第二届水泥物料自动计量与定量给料技术交流会●,旋秤的设计和选用如铁,,张武彩,,孙秉,,,,合肥水泥研究设计院,安徽合肥,,,,,,, ,,合肥汇龙计量控制有限公司,安徽合,巴,,,,,,—‘ ‘—,—、月,,吾子螺旋秤,即螺旋称重给料机,简称”螺旋秤” ,,是在管螺旋给料机的基础上,基于悬臂式恒速定量给料秤工作理,设计开发的集给料输送、称重计量和定量控制为一体的连续给料计量设备。螺旋秤具有设备结构相对比较简单、制造容、操作维护简单方便、系统密闭性好,对物料和生产环境适应能力强、设备高度小,价格实惠公道等优点。它可广泛地用于建,冶金,化工、 电力等工业生产部门的非粘滞性粉料、粒状物料的流量计量、定量给料和配料控制管理系统,尤其在预加成球系统、煤粉定量给料控制管理系统等普遍采用,近年在粉煤灰、物料添加剂、助磨剂、脱硫剂等粉粒状物料计量和定控制管理系统也有较多应用。本文就螺旋秤的设计和选用作一总结介绍,供参考。、系统组成和工作原理旋秤主要由预给料螺旋给料机,或密封叶轮给料机等,、称重螺旋机、称重传感器,变频调速器、称重控制器和电控制柜等组成,见图,,。一给料螺旋机, ,一称重螺旋机, ,一软连接, ,一称重螺旋支点,螺旋秤系统示意中。预给料螺旋给料机是系统被控的执行机构,通过变频调速调节控制给料螺旋转速来调控物料流量,称重螺机恒速运行,通过支点和测重点支承。当系统进入工作状态,测重点的称重传感器把物料负荷连续以电量输出给称控制器,其瞬时给料量即为,芦,秽,中, ,,一称重系数,调试时确定的常数,, ,,称重螺旋内物料的线负荷, ,,一料流流速, 以螺旋转速代表,视为常,。于式中,,, ,,均为常数,称重传感器的输出信号即可代表螺旋秤的瞬时给料量。所以, ,,, , ,,,时间的累计给料量即,伽,, ,蜮,≯,黼酬, ,,,,,,,值作为测量值输人称重控制器,经过与设定值的比较运算,控制器根据运算偏差大小和方向自动调节给料旋的转速,从而改变给料速率并趋近和达到设定的瞬时给料量,实现定量给料控制。得注意的是,有的给料和称重计量采用同一管螺旋, 即通过调节称重螺旋转速来调节控制瞬时给料量。但从实践,■—■中国水泥网,,,, ,,,,,,,, ,,,明, 由于物料物性和工况等变化,螺旋转数与其物料料流速度没有稳定线性关系,此时螺旋转数,,,往往不能代表料速度,,,。这种方案虽然简单,但很难保证足够的计量精度和料流稳定,一般不宜采用。、螺旋秤的分类和技术特点, ,螺旋秤的分类旋秤的控制器等电气系统虽然多种多样,但其均可适应任何螺旋秤体,而且与定量给料秤的电气检测控制管理系统基类似或通用。所以,本节主要讨论介绍二类螺旋秤体。,,第一类是上世纪,,,,,年代研发应用的自重平衡悬臂式结构秤体。其进出料口距离长度一般仅,, ,,左右,螺旋径多为由,,,,,和巾,,,,,,可称为”短螺旋秤” 。 由于螺旋管过短,被检测的瞬时物料量过少,螺旋间隙又往往不会小,所以受仓压,物性变化影响较大,往往料流不稳定。极易产生, 中料,跑料。其中,对于流动性好的粉体物料,更难控制,甚至跑料自流,异常运行。此,从,,年代中期以后,逐步被螺旋管较长的吊挂或支承的非自重平衡结构秤体取代, 即所谓”长螺旋秤” ,其中括在进料口和出料口侧测重点处全悬浮吊挂简梁式的“全荷式螺旋秤“。