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0 引言

定量給料計量系統(tǒng)的給料設備和控制方案多種多樣，應用中存在一些問題。尤其隨著生產(chǎn)規(guī)模大型化和自動化水平的提高，對設備的穩(wěn)定可靠性和運轉率提出更高的要求；另一方面，隨著立磨等新設備的廣泛應用和替代原材料的多種多樣，工藝上對物料水分、粒度明顯放寬，物性變化較大，這都使給料計量控制難度加大、問題較多。因此，優(yōu)化給料設備和控制方案已成為散狀固體物料的給料計量、配料控制技術發(fā)展的重要課題。

1 定量給料秤的給料方式

總體可分為兩種：一種叫“拖料給料”方式。即在供給料倉與秤體皮帶之間設有進料斗，通過皮帶運行把倉下料斗中的物料直接拖出，再經(jīng)過稱重測量輸送到下一級生產(chǎn)環(huán)節(jié)。進料斗出料口閘門一般由人工控制開度，從而調節(jié)皮帶上的料層厚度（即皮帶負荷）。在出料閘門開度一定的條件下，通過調節(jié)皮帶運行速度來調節(jié)給料秤的瞬間流量和定量控制。拖料給料方式是集給料輸送、稱重計量和定量控制功能為一體的高度集約化的給料計量方式。

另一種叫“預給料給料”方式。即在供料倉與定量給料秤之間設有預給料裝置，通過預給料裝置把供料倉的物料送到給料秤皮帶上，通過調節(jié)控制預給料裝置的瞬時流量來調節(jié)定量給料秤的基本流量，即預給料給料方式是在一個系統(tǒng)中把給料和計量功能分由兩個設備完成。

2 給料方式選擇的主要依據(jù)和注意的問題

定量給料秤的給料方式主要依據(jù)物料的流動和黏滯性程度特點確定，但有時也與具體工藝條件甚至設計者的經(jīng)驗習慣有關。據(jù)此，筆者把散狀固體物料分為四類 [1] ，即自由流動物料、黏滯性物料、傾瀉性物料和流態(tài)化物料。其中自由流動物料一般都采用拖料給料方式， 其余三類物料一般都需采用預給料方式，而且根據(jù)其流動性不同導流機構往往也有所不同。同一類物料的流動性和黏滯性也往往有較明顯差異，有的工藝條件下堵卡料成主要問題，有的工藝條件下沖跑料成為主要問題。所以，必須根據(jù)具體情況選擇給料方式和給料設備，但凡是可以采用拖料給料的都應優(yōu)先選用拖料給料方式。

3 松散自由流動物料的給料計量設備系統(tǒng)

水泥工業(yè)生產(chǎn)中，大部分塊、粒狀和水分稍大的粉體物料都屬于松散自由流動物料，一般均采用拖料給料方式。系統(tǒng)由供料倉 + 定量給料秤及其電控設備組成（見圖 1 ）。 這種拖料給料方式，系統(tǒng)設備少，布置緊湊，占用空間高度小，給料控制特性好，容易保證較高的穩(wěn)定性和使用精度，建設和設備投資少，安裝維護簡單經(jīng)濟。設計選用時應注意以下幾點：

1 ）確保供料倉連續(xù)、穩(wěn)定、順暢下料，不起拱棚倉、不塌倉沖料，基本以整體流方式下料是系統(tǒng)正常連續(xù)運行的基礎， 是保證良好控制精度的前提條件，這也是目前實際生產(chǎn)中問題較多而重視不夠的問題。為此筆者建議：供料倉的容量適宜，最好為最大給料量 1～3h 的料量，最大不超過 8h 的料量。 如果工藝上已設計為大庫供料，則其錐體與水平方向成 70° 角左右為好，必要時在錐體內(nèi)壁加裝高分子聚乙烯板或不銹鋼板等光滑材料，以減少下料阻力和防止物料黏附倉壁，同時，料倉出料口亦盡量大一些。

