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| 粉劑計(jì)量與自動(dòng)配料系統(tǒng)的研究 | 2020-03-10 |
| 摘要：粉劑計(jì)量與自動(dòng)配料系統(tǒng)由配料給料機(jī)、粉體計(jì)量秤、新型輸送泵、及稱重配料系統(tǒng)組成。配料給料機(jī)安裝在粉劑倉下方，其作用是給計(jì)量裝置---粉體計(jì)量秤提供流量穩(wěn)定的粉劑，粉劑經(jīng)配料給料機(jī)進(jìn)入，稱重配料系統(tǒng)根據(jù)瞬時(shí)流量測定值與設(shè)定值比較結(jié)果反饋調(diào)節(jié)配料給料機(jī)轉(zhuǎn)速，使瞬時(shí)值始終跟蹤設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)對喂料量的計(jì)量與控制。計(jì)量后的粉劑通過新型輸送泵進(jìn)入粉劑輸送管道。 二、計(jì)量配料系統(tǒng)主要研究內(nèi)容 （一）稱量配料系統(tǒng)的研制 粉劑計(jì)量與自動(dòng)配料系統(tǒng)必須具備計(jì)量準(zhǔn)確，喂料量穩(wěn)定、可調(diào)，響應(yīng)速度快等功能，而這些功能的實(shí)現(xiàn)首先要建立在計(jì)量準(zhǔn)確基礎(chǔ)之上。配料給料機(jī)是組成系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，是通過自主創(chuàng)新研發(fā)的粉體物料計(jì)量裝置，配料給料機(jī)是本研究項(xiàng)目的技術(shù)核心。 1、計(jì)量配料系統(tǒng)原理及基本結(jié)構(gòu) 1.1稱重配料系統(tǒng)原理 在力學(xué)研究中，物體的運(yùn)動(dòng)需在某個(gè)確定的參照系中加以描述。本研究涉及的力學(xué)原理是以物體在均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中作相對運(yùn)動(dòng)為條件的。質(zhì)點(diǎn)在均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中作相對徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到的真實(shí)力由三部分組成，即慣性離心力、向心摩擦力和配料轉(zhuǎn)速率。配料轉(zhuǎn)速率是沿切向的。配料轉(zhuǎn)速率的矢量表達(dá)式為：Fc=-2mω×v’，式中ω為轉(zhuǎn)動(dòng)角速度，v’為相對速度，m為質(zhì)量。 由于質(zhì)點(diǎn)是在均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中作徑向運(yùn)動(dòng)，角速度ω不變，質(zhì)點(diǎn)在任意一位置上的相對速度v’為確定值（且不受質(zhì)量影響）。因此表達(dá)式中配料轉(zhuǎn)速率Fc的量值變化只與質(zhì)量相關(guān)。因此，通過精確測量Fc的量值即可獲得物料的準(zhǔn)確流量。 1.2配料系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu) 自動(dòng)配料系統(tǒng)根據(jù)粉劑在均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到配料轉(zhuǎn)速率作用，內(nèi)設(shè)有測量盤，測量盤上徑向設(shè)置數(shù)塊測量葉片，測量盤在電機(jī)主軸的驅(qū)動(dòng)下作高速回轉(zhuǎn)。需計(jì)量的物料落到測量盤中心，經(jīng)過分料錐改變流向后，被葉片捕獲，在離心力的作用下沿徑向向外緣運(yùn)動(dòng)。在運(yùn)動(dòng)過程中，物料受到了徑向的摩擦力Fr和反向的離心力Fx，以及沿切向的Fc的作用，F(xiàn)c引起一個(gè)反作用運(yùn)動(dòng)力矩M，而Fr、Fx對驅(qū)動(dòng)軸不會(huì)產(chǎn)生反作用力矩。通過測量配料轉(zhuǎn)速率Fc對測量盤的作用力矩即可獲得物料的質(zhì)量流量。其計(jì)算公式為： M=QωR2 式中：M----測量盤受到的力矩； Q-----物料流量； ω----角速度； R-----測量盤半徑。 2、配料系統(tǒng)技術(shù)研究與創(chuàng)新 2.1、配料系統(tǒng)技術(shù)參數(shù)的研究 自動(dòng)配料系統(tǒng)應(yīng)用配料轉(zhuǎn)速率學(xué)原理計(jì)量粉體物料，首先是以物料在均勻轉(zhuǎn)動(dòng)參照系中徑向運(yùn)動(dòng)為條件。因此，在理論上要符合下面兩個(gè)基本條件：（1）測量盤轉(zhuǎn)速必須是恒定的；（2）物料必須由測量盤中心向外徑向運(yùn)動(dòng)。