所谓全荷式螺旋秤就是螺旋秤体质量,皮重,螺旋管内被测物料质量全部由称重传感器承受,并且全荷式螺旋秤大多数采用全悬浮吊挂支承方式,见图,,,也有采支座支承方式。一减速电机, ,, ,, ,一称重传感器, ,一螺旋秤体,全荷式螺旋秤悬挂支承方式了保证螺旋秤体横向位置稳定。一般都会采用前,点后,点的,只称重传感器吊挂支承,而且后,点大多数设置在进料口心的两侧,如图,,,,,但也有设置在进料口后边减速电机的两侧,如图,,,,。显然,前一种悬吊点设置更为合理。因为进口中心以后全部是设备部分自重,在生产运行时基本没负荷变化,根据杠杆平衡原理,后端,只称重传感器承受大分皮重和物料进入进料口时的扰动,及少量的物料负荷,与前测重点位置有关,,物料流量负荷及其变化主要反应在前称重传感器。,,第二类是进料,, ,中心两侧设支承或悬挂支点, 出料口内侧设测重点, 即“悬臂式”结构。悬臂式螺旋秤在前端设,或,只称重传感器,笔者建议采用,只称重传感器测量方式,这样更简单经济,如图,所示。原则上支点和测重点均可采下支承或悬挂结构,但支点以采用支座支承更理想。确保螺旋秤体横向和纵向位置稳同。常用的有轴承支承支座和片支承支座。簧片支座结构相对比较简单、长期灵敏度较高, 回差小、不怕粉尘、不需维护,所以应优先选用。减速电机, ,一支点, ,一称重传感器, ,一螺旋秤体,悬臂式螺旋秤支承方式, ,全荷式螺旋秤和悬臂式螺旋秤的特点比较 ,,全荷式螺旋秤一般纵向位置不稳定。 自由悬浮吊挂或称重传感器直接支承都对基础震动很敏感,安装现场更需,第二届水泥物料自动计量与定量给料技术交流会—,离较大震源,而机座支承的悬臂式螺旋秤,纵横两向位置稳定,基础稳同,相对抗干扰和抗震稳定性好,从而有利于证检测精度。,,全荷式螺旋秤需采用,只称重传感器,所以电气检测部分较为复杂,成本高,测量误差大,而悬臂式螺旋秤只需,称重传感器。系统简单经济,测量精度高,但机座支承部分比前者结构稍复杂。,,全荷式螺旋秤重量全部由称重传感器承担, 因秤体重量远大于物料负荷重量,所以导致称重传感器的总容量较,数量又多,而后端称重传感器基本不反应物料负荷变化,以此来降低了测量灵敏度和测量精度,而悬臂式螺旋秤支座受大部分秤体重量和物料入进料,, ,的扰动负荷。称重传感器承受绝大部分物料重量和变化,总容量较小,数量少,有于提高测量灵敏度和精度。,,秤体任何部分积灰积料和重量变化都可能会导致螺旋秤零点变化,降低计量精度,其中全荷式螺旋秤更明显。综合述分析比较,悬臂式螺旋秤结构更合理,性能更优越,是螺旋秤的优选方案,但应正确选好测重点位置。、螺旋秤的局限和对策, ,速度测量影响旋秤与其它连续给料计量设备类似,其瞬时给料量,,的准确度完全取决于负荷,,和物料流速,,的测量精度。但,物料的流速,,无法直接精准测量,而是采用测量螺旋,或电动机,转数,来替代,可螺旋转数,与物料流速,,,在许多常下作条件下没有稳定的固定线性关系。物料实际的运动轨迹是既有纵向速度又有横向速度的螺旋形前进的运行轨,并且其纵向和横向速度仅简单的取决于螺旋转速,还与物料的湿度,粒度、黏滞性,流动性以及填充量、压力变化等素密切相关。在实际工业生产里,这一些因素常常跟着时间,工况不同而变化。因此造成物料纵向流速与螺旋转速不可长时间保持恒定的同步关系, 即在同一个螺旋转速状态下,物料的实际流速有时是不相同的。