螺旋秤存在的问题和对策

宜成环保 · 发表于 2010-1-27 08:51:40

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螺旋秤因具有设备结构简单、制造容易、维护简单方便、系统密闭性好、对物料和生产环境适应性强、设备高度小、价格便宜等优点,在水泥厂被广泛应用,尤其在立窑厂的预加水成球系统、煤粉定量给料控制系统等普遍采用。但是,目前一般螺旋秤,由于其工作原理、结构设计和制造质量等方面原因,往往零点变化较大、计量控制精度较低、稳定性差、称重传感器损坏率高及较长时间运行后软联接失去作用,常常不能满足生产使用要求。
1 影响计量和控制精度的主要原因
1.1 物料流速不稳定和不确定的影响
螺旋秤是用于粉粒状固体物料连续给料计量和定量控制装置,其电气控制系统与调速定量给料(皮带)秤等连续给料计量装置基本相同或类似。最具代表螺旋秤特性并出现上述问题的主要是设备结构部分。因此,本文主要从结构系统方面分析论述。
螺旋秤与其它连续给料计量设备类似,其瞬时给料量Qt由下式决定:
Qt=kqt•Vt (t/h)
式中:qt——螺旋秤内物料的线负荷,kg/m;
vt——物料在螺旋内瞬时流动速度,m/s;
k——称重系数(调试确定的常数)。
从上式可见:瞬时给料量Qt的准确度完全取决于负荷qt和物料流速vt的测量精度。但是,物料的流速vt无法直接准确测量,而是采用测量螺旋(或电动机)转数n来替代。可是,螺旋转数n与物料流速Vt在许多正常工作条件下没有稳定的固定线性关系,物料实际的运动轨迹既有纵向速度又有横向速度的螺旋形前进轨迹运行,并且其纵向和横向速度不仅仅简单的取决螺旋转速,而且与物料的湿度、粒度、粘性流动性以及填充量、压力变化等因素密切相关。在实际工业生产中,这些因素常常随着时间、工况不同而变化,因此造成物料纵向流速与螺旋转速不可能保持恒定的同步关系,即在同一个螺旋转速状态下,物料的实际流速有时是不相同的。所以,测得的螺旋转数常常不能代表物料真实流速,而是随机关系,从而造成不可忽略的速度测量误差,可以说这是螺旋秤的“先天不足”,只能尽量减小其影响,而难以完全克服。
另外,由于螺旋叶与管壁之间的螺旋间隙,造成靠近管壁间隙中产生“不动层”物料。而不动层与流动层实际并没有清晰固定的界面,即随着物料的粒度、粘着性、流动性和工况变化不动层厚度会随机变化。在不动层与流动层之间的所谓“缓动层”的流速也是不稳定的,并且由于横向速度的存在,造成无规律的窜料回流,从而促成物料总体流速的不稳定性。这种流速不稳定性除与物料性质、生产工况变化有关外,与螺旋间隙的大小有更直接关系。尤其目前许多螺旋秤是由技术和加工手段水平有限的小厂制造,螺旋轴、叶片的加工和螺旋间隙的控制确有一定技术难度,因此造成国产螺旋秤多数螺旋间隙过大,不能适应使用要求,这是特别值得重视的问题。如德国布拉本德(Brabender Technologie)公司介绍:对于螺旋叶径为250mm的螺旋秤,当螺旋间隙达到4 mm时,造成的测量不确定度会超过6%。
再有,我国的螺旋秤的计量螺旋均采用恒速运行,并把螺旋转速视为恒定的常数,即没有测速或速度补偿环节。但实际由于电网频率、电压和负荷变化,螺旋转速并非恒定不变。如:网频变化lHz,速度就产生2%的误差。可见,在精度要求较高的场合,这是不能忽略的。
1.2 负荷测量的主要影响因素
螺旋秤的物料负荷虽然可直接测量,但螺旋轴和叶片粘附物料、螺旋内不动层物料厚度随机变化以及物料窜料回流等,都不可避免的直接影响负荷测量精度,尤其粘附物料和窜料影响十分显著。
另外,进料口纵向进料量不均衡也会造成负荷测量误差。图1所示螺旋秤全部皮重由支点R承受,以进料口中心线为界,左边瞬时进料量为P1,右边进料量为P2。根据力平衡原理,当P1=P2时,即进料口左右两边负荷平衡,全部重量由支点R承受,对负荷测量没有影响。但当P1≠P2时,即对秤产生一个不稳定的附加力

