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KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统的研究

【中国水泥网】作者:贾桂森、周啸、丁长征单位:合肥水泥研究设计院【2007-01-26】

摘要：“KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统”是合肥水泥研究设计院自主研发的高技术

产品，是科研人员历时八年艰苦努力，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。该项成果分别荣获2006年度国家建材

科技进步一等奖。

众所周知，在水泥生产过程中，煤粉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，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，同时使一氧化碳超标，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（煤种、

细度、水分等）适应能力强的计量与控制系统，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与控制系统。

KXT科氏力秤煤粉计量与控制系统（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与设定值

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与

控制。计量后的煤粉通过新型输送泵进入煤粉输送管道。

二、主要研究内容

（一）科氏力秤的研制

水泥厂煤粉计量与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要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。

1、科氏力秤计量原理及基本结构

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’，式中ω为转动角速度，v’为相对速度，

m为质量。

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，质点在任意一位置上的相对速

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的量值变化只与质量相

关。因此，通过精确测量Fc的量值即可获得物料的准确流量。

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，

测量盘上径向设置数块测量叶片，如图6所示，测量盘在电机主轴的驱动下作高速回转。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径

向向外缘运动。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引起一个反作用运动力矩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

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。

图7

2、科氏力秤核心技术研究与创新

2.1、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两个基本条件：（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并不困难，关键是如何体现在

2

最佳结构设计上。根据计算公式M=QωR可知：必须确定测量盘有效转速范围，并从有

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。

2.2、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