所以,测得的螺旋转数常不能代表物料真实流速,有随机性,从而造成不可忽略的速度测量误差。可以说这是螺旋秤的”先天不足” 。因此尽保持物性,仓压和料流均衡稳定,定期经常标定校验是保证较高计量精度的必要措施。外, 由于螺旋叶与管壁之间的螺旋间隙,造成靠近管壁间隙中产生”不动层”物料。而不动层与流动层实际并没有晰固定的界面, 即随着物料的粒度、黏着性,流动性和工况变化,不动层厚度会随机变化。在不动层与流动层之间的谓”缓动层”的流速也是不稳定的,并且由于横向速度的存在,造成无规律的窜料回流,从而促成物料总体流速的不定性。这种流速不稳定性除与物料性质、生产工况变化有关外,与螺旋间隙的大小有更直接关系。尤其目前许多螺旋的技术和加工手段水平有限,且螺旋轴。叶片的加工和螺旋间隙的控制确有一定技术难度, 因此造成国产螺旋秤多数旋间隙过大,不能适应使用上的要求。这是特别值得重视的问题。如德国布拉本德,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,公司介绍,对于旋叶径为,,,,,的螺旋秤, 当螺旋间隙达至,,,,时,造成的测量不确定度会超过,,。有,螺旋秤的称重螺旋一般都会采用恒速运行,并把螺旋转速视为恒定的常数,但实际由于电网频率, 电压和负荷变,螺旋转速并非恒定不变。如, 网频变化,,,,速度就产生,,的误差。可见,在精度要求比较高的场合,应设测速或速度偿环节, 以克服速度变化影响。, ,负荷测量影响旋秤的物料负荷虽然可直接测量,但由于螺旋轴和叶片粘附物料,螺旋内不动层物料厚度随机变化以及物料窜料流等,都不可避免的直接影响负荷测量精度,尤其粘附物料和窜料影响十分显著。所以,螺旋秤不适用于黏滞性水分大的物料,不适用磨蚀强的物料。, ,进料口入料偏析和波动影响,—,中国水泥网Ⅵ兀椰, ,,,,,,,, ,,,料口纵向进料量不均衡也会造成负荷测量误差, 图,所示,螺旋秤进料口部皮重和物料由支点,承受, 以进料口中线为界。左边瞬时进料量为,,,右边进料量为,,。根据力平衡原理,兰,,,,,,时, 即进科,,左右两边负荷平衡,全部重量支点,承受,对负荷测量没有影响。但当,,≠,,时, 即对秤产生一个不稳定的附加负荷, ,,—,,,从而造成秤零点变化,致负荷测量误差。实际上,大多数情况下,,,,,,,尤其当进料,, ,较大,入料不稳定、脉动冲击进料时影响更明显。因,在工艺系统方面力应求入料比较均衡稳定,在秤体支点结构方面应尽量使之对此不很敏感。 比如,我们设计,,,型旋秤就采用了新型结构簧片支承, 比较好的克服了偏重影响。,支点受力示意图, ,软连接状态影响论悬臂结构还是简梁结构的计量螺旋秤体,运行期间进出,, ,一定要保持良好的软连接状态。但是, 目前一般的螺旋大多数是进出料口直径相等,软接头过短,结构相对比较简单,并往往采用帆布等材料简单粗糙包扎而成,松紧不当,影响上下向自由度,产生附加负荷。尤其经过一段运行时间后常常造成软接头处积料,并逐渐变成半硬或硬连接,失去软连接能, 自然使计量不准。所以,科学合理的软连接结构和确保足够的软连接长度十分重要。笔者设计带套管的新型软接结构,专雨,,,,,,,,,,,,,,,,,很好的解决这一难题,确保长期良好的软连接功能。