0 引言

定量给料计量系统的给料设备和控制方案多种多样，应用中存在一些问题。 尤其随着生产规模大型化和自动化水平的提高，对设备的稳定可靠性和运转率提出更高的要求；另一方面，随着立磨等新设备的广泛应用和替代原材料的多种多样，工艺上对物料水分、粒度明显放宽，物性变化较大，这都使给料计量控制难度加大、问题较多。因此，优化给料设备和控制方案已成为散状固体物料的给料计量、配料控制技术发展的重要课题。

1 定量给料秤的给料方式

总体可分为两种：一种叫“拖料给料”方式。 即在供给料仓与秤体皮带之间设有进料斗，通过皮带运行把仓下料斗中的物料直接拖出，再经过称重测量输送到下一级生产环节。进料斗出料口闸门一般由人工控制开度，从而调节皮带上的料层厚度（即皮带负荷）。在出料闸门开度一定的条件下，通过调节皮带运行速度来调节给料秤的瞬间流量和定量控制。拖料给料方式是集给料输送、称重计量和定量控制功能为一体的高度集约化的给料计量方式。

另一种叫“预给料给料”方式。即在供料仓与定量给料秤之间设有预给料装置，通过预给料装置把供料仓的物料送到给料秤皮带上，通过调节控制预给料装置的瞬时流量来调节定量给料秤的基本流量，即预给料给料方式是在一个系统中把给料和计量功能分由两个设备完成。

2 给料方式选择的主要依据和注意的问题

定量给料秤的给料方式主要依据物料的流动和黏滞性程度特点确定，但有时也与具体工艺条件甚至设计者的经验习惯有关。 据此，笔者把散状固体物料分为四类 [1] ，即自由流动物料、黏滞性物料、倾泻性物料和流态化物料。其中自由流动物料一般都采用拖料给料方式， 其余三类物料一般都需采用预给料方式，而且根据其流动性不同导流机构往往也有所不同。同一类物料的流动性和黏滞性也往往有较明显差异，有的工艺条件下堵卡料成主要问题，有的工艺条件下冲跑料成为主要问题。 所以，必须根据具体情况选择给料方式和给料设备，但凡是可以采用拖料给料的都应优先选用拖料给料方式。

3 松散自由流动物料的给料计量设备系统

水泥工业生产中，大部分块、粒状和水分稍大的粉体物料都属于松散自由流动物料，一般均采用拖料给料方式。 系统由供料仓 + 定量给料秤及其电控设备组成（见图 1 ）。 这种拖料给料方式，系统设备少，布置紧凑，占用空间高度小，给料控制特性好，容易保证较高的稳定性和使用精度，建设和设备投资少，安装维护简单经济。 设计选用时应注意以下几点：

1 ）确保供料仓连续、稳定、顺畅下料，不起拱棚仓、不塌仓冲料，基本以整体流方式下料是系统正常连续运行的基础， 是保证良好控制精度的前提条件，这也是目前实际生产中问题较多而重视不够的问题。为此笔者建议：供料仓的容量适宜，最好为最大给料量 1～3h 的料量，最大不超过 8h 的料量。 如果工艺上已设计为大库供料，则其锥体与水平方向成 70° 角左右为好，必要时在锥体内壁加装高分子聚乙烯板或不锈钢板等光滑材料，以减少下料阻力和防止物料黏附仓壁，同时，料仓出料口亦尽量大一些。

2 ）定量给料秤一般采用“普通进料斗”，尽量避免采用“振动进料斗”。 普通进料斗常见有两种结构：一种是上口大，下口小，三侧或四侧面倾斜呈锥形的漏斗型结构。 其优点是上进料口大，使得料仓下料口也较大，对料仓下料有利。 但锥形结构容易造成物料在料斗中起拱堵料，下料阻力也较大，尤其当料斗高度较大时这一问题更为突出。 另外，如果皮带较宽时上述优点也就不明显了。另一种是三侧面铅直而后侧面倾斜的 T 型进料斗。 这种料斗结构对下料没有阻力，更不会起拱堵料，在此基础上改进的 TK 型进料斗采用前宽后窄梯形截面和锲形倾斜底边结构，能有效地克服堵卡料和划伤皮带等常见难题，后侧面倾斜有效地减少了物料仓压，尤其适用于皮带较宽的情况。

3 ）拖料给料计量控制系统主要有两种控制方案：一是“现场控制”，即根据生产要求由现场操作人员采用内给定的设定方式操作。定量给料秤运行中瞬时流量的测量值除显示外，同时与设定值比较运算，所得的偏差值作为调节量输入给调节执行机构，使其根据调节量的大小和方向调节控制皮带速度，从而使定量给料秤的瞬时流量趋近和达到设定的目标值，实现自动定量给料控制仪表。 二是“中控室控制”方式，即定量给料秤运行的流量等状态参数输送给中控室，由中控室操作人员根据生产要求确定流量设定目标值，采用自动或手动以外给定的方式输送给定量给料秤的控制器，经过类似上述运算和调节控制过程，实现定量给料秤自动定量给料控制。这种大闭环调节控制方式主要有利于中控室全面了解各环节情况，统筹掌控配料系统，便于各个生产环节协调配合。 但系统相对较复杂，并需做好中控室与操作现场良好配合，而且应该采取完全闭环自动控制。有的企业采用中控室人工操作、手动控制，容易造成人机不协调，系统控制紊乱，甚至不能稳定正常运行。

