)组成的运行模式，由P₁、P₂和P₀控制第一辅助工作泵(B)；

液压站工作泵由主工作泵(A)、第一辅助工作泵(B)和第二辅助工作泵(C)组成的运行模式，第二辅助泵的功能单独由第二辅助工作泵来实现，即由P₁、P₂控制第一辅助工作泵，仅由P₀单独控制第二辅助工作泵；

液压站不含主工作泵(A)，全由第一辅助工作泵(B)和第二辅助工作泵(C)组成的运行模式，如果液压站首次启动，第一辅助工作泵必须由人工启动，此时，第二辅助工作泵允许自动参与液压站的首次启动，但也可以选择不参与；当辅助工作泵启动后，压力逐渐上升，达到***设定压力P₂时，第一辅助工作泵可以稍加延时后自动停止，初次启动后第二辅助工作泵也将自动停止。

3.根据权利要求2所述的通用液压站节能方法，其特征在于：所述主工作泵(A)的驱动电机可以是常规电机，也可以部分或全部是变频器控制的变转速电机。

4.根据权利要求2所述的通用液压站节能方法，其特征在于：所述主工作泵(A)流量Q_主＝q_需+q_内，q_需为液压***在机组单位产品工件平均生产周期T内对外作功所需的平均流量，为压力油的总体积除以平均周期，即q_需＝V_总/T，q_内为***可能存在的内泄漏，V_总为单位产品平均工作周期内总流量体积；

根据以下表格和公式来确定

5.根据权利要求4所述的通用液压站节能方法，其特征在于：所述液压***内泄漏流量q_内由以下公式及根据液压执行元件数量n来确定，

当n≤50时，q_内＝25L/Min.；

当50＜n≤100时，q_内＝60L/Min.；

当100＜n≤150时，q_内＝120L/Min.；

当150＜n≤260时，q_内＝150L/Min.。

6.根据权利要求5所述的通用液压站节能方法，其特征在于：所述液压蓄能站(Ⅱ)由数件大容量蓄能器及其附件组成，其装机总容积由ΔV＝2～8V_总来确定。

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