双电机驱动螺旋卸料离心机速差调节系统优化

                  双电机驱动螺旋卸料离心机速差调节系统优化

                  王兴兴1，杨建国1，程晓峰1,王丹1，郭庆江2

    （1.中国矿业大学，煤炭加工与高效洁净利用教育部重点实验室，国家环境保护清洁煤炭与矿区生态恢复工程技术中心，江苏徐州221008；2.陕西彬长矿业集团，陕西咸阳712000）

    摘要：双电机双变频驱动是一种近年来发展起来的螺旋卸料离心机驱动方式，在分析该种驱动卧螺离心机结构和工作原理以及速差对产品水分和处理量影响的基础上提出了一种速差精确调节的方法，即串级控制系统调节速差，通过比较阐述了串级控制的优越性，该方法使得离心机速差控制精度大大提高，为高干度离心机的发展提供了前提保障。

    关键词：卧螺离心机；速差；双电机驱动；串级控制

    中图分类号：TD455文献标志码：A文章编号：1003－0794（2010）07－0151－03

    0·引言

    近年来，卧式螺旋刮刀卸料过滤离心机在我国煤炭、化工、环保等行业中已经得到了一定程度的应用。相比较其他脱水设备，卧式螺旋刮刀卸料过滤离心机具有体积小,结构简单，处理量大，脱水效率高，可靠性好，易损件少，不易堵料等优点，因而在选煤厂的煤泥脱水方面有着广泛的应用前景。本文介绍的是C350型螺旋卸料过滤离心机主要用于浮选精煤脱水降灰，该设备采用双电机双变频驱动。

     1·双电机驱动螺旋刮刀卸料过滤离心机的工作原理及结构

                

    C350型螺旋卸料过滤离心机采用双电机驱动，即筛篮和螺旋刮刀分别由2台独立的电机驱动，2台电机的转速由主副2台变频器调节。离心机工作时，物料由进料管5连续给入，经布料盘将物料均匀分布到筛篮内壁滤网上。悬浮液中的大部分固相被截留形成滤饼，液相和少部分极细颗粒透过多孔滤饼和滤网组成的过滤层成为滤液，从离心液排出口7排出，由于筛篮3与断开式输料螺旋刮刀4存在转速差，即螺旋刮刀相对于筛篮转动，螺旋面与物料之间产生接触力，当滤饼达到一定厚度时，在接触力和离心力共同作用下，螺旋面推动滤渣沿着轴向运动，连续不断地向筛篮大端移动并排出，经固相出口6排出机外。

    2·速差对产品的影响

    螺旋刮刀和筛篮之间的相对转速，简称速差。速差可以调节滤渣的水分和离心机的处理量，但对最终产品的水分影响较大。

    2.1速差对产品水分的影响滤渣停留时间
 

              

    由式（2）知：改变速差即改变滤渣在脱水区的停留时间，停留时间越长，产品水分越低，而处理量减小了；停留时间越短，产品水分也相应增大。

    2.2速差对处理量的影响
 

              

    由式（3）知：改变速差的大小即可实现对离心机处理量的控制，速差增大，处理量也相应增大；速差减小，处理量也变小。相比之前的齿轮耦合传动，双电机驱动具有很好的灵活性。由上面公式知，速差的调节是双电机驱动控制的核心，在实际生产中，当来料过多时，可以相应增大速差，提高处理量，以避免堵料，即通过牺牲水分来避免堵料问题；当来料过少时，可以相应减少速差，降低处理量，同时也得到了低水分产品。总的来说，速差的调节可以解决由于入料不稳定所带来的一些问题。

    3·速差控制系统

    3.1双电机驱动速差简单控制系统

    工业应用中，大部分双电机直接驱动螺旋卸料离心机都采用如图3所示的双电机双变频驱动控制系统。该系统由2个相互独立的简单系统组成，用2台变频器，1台控制筛篮转速，另一台控制螺旋刮刀转速。变频器给定一个频率值来控制电机的转速，即控制筛篮的转速，筛篮的转速通过传感器，经主控制器反馈给变频器，从而实现变频器对筛篮转速的控制。但这样的控制系统存在很多弊端：（1）调节变化范围大，不能进行微调，即当速差很小时就不可调；（2）双变频驱动离心机为双转子耦合结构，故筛篮转速必然引起螺旋刮刀转速的改变，即筛篮和螺旋刮刀之间存在摩擦作用，因此转动时筛篮和螺旋刮刀之间相互干扰，导致速差不稳定，即滤渣停留时间和处理量不稳定，产品水分也受影响。2个相互独立系统不能适应速差的精确调节，尤其在低速差时产生的误差较大，不能适应高干度离心脱水的要求。

              

    3.2双电机驱动速差串级控制系统

    本文所介绍的一种双变频串级控制系统如图4所示，串级控制系统是在简单控制系统的基础上发展起来的。当对象的滞后较大，干扰比较剧烈、频繁时，采用简单控制系统往往控制质量较差，满足不了工艺上的要求，这时就可以采用串级控制系统来减小因摩擦作用产生的相互干扰。本系统具有主副2个控制器，主副2个回路分别控制筛篮和螺旋刮刀的转速。筛篮转速控制与简单速差控制系统中的筛篮转速控制相同，筛篮实际转速由转速传感器测量后作为控制回路的反馈，筛篮转速给定值作为系统给定，经主控制器运算后对主变频器进行调节进而控制筛篮转速。刮刀转速调节回路为副回路，但与简单速差控制系统中的刮刀转速控制不同，其给定值为速差给定值和主回路中执行器（主变频器）的实际给定值之和，副回路的反馈则由转速传感器测量刮刀实际转速而得。主控制器和副控制器是串联工作的，主回路是个定值控制系统，而副回路是个随动控制系统。即当输入速差给定值后，筛篮转速变化时，螺旋刮刀的转速也会相应改变，保持差值不变，而且可以进行微调。与简单控制系统相比，串级控制不仅不需要增加设备成本，而且拥有较好的操作性和可调性，这种系统的安全性也较高，特别在启动和停机时只需要调节一台变频器就可以实现控制，避免了一些由于操作延时所引起的故障。

              

    4·结语

    速差的大小决定了离心机脱水的程度和处理量的大小，串级控制系统符合离心机速差控制的要求，有效地解决了离心机工作过程中速差不稳定及速差不可微调的问题。实验表明：实现串级控制后速差基本稳定，而且可以进行微调，速差可以调到1 r/min以内，并且稳定性很好，产品水分保持在24％左右。随着我国洁净煤计划的实施，该控制系统为高干度煤泥离心机提供了保障，在离心机控制方面必将得到更广泛的应用。

参考文献：

［1］陈海员．WLL1000卧式螺旋卸料煤泥离心机的研究［J］.选煤技术，2008(4):24-26．

［2］程晓峰，杨建国．浮选精煤间断式螺旋卸料过滤离心机设计研究［J］.煤矿机械，2010，31(1):5-7．

［3］孙启才，金鼎五．离心机原理结构与设计［M］.北京：机械工业出版社，1987．

［4］厉玉鸣．化工仪表及自动化（第四版）［M］.北京：化学工业出版社，2006．作者简介：王兴兴（1985-)，江苏大丰人，中国矿业大学矿物加工工程在读硕士研究生，主要研究方向是煤炭洗选加工.责任编辑：侯淑华