摘 要：本文就双变频卧螺离心机差转速的实现方式、计算方法进行阐述，最后通过对比说明双变频卧螺离心机采用数字传感器监测差转速的优点。
关键词: 变频调速；卧式螺旋卸料沉降离心机；卧螺离心机；差转速；传感器
卧式螺旋卸料沉降离心机（简称卧螺离心机）是螺旋卸料沉降离心机的一种，具有处理能力大、应用范围广、可连续进出料运转平稳、故障率低、经济性高、分离因素调节范围宽等特点，在化工生产中的产品分离、水处理等环节得以广泛使用。
卧螺离心机的工作原理：当要分离的悬浮液进入高速旋转的离心机转鼓后，在离心力的作用下，转鼓内形成了一环形液池，重相固体粒子离心沉降到转鼓内表面上而形成沉渣，由于螺旋叶片与转鼓的相对运动，沉渣被螺旋叶片推送到转鼓小端的干燥区，从排渣孔甩出。在转鼓的大端盖上开设若干溢流孔，沉清液便从此处流出经机壳的排液室排出[1]。螺旋叶片与转鼓的相对运动是由转鼓的绝对转速与螺旋输送器的绝对转速之差（简称差转速）提供的。差转速大，螺旋的输渣量大离心机的处理能力也就大，但差转速过大，会使机内流体扰动加剧，造成分离沉清液中含固量增加，且会缩短沉渣在干燥区的停留时间，增大沉渣的含湿量[2]；差转速小，离心机可以得到含湿量较低的沉渣和含固量较少的沉清液，但差转速太小，会使螺旋的输渣量降低离心机的处理能力下降，同时螺旋需要的输入扭矩增大。所以转鼓与螺旋差转速的调节、监控，是卧螺离心机操作控制要点之一，若差转速调节、监控不到位，不仅离心机处理能力、分离效果达不到设计工况，还会频繁发生堵料、过载跳车，甚至产生设备损坏事故。所以卧螺离心机在运行过程中对转鼓与螺旋差转速进行可靠的监测、控制是非常重要的。
一、卧螺离心机差转速的实现方式
卧螺离心机差转速的实现方式目前应用较多的主要有以下几种：
1、离心机设置齿轮差速器，转鼓、螺旋电机采用单速电机不进行调速，电机通过皮带传动驱动转鼓、差速器输入轴按设计单一转速旋转，转鼓与螺旋通过差速器形成固定的差转速。这种方式差转速可通过停机更换不同尺寸的皮带轮来调整，运行中不可调整。
2、离心机螺旋设置调速型液力耦合器及供油系统，转鼓电机配置变频器。转鼓、螺旋电机通过皮带传动驱动转鼓、液力耦合器输入轴旋转。转鼓电机采用变频器进行调速，螺旋通过液力耦合器进行调速，运行中按照需要调整转鼓转速并使转鼓与螺旋成一定差转速，可一定范围无极调速。
3、离心机设置双调速型液力耦合器，设置液力耦合器供油系统，运行中通过液力耦合器分别调整转鼓、螺旋的转速和输入力矩并使转鼓与螺旋成一定差转速，可一定范围无极调速。
4、离心机设置齿轮差速器，转鼓、螺旋电机均采用变频器进行调速，转鼓、螺旋电机通过皮带传动驱动转鼓、差速器输入轴旋转，运行中按照需要调整转鼓、螺旋电机转速并使转鼓与螺旋成稳定差转速，可一定范围无极调速。此种调速方式以下简称双变频调速，是目前应用最为广泛的调速方式之一。
二、双变频调速卧螺离心机差转速的计算
双变频调速卧螺离心机转鼓电机与转鼓、螺旋电机与差速器输入轴大多采用皮带传动，这样可以减少各自振动的相互叠加、缓冲负荷波动造成的冲击保护设备部件使机器运转平稳。双变频调速卧螺离心机转鼓与螺旋大部分都是同向旋转，但低速离心机也有采用转鼓与螺旋按相反方向旋转的设计。转鼓、螺旋驱动电机根据离心机结构设计，布置在转鼓的同一端或者分别布置在转鼓的两端，驱动电机在转鼓两端布置且与主机采用带传动的两相分离卧螺离心机，其结构简图如下图。
1-转鼓驱动电机 2-转鼓传动带 3-进料管组件 4-转鼓带轮 5-转鼓轴承组件 6-转鼓轴承座组件 7-螺旋轴承组件 8-转鼓部件 9-螺旋部件 10-差速器 11-螺旋带轮 12-螺旋传动带 13-螺旋电机带轮 14-螺旋驱动电机 15-转鼓电机带轮
双变频调速卧螺离心机差转速的计算一般有下列两种方式：
1、根据变频器输出频率计算电机转速，然后根据所采用的传动型式按传动比计算转鼓转速、螺旋转速及其差转速，以V型带传动为例:
n=（na×ia-nb×ib）/i （式1）
n —转鼓与螺旋差转速（r/min）
na —转鼓驱动电机转速（r/min）
ia —转鼓驱动电机带轮与转鼓带轮传动比，V型带传动[3]ia =da2/[(1-εa)da1]
da2 —转鼓驱动电机带轮节圆直径（mm）
εa —转鼓驱动电机带轮与转鼓带轮带传动滑动系数
da1 —转鼓带轮节圆直径（mm）
nb —螺旋驱动电机转速（r/min），当转鼓与螺旋反向旋转时带入负值，同向旋转时带入正值
