轉子秤粉體計量系統與科里奧利粉體計量系統的比較

嵇 浩

（合肥邁特科技工程股份有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

現代新型干法水泥生產工藝中，入窯生料的計量與定量給料、窯頭煤粉的計量以及礦粉、熟料粉的定量配制水泥等，都需要對粉體物料進行連續計量與定量給料。因此，高性能的粉體計量與定量給料系統，成為水泥生產系統的一個重要環節。

傳統的粉體計量控制系統是采用調速螺旋絞刀，配套固體流量計組成簡單的單回路調節系統。其基本工作原理是通過流量計的檢測與反饋，將瞬時流量與設定值進行比較，實時調節螺旋絞刀的轉速，從而實現物料瞬時流量與設定值的同步。從控制角度上看，這種調節方式穩料性差，給料調節非線性，并且與計量裝置分離，具有明顯的時滯缺陷。轉子秤粉體計量系統與科里奧利粉體計量系統，是近年來發展起來的具有代表性的兩種改進型粉體計量與定量給料系統。與傳統的粉體計量控制系統相比，改進型計量系統在結構上將計量裝置與調節控制裝置巧妙地結合起來，同時對調節裝置的功能進行優化，實現了各種工況下粉體物料的線性調節。本文主要對轉子秤粉體計量系統與科里奧利粉體計量系統的工作原理及其特點進行了比較和分析。

1 科里奧利粉體計量系統

1.1 科里奧利粉體計量系統的組成及工作原理

科里奧利粉體計量系統的組成如圖1 所示，主要由粉體倉、轉子給料機、科氏流量計、鎖風螺旋泵和控制系統組成。

圖1 科里奧利粉體計量系統

科里奧利粉體計量系統的工作原理是：料倉內的粉體物料由轉子給料機喂入科氏流量計，粉體物料流量大小由科氏流量計測得，并根據流量大小調節轉子給料機的轉速，實現定量給料。科氏流量計系利用科里奧利（CORILIS）原理測量料流質量的測量裝置。科氏體流量計由機械裝置和控制系統組成，機械裝置主要包含驅動裝置、測力裝置、測量轉輪、殼體等部分。科氏流量計如圖2 所示。

圖2 科氏流量計

科里奧利測量的工作原理為：粉體物料從殼體中心進入測量轉輪，經錐形轉向裝置，物料流動的方向發生偏轉，進入導向葉片之間的導流槽內，隨測量轉輪以角速度進行旋轉。料流由于受到離心力的作用，加速向測量轉輪的外緣運行。此時，粉體微粒沿導向葉片以科氏速度加速運行，產生科氏加速度和科氏力（=×）。該力對轉動中心形成一個力矩。該力矩與物料質量成正比，即：=××，力矩與物料質量成正比，測得力矩即可得知物料的質量。上述公式成立的前提條件是：轉軸的角速度必須是恒定值，即無論物料質量如何變化，始終應保持恒定。只有這樣科里奧利原理才成立，測量結果才是真實的。

1.2 科里奧利粉體計量系統存在的技術問題

1.2.1 采用普通電機在負荷變化時不能保持恒定轉速

目前，國產科里奧利粉體計量系統，科氏流量計所用電機系普通電機，當負荷發生變化時，比如給料量從1t 變化成2t，電機的轉速就會發生變化，轉速發送變化，測量力矩值亦隨之變化，就無法與流量對應。

1.2.2 轉軸支承的密封問題

由于科氏力的測量值是轉軸的力矩，轉軸在旋轉時，其支承軸承的靈活性對轉軸力矩影響很大。目前國產科氏力轉軸支承采用滾動軸承，在有壓力和粉塵時，軸承的密封和潤滑不良的問題十分突出。軸承長期運行時的靈活性由于得不到保證，在使用一段時間后，軸承靈活性就越變越差，以至于無測量精度可言。國外科氏力流量計采用的是空氣軸承，其工作特點是用壓縮空氣將軸支承起來。測量精度有所改善，但長期運行的穩定性仍有待提高。科氏力稱現場運行情況如圖3 所示。

圖3 科氏力稱現場運行情況

1.2.3 控制系統滯后，系統運行穩定性差

科里奧利粉體計量系統在控制上是個單環調節系統，其原理是：由科氏流量計檢測出料量大小，反過來調節上面的給料機，如檢測料量大，就通過調節上面給料機速度使之變小；反之，如檢測料量小，給料機速度就調節使其變大。由于科氏流量計是檢測出料量信號后，再反饋給上游喂料機進行調節，而此時的被測物料已經進入下游生產線。因此，科里奧利粉體計量系統調節控制是一個滯后的追蹤系統，物料的變化量在進入生產線前不能進行調節，系統運行的穩定性得不到保證。