1-P3：从而造成秤零点变化,导致负荷测量误差。

图1 支点受力示意图
再有,螺旋秤是采用类似恒速给料秤的工作原理、悬臂式秤体结构,秤体(包括传动和配重等部分)每个部分的重量和位置状态对负荷测量都有直接影响。因此,在设计和使用过程,都必须使积灰积料量最少,一经系统调试好以后,就不得随意改变原始重平衡状态,否则应重新调整。
此外,在长期使用过程,始终保持进出料口软接头的软联接作用不变至关重要。始终确保对秤体重平衡不产生附加阻力,以保证负荷测量的准确。
2 提高技术性能和使用精度的措施
2.1 设计制造方面的改进提高
最具代表螺旋秤特性的是秤体结构,所以秤体结构的设计制造是关键问题。首先采用尽量小的螺旋间隙十分重要,对于要求计量精度较高的使用场合,螺旋间隙应控制在0.5～1.0 mm,从而基本克服回流窜料问题。采用较小的螺距或双螺叶对物料均匀稳定运行极有好处,对于流动性极好的物料更显得必要。
另外,应设有测速或速度补偿环节,以减小速度测量误差,最简单常用的是设计频率速度补偿机构,消除网频变化对速度的影响。
再有,由于秤体重平衡限制,螺旋体进出口距很短,国内一般螺旋秤多在1m左右,笔者设计的SS型螺旋秤也只有1.4m。过短的螺旋管,不利于瞬时物料负荷的稳定,降低了测量稳定性和灵敏度,特别当螺旋间隙较大时更容易产生窜料、冲料。因此,适当增长一点螺旋管有利于工作稳定和提高计量精度。
目前,我国设计生产的螺旋秤,大多数进出料口软接头过短,进出料口径向尺寸相等,并常常采用收尘布等材料简单粗糙包扎而成,从而造成软联接部分松紧不当。当过紧时会影响螺旋管上下摆动自由,过松则容易使软接头处积料,逐步使之变成硬联接或半硬联接,给负荷测量造成不可忽视的影响。为此,笔者建议软联接部分应不短于80～100mm,进出料管口采用上小下大尺寸结构(如图2示)。如采用专用商品软接头更好;否则,采用收尘布等包扎应尽量精细,确保松紧度适当。

图2 软联接结构示意图（a＜b）
此外,有的螺旋秤为了克服进料口进料重量不平衡而加设集料漏斗,笔者认为这种方法不当,因为容易造成“架桥”堵料,使其不能正常运行。一般进料口纵向尺寸不大,只要注意保证进料均匀稳定即可。螺旋秤的支承结构很重要,采用合理结构高质量簧片(如:60SiCrA钢代替常用的Mn65钢),也是设计制造螺旋秤不可忽略的。
2.2 选用螺旋秤应注意的问题
螺旋秤的使用效果与物料特性、工艺环境有密不可分的关系。如果要求较高的计量和控制精度,应基本避免回流、窜料和冲料现象;应避免螺旋叶、轴等部分粘附物料。因此,要求物料粒度、湿度、流动性稳定,不带粘性,给料压力比较稳定,对于像窑灰一类自流性很好的物料更应慎重采用。
螺旋给料一般料流都有一定的脉动性。对于要求料流均匀、稳定性较高的使用场合,要充分考虑这一固有特点,否则应选用特殊结构的螺旋秤或采取均化措施。
任何连续给料计量系统,要保证较高的使用精度,必须设计处理好准确的校正环节,螺旋秤也是如此,这是国内普遍存在并常常被设计者和使用者忽视的问题。现在,许多连续计量工业秤本身的精度和稳定可靠性基本能满足使用要求。但在生产使用中若达到高精度稳定运行状态,必须具备科学方便的“在线”或“离线”标定校正环节,从而使控制器的显示值与物料实际流量准确的统一起来。
2.3 维护中应注意的主要问题
螺旋秤不但在设计时应使秤体积灰积料面最小,在生产维护时应保持秤体无明显积灰积料,秤体各部件重量、位置一经调好后就不得随意改动,以免破坏原始重力平衡,从而造成负荷测量误差。
另外,应经常检查软接头是否保持正常软联接,秤体悬臂状态有无外力干扰等。
总之,目前国产的许多螺旋秤设计有严重缺陷,制造质量较粗糙,有的螺旋间隙竟达4～8mm,而且各处不均,更有少数产品螺旋轴显著变形、两端密封结构不够规范合理,从而不能发挥计量控制给料作用,给用户造成损失。笔者认为:只要把本文提到的影响速度和负荷测量问题妥善解决,特别是螺旋间隙必须控制到2mm以下,采用合理的软联接结构,就可以确保螺旋秤计量精度优于2%,从而满足水泥厂和相关工业部门生产使用要求,对于要求计量精度较高的场合,应增设速度测量或补偿环节,进一步提高螺旋秤设计和制造质量水平。

螺旋秤的设计和选用

傻老头 · 发表于 2010-12-26 22:07:45

非常感谢！你的文章很好。本人获益匪浅。

大提升机 · 发表于 2010-12-28 08:19:22

也来支持下临近的宜成环保兄弟。
分析的有道理，我们做计量秤的已在不断改善中。
目前我们已基本上用转子计量秤替代了螺旋秤，但小流量的螺旋秤还在生产还有市场。

blbl01 · 发表于 2011-1-4 16:24:25

权限太高了老兄

渤海商行 · 发表于 2012-11-17 10:37:51

关键这螺旋秤对零点校验要比较勤，不然会影响计量精度的。

roly110 · 发表于 2012-11-19 13:18:18

螺旋秤天生缺陷太大，目前可用科氏力转子秤替代

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