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螺旋秤的设计和选用(3)

点击数:4835发布:2011-10-09 来源:http://www.sdzhitian.com

螺旋秤的局限和对策

3.1速度测量影响

螺旋秤与其它连续给料计量设备类似,其瞬时给料量Qt的准确度完全取决于gt和物料流速vt的测量精度。但是,物料的流速vtΦ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是既有纵向速度又有横向速度的螺旋形前进的运行轨迹,并且其纵向和横向速度不仅仅简单的取决于螺旋转速,还与物料的湿度、粒度、黏滞性、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长时间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,有随机性,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”,因此尽量保持物性、仓压和料流均衡稳定,定期经常标定校验是保证较高计量精度的必要措施。

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、黏着性、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的技术和加工手段水平有限,且螺旋轴、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4mm时,造成的测量不确定度会超过6%。

再有,螺旋秤的称重螺旋一般采用恒速运行,并把螺旋转速视为恒定的常数。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l Hz,速度就产生2%的误差。可见,在精度要求较高的场合,应设测速或速度补偿环节,以克服速度变化影响。
3.2负荷测量影响

螺旋秤的物料负荷虽然可直接测量,由于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。所以,螺旋秤不适用于黏滞性水分较大的物料,不适用磨蚀强的物料。

3.3进料口入料偏析和波动影响

进料口纵向进料量不均衡也会造成负荷测量误差,图4所示,螺旋秤进料口部皮重和物料由支点R承受,以进料口中心线为界,左边瞬时进料量为Pl,右边进料量为P2。根据力平衡原理,当Pl=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Pl≠P2时,即对秤产生一个不稳定的附加负荷:Pl-P2,从而造成秤零点变化,导致负荷测量误差。实际上,大多数情况下Pl≠P2,尤其当进料口较大、入料不稳定、脉动冲击进料时影响更为明显。因此,在工艺系统方面力应求入料比较均衡稳定,在秤体支点结构方面应尽量使之对此不很敏感。比如。我们设计LGC型螺旋秤就采用了新型结构簧片支承,比较好的克服了偏重影响。

3.4 软连接状态影响


图4 支点受力示意图

 

无论悬臂结构还是简梁结构的计量螺旋秤体,运行期间进出口必须保持良好的软连接状态。但是,目前一般的螺旋秤大多数是进出料口直径相等,软接头过短,结构简单,并往往采用帆布等材料简单粗糙包扎而成,松紧不当,影响上下方向自由度,产生附加负荷。尤其经过一段运行时间后常常造成软接头处积料,并逐渐变成半硬或硬连接,失去软连接功能,自然使计量不准。所以,科学合理的软连接结构和确保足够的软连接长度十分重要。笔者设计带套管的新型软接头结构(专利200820034896.5号),很好的解决这一难题,确保长期良好的软连接功能。

3.5 严防和及时清除积灰积料

不论哪种螺旋秤体,一经调整好就应尽量保持皮重不变,以保持系统零点稳定。所以,从秤体结构设计方面应力求积灰积料面小,各部位重量稳定;从维护方面应经常及时清除积灰积料等外加负荷变化。为此经常定期检测调整,这也是保证良好计量精度的重要手段。

4 选用中应注意的技术问题

(1)根据物料实际流量和特性恰当选择螺旋秤的规格。代表螺旋秤规格尺寸是螺旋叶径和进出料口尺寸,螺旋叶径按实际最大体积流量选取,进出料口长度应确保不冲跑料、不堵卡料和足够的瞬时测量负荷,以利采样测量比较稳定,过长过短都会产出不利影响。笔者推荐螺旋进出口长度L=(8~12)D(D为螺旋直径)左右。对于流动性很好的物料和D较小时可适当长一点;反之,对于流动性差和D较大时可相对短一些。如果由于工艺布置要求需要加长,一般先考虑加长给料螺旋;反之,如果要求缩短尺寸,应首先考虑缩短称重螺旋尺寸,但均需在合理范围内。

(2)根据物料特性选择螺旋结构。一般国产螺旋秤的螺旋结构尺寸是固定的,这对不同的工艺条件不同的物料特性适应性较差。笔者认为最好要根据物料的流动、粘滞、容重等特性和螺旋管的长短,选用螺旋结构和尺寸。螺旋叶分为等螺距、变螺距、变叶径、变轴径和双螺叶等结构方式,采用哪种结构方式应根据具体物料特性和条件要求确定,切不可千篇一律,更不能把采用变螺距等就视为“先进”,应因“地”制宜。如对于流动性很好的泻性粉料,又没有明显反风问题就不需采用变螺距。

(3)如前述,短螺旋秤应予淘汰。长螺旋秤又分为悬吊或下支结构的“全荷式”和“悬臂式支承结构”。笔者认为弹性簧片支承悬臂结构螺旋秤更稳定可靠,适应性强,计量精度较好,应优先选用。

(4)粉体物料的流动状态受物料性质和系统工艺环境及其变化影响很大,因此力求工艺系统各环节下料连续均衡、稳定、防止塌仓冲料十分重要。对于要求计量精度较高的使用环节,除了螺旋秤特殊加工制作外,最好系统设有“在线”称重校正仓或“离线”校验装置,以备经常定期校验和调整螺旋秤精度状态。

5 结语

(1)基于螺旋秤的结构和工作原理的局限性,尤其物料流速与螺旋转速常常没有稳定的线性关系,又没有办法直接测出料流实际流速,加上电源频率、电乐等条件变化,往往导致不可忽视的速度误差。国产无缝钢管内径和厚度误差较大,大直径螺旋加工有一定难度,常常导致螺旋间隙偏大。另外,有些物料在螺旋管内容易粘附或窜料等都会造成不可忽略的误差,所以,螺旋秤计量控制精度不高,一般误差值为l.0%~3.0%左右,有时更大。因此,不宜用于要求计量精度很高的重要场合,但必要时可设速度补偿环节和配置在线称重校正仓,以保证较高计量精度。

(2)粉体物料的料流连续性、流动性、均匀稳定性和粘附性对计量精度和稳定正常运行影响明显,因此应保证物性和仓压比较稳定,料仓出料均匀顺畅,防止塌仓冲料或起拱堵料。另外,电网电压频率比较稳定,秤体上无明显积灰积料,保持秤体各部分重量不变,对保证计量精度至关重要,必须给予足够保障。

(3)螺旋秤系统虽不算复杂,但各家技术和产品质量水平差异较大,比较科学、完善的设计不多,特别在螺旋结构、软连接和间隙控制方面至关重要,应选择有技术实力和设计优秀、制造精良的产品。这样虽然设备成本可能偏高,但从长期使用考虑应是最经济、最实效的方法。

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