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科氏力粉体流量计在水泥行业入窑生料和煤粉系统的应用效果理想

来源:上海自动化仪表有限公司作者:发表时间:2018-04-13 09:00:39

  1、简介:在水泥行业,入窑生料及煤粉的计量与控制,对稳定窑的热工制度、提高熟料的产质量、降低能耗起着极其重要的作用。由于粉体物料固有的特性,特别是煤粉,容重小、流动性好,给精确计量带来了很大的困难。目前,国内新型干法生产线上,人窑生料与煤粉的计量,大多采用失重秤、皮带秤、冲板流量计及溜槽流量计等,使用效果较好的大多为引进产品。如我们上海自动化仪表股份有限公司近几年推出的质量流量计,计量精度为士0. 5%,环天平型流量计,计量精度为士1. 0%。粉体流量计计量精度较高,但价格十分昂贵,一般中小水泥企业无法承受。国内引进技术生产的冲板流量计、溜槽流量计等产品价格略低一些,但计量精度较差,定量控制稳定性也不理想,使用效果欠佳。还有的厂喂煤系统根本就没有计量装置。这些都严重影响窑的正常生产和企业的经济效益。为此,开发可靠、精确、经济的粉体计量设备,研制低投资型入窑生料及煤粉的计量控制系统,对促进水泥工业技术装备的发展意义重大。合肥水泥研究设计院研制开发了一种新型的计量装置—科氏力粉体物料流量计,它的计量精度达到士0. 5%。该仪器体积小,占用空间小,无粉尘污染,定量给料控制稳定性好。该流量计用于入窑生料和煤粉系统,可获得令人满意的效果。上海自动化仪表有限公司将对其计量原理及应用效果作一介绍,供参考。

 
2、原理介绍:
   由力学原理可知,质点在恒速转动的坐标系中作相对运动(相对速度为Vr)时,产生科氏加速度ak,同时受到与此加速度方向相同的惯性力的作用。此力用发现此现象的科学家Coriolis的名字命名,我们称之为科里奥利力或科氏力,用F表示。该力的方向与相对运动的方向垂直。当质点在坐标系中的相对运动为径向时,科氏力Fc沿切线方向,如图1所示。当相对运动为圆周运动时,科氏力Fc沿径向,如图2所示。
图1相对运动为径向
图1相对运动为径向
图2相对运动为圆周运动
图2相对运动为圆周运动
    科氏力Fc用矢量表示为Fc = - 2rnw xv,其中,m为质点的质量。为坐标系匀速转动的角速度,v}为质点相对于坐标系的运动速度。
    基于上述原理,流量计内设计了测量盘。测量盘径向设置数块叶片,如图3所示。测量盘在电机主轴的驱动下,作高速回转。被计量的粉料落到测量盘上,经过分料锥改变流向后,被高速转动的叶片捕获,在离心力的作用下,沿径向向外缘运动。在运动过程中,粉料受到了径向的摩擦力FK和反向的离心力Fz,以及沿切向的科氏力Fc的共同作用。Fc引起一个反作用运动力矩M,这个力矩由驱动电机来补偿,而FR与Fz对驱动轴不会产生反作用力矩。
图3是科氏力粉体流量计的测量原理
            图3是科氏力粉体流量计的测量原理
 