2 ）定量給料秤一般采用“普通進料斗”，盡量避免采用“振動進料斗”。 普通進料斗常見有兩種結構：一種是上口大，下口小，三側或四側面傾斜呈錐形的漏斗型結構。 其優(yōu)點是上進料口大，使得料倉下料口也較大，對料倉下料有利。 但錐形結構容易造成物料在料斗中起拱堵料，下料阻力也較大，尤其當料斗高度較大時這一問題更為突出。另外，如果皮帶較寬時上述優(yōu)點也就不明顯了。另一種是三側面鉛直而后側面傾斜的 T 型進料斗。 這種料斗結構對下料沒有阻力，更不會起拱堵料，在此基礎上改進的 TK 型進料斗采用前寬后窄梯形截面和鍥形傾斜底邊結構，能有效地克服堵卡料和劃傷皮帶等常見難題，后側面傾斜有效地減少了物料倉壓，尤其適用于皮帶較寬的情況。

3 ）拖料給料計量控制系統(tǒng)主要有兩種控制方案：一是“現(xiàn)場控制”，即根據(jù)生產(chǎn)要求由現(xiàn)場操作人員采用內(nèi)給定的設定方式操作。定量給料秤運行中瞬時流量的測量值除顯示外，同時與設定值比較運算，所得的偏差值作為調節(jié)量輸入給調節(jié)執(zhí)行機構，使其根據(jù)調節(jié)量的大小和方向調節(jié)控制皮帶速度，從而使定量給料秤的瞬時流量趨近和達到設定的目標值，實現(xiàn)自動定量給料控制。二是“中控室控制”方式，即定量給料秤運行的流量等狀態(tài)參數(shù)輸送給中控室，由中控室操作人員根據(jù)生產(chǎn)要求確定流量設定目標值，采用自動或手動以外給定的方式輸送給定量給料秤的控制器，經(jīng)過類似上述運算和調節(jié)控制過程，實現(xiàn)定量給料秤自動定量給料控制。這種大閉環(huán)調節(jié)控制方式主要有利于中控室全面了解各環(huán)節(jié)情況，統(tǒng)籌掌控配料系統(tǒng)，便于各個生產(chǎn)環(huán)節(jié)協(xié)調配合。但系統(tǒng)相對較復雜，并需做好中控室與操作現(xiàn)場良好配合，而且應該采取完全閉環(huán)自動控制。有的企業(yè)采用中控室人工操作、手動控制，容易造成人機不協(xié)調，系統(tǒng)控制紊亂，甚至不能穩(wěn)定正常運行。

4 黏濕物料的給料計量設備系統(tǒng)

黏濕性物料由于黏滯性強流動性很差等特性，在料倉和給料輸送過程容易發(fā)生起拱棚倉、堵卡料和黏附設備，是固體物料給料計量和流量控制難度較大的一種物料，一般均采用預給料的給料方式。常用的預給料設備主要有：板式給料機（即板喂機）、圓盤給料機、筒倉卸料器和皮帶給料機等。 在水泥行業(yè)采用最多的是板喂機，常見的典型系統(tǒng)方案如下：

1 ）供料倉 + 板喂機 + 定量給料秤系統(tǒng)（見圖 2 ）。 對于供料倉的要求基本與上述介紹類似，不再重復。

由于物料的黏滯性程度不同等原因，定量給料秤所采用的進料斗有以下兩種：一種是“普通進料斗”。主要適應水分和黏滯性相對較小的物料。要求在滿足最大料層厚度（即最大閘門開度）的條件下，使進料斗的高度也盡量小一些，進料口大一些。從而使進料更順暢，減少物料在料斗內(nèi)黏附堵料，減輕板喂機下料對秤體皮帶的沖擊，對提高皮帶使用壽命和系統(tǒng)計量精度十分有利。尤其在皮帶寬度為 1200mm 以上時，進料斗的進料口可以達到足夠大，對黏濕性物料的適應性明顯提高，此時應盡量考慮選用普通進料斗。

另一種是“振動進料斗”。適用水分較大、黏附性很強的物料，不采用振動難以保證物料從進料斗中連續(xù)順暢拖出。振動進料斗為上口大、下口小，三側面或四側面傾斜呈錐體漏斗型結構。其上進料口較大（一般為 1.0m×1.0m 左右），高度較大 （一般為 1.3m 左右），設有振動器，通過振動保證物料連續(xù)排出。 但其結構較復雜、質量大、成本高、安裝維護較復雜，尤其是板喂機下料高度較大，物料對秤體皮帶造成較大沖擊，容易沖損皮帶和影響定量給料秤穩(wěn)定運行及計量精度。因此，在生產(chǎn)運行時應使料斗中始終保持一定量的物料，以減輕沖擊影響。另外，在定量給料秤停止運行時，必須連鎖停止振動器振動，否則將振實物料，起相反作用。

