冶金行业发表于KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统的研究.pdf

（冶金行业）发表于KXT 科 氏力秤煤粉计量与控制系 统的研究 １前言 “ＫＸＴ科氏力秤煤粉计量和控制系统”是合肥水泥研究设计院自主研发的高新技术产品， 是科研人员历时八年艰苦努力，依靠自己的聪明才智，通过技术创新取得的研究成果。没有 走引进消化的途径，是真正意义上的自主创新。该项成果荣获２００６年度国家建材科技进 步壹等奖。 众所周知，在水泥生产过程中，煤粉计量和控制对稳定窑的热工制度，提高熟料的产、质量， 降低能耗，提高自动化水平和管理水平起到极其重要的作用。窑系统喂煤量波动失控，会导 致煤粉不完全燃烧，不仅造成能源浪费，同时使壹氧化碳超标，给窑尾收尘系统安全运行带 来隐患。因此，必须选用计量准确，喂煤量稳定、可调，响应速度快，对煤粉特性（煤品种、 细度、水分等）适应能力强的计量和控制系统，以期达到高产稳产、节约能源、降低成本的 目标。本研究旨在开发具有国际先进水平、性能价格比高、有自主知识产权、为新型干法水 泥生产线配套的入窑煤粉计量和控制系统。 ＫＸＴ科氏力秤煤粉计量和控制系统（以下简称 “ＫＸＴ系统”）由稳流给料机、科氏力粉 体计量秤、新型输送泵及控制装置组成。稳流给料机安装在煤粉仓下方，其作用是给计量装 置——科氏力粉体计量秤（以下简称 “科氏力秤”）提供流量稳定的煤粉，故称之为 “稳流 给料机”。煤粉经稳流给料机进入科氏力秤，控制装置根据科氏力秤瞬时流量测定值和设定 值比较结果反馈调节稳流给料机转速，使瞬时值始终跟踪设定值，从而实现对喂煤量的计量 和控制。计量后的煤粉通过螺旋输送泵进入煤粉输送管道。 ２主要研究内容 ２．１科氏力秤的研制 水泥厂煤粉计量和控制系统必须具备计量准确，喂煤量稳定、可调，响应速度快等功能，而 这些功能的实现首先是建立在计量准确基础之上。科氏力秤是组成ＫＸＴ系统的关键设备， 是通过自主创新研发的粉体物料计量装置，是本研究项目的技术核心。 ２．１．１计量原理 科氏力秤应用科里奥利力学原理计量粉体物料的质量流量。 在力学研究中，物体的运动需在某个确定的参照系中加以描述。本研究涉及的力学原理是以 物体在均匀转动参照系中作相对运动为条件的。质点在均匀转动参照系中作相对径向运动时， 受到的真实力由三部分组成，即惯性离心力、向心摩擦力和科里奥利力。科里奥利力是沿切 向的。科里奥利力的矢量表达式为： Ｆｃ＝－２ｍω×ｖ′（１） 式中：ω—转动角速度 ｖ′—相对速度 ｍ—质量 由于质点是在均匀转动参照系中作径向运动，角速度 ω不变，质点在任意壹位置上的相对 速度ｖ′为确定值（且不受质量影响）。因此，表达式中科里奥利力Ｆｃ的量值变化只和质 量相关，通过精确测量Ｆｃ的量值即可获得物料的质量流量。 ２．１．２基本结构 根据物体在均匀转动参照系中运动时受到科里奥利力作用的描述，科氏力秤内设有测量盘， 测量盘上径向分布数块测量叶片，测量盘在电机驱动下匀速回转。需计量的物料落到测量盘 中心，经过分料锥改变流向后，被叶片捕获，在离心力的作用下沿叶片向外缘运动。在运动 过程中，物料受到了径向的摩擦力Ｆｒ和反向的离心力Ｆｘ，以及沿切向的科氏力Ｆｃ的作 用，Ｆｃ引起壹个反作用运动力矩Ｍ，而Ｆｒ、Ｆｘ对驱动轴不会产生反作用力矩。通过测 量科里奥利力Ｆｃ对测量盘的作用力矩即可获得物料的质量流量。 其计算公式为： Ｍ＝ＱωＲ２（２） 式中：Ｍ—测量盘受到的力矩 Ｑ—物料流量 ω—角速度 Ｒ—测量盘半径 ２．１．３重要技术参数的研究 应用科里奥利力学原理计量粉体物料，首先是以物料在均匀转动参照系中径向运动为条件。 因此，科氏力秤在理论上要符合下面俩个基本条件：（１）测量盘转速必须是恒定的；（２） 物料必须由测量盘中心向外径向运动。在理论上满足这些条件且不困难，关键是如何体当下 最佳结构设计上。根据计算公式Ｍ＝ＱωＲ２可知，必须确定测量盘有效转速范围，且从有 效转速范围中优选出理想转速；必须确定测量盘理想半径，及测量叶片设置数量和尺寸等诸 多相关技术参数。本研究在理论指导下，根据计算公式，通过大量实验研究，获得了经验公 式，用以指导秤的结构设计。 ２．１．４测量盘理想转速的研究 测量盘转速关系到物料的流速、流量、科氏力量值。测量盘转速研究是本项目的重要内容之 壹，是科氏力秤结构设计必不可少的技术参数。根据科氏力矢量表达式Ｆｃ＝－２ｍω×ｖ ′，测量盘转速（或称作角速度ω）关系到质点相对速度ｖ′，决定了质点受到的科氏力Ｆ ｃ量值。转速慢，则相对速度低，物料流速慢，秤的计量能力受到限制；转速过快，高于转 速上限（或称作最高临界转速），科氏力Ｆｃ大于惯性离心