转子秤粉体计量系统与科里奥利粉体计量系统的比较

嵇 浩

（合肥迈特科技工程股份有限公司，安徽 合肥 230001）

0 引言

现代新型干法水泥生产工艺中，入窑生料的计量与定量给料、窑头煤粉的计量以及矿粉、熟料粉的定量配制水泥等，都需要对粉体物料进行连续计量与定量给料。因此，高性能的粉体计量与定量给料系统，成为水泥生产系统的一个重要环节。

传统的粉体计量控制系统是采用调速螺旋绞刀，配套固体流量计组成简单的单回路调节系统。其基本工作原理是通过流量计的检测与反馈，将瞬时流量与设定值进行比较，实时调节螺旋绞刀的转速，从而实现物料瞬时流量与设定值的同步。从控制角度上看，这种调节方式稳料性差，给料调节非线性，并且与计量装置分离，具有明显的时滞缺陷。转子秤粉体计量系统与科里奥利粉体计量系统，是近年来发展起来的具有代表性的两种改进型粉体计量与定量给料系统。与传统的粉体计量控制系统相比，改进型计量系统在结构上将计量装置与调节控制装置巧妙地结合起来，同时对调节装置的功能进行优化，实现了各种工况下粉体物料的线性调节。本文主要对转子秤粉体计量系统与科里奥利粉体计量系统的工作原理及其特点进行了比较和分析。

1 科里奥利粉体计量系统

1.1 科里奥利粉体计量系统的组成及工作原理

科里奥利粉体计量系统的组成如图1 所示，主要由粉体仓、转子给料机、科氏流量计、锁风螺旋泵和控制系统组成。

图1 科里奥利粉体计量系统

科里奥利粉体计量系统的工作原理是：料仓内的粉体物料由转子给料机喂入科氏流量计，粉体物料流量大小由科氏流量计测得，并根据流量大小调节转子给料机的转速，实现定量给料。科氏流量计系利用科里奥利（CORILIS）原理测量料流质量的测量装置。科氏体流量计由机械装置和控制系统组成，机械装置主要包含驱动装置、测力装置、测量转轮、壳体等部分。科氏流量计如图2 所示。

图2 科氏流量计

科里奥利测量的工作原理为：粉体物料从壳体中心进入测量转轮，经锥形转向装置，物料流动的方向发生偏转，进入导向叶片之间的导流槽内，随测量转轮以角速度进行旋转。料流由于受到离心力的作用，加速向测量转轮的外缘运行。此时，粉体微粒沿导向叶片以科氏速度加速运行，产生科氏加速度和科氏力（=×）。该力对转动中心形成一个力矩。该力矩与物料质量成正比，即：=××，力矩与物料质量成正比，测得力矩即可得知物料的质量。上述公式成立的前提条件是：转轴的角速度必须是恒定值，即无论物料质量如何变化，始终应保持恒定。只有这样科里奥利原理才成立，测量结果才是真实的。

1.2 科里奥利粉体计量系统存在的技术问题

1.2.1 采用普通电机在负荷变化时不能保持恒定转速

目前，国产科里奥利粉体计量系统，科氏流量计所用电机系普通电机，当负荷发生变化时，比如给料量从1t 变化成2t，电机的转速就会发生变化，转速发送变化，测量力矩值亦随之变化，就无法与流量对应。

1.2.2 转轴支承的密封问题

由于科氏力的测量值是转轴的力矩，转轴在旋转时，其支承轴承的灵活性对转轴力矩影响很大。目前国产科氏力转轴支承采用滚动轴承，在有压力和粉尘时，轴承的密封和润滑不良的问题十分突出。轴承长期运行时的灵活性由于得不到保证，在使用一段时间后，轴承灵活性就越变越差，以至于无测量精度可言。国外科氏力流量计采用的是空气轴承，其工作特点是用压缩空气将轴支承起来。测量精度有所改善，但长期运行的稳定性仍有待提高。科氏力称现场运行情况如图3 所示。

图3 科氏力称现场运行情况

1.2.3 控制系统滞后，系统运行稳定性差

科里奥利粉体计量系统在控制上是个单环调节系统，其原理是：由科氏流量计检测出料量大小，反过来调节上面的给料机，如检测料量大，就通过调节上面给料机速度使之变小；反之，如检测料量小，给料机速度就调节使其变大。由于科氏流量计是检测出料量信号后，再反馈给上游喂料机进行调节，而此时的被测物料已经进入下游生产线。因此，科里奥利粉体计量系统调节控制是一个滞后的追踪系统，物料的变化量在进入生产线前不能进行调节，系统运行的稳定性得不到保证。

