雙電機驅動螺旋卸料離心機速差調節系統優化

                  王興興1，楊建國1，程曉峰1,王丹1，郭慶江2

    （1.中國礦業大學，煤炭加工與高效潔凈利用教育部重點實驗室，國家環境保護清潔煤炭與礦區生態恢復工程技術中心，江蘇徐州221008；2.陜西彬長礦業集團，陜西咸陽712000）

    摘要：雙電機雙變頻驅動是一種近年來發展起來的螺旋卸料離心機驅動方式，在分析該種驅動臥螺離心機結構和工作原理以及速差對產品水分和處理量影響的基礎上提出了一種速差精確調節的方法，即串級控制系統調節速差，通過比較闡述了串級控制的優越性，該方法使得離心機速差控制精度大大提高，為高干度離心機的發展提供了前提保障。

    關鍵詞：臥螺離心機；速差；雙電機驅動；串級控制

    中圖分類號：TD455文獻標志碼：A文章編號：1003－0794（2010）07－0151－03

    0·引言

    近年來，臥式螺旋刮刀卸料過濾離心機在我國煤炭、化工、環保等行業中已經得到了一定程度的應用。相比較其他脫水設備，臥式螺旋刮刀卸料過濾離心機具有體積小,結構簡單，處理量大，脫水效率高，可靠性好，易損件少，不易堵料等優點，因而在選煤廠的煤泥脫水方面有著廣泛的應用前景。本文介紹的是C350型螺旋卸料過濾離心機主要用于浮選精煤脫水降灰，該設備采用雙電機雙變頻驅動。

     1·雙電機驅動螺旋刮刀卸料過濾離心機的工作原理及結構

                

    C350型螺旋卸料過濾離心機采用雙電機驅動，即篩籃和螺旋刮刀分別由2臺獨立的電機驅動，2臺電機的轉速由主副2臺變頻器調節。離心機工作時，物料由進料管5連續給入，經布料盤將物料均勻分布到篩籃內壁濾網上。懸浮液中的大部分固相被截留形成濾餅，液相和少部分極細顆粒透過多孔濾餅和濾網組成的過濾層成為濾液，從離心液排出口7排出，由于篩籃3與斷開式輸料螺旋刮刀4存在轉速差，即螺旋刮刀相對于篩籃轉動，螺旋面與物料之間產生接觸力，當濾餅達到一定厚度時，在接觸力和離心力共同作用下，螺旋面推動濾渣沿著軸向運動，連續不斷地向篩籃大端移動并排出，經固相出口6排出機外。

    2·速差對產品的影響

    螺旋刮刀和篩籃之間的相對轉速，簡稱速差。速差可以調節濾渣的水分和離心機的處理量，但對最終產品的水分影響較大。

    2.1速差對產品水分的影響濾渣停留時間
 

              

    由式（2）知：改變速差即改變濾渣在脫水區的停留時間，停留時間越長，產品水分越低，而處理量減小了；停留時間越短，產品水分也相應增大。

    2.2速差對處理量的影響
 

              

    由式（3）知：改變速差的大小即可實現對離心機處理量的控制，速差增大，處理量也相應增大；速差減小，處理量也變小。相比之前的齒輪耦合傳動，雙電機驅動具有很好的靈活性。由上面公式知，速差的調節是雙電機驅動控制的核心，在實際生產中，當來料過多時，可以相應增大速差，提高處理量，以避免堵料，即通過犧牲水分來避免堵料問題；當來料過少時，可以相應減少速差，降低處理量，同時也得到了低水分產品。總的來說，速差的調節可以解決由于入料不穩定所帶來的一些問題。

    3·速差控制系統

    3.1雙電機驅動速差簡單控制系統

    工業應用中，大部分雙電機直接驅動螺旋卸料離心機都采用如圖3所示的雙電機雙變頻驅動控制系統。該系統由2個相互獨立的簡單系統組成，用2臺變頻器，1臺控制篩籃轉速，另一臺控制螺旋刮刀轉速。變頻器給定一個頻率值來控制電機的轉速，即控制篩籃的轉速，篩籃的轉速通過傳感器，經主控制器反饋給變頻器，從而實現變頻器對篩籃轉速的控制。但這樣的控制系統存在很多弊端：（1）調節變化范圍大，不能進行微調，即當速差很小時就不可調；（2）雙變頻驅動離心機為雙轉子耦合結構，故篩籃轉速必然引起螺旋刮刀轉速的改變，即篩籃和螺旋刮刀之間存在摩擦作用，因此轉動時篩籃和螺旋刮刀之間相互干擾，導致速差不穩定，即濾渣停留時間和處理量不穩定，產品水分也受影響。2個相互獨立系統不能適應速差的精確調節，尤其在低速差時產生的誤差較大，不能適應高干度離心脫水的要求。

              

    3.2雙電機驅動速差串級控制系統

    本文所介紹的一種雙變頻串級控制系統如圖4所示，串級控制系統是在簡單控制系統的基礎上發展起來的。當對象的滯后較大，干擾比較劇烈、頻繁時，采用簡單控制系統往往控制質量較差，滿足不了工藝上的要求，這時就可以采用串級控制系統來減小因摩擦作用產生的相互干擾。本系統具有主副2個控制器，主副2個回路分別控制篩籃和螺旋刮刀的轉速。篩籃轉速控制與簡單速差控制系統中的篩籃轉速控制相同，篩籃實際轉速由轉速傳感器測量后作為控制回路的反饋，篩籃轉速給定值作為系統給定，經主控制器運算后對主變頻器進行調節進而控制篩籃轉速。刮刀轉速調節回路為副回路，但與簡單速差控制系統中的刮刀轉速控制不同，其給定值為速差給定值和主回路中執行器（主變頻器）的實際給定值之和，副回路的反饋則由轉速傳感器測量刮刀實際轉速而得。主控制器和副控制器是串聯工作的，主回路是個定值控制系統，而副回路是個隨動控制系統。即當輸入速差給定值后，篩籃轉速變化時，螺旋刮刀的轉速也會相應改變，保持差值不變，而且可以進行微調。與簡單控制系統相比，串級控制不僅不需要增加設備成本，而且擁有較好的操作性和可調性，這種系統的安全性也較高，特別在啟動和停機時只需要調節一臺變頻器就可以實現控制，避免了一些由于操作延時所引起的故障。

              

    4·結語

    速差的大小決定了離心機脫水的程度和處理量的大小，串級控制系統符合離心機速差控制的要求，有效地解決了離心機工作過程中速差不穩定及速差不可微調的問題。實驗表明：實現串級控制后速差基本穩定，而且可以進行微調，速差可以調到1 r/min以內，并且穩定性很好，產品水分保持在24％左右。隨著我國潔凈煤計劃的實施，該控制系統為高干度煤泥離心機提供了保障，在離心機控制方面必將得到更廣泛的應用。

參考文獻：

［1］陳海員．WLL1000臥式螺旋卸料煤泥離心機的研究［J］.選煤技術，2008(4):24-26．

［2］程曉峰，楊建國．浮選精煤間斷式螺旋卸料過濾離心機設計研究［J］.煤礦機械，2010，31(1):5-7．

［3］孫啟才，金鼎五．離心機原理結構與設計［M］.北京：機械工業出版社，1987．

［4］厲玉鳴．化工儀表及自動化（第四版）［M］.北京：化學工業出版社，2006．作者簡介：王興興（1985-)，江蘇大豐人，中國礦業大學礦物加工工程在讀碩士研究生，主要研究方向是煤炭洗選加工.責任編輯：侯淑華