在理論上滿足這些條件并不困難，關(guān)鍵是如何體現(xiàn)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上。根據(jù)計(jì)算公式M=QωR2可知：必須確定測量盤有效轉(zhuǎn)速范圍，并從有效轉(zhuǎn)速范圍中優(yōu)選出理想轉(zhuǎn)速；必須確定測量盤理想半徑，及測量葉片設(shè)置數(shù)量和尺寸等諸多相關(guān)技術(shù)參數(shù)。本研究在理論指導(dǎo)下，根據(jù)計(jì)算公式，通過大量實(shí)驗(yàn)研究，獲得了經(jīng)驗(yàn)公式，用以指導(dǎo)秤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 2.2、測量盤理想轉(zhuǎn)速的研究 配料系統(tǒng)測量盤轉(zhuǎn)速關(guān)系到物料的流速、流量，量值。測量盤轉(zhuǎn)速研究是本項(xiàng)目的重要內(nèi)容之一，是結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)參數(shù)。根據(jù)矢量表達(dá)式Fc=-2mω×v’，測量盤轉(zhuǎn)速（或稱作角速度ω）關(guān)系到質(zhì)點(diǎn)相對速度v’，決定了質(zhì)點(diǎn)受到的Fc量值。 本項(xiàng)目在模擬試驗(yàn)和理論分析基礎(chǔ)上，首先確定了測量盤有效轉(zhuǎn)速范圍。但有效轉(zhuǎn)速研究只解決了角速度ω的取值范圍，不能為設(shè)計(jì)提供具體參數(shù)和依據(jù)。為了獲得理想轉(zhuǎn)速參數(shù)，在半工業(yè)性試驗(yàn)中，通過實(shí)驗(yàn)樣機(jī)分別對粉劑、碳酸鈣、鈦白粉進(jìn)行實(shí)物計(jì)量，在采樣分析基礎(chǔ)上獲得了測量盤理想轉(zhuǎn)速。 2.3、測量盤理想半徑研究 配料系統(tǒng)質(zhì)點(diǎn)在測量盤上運(yùn)動(dòng)的相對位置不同，受到的量值也不同，因此，測量盤半徑與Fc的量值相關(guān)，測量盤理想半徑研究關(guān)系到結(jié)構(gòu)的合理尺寸、計(jì)量能力，傳感器量程、功率配置、結(jié)構(gòu)優(yōu)化、及系列化設(shè)計(jì)。理論公式不可能提供測量盤理想半徑，只有通過試驗(yàn)研究方能建立起與優(yōu)化設(shè)計(jì)相符的經(jīng)驗(yàn)公式。 如前所述，測量盤上設(shè)有徑向測量葉片，落到測量盤中心的物料在分料錐作用下運(yùn)動(dòng)到葉片處，被葉片捕捉后，沿葉片向外徑向運(yùn)動(dòng)，并受到作用。鑒于物料被葉片捕捉后才受到作用，故從受力角度，測量盤應(yīng)分為有效測量區(qū)和無效測量區(qū),設(shè)有測量葉片部分為有效測量區(qū)。物料在無效測量區(qū)沒有受到作用，也可稱之為測量盲區(qū)。因此，測量盤半徑應(yīng)分為有效半徑和無效半徑兩部分，有效半徑與葉片長度相等。這使測量盤理想半徑研究變得較為復(fù)雜，因?yàn)槔硐氚霃接珊侠淼挠行О霃胶蜔o效半徑兩部分構(gòu)成。在反復(fù)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上獲得了修正系數(shù)，推導(dǎo)并建立了經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式，用以指導(dǎo)不同規(guī)格測量盤優(yōu)化設(shè)計(jì)。 （二）配料給料裝置的研制 喂料量穩(wěn)定可調(diào)是新型干法配料生產(chǎn)線喂料系統(tǒng)的基本要求，本項(xiàng)目將穩(wěn)定給料技術(shù)與裝置的研制放到重要位置，摒棄了以往重視計(jì)量技術(shù)，忽視給料裝置的理念。首先有針對性分析了物料特性和工藝條件對給料機(jī)性能影響和要求。給料裝置設(shè)在粉劑倉底部，粉劑倉內(nèi)料位變化、粉劑倉進(jìn)料時(shí)料流沖擊力均會(huì)影響給料穩(wěn)定性。粉劑細(xì)度細(xì)，水分低，容重小，流動(dòng)性好，尤其是無煙料攪拌成工藝，粉劑細(xì)度通常在1%以下，使穩(wěn)定給料變得更為困難。粉劑水分對穩(wěn)定給料有一定影響。水分偏大會(huì)帶來粉劑起拱、沾料、下料不暢等問題。尤其在雨季，或回轉(zhuǎn)窯點(diǎn)火升溫期間，很多粉劑水分不符合工藝條件要求。因此，自動(dòng)配料系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要考慮在水分偏高時(shí)的適應(yīng)能力。粉末攪拌成系統(tǒng)壓力變化也會(huì)間接影響給料機(jī)下料穩(wěn)定性。