2 ）供料倉 + 板喂機 + 穩(wěn)流料斗（倉） + 定量給料秤系統(tǒng)（見圖 3 ）。 增設中間穩(wěn)流料斗（倉）的目的是保證出料連續(xù)、均勻、穩(wěn)定。但由于所在空間位置往往有限，一般穩(wěn)流料斗的容量僅有 1.5～2m 3 。為此板喂機的給料速率必須與定量給料秤的給料速率很好跟蹤匹配。 常見有兩種跟蹤控制方式：一種是按速度比例跟蹤，該系數(shù)主要靠操作人員摸索經(jīng)驗確定，并隨物料性質、流量等工況變化做適當調整。另一種跟蹤控制方式是根據(jù)穩(wěn)流料斗的料位或料重控制。即在穩(wěn)流料斗上安裝料位計或稱重裝置，由料位計或稱重裝置根據(jù)目標值控制板喂機給料。當物料性質、流量和給料狀態(tài)比較穩(wěn)定時這種給料方式容易滿足使用要求，但當這些因素變化時，很容易發(fā)生紊亂，不能協(xié)調匹配。尤其因為穩(wěn)流料斗容量很小，往往起不了穩(wěn)流和保障給料連續(xù)穩(wěn)定功能。因此筆者認為應慎重采用。

3 ）黏濕性物料給料計量設備的新方案

上述板喂機預給料方式是一種傳統(tǒng)的廣泛采用的方式，其系統(tǒng)設備較復雜，占用空間位置特別是高度大，設備相互匹配和控制較復雜，建設和設備投資較大，相對故障率較高、穩(wěn)定性較差，維護工作量較大，實際使用控制精度不高。隨著鏈板式稱重給料（機）秤和皮帶式強制給料定量給料（機）秤研制成功和應用，采用集給料輸送、稱重計量和定量控制一段式拖料給料計量方案使黏濕性物料計量控制更為理想。其系統(tǒng)簡單，運行穩(wěn)定，控制優(yōu)良，高度降低（可以降低 3m左右）。 其設備方案分兩種：一是供料倉 + 鏈板稱重給料秤，如土耳其某水泥廠采用 Aumund 公司的深槽板式稱重給料秤，合肥院設計的沙特 Najran 水泥廠采用 Hasler 公司的鏈板定量給料秤等。在實際運行中完全滿足使用要求，取得很滿意的效果。 另一種是供料倉 + 強制給料定量給料（皮帶）秤。 主要是秤體設計方面考慮了較大料倉下料口和采用特殊給料皮帶等新技術，實現(xiàn)了連續(xù)穩(wěn)定順暢出料。這種方式在海南某水泥廠應用取得十分滿意的效果。這種強制給料定量給料秤與鏈板式給料秤相比較，設備質量輕、高度小、價格低一半左右，安裝維護更簡單方便，運行更穩(wěn)定可靠，控制精度高，給料速度可以較高。

5 傾瀉性流態(tài)化粉體物料的給料計量系統(tǒng)