4 黏湿物料的给料计量设备系统

黏湿性物料由于黏滞性强流动性很差等特性，在料仓和给料输送过程容易发生起拱棚仓、堵卡料和黏附设备，是固体物料给料计量和流量控制难度较大的一种物料，一般均采用预给料的给料方式。 常用的预给料设备主要有：板式给料机（即板喂机）、圆盘给料机、筒仓卸料器和皮带给料机等。 在水泥行业采用最多的是板喂机，常见的典型系统方案如下：

1 ）供料仓 + 板喂机 + 定量给料秤系统（见图 2 ）。 对于供料仓的要求基本与上述介绍类似，不再重复。

由于物料的黏滞性程度不同等原因，定量给料秤所采用的进料斗有以下两种：一种是“普通进料斗”。主要适应水分和黏滞性相对较小的物料。要求在满足最大料层厚度（即最大闸门开度）的条件下，使进料斗的高度也尽量小一些，进料口大一些。 从而使进料更顺畅，减少物料在料斗内黏附堵料，减轻板喂机下料对秤体皮带的冲击，对提高皮带使用寿命和系统计量精度十分有利。 尤其在皮带宽度为 1200mm 以上时，进料斗的进料口可以达到足够大，对黏湿性物料的适应性明显提高，此时应尽量考虑选用普通进料斗。

另一种是“振动进料斗”。 适用水分较大、黏附性很强的物料，不采用振动难以保证物料从进料斗中连续顺畅拖出。振动进料斗为上口大、下口小，三侧面或四侧面倾斜呈锥体漏斗型结构。 其上进料口较大（一般为 1.0m×1.0m 左右）， 高度较大 （一般为 1.3m 左右），设有振动器，通过振动保证物料连续排出。 但其结构较复杂、质量大、成本高、安装维护较复杂，尤其是板喂机下料高度较大，物料对秤体皮带造成较大冲击，容易冲损皮带和影响定量给料秤稳定运行及计量精度。 因此，在生产运行时应使料斗中始终保持一定量的物料，以减轻冲击影响。另外，在定量给料秤停止运行时，必须连锁停止振动器振动，否则将振实物料，起相反作用。

2 ）供料仓 + 板喂机 + 稳流料斗（仓） + 定量给料秤系统（见图 3 ）。 增设中间稳流料斗（仓）的目的是保证出料连续、均匀、稳定。 但由于所在空间位置往往有限，一般稳流料斗的容量仅有 1.5～2m ³ 。为此板喂机的给料速率必须与定量给料秤的给料速率很好跟踪匹配。 常见有两种跟踪控制方式：一种是按速度比例跟踪，该系数主要靠操作人员摸索经验确定，并随物料性质、流量等工况变化做适当调整。 另一种跟踪控制方式是根据稳流料斗的料位或料重控制。即在稳流料斗上安装料位计或称重装置，由料位计或称重装置根据目标值控制板喂机给料。 当物料性质、流量和给料状态比较稳定时这种给料方式容易满足使用要求，但当这些因素变化时，很容易发生紊乱，不能协调匹配。尤其因为稳流料斗容量很小，往往起不了稳流和保障给料连续稳定功能。 因此笔者认为应慎重采用。

3 ）黏湿性物料给料计量设备的新方案

上述板喂机预给料方式是一种传统的广泛采用的方式，其系统设备较复杂，占用空间位置特别是高度大，设备相互匹配和控制较复杂，建设和设备投资较大，相对故障率较高、稳定性较差，维护工作量较大，实际使用控制精度不高。随着链板式称重给料（机）秤和皮带式强制给料定量给料（机）秤研制成功和应用，采用集给料输送、称重计量和定量控制一段式拖料给料计量方案使黏湿性物料计量控制更为理想。其系统简单，运行稳定，控制优良，高度降低（可以降低 3m左右）。 其设备方案分两种：一是供料仓 + 链板称重给料秤，如土耳其某水泥厂采用 Aumund 公司的深槽板式称重给料秤， 合肥院设计的沙特 Najran 水泥厂采用 Hasler 公司的链板定量给料秤等。在实际运行中完全满足使用要求，取得很满意的效果。 另一种是供料仓 + 强制给料定量给料（皮带）秤。 主要是秤体设计方面考虑了较大料仓下料口和采用特殊给料皮带等新技术，实现了连续稳定顺畅出料。 这种方式在海南某水泥厂应用取得十分满意的效果。这种强制给料定量给料秤与链板式给料秤相比较，设备质量轻、高度小、价格低一半左右，安装维护更简单方便，运行更稳定可靠，控制精度高，给料速度可以较高。

