PWF輪輻轉(zhuǎn)子式計(jì)量系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線上的應(yīng)用

郭 劍

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 合肥固泰自動(dòng)化有限公司，安徽 合肥 230051）

PWF輪輻轉(zhuǎn)子式計(jì)量系統(tǒng)在水泥生產(chǎn)線上的應(yīng)用

郭 劍

（合肥水泥研究設(shè)計(jì)院 合肥固泰自動(dòng)化有限公司，安徽 合肥 230051）

0 引言

傳統(tǒng)的粉體計(jì)量裝置，如沖擊式流量計(jì)、皮帶式定量給料機(jī)、國(guó)產(chǎn)科氏力流量計(jì)等，均難以滿足穩(wěn)定、準(zhǔn)確定量喂料的要求。為此，合肥水泥研究設(shè)計(jì)院固泰自動(dòng)化有限公司開發(fā)了一種結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)行穩(wěn)定、能耗低的轉(zhuǎn)子式粉體定量給料系統(tǒng)，進(jìn)一步提高了粉體計(jì)量的穩(wěn)定性，滿足準(zhǔn)確定量喂料的要求。本文以現(xiàn)有粉體物料給料系統(tǒng)及其工藝特點(diǎn)為依據(jù)，從技術(shù)層面探討該系統(tǒng)的技術(shù)原理、結(jié)構(gòu)組成和創(chuàng)新點(diǎn)。

1. 常見的粉體物料給料系統(tǒng)及其工藝特點(diǎn)

1.1 沖擊式流量計(jì)

沖擊式流量計(jì)包括沖板式和溜槽式。具有設(shè)備簡(jiǎn)單、全封閉、投資低、可在線或旁路標(biāo)定等優(yōu)點(diǎn)。但沖擊式流量計(jì)是檢測(cè)物料沖擊產(chǎn)生的垂直分力，是間接測(cè)量物料重量，因此受檢測(cè)物料的特性和工況影響較大。粉體物料的濕度、水分及流量狀態(tài)變化對(duì)計(jì)量都有影響；對(duì)沖擊震動(dòng)敏感，受物料反彈擾動(dòng)和沖擊影響較大；風(fēng)壓和氣流變化對(duì)計(jì)量精度影響非常明顯，因此難于滿足平穩(wěn)喂料的要求。

1.2 科里奧利(Coriolis)流量計(jì)

科里奧利流量計(jì)是通過(guò)對(duì)物料所受科里奧利力的測(cè)量得到物料的流量。配合適當(dāng)?shù)目烧{(diào)式給料裝置，在水泥廠常用于煤粉和入窯生料等粉狀物料的計(jì)量和喂料。流量計(jì)只起瞬時(shí)流量計(jì)量作用，是被動(dòng)檢測(cè)而不能主動(dòng)調(diào)節(jié)流量。流量計(jì)必須與計(jì)量穩(wěn)流倉(cāng)和倉(cāng)出口的給料設(shè)備配合使用，才能實(shí)現(xiàn)對(duì)物料的定量給料及用于定量配料的場(chǎng)合。因此系統(tǒng)穩(wěn)定性完全依賴于給料裝置，物料流量的大小通過(guò)調(diào)節(jié)上方的給料裝置的給料速度和開度來(lái)實(shí)現(xiàn)，所以屬于滯后控制調(diào)節(jié)。

1.3 皮帶式定量給料機(jī)

