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科氏力粉體流量計在水泥行業入窯生料和煤粉系統的應用效果理想

來源：上海自動化儀表有限公司作者：發表時間：2018-04-13 09:00:39【小中大】

1、簡介：在水泥行業，入窯生料及煤粉的計量與控制，對穩定窯的熱工制度、提高熟料的產質量、降低能耗起著極其重要的作用。由于粉體物料固有的特性，特別是煤粉，容重小、流動性好，給精確計量帶來了很大的困難。目前，國內新型干法生產線上，人窯生料與煤粉的計量，大多采用失重秤、皮帶秤、沖板流量計及溜槽流量計等，使用效果較好的大多為引進產品。如我們上海自動化儀表股份有限公司近幾年推出的質量流量計，計量精度為士0. 5%，環天平型流量計，計量精度為士1. 0%。粉體流量計計量精度較高，但價格十分昂貴，一般中小水泥企業無法承受。國內引進技術生產的沖板流量計、溜槽流量計等產品價格略低一些，但計量精度較差，定量控制穩定性也不理想，使用效果欠佳。還有的廠喂煤系統根本就沒有計量裝置。這些都嚴重影響窯的正常生產和企業的經濟效益。為此，開發可靠、精確、經濟的粉體計量設備，研制低投資型入窯生料及煤粉的計量控制系統，對促進水泥工業技術裝備的發展意義重大。合肥水泥研究設計院研制開發了一種新型的計量裝置—科氏力粉體物料流量計，它的計量精度達到士0. 5%。該儀器體積小，占用空間小，無粉塵污染，定量給料控制穩定性好。該流量計用于入窯生料和煤粉系統，可獲得令人滿意的效果。上海自動化儀表有限公司將對其計量原理及應用效果作一介紹，供參考。

2、原理介紹：

由力學原理可知，質點在恒速轉動的坐標系中作相對運動(相對速度為Vr)時，產生科氏加速度ak，同時受到與此加速度方向相同的慣性力的作用。此力用發現此現象的科學家Coriolis的名字命名，我們稱之為科里奧利力或科氏力，用F表示。該力的方向與相對運動的方向垂直。當質點在坐標系中的相對運動為徑向時，科氏力Fc沿切線方向，如圖1所示。當相對運動為圓周運動時，科氏力Fc沿徑向，如圖2所示。

圖1相對運動為徑向

圖2相對運動為圓周運動

科氏力Fc用矢量表示為Fc = - 2rnw xv，其中，m為質點的質量。為坐標系勻速轉動的角速度，v}為質點相對于坐標系的運動速度。

基于上述原理，流量計內設計了測量盤。測量盤徑向設置數塊葉片，如圖3所示。測量盤在電機主軸的驅動下，作高速回轉。被計量的粉料落到測量盤上，經過分料錐改變流向后，被高速轉動的葉片捕獲，在離心力的作用下，沿徑向向外緣運動。在運動過程中，粉料受到了徑向的摩擦力FK和反向的離心力Fz，以及沿切向的科氏力Fc的共同作用。Fc引起一個反作用運動力矩M，這個力矩由驅動電機來補償，而FR與Fz對驅動軸不會產生反作用力矩。

圖3是科氏力粉體流量計的測量原理

3、流量計的結構特點：

流量計可設計成三種結構型式，即上置式、內置式、下置式。其區別是基于電機、傳感器與流量計殼體的位置關系。電機、傳感器在殼體外面，且位于殼體上部的，稱之為上置式;位于殼體下部的稱之為下置式;內置式，顧名思義，電機與傳感器位于流量計殼體內部。

三種結構型式各有其優缺點，在作結構設計時必須充分考慮。對于內置式，還要考慮電機的通風散熱等問題。不論采用何種結構型式，流量計都是由殼體、電機、傳動軸、傳感器、進料口以及設在殼體內的測量盤組成。本文介紹的是上置式，如圖5所不。

物料由進料口進人殼體，落到水平轉動的測量盤上。隨著測量盤的轉動，物料從測

力矩M的計算公式推導如下(如圖4所示)，假定葉片的內半徑、外半徑分別為R, , Rz，測量盤旋轉的甫速度為。，半徑r-r十dr處的粉料dm受到的科氏力為擊。。根據公式，則dF} = 2dm " w " dr/dt = 2dm/dt "w " dr = 2Q " w " dr，式中，dm為dr區間內停留的粉體，Q為粉體流量。則作用于驅動軸的力矩“盆:·dFc舒x 2Q。·dr}}C:M二。Q (R2一R} )。由上式可知，該力矩與粉體流量Q成正比，又與科氏力成正比，若間接得到此力矩，即可求得粉體流量Q。這就量盤的中心向外作徑向運動。物料離開測量盤后經出料口卸出。傳感器設置在傳動軸上，用于檢測科里奧利力的大小。

圖5上置式流量計

4、流量計的電子控制裝置:

傳感器輸出正比于瞬時流量大小(即正比于科氏力大小)的電信號，送到科氏力粉體流量控制儀，控制儀將此電信號進行放大處理，變換成電壓信號，再送到微處理器，經微處理器運算處理，得到4位數的瞬時流量顯示(單位為t/h)和6位數的累計量顯示，最低位一個字可代表0.1kg, lkg或10kg，具體可通過累計系數選定?？刂苾x具有上下限聲光報警(上下限值由用戶從面板選定)、A/ M切換功能。當選擇A方式時，可以實現自動定量給料，自動定量的控制精度為11. 0%，給定值可以由面板按鍵給定或由上位計算機給定，給定值究竟來自面板還是上位機，可由控制儀的SV切換鍵選擇。在A方式下，儀器的MV輸出(控制喂料機轉速的模擬量信號)一般為4~20mA.根據用戶要求也可以是0~5V或1~5V的標準信號。當選擇M方式時，MV輸出的大小由儀器面板的增減鍵調節，即喂料量大小由鍵盤選定。本儀器同時具有PV輸出(代表瞬時流量的模擬量信號)，一般為4~20mA ,也可以是0~5V或1~5V的標準信號。

控制儀的外形為80 x 160的國際標準盤裝機箱，小巧輕便，外形美觀;鍵盤為輕觸式觸摸鍵，瞬時流量和累計流量均用醒目的數碼管顯示，累計流量停電后仍能顯示1小時，而且能長期保持，永不丟失?？刂苾x的原理見圖6.

5、粉體定量給料系統的應用：

人窯生料及煤粉的定量給料系統，由稱重倉、穩流定量給料裝置、科氏力粉體流量計組成，如圖7所示。

圖6控制儀的原理

稱重倉可對流量計在線標定，確保流量計的高精度計量，同時利用稱重傳感器控制倉內料位。系統采用了一種新開發的水平回轉式穩流給料裝置，通過變頻調速，隨意調節給料量，與流量計構成閉環控制，按設定流量要求給料，同時該穩流裝置具有穩流、鎖風、鎖料等功能，即使是流動性很好的煤粉也不會發生沖料、跑料現象。在穩流裝置不斷地改變給料量的情況下，流量計也能十分精確地計量下料量。

下面為該系統用于生料及煤粉計量的實物標定情況。