2 转子秤粉体计量系统

2.1 转子秤粉体计量系统的组成及工作原理

转子秤粉体计量系统的组成如图4 所示。转子秤粉体计量系统主要由喂料均匀稳定的水平式多层转子喂料机、称重精确的转子天平称重装置、锁风螺旋泵和控制系统等组成。

转子秤粉体计量系统工作原理是：储仓内的粉体物料由水平多层转子给料机均匀稳定地喂入转子天平称重装置，粉体物料流量大小由转子天平称重装置精确测得，并将此信号输入控制系统进行处理。控制系统将实测流量与设定流量相比较，用所得偏差值调节多层水平转子给料机和转子天平称重装置的转速，实现系统最佳运行状态和定量给料。多层水平转子给料机的转速跟踪转子天平称重装置的转速并同步调节，系统运行时可根据料仓重量的变化（单位时间重量减少量）对系统进行在线标定，从而保证系统稳定、准确地运行。

转子天平称重装置主要由支架、壳体、叶轮转子、称重装置以及驱动装置等部分组成。其工作原理是利用密封的叶轮转子抑制粉体的自流动，物料的运动完全由叶轮转子来驱动，通过调整叶轮转子的转速来控制给料量的大小。壳体组件通过称重装置沿称重轴支撑在支架上，进出料口亦沿称重轴布置。粉体物料随着叶轮转子的转动填充到叶轮的各扇形区域，由出料口落入下级工艺设备。转子天平称重装置如图5 所示。

图5 转子天平称重装置

2.2 转子秤粉体计量系统的特点

2.2.1 给料均匀可靠

针对粉状物料的流动性较强，容易出现冲涌和溢流的特点，转子秤粉体计量系统在定量计量过程中采用水平多层转子给料机作为给料装置，水平多层转子给料机采用多层旋转式迷宫结构。强制输送、灌料，严密的密封装置，大口径并带有搅拌装置的转子结构，有效地解决了各种粉体物料的串料、结拱等现象。

2.2.2 测量准确

转子秤粉体计量系统采用转子天平称重装置，对水平多层转子给料机供给的粉体物料进行称重，并通过调节转子天平称重装置的电机转速实现系统的精确计量和定量喂料。转子天平称重装置采用严格密封的多分格，环状天平旋转结构。粉体物料的进出料口和支点在圆盘的同一中轴上，有效地克服了物料进料时的微冲击和出料口的气压变化对称重的影响。

2.2.3 系统运行稳定

转子秤粉体计量系统具有预测控制核心技术，预测控制技术也叫智能双级调速技术。即在物料未进入生产线前对其流量加以调节，使进入生产线的物料量均匀、准确、定量。这种预测控制技术可提前检测出任何物料的波动，并在物料被移送到工艺线前瞬时加以校正。

2.2.4 系统应用技术更综合

转子秤粉体计量系统不仅仅解决了粉体的计量问题，而且从系统工程角度出发，对系统各个环节加以全面的考虑，如锁风装置、气力输送系统、输送管道、抽放气系统、风机等均有一整套的理论计算和完整的应用技术方案，即转子秤粉体计量系统是解决粉体问题的一整套方案。

3 转子秤粉体计量系统与科里奥利粉体计量系统的比较

转子秤粉体计量系统与科里奥利粉体计量系统是两种不同的计量控制系统。转子秤粉体计量系统采用环壮天平传感器进行测量，准确直观。而科里奥利粉体计量系统是测量转轴力矩，测量精度受电机转速、轴承质量等的影响，长期测量，其准确性较差。

转子秤粉体计量系统采用双环调速，给料机与称重转子秤同时调节，物料的波动被转子天平称重装置检测。此时的波动量，也就是粉体的变化量在转子秤内，并没有进入生产线。因而可根据波动量大小自动调节转子天平称重装置的转速，以实现进入生产线后的物料量准确恒定。通过预测控制技术，可提前检测出任何物料的波动，并在物料被移送到工艺线前瞬时加以校正，各种对喂料量的干扰影响在进入生产线之前得以补偿，从而实现喂料量的稳定和准确。而科里奥利粉体系统是单环调节，物料的波动量被检测后，已进入生产线，调节滞后，从而波动大且稳定性差。

4 结束语

综上所述，转子秤粉体计量系统与科里奥利粉体计量系统是两种不同的计量控制系统。科里奥利粉体计量系统是测量转轴力矩，测量精度受电机转速、轴承质量等的影响，长期测量，其准确性较差。而转子秤粉体计量系统采用双环调速，给料机与称重转子秤同时调节，物料的波动被转子天平称重装置检测，因而可根据波动量大小自动调节转子天平称重装置的转速，以实现进入生产线后的物料量准确恒定。经过大量的运行实践表明，转子秤粉体计量系统运行稳定、计量准确、调节范围宽、可靠性高，系统整体性能较科里奥利粉体计量系统更为优越。基于其上述优点，转子秤粉体计量系统已成功应用于水泥、建材、冶金、有色金属等行业。