可調(diào)速皮帶式定量給料機(jī),用于水泥行業(yè)入窯生料計(jì)量等。但用于粉體物料的計(jì)量與定量給料存在以下問(wèn)題：一是粉體物料（如生料、粉煤灰、礦渣粉）比重輕，流動(dòng)性好，易沖料，系統(tǒng)的預(yù)給料機(jī)一旦出現(xiàn)沖料現(xiàn)象，皮帶式定量給料機(jī)不具備防沖料的功能，物料將會(huì)快速通過(guò)式定量給料機(jī)，進(jìn)入下一級(jí)設(shè)備。在沖料發(fā)生的情況下，定量給料機(jī)解決不了沖料問(wèn)題。二是定量給料機(jī)不是全密封的計(jì)量設(shè)備，粉體物料從秤體的連接處漏料，造成環(huán)境污染。三是占用空間大。四是為了減少下料點(diǎn)物料的沖擊對(duì)計(jì)量的影響，皮帶式定量給料機(jī)一般比較長(zhǎng)，皮帶拉伸極易造成皮帶跑偏，維護(hù)工作量大。所以總體運(yùn)行效果不太理想，應(yīng)用范圍越來(lái)越小。

1.4 螺旋定量給料機(jī)

螺旋定量給料機(jī)簡(jiǎn)單的說(shuō)就是在螺旋輸送機(jī)上加裝調(diào)速裝置和稱重傳感器。目前，國(guó)內(nèi)的螺旋定量給料機(jī)大體可分為兩種：一種是自平衡結(jié)構(gòu)式，即計(jì)量螺旋秤體以支點(diǎn)為軸左右自重平衡(包括配重)，荷重傳感器測(cè)量的主要是計(jì)量螺旋秤內(nèi)的物料重量。但由于荷重傳感器的量程上限較小，測(cè)量靈敏度較高。一般不適于粉煤灰等物料的給料計(jì)量。另一種是懸浮吊架結(jié)構(gòu)式，即全荷或半荷式計(jì)量螺旋秤。其秤體支點(diǎn)為懸掛或下支承，此懸掛支點(diǎn)又分為設(shè)置或不設(shè)置荷重傳感器兩種。出料口側(cè)由2只或1只荷重傳感器吊掛或支承，計(jì)量螺旋秤處于懸浮吊掛狀態(tài)。因此，計(jì)量螺旋秤可較長(zhǎng)，有利于控制料流和沖跑料現(xiàn)象。

螺旋定量給料機(jī)設(shè)備簡(jiǎn)單，占用空間高度小，但縱向尺寸較大，系統(tǒng)密封性好，價(jià)格便宜，維護(hù)簡(jiǎn)單，可靠性較好。但是，由于粉體物料在螺旋給料機(jī)內(nèi)填充率的不同，其轉(zhuǎn)速與喂料量不是成線性關(guān)系，螺旋轉(zhuǎn)速不能代表物料實(shí)際料量，且沒(méi)有穩(wěn)定比例關(guān)系；電網(wǎng)的負(fù)荷、頻率、電壓波動(dòng)變化，使計(jì)量螺旋秤不能保持恒速運(yùn)行；螺旋軸、葉片黏附物料和間隙竄料造成零點(diǎn)變化不穩(wěn)；皮重過(guò)大使測(cè)量靈敏度較低等因素影響，致使螺旋定量給料機(jī)計(jì)量精度往往很低，且不夠穩(wěn)定。生產(chǎn)螺旋定量給料機(jī)企業(yè)較多，但目前主要用在一些簡(jiǎn)易的生產(chǎn)線上。

1.5 環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤

該設(shè)備采用天平式計(jì)重原理，在環(huán)狀天平的直徑兩端設(shè)有支點(diǎn)，支點(diǎn)的一端是入口，另一端是出口的水平旋轉(zhuǎn)型計(jì)量秤。物料進(jìn)入轉(zhuǎn)子秤后由荷重傳感器連續(xù)檢測(cè)通過(guò)半周的粉體重量，連同環(huán)狀天平的轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)入控制器。