5 倾泻性流态化粉体物料的给料计量系统

对于这类自由流动性极强的粉体物料，不能靠出料口闸门开度调节控制料流，必须设置预给料设备调节控制流量。 一般常用回转叶轮给料机、管螺旋给料机、 水平刮板给料机和给料斜槽 + 流量阀等预给料装置给料。 叶轮给料机结构简单、体积小、布置安装方便，在国内外多被采用。但值得注意：国产一般的叶轮给料机由于结构设计和制造精度等原因，往往不能严格控制住料流流量，容易发生漏料、冲跑料或堵卡料，而且流量调节范围较窄，不够平缓。据笔者经验，管螺旋给料机虽然长度尺寸较大，但其设备高度小，对物料物性和环境条件适应性强，可靠性高，流量调节范围较大且平滑。尤其可根据实际物料特性和工艺布置要求选配螺旋结构设备尺寸，所以，推荐作为首选预给料设备。 这两种预给料机属于强制给料方式给料，控制特性较稳定，受干扰因素少，适合给料量在 150～200m ³ /h 以下的中小流量场合。 对于在 200m ³ /h 以上的大流量场合，推荐优先选用给料斜槽上设流量阀的预给料方案。在物料特性、斜槽倾角和送料风量、风压等条件一定时， 瞬时给料量取决于流量阀阀门的开度，物料是靠自重和料流的侧压力“自然”流出。所以，流量阀的开度越大，越有利料流均匀、稳定、顺畅。 因此，大流量时给料更容易稳定，控制效果更好。 另外，在物料流动性极好、受仓压等影响较大，采用一级预给料装置仍然容易发生冲跑料时，可以采用双级预给料方式。 如：供料仓 + 叶轮给料机 + 螺旋给料机 + 定量给料秤， 或供料仓 + 叶轮给料机 + 给料斜槽上设流量阀 + 定量给料秤系统等。 显然这类给料计量系统设备多、高度大、控制系统较复杂、安装维护也较麻烦。

6 预给料方式计量系统的调节控制方式

1 ）物料流量的调节方式

预给料方式给料计量系统的流量调节方式可分为两种，一种是定量给料秤皮带恒速运行，通过调节控制预给料装置瞬时给料量实现定量给料控制的“单调节控制”； 另一种是把预给料装置的给料量作为主要调节控制对象，同时对定量给料秤的皮带速度进行同步跟踪调节控制，实现定量给料的“双调节控制”。文献 [1] 对两种控制方式的特点做了详细的介绍。

2 ）物料流量的控制方式

预给料方式计量系统可以采用现场控制或中控室控制方式， 现代化企业采用中控室控制方式较多。控制系统设计时应注意以下几点：

① 推荐优先选用双调节（包括多调节）方式，并且必须把能够直接调节物料流量一级预给料执行机构作为主控对象，二级预给料机构和皮带速度只作为随动跟踪调节控制对象，以保证系统运行比较稳定和较好的控制精度。

② 预给料装置与称重计量装置须统一组成完整的闭环调节系统， 不得采用人工单独控制给料装置，或给料装置与进料斗仓组合控制而定量给料秤另行单独闭环调节控制的分别控制方式。国内虽有此类方式应用，但实际难以保证两部分稳定协调配合，因为定量给料秤单独成闭环控制系统实际上使其缺失了调节流量的执行机构，从而往往造成系统不能稳定正常运行。

③ 预给料计量系统是长滞后反馈控制系统，出仓物料只有“流”到定量给料秤的称重段才被测重称量进行反馈控制调节。 所以，生产时保持料流连续均匀稳定是保证较高计量精度和稳定正常运行的必要条件，应足够重视。

7 结束语

定量给料秤的给料和控制方案，必须根据实际物料的流动、 黏滞等特性程度和设备组成精细考虑确定，优先选用拖料给料方式和新型给料技术设备。 对于预给料系统的闭环调节，必须包括流量调节的执行机构，并把一级预给料机构作为主控对象，采用双调节方式。 避免采用人机手动与自动混合控制方式。 合理匹配的给料控制系统是保障和提高系统稳定可靠、完好运转率和计量精度的基础， 随着生产规模大型化、生产过程自动化和现代化管理水平的提高，优化设计给料计量控制系统更显重要。

参考文献 :

[1] 孙秉礼，杨成喆 . 调速定量给料秤的系统组成及选用 [J]. 水泥， 2010（ 8 ）： 56-59.

[2] 周有根 , 严庆梅 . 原料配料板喂机转速控制的几种方式 [J]. 新世纪水泥导报， 2010 （ 4 ）： 56-59.

[3] 王先进 . 根据定量给料机的负荷率自动调节喂料机速度 [J]. 水泥 ,2007(12):45-46.

 

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