對于這類自由流動性極強的粉體物料，不能靠出料口閘門開度調節(jié)控制料流，必須設置預給料設備調節(jié)控制流量。一般常用回轉葉輪給料機、管螺旋給料機、 水平刮板給料機和給料斜槽 + 流量閥等預給料裝置給料。 葉輪給料機結構簡單、體積小、布置安裝方便，在國內(nèi)外多被采用。但值得注意：國產(chǎn)一般的葉輪給料機由于結構設計和制造精度等原因，往往不能嚴格控制住料流流量，容易發(fā)生漏料、沖跑料或堵卡料，而且流量調節(jié)范圍較窄，不夠平緩。據(jù)筆者經(jīng)驗，管螺旋給料機雖然長度尺寸較大，但其設備高度小，對物料物性和環(huán)境條件適應性強，可靠性高，流量調節(jié)范圍較大且平滑。尤其可根據(jù)實際物料特性和工藝布置要求選配螺旋結構設備尺寸，所以，推薦作為首選預給料設備。這兩種預給料機屬于強制給料方式給料，控制特性較穩(wěn)定，受干擾因素少，適合給料量在 150～200m 3/h 以下的中小流量場合。 對于在 200m 3 /h 以上的大流量場合，推薦優(yōu)先選用給料斜槽上設流量閥的預給料方案。在物料特性、斜槽傾角和送料風量、風壓等條件一定時，瞬時給料量取決于流量閥閥門的開度，物料是靠自重和料流的側壓力“自然”流出。所以，流量閥的開度越大，越有利料流均勻、穩(wěn)定、順暢。因此，大流量時給料更容易穩(wěn)定，控制效果更好。 另外，在物料流動性極好、受倉壓等影響較大，采用一級預給料裝置仍然容易發(fā)生沖跑料時，可以采用雙級預給料方式。如：供料倉 + 葉輪給料機 + 螺旋給料機 + 定量給料秤， 或供料倉 + 葉輪給料機 + 給料斜槽上設流量閥 + 定量給料秤系統(tǒng)等。 顯然這類給料計量系統(tǒng)設備多、高度大、控制系統(tǒng)較復雜、安裝維護也較麻煩。

6 預給料方式計量系統(tǒng)的調節(jié)控制方式

1 ）物料流量的調節(jié)方式

預給料方式給料計量系統(tǒng)的流量調節(jié)方式可分為兩種，一種是定量給料秤皮帶恒速運行，通過調節(jié)控制預給料裝置瞬時給料量實現(xiàn)定量給料控制的“單調節(jié)控制”；另一種是把預給料裝置的給料量作為主要調節(jié)控制對象，同時對定量給料秤的皮帶速度進行同步跟蹤調節(jié)控制，實現(xiàn)定量給料的“雙調節(jié)控制”。文獻 [1] 對兩種控制方式的特點做了詳細的介紹。

2 ）物料流量的控制方式

預給料方式計量系統(tǒng)可以采用現(xiàn)場控制或中控室控制方式，現(xiàn)代化企業(yè)采用中控室控制方式較多?？刂葡到y(tǒng)設計時應注意以下幾點：

①推薦優(yōu)先選用雙調節(jié)（包括多調節(jié)）方式，并且必須把能夠直接調節(jié)物料流量一級預給料執(zhí)行機構作為主控對象，二級預給料機構和皮帶速度只作為隨動跟蹤調節(jié)控制對象，以保證系統(tǒng)運行比較穩(wěn)定和較好的控制精度。

②預給料裝置與稱重計量裝置須統(tǒng)一組成完整的閉環(huán)調節(jié)系統(tǒng)， 不得采用人工單獨控制給料裝置，或給料裝置與進料斗倉組合控制而定量給料秤另行單獨閉環(huán)調節(jié)控制的分別控制方式。國內(nèi)雖有此類方式應用，但實際難以保證兩部分穩(wěn)定協(xié)調配合，因為定量給料秤單獨成閉環(huán)控制系統(tǒng)實際上使其缺失了調節(jié)流量的執(zhí)行機構，從而往往造成系統(tǒng)不能穩(wěn)定正常運行。

③預給料計量系統(tǒng)是長滯后反饋控制系統(tǒng)，出倉物料只有“流”到定量給料秤的稱重段才被測重稱量進行反饋控制調節(jié)。 所以，生產(chǎn)時保持料流連續(xù)均勻穩(wěn)定是保證較高計量精度和穩(wěn)定正常運行的必要條件，應足夠重視。

7 結束語

定量給料秤的給料和控制方案，必須根據(jù)實際物料的流動、黏滯等特性程度和設備組成精細考慮確定，優(yōu)先選用拖料給料方式和新型給料技術設備。 對于預給料系統(tǒng)的閉環(huán)調節(jié)，必須包括流量調節(jié)的執(zhí)行機構，并把一級預給料機構作為主控對象，采用雙調節(jié)方式。 避免采用人機手動與自動混合控制方式。 合理匹配的給料控制系統(tǒng)是保障和提高系統(tǒng)穩(wěn)定可靠、完好運轉率和計量精度的基礎，隨著生產(chǎn)規(guī)模大型化、生產(chǎn)過程自動化和現(xiàn)代化管理水平的提高，優(yōu)化設計給料計量控制系統(tǒng)更顯重要。

 

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