環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤有以下優(yōu)點(diǎn)：容器是天平構(gòu)造，附著在固定部分的粉體也被環(huán)狀天平的旋轉(zhuǎn)自動(dòng)抵消，經(jīng)常處于左右均等狀態(tài)，不會(huì)出現(xiàn)零點(diǎn)變化；完全密封構(gòu)造，不會(huì)出現(xiàn)漏粉等現(xiàn)象；采用連續(xù)的檢測(cè)流量方式，和減量方式不同，可不間斷地進(jìn)行檢測(cè)與控制?？捎糜趯?duì)粉體物料進(jìn)行自動(dòng)連續(xù)計(jì)量，適用于較小瞬時(shí)流量物料的計(jì)量，目前在新型干法水泥廠中，多用于窯頭和分解爐煤粉的計(jì)量與定量給料、與喂料機(jī)結(jié)合，對(duì)小流量的粉煤灰等粉體物料進(jìn)行計(jì)量與定量給料。

環(huán)狀天平轉(zhuǎn)子秤自身結(jié)構(gòu)存在諸多問(wèn)題。如轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)及其支撐方式對(duì)于大流量粉體物料計(jì)量，設(shè)備要做得很龐大笨重、靈敏度較差、計(jì)量精度低；采用毛氈或其它材料密封，磨損嚴(yán)重，一般情況下需定期更換密封材料，維護(hù)工作量大；彈簧片或刀口支撐形式，對(duì)于大型化設(shè)備，阻力大，傳力不靈敏，導(dǎo)致計(jì)量精度降低；鉚焊結(jié)構(gòu)，加工精度低，使用過(guò)程中容易變形，設(shè)備使用壽命低等。所以難以滿足大流量粉體物料計(jì)量與定量給料。

2 輪輻轉(zhuǎn)子原理及組成

2.1 技術(shù)原理

輪輻轉(zhuǎn)子式粉體計(jì)量裝置是利用密封的輪輻轉(zhuǎn)子抑制粉狀物體的自流動(dòng)，粉體物料的運(yùn)動(dòng)完全由這個(gè)密封的輪輻轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)決定，通過(guò)調(diào)整輪輻轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速來(lái)決定喂料量的大小。粉體物料經(jīng)預(yù)給料單元落入輪輻轉(zhuǎn)子的扇區(qū)中，變頻調(diào)速電機(jī)通過(guò)減速箱和主軸將動(dòng)力傳至輪輻轉(zhuǎn)子，帶動(dòng)輪輻轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。隨著輪輻轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)，粉體填充到輪輻轉(zhuǎn)子的各扇區(qū)中。當(dāng)充有粉體的扇區(qū)轉(zhuǎn)到出料口處時(shí)，落入下級(jí)工藝設(shè)備。由于輪輻轉(zhuǎn)子本身是懸掛結(jié)構(gòu)，而且輪輻轉(zhuǎn)子和密封板經(jīng)過(guò)高精度加工后形成一個(gè)封閉的空間，采用可調(diào)節(jié)式間隙鎖風(fēng)技術(shù)，而非普通的毛氈密封，阻尼小，磨損小，不需要更換毛氈，可在線調(diào)整；輪輻轉(zhuǎn)子支撐采用主軸鎖緊，支撐在減速機(jī)上的懸空支撐方式，而非轉(zhuǎn)子直接支撐在殼體上的方式，摩擦小，使用壽命長(zhǎng)。