, ,严防和及时清除积灰积料论哪种螺旋秤体,一经调整好就应尽可能保持皮重不变, 以保持系统零点稳定。所以,从秤体结构设计方面应力求灰积料面小,各部位重量稳定,从维护方面应经常及时清除积灰积料等外加负荷变化。为此经常定期检测调整,这也保证良好计量精度的重要手段。、选用中应注意的技术问题,,根据物料实际流量和特性恰当选择螺旋秤的规格。代表螺旋秤规格尺寸是螺旋叶径和进出料口尺寸,螺旋叶径实际最大体积流量选取,进出料,, ,长度应确保不冲跑料、不堵卡料和足够的瞬时测量负荷, 以利采样测量较为稳定,长过短都会产出不利影响。笔者推荐螺旋进出口长度,,,,,,,,,,,为螺旋直径,左右,对于流动性很好的物料和,较小可适当长一点,反之,对于流动性差和,较大时可相对短一些。如果由于工艺布置要求需要加长,一般先考虑加长给螺旋,反之,如果要求缩短尺寸,应首先考虑缩短称重螺旋尺寸。但均需在合理范围内。,,根据物料特性选择螺旋结构。一般国产螺旋秤的螺旋结构尺寸是固定的,这对不同的工艺条件不同的物料特性应性较差。作者觉得最好要根据物料的流动、粘滞、容重等特性和螺旋管的长短,选用螺旋结构和尺寸。螺旋叶分为螺距、变螺足巨、变叶径、变轴径和双螺叶等结构方式。采用哪种结构方式应根据具体物料特性和条件要求确定。切不千篇一律,更不能把采用变螺距等就视为“先进” ,应因”地”制宜。如对于流动性很好的泻性粉料,又无显著反风问就不需采用变螺距。,,, ,,, ,前述,短螺旋秤应予淘汰。长螺旋秤又分为悬吊或下支结构的”全荷式”和”悬臂式支承结构” 。作者觉得弹性片支承悬臂结构螺旋秤更稳定可靠,适应能力强,计量精度较好,应优先选用。,,粉体物料的流动状态受物料性质和系统工艺环境及其变化影响很大, 因此力求工艺系统各环节下料连续均衡,定,防止塌仓冲料十分重要。对于要求计量精度较高的使用环节,除了螺旋秤特殊加,制作外,最好系统设有”在线”,第二届水泥物料自动计量与定量给料技术交流会■■■重校正仓或”离线”校验装置, 以备经常定期校验和调整螺旋秤精度状态。、结语,,基于螺旋秤的结构和工作原理的局限性,尤其物料流速与螺旋转速常常没有稳定的线性关系,又没有很好的方法直接出料流实际流速,加上电源频率、 电压等条件变化,往往导致不可忽视的速度误差。 国产无缝钢管内径和厚度误差较,大直径螺旋加工有一定难度,常常导致螺旋间隙偏大。另外。有些物料在螺旋管内容易粘附或窜料等都会造成不可略的误差,所以,螺旋秤计量控制精度不高,一般误差值为,, ,,,,, ,,左右,有时更大。因此,不宜用于要求计量精很高的重要场合,但必要时可设速度补偿环节和配置在线称重校正仓, 以保证较高计量精度。,,粉体物料的料流连续性,流动性,均匀稳定性和粘附性对计量精度和稳定正常运行影响明显。因此应保证物性仓压较为稳定,料仓出料均匀顺畅,防止塌仓冲料或起拱堵料。另外, 电网电压频率较为稳定,秤体上无明显积灰积,保持秤体各部分重量不变,对保证计量精度至关重要,必须给予足够保障。,,螺旋秤系统虽不算复杂。但各家技术和产品质量水平差异较大, 比较科学、完善的设计不多,特别在螺旋结构、连接和间隙控制方面至关重要,应选择有技术实力和设计优秀、制造精良的产品。这样虽然设备成本可能偏高,但从期使用考虑应是最经济、最实效的方法。,