1 科里奧利原理
質(zhì)量微粒m在以角速度ω轉(zhuǎn)動(dòng)的系統(tǒng)中除受到離心力FZ和摩擦力FR外，還受到垂直于其運(yùn)動(dòng)方向的慣性力FC的作用，通過(guò)測(cè)量這個(gè)力，可測(cè)得質(zhì)量m，這就是科里奧利原理，如圖1所示。
圖1 科里奧利原理示意
隨著傳感檢測(cè)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展，使得測(cè)力和速度處理等變得簡(jiǎn)單容易。因此科里奧利原理在測(cè)量散狀物料中得到了廣泛應(yīng)用。
測(cè)量原理的實(shí)現(xiàn)需要一個(gè)以恒定速度轉(zhuǎn)動(dòng)的旋轉(zhuǎn)測(cè)量圓盤(pán)(測(cè)輪)，其基本結(jié)構(gòu)如圖2所示。由電機(jī)拖動(dòng)的測(cè)輪被葉片分成數(shù)個(gè)導(dǎo)流槽，散狀物料由測(cè)輪中心上方進(jìn)入測(cè)輪，經(jīng)過(guò)錐形的轉(zhuǎn)向裝置后，形成散料流，進(jìn)入導(dǎo)向葉片之間的導(dǎo)流槽中，并被以恒定角速度ω旋轉(zhuǎn)著的導(dǎo)向葉片虜獲，物料因離心力FZ的作用而向測(cè)輪外邊緣運(yùn)動(dòng)，直至離開(kāi)測(cè)輪被拋出。通過(guò)對(duì)物料所受科里奧利力FC的測(cè)量可得到物料的流量，工程中是通過(guò)測(cè)量FC對(duì)測(cè)輪的反作用力矩而測(cè)得物料流量的，這個(gè)力矩由測(cè)輪的驅(qū)動(dòng)電機(jī)來(lái)補(bǔ)償(離心力FZ和摩擦力FR都不能在測(cè)輪徑向上產(chǎn)生力矩)。其計(jì)算式為：M=mωR2
式中：M──測(cè)輪所受力矩，N·m；
m──物料流量，t/h；
ω──測(cè)輪角速度，1/s；
R──測(cè)輪半徑，m。
圖2 測(cè)輪的基本結(jié)構(gòu)示意
2 科里奧利質(zhì)量流量計(jì)基本結(jié)構(gòu)型式
在實(shí)際生產(chǎn)應(yīng)用中，科里奧利質(zhì)量流量計(jì)僅作為計(jì)量控制設(shè)備，一般需采用電動(dòng)閥門(mén)、螺旋輸送機(jī)或葉輪給料機(jī)等作預(yù)給料設(shè)備。
為適應(yīng)生料、煤粉和煤粉灰等不同物料對(duì)秤體的磨損及不同的生產(chǎn)工藝條件，測(cè)輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)及秤體可有不同的布置方案。如圖3(a、b)分別是生料喂料及煤粉喂料系統(tǒng)的秤體和驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置，料粉進(jìn)入秤體后，被秤體中心的錐形轉(zhuǎn)向裝置分散，落入不同的導(dǎo)流槽，從而進(jìn)行流量控制及計(jì)量。圖3a結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)緊湊，便于調(diào)整及維護(hù)，電機(jī)散熱好；缺點(diǎn)是電機(jī)出軸過(guò)長(zhǎng)，進(jìn)料時(shí)會(huì)對(duì)測(cè)輪產(chǎn)生沖擊。圖3b結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)是抗來(lái)料沖擊能力強(qiáng)，缺點(diǎn)是測(cè)輪轉(zhuǎn)軸需加裝輔助支承。
在喂煤系統(tǒng)中，根據(jù)生產(chǎn)需要，可以是一個(gè)料倉(cāng)配備一套計(jì)量系統(tǒng)，也可以是一個(gè)料倉(cāng)配兩套計(jì)量系統(tǒng)，分別去窯頭及分解爐(如圖4a、b所示)。
圖3 秤體與驅(qū)動(dòng)電機(jī)布置方案
圖4 兩種煤粉喂料系統(tǒng)方案
