| 粉劑計量與自動配料系統的研究 | 2020-03-10 |
| 摘要：粉劑計量與自動配料系統由配料給料機、粉體計量秤、新型輸送泵、及稱重配料系統組成。配料給料機安裝在粉劑倉下方，其作用是給計量裝置---粉體計量秤提供流量穩定的粉劑，粉劑經配料給料機進入，稱重配料系統根據瞬時流量測定值與設定值比較結果反饋調節配料給料機轉速，使瞬時值始終跟蹤設定值，從而實現對喂料量的計量與控制。計量后的粉劑通過新型輸送泵進入粉劑輸送管道。 二、計量配料系統主要研究內容 （一）稱量配料系統的研制 粉劑計量與自動配料系統必須具備計量準確，喂料量穩定、可調，響應速度快等功能，而這些功能的實現首先要建立在計量準確基礎之上。配料給料機是組成系統的關鍵設備，是通過自主創新研發的粉體物料計量裝置，配料給料機是本研究項目的技術核心。 1、計量配料系統原理及基本結構 1.1稱重配料系統原理 在力學研究中，物體的運動需在某個確定的參照系中加以描述。本研究涉及的力學原理是以物體在均勻轉動參照系中作相對運動為條件的。質點在均勻轉動參照系中作相對徑向運動時，受到的真實力由三部分組成，即慣性離心力、向心摩擦力和配料轉速率。配料轉速率是沿切向的。配料轉速率的矢量表達式為：Fc=-2mω×v’，式中ω為轉動角速度，v’為相對速度，m為質量。 由于質點是在均勻轉動參照系中作徑向運動，角速度ω不變，質點在任意一位置上的相對速度v’為確定值（且不受質量影響）。因此表達式中配料轉速率Fc的量值變化只與質量相關。因此，通過精確測量Fc的量值即可獲得物料的準確流量。 1.2配料系統基本結構 自動配料系統根據粉劑在均勻轉動參照系中運動時受到配料轉速率作用，內設有測量盤，測量盤上徑向設置數塊測量葉片，測量盤在電機主軸的驅動下作高速回轉。需計量的物料落到測量盤中心，經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動。在運動過程中，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，Fc引起一個反作用運動力矩M，而Fr、Fx對驅動軸不會產生反作用力矩。通過測量配料轉速率Fc對測量盤的作用力矩即可獲得物料的質量流量。其計算公式為： 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、配料系統技術研究與創新 2.1、配料系統技術參數的研究 自動配料系統應用配料轉速率學原理計量粉體物料，首先是以物料在均勻轉動參照系中徑向運動為條件。因此，在理論上要符合下面兩個基本條件：（1）測量盤轉速必須是恒定的；（2）物料必須由測量盤中心向外徑向運動。在理論上滿足這些條件并不困難，關鍵是如何體現在結構設計上。根據計算公式M=QωR2可知：必須確定測量盤有效轉速范圍，并從有效轉速范圍中優選出理想轉速；必須確定測量盤理想半徑，及測量葉片設置數量和尺寸等諸多相關技術參數。本研究在理論指導下，根據計算公式，通過大量實驗研究，獲得了經驗公式，用以指導秤的結構設計。 2.2、測量盤理想轉速的研究 配料系統測量盤轉速關系到物料的流速、流量，量值。測量盤轉速研究是本項目的重要內容之一，是結構設計的技術參數。根據矢量表達式Fc=-2mω×v’，測量盤轉速（或稱作角速度ω）關系到質點相對速度v’，決定了質點受到的Fc量值。 本項目在模擬試驗和理論分析基礎上，首先確定了測量盤有效轉速范圍。但有效轉速研究只解決了角速度ω的取值范圍，不能為設計提供具體參數和依據。為了獲得理想轉速參數，在半工業性試驗中，通過實驗樣機分別對粉劑、碳酸鈣、鈦白粉進行實物計量，在采樣分析基礎上獲得了測量盤理想轉速。 2.3、測量盤理想半徑研究 配料系統質點在測量盤上運動的相對位置不同，受到的量值也不同，因此，測量盤半徑與Fc的量值相關，測量盤理想半徑研究關系到結構的合理尺寸、計量能力，傳感器量程、功率配置、結構優化、及系列化設計。理論公式不可能提供測量盤理想半徑，只有通過試驗研究方能建立起與優化設計相符的經驗公式。 如前所述，測量盤上設有徑向測量葉片，落到測量盤中心的物料在分料錐作用下運動到葉片處，被葉片捕捉后，沿葉片向外徑向運動，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，測量盤應分為有效測量區和無效測量區,設有測量葉片部分為有效測量區。