系統(tǒng)工況不正常時(shí)，輸料管道壓力有時(shí)會(huì)發(fā)生波動(dòng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致稱重配料系統(tǒng)下料不暢或無法運(yùn)行。 1、配料給料機(jī)結(jié)構(gòu)研究及工作原理 配料系統(tǒng)通過物料特性和工藝條件研究分析，本項(xiàng)目采取與傳統(tǒng)給料裝置不同的設(shè)計(jì)方案，研制開發(fā)了全新結(jié)構(gòu)的給料裝置----WD型水平回轉(zhuǎn)式配料系統(tǒng)。 自動(dòng)配料系統(tǒng)由粉劑減壓倉、均壓倉、配料倉組成。減壓倉內(nèi)設(shè)有減壓裝置，使進(jìn)入均壓倉內(nèi)的物料不受倉壓影響。均壓倉內(nèi)設(shè)有攪器，使物料充分活化，避免物料起拱、沾壁、消除物料死區(qū)。由于均壓倉內(nèi)料壓均勻，為物料在相同容重條件下進(jìn)入轉(zhuǎn)子腔創(chuàng)造了條件。配料腔內(nèi)設(shè)有水平回轉(zhuǎn)分格輪，每轉(zhuǎn)一周輸送相同容積的物料。稱重配料系統(tǒng)由軸裝式減速機(jī)和電機(jī)驅(qū)動(dòng)，采用變頻器調(diào)節(jié)電機(jī)轉(zhuǎn)速，變頻器受控于PLC。PLC根據(jù)瞬時(shí)流量檢測值與流量設(shè)定值比較結(jié)果，實(shí)時(shí)調(diào)控給料機(jī)轉(zhuǎn)速，使瞬時(shí)流量始終跟蹤設(shè)定流量，實(shí)現(xiàn)定量給料目的。 減壓倉、均壓倉、配料腔的進(jìn)料口和出料口均呈180°錯(cuò)位布置，物料在計(jì)量配料系統(tǒng)內(nèi)經(jīng)迷宮式流動(dòng)方能離開給料機(jī)。此外，轉(zhuǎn)子腔水平回轉(zhuǎn)分格輪葉片上采用了彈性密封材料，實(shí)現(xiàn)零間隙。因此，有效解決了高流動(dòng)性物料在料壓變化和自重力作用下產(chǎn)生跑料、沖料問題。 2、自動(dòng)配料系統(tǒng)技術(shù)性能 ----給料均勻穩(wěn)定，不受倉壓，物料特性影響； ----適應(yīng)工藝系統(tǒng)壓力變化能力強(qiáng)； ----給料量穩(wěn)定可調(diào)； ----結(jié)構(gòu)合理，性能可靠，維護(hù)簡單。 （三）新型螺旋泵的研制 1、螺旋泵在配料系統(tǒng)中的作用 螺旋泵在配料系統(tǒng)中起到輸送和鎖風(fēng)作用，在有效克服輸料管道系統(tǒng)壓力前提下，將計(jì)量后的粉劑快速、均勻的送入輸料管道中。當(dāng)管道內(nèi)壓力變化或輸送風(fēng)壓力波動(dòng)時(shí)，螺旋泵必需能有效阻斷粉劑返竄，出料不暢性能，為計(jì)量設(shè)備提供正常工作條件。 2、新型螺旋泵技術(shù)特點(diǎn) 新型螺旋泵采用簡單的傳動(dòng)結(jié)構(gòu)，采用變節(jié)距螺旋設(shè)計(jì)，應(yīng)用噴射器原理，使泵出料端工作氛圍基本呈負(fù)壓狀態(tài)，有效解決了輸料管道系統(tǒng)壓力變化對螺旋泵出料帶來的影響；軸端密封采取氣體密封、油封、機(jī)械密封相結(jié)合的技術(shù)方案，滿足了耐油、耐高溫、耐磨要求，密封性能；將有自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的耐磨材料技術(shù)，應(yīng)用于泵的設(shè)計(jì)與制造過程，達(dá)到在同等輸送能力條件下，螺旋葉片使用壽命高出“富樂泵”堆焊技術(shù)2倍以上；采用外置可調(diào)式配重，可以根據(jù)不同的工況條件，改變阻尼閥的受力大小，從而很好的解決了料栓合理的密實(shí)度問題；設(shè)手動(dòng)黃油泵，運(yùn)動(dòng)件潤滑加油簡便易行。新型螺旋輸送泵綜合了傳統(tǒng)螺旋泵和引進(jìn)富樂泵的合理成分，增加了的創(chuàng)新技術(shù)，性能可靠，結(jié)構(gòu)新穎，維護(hù)簡單，運(yùn)行費(fèi)用低，滿足計(jì)量與自動(dòng)配料系統(tǒng)要求。 （四）、配料系統(tǒng)控制 1、配料控制原理 稱重配料系統(tǒng)根據(jù)瞬時(shí)流量測定值與設(shè)定值比較結(jié)果反饋調(diào)節(jié)配料給料機(jī)轉(zhuǎn)速，使瞬時(shí)值始終跟蹤設(shè)定值，計(jì)量后的粉劑通過新型輸送泵進(jìn)入粉劑輸送管道。配料系統(tǒng)采用PLC控制（可編程控制器），傳感器采集的信號(hào)傳輸至變送器，經(jīng)變送器處理，轉(zhuǎn)換成PLC能夠接受的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)（4～20mA），滿足與PLC通訊要求。 | |
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