3 科里奧利喂煤計(jì)量系統(tǒng)簡(jiǎn)介
圖5為申克公司應(yīng)用科里奧利原理開(kāi)發(fā)的一種煤粉喂料計(jì)量系統(tǒng)。煤粉由煤粉倉(cāng)進(jìn)入葉輪給料機(jī)時(shí)，首先經(jīng)過(guò)內(nèi)置攪拌器，被充分流態(tài)化，使其暢通，由葉輪給料機(jī)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定喂料，進(jìn)入科里奧利質(zhì)量流量計(jì)被計(jì)量后進(jìn)入煤粉輸送管道，輸送至窯頭或分解爐。測(cè)得的流量信號(hào)(實(shí)際值)輸入MULTICONT測(cè)控系統(tǒng)，實(shí)際值與設(shè)定值在系統(tǒng)中進(jìn)行比較，及時(shí)輸出反饋信號(hào)，調(diào)節(jié)葉輪給料機(jī)轉(zhuǎn)速，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定喂料。
煤粉由流量計(jì)流出后，經(jīng)過(guò)一段彎管進(jìn)入輸煤管道，由于噴嘴兩邊的正負(fù)壓差(噴嘴位置需在安裝調(diào)試時(shí)確定)，這樣煤粉可以較容易地被輸送。同時(shí)，從噴嘴靠風(fēng)機(jī)端引出一條正壓管線(xiàn)，對(duì)葉輪給料機(jī)內(nèi)施加一個(gè)小的氣壓(葉輪給料機(jī)與流量計(jì)出料管間壓差約5000Pa)，使下料更為順暢，凈風(fēng)的風(fēng)壓僅需50000Pa即可將煤粉送出，不需設(shè)螺旋泵。葉輪與外殼間隙僅0.2mm，被煤粉填充，可以保持葉輪給料機(jī)上下的壓差，保證下料流暢及穩(wěn)定。該喂煤系統(tǒng)的葉輪給料機(jī)與煤粉倉(cāng)出料管之間用法蘭聯(lián)接，流量計(jì)與葉輪給料機(jī)出料管之間、流量計(jì)出料管與煤粉輸送管線(xiàn)之間也用法蘭聯(lián)接，無(wú)需其它安裝支架，安裝高度低，安裝和折卸維修方便；密封性能好，保持煤粉倉(cāng)下的環(huán)境。
圖5 煤粉喂料計(jì)量系統(tǒng)
該系統(tǒng)有以下特點(diǎn)：
1)由于物料與測(cè)輪間的摩擦或不同速度的物料層間的摩擦對(duì)測(cè)量結(jié)果幾乎沒(méi)有影響，故該方法與其它力學(xué)方法(如沖板流量計(jì)、溜槽流量計(jì))測(cè)物料流量相比，受外界干擾能力強(qiáng)，計(jì)量精度高。
2)長(zhǎng)期及短期精度高，尤其是短期精度高(10s內(nèi)精度可達(dá)0.5%)，對(duì)窯內(nèi)熱工制度的穩(wěn)定有利。
3)設(shè)備間只用法蘭螺栓聯(lián)接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝維護(hù)方便。
4)噴嘴的應(yīng)用，可使流量計(jì)出口處無(wú)需使用螺旋泵等鎖風(fēng)松緊裝置，并可降低風(fēng)機(jī)功率。
4 應(yīng)用情況
1993年，德國(guó)蘭德霍夫水泥公司在750t/d的Φ4.2m×70m立波爾窯生產(chǎn)線(xiàn)改造中首次應(yīng)用該系統(tǒng)代替失重秤喂煤系統(tǒng)，獲得成功。它使喂煤更加穩(wěn)定，喂料量標(biāo)準(zhǔn)偏差減小，減少了煤粉輸送動(dòng)力損耗，穩(wěn)定了窯熱工制度，減小了NOX的排放。兩種喂煤系統(tǒng)情況對(duì)比見(jiàn)表1。
表1 兩種喂煤系統(tǒng)對(duì)比
由于該系統(tǒng)效果好，該公司又在3200t/d生產(chǎn)線(xiàn)的入窯煤粉計(jì)量中應(yīng)用了科里奧利喂煤計(jì)量系統(tǒng)，并且因其長(zhǎng)期、短期精度高，運(yùn)行穩(wěn)定而受到水泥行業(yè)的重視。目前，該煤粉喂料系統(tǒng)已在我國(guó)寧國(guó)、英德、三德等水泥企業(yè)使用。