ib —螺旋驱动电机带轮与差速器带轮传动比，V型带传动[3]ib =db2/[(1-εb)db1]
db2 —螺旋驱动电机带轮节圆直径（mm）
εb —螺旋驱动电机带轮与差速器带轮带传动滑动系数
db1 —差速器带轮节圆直径（mm）
i —差速器速比
2、安装运行状态连续监测的转速数字传感器或采用便携式转速表对转鼓、差速器输入轴进行转速测量，然后根据实测转速进行差转速计算：
n=（nz-nL）/i （式2）
n —转鼓与螺旋差转速（r/min）
nz —转鼓实测转速（r/min）
nL —差速器输入轴实测转速（r/min），当转鼓与螺旋反向旋转时带入负值，同向旋转时带入正值
i —差速器速比
三、双变频调速卧螺离心机差转速的监测
1、双变频调速卧螺离心机若未设置转鼓、螺旋运行状态连续监测的数字转速传感器，根据上述（式1）的公式原理，可进行转鼓及其驱动电机转速、螺旋及其驱动电机转速、转鼓与螺旋差转速的预定运行状态输入设定，但不能实现实际运行状态的连续监测反馈，这存在下列不足：
实际负载运行状态下的情况与理论计算存在一定误差，而且这个误差不是固定的。首先电机实际运行的各个转速状态是根据变频器输出电流频率计算出来的就可能存在误差；其次电机转速换算为转鼓带轮、差速器带轮转速，实际运行过程中传动带形变等原因导致滑动系数改变，进而造成传动比改变导致换算结果产生较大误差。这些误差导致差转速计算结果不准确很可能影响到离心机调整的合理性；
转鼓、螺旋转速及其差转速只能进行预定运行状态输入设定，没有实际运行情况反馈。离心机实际运行过程中处理物料特性、进料量不可能做到绝对的恒定，若产生波动很可能造成螺旋转动阻力变化从而导致差转速产生变化。由于没有设置适时数字测速探头，这种变化不能及时反应及跟踪调节，易造成离心机堵转；
根据生产需要一个工序往往有几台离心机同时运行，依靠人工现场盯守调节效率低下且很难全部跟踪到位。由于没有设置转鼓、螺旋运行状态适时监测的数字测速探头，不能实现运行状态适时报警和联锁，传动系统故障或打滑、离心机堵转等不能及时得以发现，容易造成离心机传动带起火、设备损坏、处理不合格物料送往后工序等事故发生。
以上问题，即使配合人工采用便携式转速表进行间歇监测，也无法得以解决。
2、双变频调速卧螺离心机通过设置转鼓、差速器输入轴实际运行状态连续监测的数字转速传感器，配套可编程的监视控制器，既可按上述（式1）的公式原理，进行转鼓及其驱动电机转速、螺旋及其驱动电机转速、转鼓与螺旋差转速的预定运行状态输入设定，又能按前述（式2）的公式原理进行实际运行状态反馈，这具有以下优点：
采用数字转速传感器直接连续测量转鼓、差速器输入轴转速，通过（式2）由可编程控制器时时得出转鼓与螺旋差转速，其结果准确性高，具有较强的运行操作指导意义；
由于增加了转鼓、螺旋及其差转速的实际状态连续监测，离心机不仅可进行预定运行状态输入设定，还可将实际运行状态通过可编程监视控制器进行适时反馈、与输入设定进行比对，并根据微小变化情况对离心机进料量进行适时自动调节（需要安装进料自动调节阀门），有效防止离心机堵转；
转鼓、螺旋转速及其差转速连续监测的结果，通过可编程监视控制器与（式1）理论计算的转鼓、螺旋转速及其差转速进行比较，实现报警及联锁停机，提高人工效率并对设备进行有效保护，例如当监测到转鼓与螺旋实测差转速低于（式1）理论值某一个数值时关小直至关闭进料自动调节阀门、实测值与（式1）理论值相差超过一定数值时故障联锁停机等。
由此可见，双变频卧螺离心机配合可编程监视控制器设置运行状态连续监测的数字转速传感器是非常有意义的。
四、结束语
随着自动化仪表的不断进步，可靠性不断提高而成本逐渐降低，其应用的优越性越来越明显。尽管卧螺离心机技术已非常成熟和可靠，但用户还是应结合自身情况，对差转速等采用自动化仪表进行监测、控制，以达到尽量降低人工成本、提高设备运行稳定性及可靠性的目的。
参考文献
［1］孙启才，金鼎五主编.离心机原理结构与设计计算.机械工业出版社.，1987.3：Pg338
［2］全国化工设备设计技术中心站机泵技术委员会.工业离心机选用手册.化学工业出版社.，1999.3：Pg163
［3］成大先主编.机械设计手册第五版第3卷.化学工业出版社，2008.4:13-11
论文作者:张玉书
论文发表刊物:《科技新时代》2019年5期
论文发表时间:2019/7/23
标签：转速论文; 离心机论文; 螺旋论文; 转鼓论文; 电机论文; 差速器论文; 带轮论文; 《科技新时代》2019年5期论文;