2.2 結(jié)構(gòu)組成

輪輻轉(zhuǎn)子式粉體定量給料系統(tǒng)由兩個(gè)環(huán)節(jié)組成，預(yù)給料裝置和計(jì)量裝置。預(yù)給料裝置如圖1。在預(yù)給料裝置上方是過(guò)程穩(wěn)流標(biāo)定倉(cāng)，過(guò)程穩(wěn)流標(biāo)定倉(cāng)作為整個(gè)工藝流程的一個(gè)過(guò)渡環(huán)節(jié)，其出料口的料壓必須穩(wěn)定。為此，需對(duì)過(guò)程倉(cāng)的料面高度和內(nèi)部料阻實(shí)施有效控制。系統(tǒng)工作過(guò)程中，根據(jù)粉體物料的特性可以選用流量調(diào)節(jié)閥、葉輪給料機(jī)、螺旋給料機(jī)、水平回轉(zhuǎn)式喂料機(jī)等，其作用是給輪輻轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量裝置提供流量穩(wěn)定的粉體，同時(shí)可以進(jìn)行流量的粗調(diào)。粉體經(jīng)預(yù)給料單元進(jìn)入輪輻轉(zhuǎn)子計(jì)量裝置，控制裝置根據(jù)轉(zhuǎn)子式粉體定量給料裝置瞬時(shí)流量測(cè)定值與設(shè)定值比較結(jié)果，控制輪輻轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使瞬時(shí)值始終跟蹤設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)粉體的準(zhǔn)確計(jì)量與穩(wěn)定控制。

3 系統(tǒng)的創(chuàng)新點(diǎn)

（1）驅(qū)動(dòng)軸和輪輻轉(zhuǎn)子的連接采用獨(dú)特的軸頭連接，相比鍵連接的強(qiáng)度要高，壽命要長(zhǎng)。獨(dú)特的結(jié)合形式，轉(zhuǎn)子與下密封板間隙可調(diào)，并非直接接觸，因而從結(jié)構(gòu)上保證了設(shè)備的長(zhǎng)壽命。

(2)軸承的密封采用密封支架形式的結(jié)構(gòu)，容易更換密封件，共采取五道密封措施和觀測(cè)孔結(jié)合的形式，在軸承最后一道密封前設(shè)置觀測(cè)孔，當(dāng)前面四道密封件損壞，粉體從觀測(cè)孔流出秤體，提醒維修人員更換密封件，從而保證了軸承自身的終身使用壽命。

（3）系統(tǒng)將任何時(shí)刻通過(guò)輪輻轉(zhuǎn)子稱重區(qū)的粉體重量都由稱重裝置計(jì)量下來(lái)。粉體重量及其所在的位置都儲(chǔ)存在控制系統(tǒng)內(nèi)。為了使預(yù)先確定的設(shè)定值和儲(chǔ)存在存儲(chǔ)器內(nèi)的物料量相適應(yīng)，在卸料點(diǎn)處要求的轉(zhuǎn)子角速度已預(yù)先計(jì)算出來(lái)，并由轉(zhuǎn)子驅(qū)動(dòng)裝置來(lái)完成。通過(guò)這種前饋控制原理，轉(zhuǎn)子式粉體定量給料裝置可對(duì)任何波動(dòng)給予校正并給出短期高精確度。

（4）稱重采用了一次杠桿原理，零點(diǎn)非常穩(wěn)定，標(biāo)定調(diào)校后基本不需經(jīng)常標(biāo)定，運(yùn)行一直非常穩(wěn)定準(zhǔn)確。系統(tǒng)可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)，保證了運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性，計(jì)量控制范圍寬，有效地穩(wěn)定了喂料量，調(diào)校容易。

（5）轉(zhuǎn)子支撐采用主軸鎖緊，支撐在減速機(jī)上的懸空支撐方式，而非普通轉(zhuǎn)子秤的轉(zhuǎn)子直接支撐在殼體上的方式，摩擦小，使用壽命長(zhǎng)。高精度加工的輪輻轉(zhuǎn)子和密封板形成封閉空間，抑制粉體物料的自流動(dòng)。采用可調(diào)節(jié)式間隙鎖風(fēng)技術(shù)，而非普通轉(zhuǎn)子秤的毛氈密封，阻尼小，磨損小，無(wú)需更換毛氈，可在線調(diào)整。