2 轉子秤粉體計量系統

2.1 轉子秤粉體計量系統的組成及工作原理

轉子秤粉體計量系統的組成如圖4 所示。轉子秤粉體計量系統主要由喂料均勻穩定的水平式多層轉子喂料機、稱重精確的轉子天平稱重裝置、鎖風螺旋泵和控制系統等組成。

轉子秤粉體計量系統工作原理是：儲倉內的粉體物料由水平多層轉子給料機均勻穩定地喂入轉子天平稱重裝置，粉體物料流量大小由轉子天平稱重裝置精確測得，并將此信號輸入控制系統進行處理。控制系統將實測流量與設定流量相比較，用所得偏差值調節多層水平轉子給料機和轉子天平稱重裝置的轉速，實現系統最佳運行狀態和定量給料。多層水平轉子給料機的轉速跟蹤轉子天平稱重裝置的轉速并同步調節，系統運行時可根據料倉重量的變化（單位時間重量減少量）對系統進行在線標定，從而保證系統穩定、準確地運行。

轉子天平稱重裝置主要由支架、殼體、葉輪轉子、稱重裝置以及驅動裝置等部分組成。其工作原理是利用密封的葉輪轉子抑制粉體的自流動，物料的運動完全由葉輪轉子來驅動，通過調整葉輪轉子的轉速來控制給料量的大小。殼體組件通過稱重裝置沿稱重軸支撐在支架上，進出料口亦沿稱重軸布置。粉體物料隨著葉輪轉子的轉動填充到葉輪的各扇形區域，由出料口落入下級工藝設備。轉子天平稱重裝置如圖5 所示。

圖5 轉子天平稱重裝置

2.2 轉子秤粉體計量系統的特點

2.2.1 給料均勻可靠

針對粉狀物料的流動性較強，容易出現沖涌和溢流的特點，轉子秤粉體計量系統在定量計量過程中采用水平多層轉子給料機作為給料裝置，水平多層轉子給料機采用多層旋轉式迷宮結構。強制輸送、灌料，嚴密的密封裝置，大口徑并帶有攪拌裝置的轉子結構，有效地解決了各種粉體物料的串料、結拱等現象。

2.2.2 測量準確

轉子秤粉體計量系統采用轉子天平稱重裝置，對水平多層轉子給料機供給的粉體物料進行稱重，并通過調節轉子天平稱重裝置的電機轉速實現系統的精確計量和定量喂料。轉子天平稱重裝置采用嚴格密封的多分格，環狀天平旋轉結構。粉體物料的進出料口和支點在圓盤的同一中軸上，有效地克服了物料進料時的微沖擊和出料口的氣壓變化對稱重的影響。

2.2.3 系統運行穩定

轉子秤粉體計量系統具有預測控制核心技術，預測控制技術也叫智能雙級調速技術。即在物料未進入生產線前對其流量加以調節，使進入生產線的物料量均勻、準確、定量。這種預測控制技術可提前檢測出任何物料的波動，并在物料被移送到工藝線前瞬時加以校正。

2.2.4 系統應用技術更綜合

轉子秤粉體計量系統不僅僅解決了粉體的計量問題，而且從系統工程角度出發，對系統各個環節加以全面的考慮，如鎖風裝置、氣力輸送系統、輸送管道、抽放氣系統、風機等均有一整套的理論計算和完整的應用技術方案，即轉子秤粉體計量系統是解決粉體問題的一整套方案。

3 轉子秤粉體計量系統與科里奧利粉體計量系統的比較

轉子秤粉體計量系統與科里奧利粉體計量系統是兩種不同的計量控制系統。轉子秤粉體計量系統采用環壯天平傳感器進行測量，準確直觀。而科里奧利粉體計量系統是測量轉軸力矩，測量精度受電機轉速、軸承質量等的影響，長期測量，其準確性較差。

轉子秤粉體計量系統采用雙環調速，給料機與稱重轉子秤同時調節，物料的波動被轉子天平稱重裝置檢測。此時的波動量，也就是粉體的變化量在轉子秤內，并沒有進入生產線。因而可根據波動量大小自動調節轉子天平稱重裝置的轉速，以實現進入生產線后的物料量準確恒定。通過預測控制技術，可提前檢測出任何物料的波動，并在物料被移送到工藝線前瞬時加以校正，各種對喂料量的干擾影響在進入生產線之前得以補償，從而實現喂料量的穩定和準確。而科里奧利粉體系統是單環調節，物料的波動量被檢測后，已進入生產線，調節滯后，從而波動大且穩定性差。

4 結束語

綜上所述，轉子秤粉體計量系統與科里奧利粉體計量系統是兩種不同的計量控制系統。科里奧利粉體計量系統是測量轉軸力矩，測量精度受電機轉速、軸承質量等的影響，長期測量，其準確性較差。而轉子秤粉體計量系統采用雙環調速，給料機與稱重轉子秤同時調節，物料的波動被轉子天平稱重裝置檢測，因而可根據波動量大小自動調節轉子天平稱重裝置的轉速，以實現進入生產線后的物料量準確恒定。經過大量的運行實踐表明，轉子秤粉體計量系統運行穩定、計量準確、調節范圍寬、可靠性高，系統整體性能較科里奧利粉體計量系統更為優越。基于其上述優點，轉子秤粉體計量系統已成功應用于水泥、建材、冶金、有色金屬等行業。