3、流量计的结构特点:
   流量计可设计成三种结构型式,即上置式、内置式、下置式。其区别是基于电机、传感器与流量计壳体的位置关系。电机、传感器在壳体外面,且位于壳体上部的,称之为上置式;位于壳体下部的称之为下置式;内置式,顾名思义,电机与传感器位于流量计壳体内部。
    三种结构型式各有其优缺点,在作结构设计时必须充分考虑。对于内置式,还要考虑电机的通风散热等问题。不论采用何种结构型式,流量计都是由壳体、电机、传动轴、传感器、进料口以及设在壳体内的测量盘组成。本文介绍的是上置式,如图5所不。
    物料由进料口进人壳体,落到水平转动的测量盘上。随着测量盘的转动,物料从测
    力矩M的计算公式推导如下(如图4所示),假定叶片的内半径、外半径分别为R, , Rz,测量盘旋转的甫速度为。,半径r-r十dr处的粉料dm受到的科氏力为击。。根据公式,则dF} = 2dm " w " dr/dt = 2dm/dt "w " dr = 2Q " w " dr,式中,dm为dr区间内停留的粉体,Q为粉体流量。则作用于驱动轴的力矩“盆:·dFc舒x 2Q。·dr}}C:M二。Q (R2一R} )。由上式可知,该力矩与粉体流量Q成正比,又与科氏力成正比,若间接得到此力矩,即可求得粉体流量Q。这就量盘的中心向外作径向运动。物料离开测量盘后经出料口卸出。传感器设置在传动轴上,用于检测科里奥利力的大小。
图4
 
图5上置式流量计
图5上置式流量计
 
4、流量计的电子控制装置: 
   传感器输出正比于瞬时流量大小(即正比于科氏力大小)的电信号,送到科氏力粉体流量控制仪,控制仪将此电信号进行放大处理,变换成电压信号,再送到微处理器,经微处理器运算处理,得到4位数的瞬时流量显示(单位为t/h)和6位数的累计量显示,最低位一个字可代表0.1kg,  lkg或10kg,具体可通过累计系数选定。控制仪具有上下限声光报警(上下限值由用户从面板选定)、A/ M切换功能。当选择A方式时,可以实现自动定量给料,自动定量的控制精度为11. 0%,给定值可以由面板按键给定或由上位计算机给定,给定值究竟来自面板还是上位机,可由控制仪的SV切换键选择。在A方式下,仪器的MV输出(控制喂料机转速的模拟量信号)一般为4~20mA.根据用户要求也可以是0~5V或1~5V的标准信号。当选择M方式时,MV输出的大小由仪器面板的增减键调节,即喂料量大小由键盘选定。本仪器同时具有PV输出(代表瞬时流量的模拟量信号),一般为4~20mA ,也可以是0~5V或1~5V的标准信号。
    控制仪的外形为80 x 160的国际标准盘装机箱,小巧轻便,外形美观;键盘为轻触式触摸键,瞬时流量和累计流量均用醒目的数码管显示,累计流量停电后仍能显示1小时,而且能长期保持,永不丢失。控制仪的原理见图6.
 
5、粉体定量给料系统的应用:
   人窑生料及煤粉的定量给料系统,由称重仓、稳流定量给料装置、科氏力粉体流量计组成,如图7所示。
图6控制仪的原理
图6控制仪的原理
 
    称重仓可对流量计在线标定,确保流量计的高精度计量,同时利用称重传感器控制仓内料位。系统采用了一种新开发的水平回转式稳流给料装置,通过变频调速,随意调节给料量,与流量计构成闭环控制,按设定流量要求给料,同时该稳流装置具有稳流、锁风、锁料等功能,即使是流动性很好的煤粉也不会发生冲料、跑料现象。在稳流装置不断地改变给料量的情况下,流量计也能十分精确地计量下料量。
   下面为该系统用于生料及煤粉计量的实物标定情况。
 
表1用于计量生料的标定数据 表2用于计量煤粉的标定数据
表1用于计量生料的标定数据 表2用于计量煤粉的标定数据
 图7粉体定量给料系统
图7粉体定量给料系统
 
 
6、结语:
   (1)由科氏力粉体流量计组成的定量给料系统具有给料稳定、调节速度快、计量精度高、工艺流程简单、布置紧凑等特点。
   (2)该流量计不受风路、振动等外界因素的影响;对粉料的性质没有特殊要求,测量盘上不存在粘料问题,计量过程在完全密闭状态下完成。
   (3)科氏力粉体流量计可用于人窑生料、煤粉的计量控制,散装水泥的计量,以及多种·粉体物料的定量搭配过程等,也可用于小颗粒、非磨蚀性的粮食类物品的计量。
   (4)该系统占据空间小,计量及控制精度高、投资小,完全可以替代进口产品。

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