（6）可調(diào)節(jié)式重載支撐裝置，克服了現(xiàn)有同類轉(zhuǎn)子秤的支撐裝置（彈簧片或刀口支撐）在大載荷條件下靈敏度下降和稱重軸線不可調(diào)整等不足?？烧{(diào)節(jié)式重載支撐裝置不僅保證大載荷支撐條件下旋轉(zhuǎn)靈敏度，而且可調(diào)整支點(diǎn)位置，保證稱重軸線，從而保證在大給料量程時(shí)計(jì)量精度，最大量程可達(dá)到800m3/h。

4 遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

我們通過(guò)GPRS網(wǎng)絡(luò)將每臺(tái)PWF輪輻轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量裝置中重要運(yùn)行數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)發(fā)送至廠區(qū)相關(guān)管理人員或者數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)分布在不同地區(qū)的設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和設(shè)備運(yùn)行安全管理。設(shè)備及工藝專家可以及時(shí)診斷及解決生產(chǎn)期間出現(xiàn)的問(wèn)題，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)效率。此外，對(duì)于生產(chǎn)期間的突發(fā)事件及重要數(shù)據(jù)可以設(shè)置短信通知發(fā)送至指定手機(jī)，提高了公司管理者的全局掌控力。如圖2輪輻轉(zhuǎn)子式計(jì)量系統(tǒng)遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)示意圖。

5 應(yīng)用實(shí)例

輪輻轉(zhuǎn)子粉體定量給料系統(tǒng)已在中國(guó)聯(lián)合水泥集團(tuán)在沂南中聯(lián)、新泰中聯(lián)、泰安中聯(lián)等多條5000t/d水泥生產(chǎn)線上應(yīng)用。主要用于入窯生料、礦渣微粉、粉煤灰等物料的計(jì)量及定量給料。其中泰安中聯(lián)日產(chǎn)5000噸新型干法水泥暨世界低能耗示范線是目前國(guó)內(nèi)同行業(yè)中最環(huán)保、最節(jié)能、技術(shù)最先進(jìn)、機(jī)械化程度最高的。該生產(chǎn)線兩套入窯生料計(jì)量都采用了我公司輪輻轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量裝置PWF1930，系統(tǒng)量程為50～500t/h。實(shí)際使用效果表明，系統(tǒng)的計(jì)量準(zhǔn)確度和控制準(zhǔn)確度均達(dá)到預(yù)期技術(shù)指標(biāo)。自運(yùn)行投產(chǎn)以來(lái)，無(wú)任何故障，計(jì)量準(zhǔn)確、定量給料穩(wěn)定，生料投料總量穩(wěn)定在380t/h左右。

在運(yùn)行曲線圖3中，紅色、藍(lán)色曲線（上3、4）為1號(hào)、2號(hào)提升機(jī)電流反饋，上部的兩條曲線為喂料量反饋（上1、2）其余曲線為轉(zhuǎn)子物料荷重、流量閥調(diào)節(jié)反饋等。由圖中曲線可知整個(gè)喂料流量跟蹤穩(wěn)定、流量閥調(diào)節(jié)快速，提升機(jī)電流比較穩(wěn)定。

6 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)于應(yīng)用企業(yè)，粉體定量給料系統(tǒng)的優(yōu)劣，直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量與品質(zhì)，直接關(guān)系到企業(yè)產(chǎn)品的銷售價(jià)格。過(guò)程中的計(jì)量精度和穩(wěn)定性及配料精度、配料速度與穩(wěn)定性，影響著整個(gè)生產(chǎn)的質(zhì)量和產(chǎn)量。目前，PWF輪輻轉(zhuǎn)子粉體計(jì)量裝置已有近百套投入運(yùn)行,成功應(yīng)用于國(guó)內(nèi)外各個(gè)行業(yè)。其中水泥行業(yè)從應(yīng)用于2500～5000t/d各種規(guī)模生產(chǎn)線，同時(shí)也在冶金、球團(tuán)、石灰石、耐火材料等其他行業(yè)開始廣泛應(yīng)用，均取得令人滿意的使用效果。

TQ172

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1007-6344（2015）10-0013-02