1995年廣東南華水泥有限公司(英德水泥廠)新建5號(hào)窯時(shí)，應(yīng)用了兩套申克公司科里奧利喂料計(jì)量控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)窯尾分解爐和窯頭噴煤管煤粉的計(jì)量及控制。該窯為Φ3.5m×47m濕磨干燒窯，日產(chǎn)熟料1700t/d，配套煤磨型號(hào)Φ2.8m×5m+3m，生產(chǎn)能力16～17t/h。秤體型號(hào)都是MULTICOR-40K，攪拌器、葉輪給料機(jī)及科里奧利質(zhì)量流量計(jì)所配電機(jī)功率分別是：2.2kW、3kW和0.37kW。1997年11月8日正式投入使用，工作正常，計(jì)量準(zhǔn)確，控制可靠。其簡(jiǎn)單工藝流程如圖6，實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)見(jiàn)表2及表3。
圖6 煤粉喂料系統(tǒng)工藝流程簡(jiǎn)圖
表2 某日生產(chǎn)實(shí)際數(shù)據(jù)
注：表中為1998年10月20日科里奧利喂煤系統(tǒng)采集的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù)，由于煤質(zhì)波動(dòng)差異，噸熟料的實(shí)際用煤量的波動(dòng)也較大。
工藝流程是：從煤磨制備的煤粉進(jìn)入1、2號(hào)煤粉倉(cāng)(85m3，可對(duì)煤粉進(jìn)行稱(chēng)重計(jì)量，以便成本核算)，經(jīng)攪拌器攪拌后，由葉輪給料機(jī)喂入科里奧利質(zhì)量流量計(jì)，流量計(jì)下端帶有力矩傳感器及速度傳感器，測(cè)得扭力與轉(zhuǎn)速信號(hào)，輸入MULTICONT系統(tǒng)，計(jì)算出實(shí)際流量，實(shí)現(xiàn)流量計(jì)量；并且與設(shè)定值進(jìn)行比較，調(diào)節(jié)葉輪轉(zhuǎn)速(變頻調(diào)速)，實(shí)現(xiàn)流量控制。
其電氣自控系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)測(cè)量與采集單元、控制單元和執(zhí)行單元三部分組成。采集的力矩、速度和倉(cāng)重信號(hào)先在數(shù)據(jù)測(cè)量和采集單元內(nèi)處理，由一根電纜傳送至控制單元，減少了信號(hào)干擾、電纜成本及維護(hù)費(fèi)用?？刂茊卧蒔LC控制，其接口模件為串行通訊接口，由通訊電纜連至中央控制室，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制；機(jī)旁的編程器可以進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)程序設(shè)計(jì)。執(zhí)行單元就是通過(guò)控制攪拌器、葉輪給料機(jī)和流量計(jì)電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤粉的計(jì)量和流量控制。
存在的問(wèn)題：使用以來(lái)，有時(shí)煤粉中含有顆粒物料，卡在葉輪和外殼間，致使流量計(jì)機(jī)械卡死，引起數(shù)次電氣跳閘保護(hù)，并且有2次使流量計(jì)配套0.37kW電機(jī)燒壞，因此除加強(qiáng)煤粉制備中的技術(shù)管理外，擬在以后增大電機(jī)功率。
參考文獻(xiàn)
1 劉小球等.科里奧利原理在測(cè)量散粒料流量中的應(yīng)用.98′水泥自動(dòng)化檢測(cè)技術(shù)與電氣自動(dòng)化學(xué)術(shù)會(huì)議論文集(內(nèi)部資料)
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鐘欽全 廣東南華水泥有限公司(英德市，513049)
來(lái)源：水泥
（轉(zhuǎn)載）