物料在無效測量區沒有受到作用，也可稱之為測量盲區。因此，測量盤半徑應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雜，因為理想半徑由合理的有效半徑和無效半徑兩部分構成。在反復實驗基礎上獲得了修正系數，推導并建立了經驗計算公式，用以指導不同規格測量盤優化設計。 （二）配料給料裝置的研制 喂料量穩定可調是新型干法配料生產線喂料系統的基本要求，本項目將穩定給料技術與裝置的研制放到重要位置，摒棄了以往重視計量技術，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性能影響和要求。給料裝置設在粉劑倉底部，粉劑倉內料位變化、粉劑倉進料時料流沖擊力均會影響給料穩定性。粉劑細度細，水分低，容重小，流動性好，尤其是無煙料攪拌成工藝，粉劑細度通常在1%以下，使穩定給料變得更為困難。粉劑水分對穩定給料有一定影響。水分偏大會帶來粉劑起拱、沾料、下料不暢等問題。尤其在雨季，或回轉窯點火升溫期間，很多粉劑水分不符合工藝條件要求。因此，自動配料系統結構設計要考慮在水分偏高時的適應能力。粉末攪拌成系統壓力變化也會間接影響給料機下料穩定性。系統工況不正常時，輸料管道壓力有時會發生波動，嚴重時會導致稱重配料系統下料不暢或無法運行。 1、配料給料機結構研究及工作原理 配料系統通過物料特性和工藝條件研究分析，本項目采取與傳統給料裝置不同的設計方案，研制開發了全新結構的給料裝置----WD型水平回轉式配料系統。 自動配料系統由粉劑減壓倉、均壓倉、配料倉組成。減壓倉內設有減壓裝置，使進入均壓倉內的物料不受倉壓影響。均壓倉內設有攪器，使物料充分活化，避免物料起拱、沾壁、消除物料死區。由于均壓倉內料壓均勻，為物料在相同容重條件下進入轉子腔創造了條件。配料腔內設有水平回轉分格輪，每轉一周輸送相同容積的物料。稱重配料系統由軸裝式減速機和電機驅動，采用變頻器調節電機轉速，變頻器受控于PLC。PLC根據瞬時流量檢測值與流量設定值比較結果，實時調控給料機轉速，使瞬時流量始終跟蹤設定流量，實現定量給料目的。 減壓倉、均壓倉、配料腔的進料口和出料口均呈180°錯位布置，物料在計量配料系統內經迷宮式流動方能離開給料機。此外，轉子腔水平回轉分格輪葉片上采用了彈性密封材料，實現零間隙。因此，有效解決了高流動性物料在料壓變化和自重力作用下產生跑料、沖料問題。 2、自動配料系統技術性能 ----給料均勻穩定，不受倉壓，物料特性影響； ----適應工藝系統壓力變化能力強； ----給料量穩定可調； ----結構合理，性能可靠，維護簡單。 （三）新型螺旋泵的研制 1、螺旋泵在配料系統中的作用 螺旋泵在配料系統中起到輸送和鎖風作用，在有效克服輸料管道系統壓力前提下，將計量后的粉劑快速、均勻的送入輸料管道中。當管道內壓力變化或輸送風壓力波動時，螺旋泵必需能有效阻斷粉劑返竄，出料不暢性能，為計量設備提供正常工作條件。 2、新型螺旋泵技術特點 新型螺旋泵采用簡單的傳動結構，采用變節距螺旋設計，應用噴射器原理，使泵出料端工作氛圍基本呈負壓狀態，有效解決了輸料管道系統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、機械密封相結合的技術方案，滿足了耐油、耐高溫、耐磨要求，密封性能；將有自主知識產權的耐磨材料技術，應用于泵的設計與制造過程，達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2倍以上；采用外置可調式配重，可以根據不同的工況條件，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度問題；設手動黃油泵，運動件潤滑加油簡便易行。新型螺旋輸送泵綜合了傳統螺旋泵和引進富樂泵的合理成分，增加了的創新技術，性能可靠，結構新穎，維護簡單，運行費用低，滿足計量與自動配料系統要求。 （四）、配料系統控制 1、配料控制原理 稱重配料系統根據瞬時流量測定值與設定值比較結果反饋調節配料給料機轉速，使瞬時值始終跟蹤設定值，計量后的粉劑通過新型輸送泵進入粉劑輸送管道。配料系統采用PLC控制（可編程控制器），傳感器采集的信號傳輸至變送器，經變送器處理，轉換成PLC能夠接受的標準信號（4～20mA），滿足與PLC通訊要求。 | |
