基于智能技術(shù)的煤炭制樣系統(tǒng)新型旋轉(zhuǎn)縮分器的設(shè)計(jì)

閔 雄，蘭勇波

（1.遠(yuǎn)光共創(chuàng)智能科技股份有限公司，廣東珠海 519000；2.重慶恒泰發(fā)電有限公司，重慶 400000）

0 引言

自2014年蘭州范坪電廠開創(chuàng)性地完成燃料智能化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)“燃煤運(yùn)輸線，樣品制備線，燃料生產(chǎn)線和業(yè)務(wù)信息流”的“三線一流”管理模式后。火力發(fā)電廠的燃料管理水平逐步走向自動(dòng)化和智能化，不斷成熟和普及。并向煤炭前端的礦方及周邊的鋼鐵等企業(yè)延伸。隨著這些燃料智能化系統(tǒng)不斷地建設(shè)和投用。說明燃料智能化系統(tǒng)獲得了廣泛認(rèn)可，全過程無人為干預(yù)，人樣分離，取得了一定的管理成效和經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

按照GB474-2008《煤樣的制備方法》及GB/T19494.2-2004《煤炭機(jī)械化采樣第2部分:煤樣的制備》制備的煤樣樣品能否真實(shí)且正確地反映貿(mào)易煤炭的平均質(zhì)量水平，對(duì)煤炭貿(mào)易關(guān)聯(lián)方非常重要。很多發(fā)電企業(yè)也引入第三方檢驗(yàn)化驗(yàn)力求公平、公正以避免不必要的貿(mào)易糾紛。煤樣的采集、制樣和化驗(yàn)是樣品線的3個(gè)流轉(zhuǎn)作業(yè)環(huán)節(jié)。在這三者之間，據(jù)統(tǒng)計(jì)由于采樣和制樣所造成的誤差占總誤差的80%［2］。降低因機(jī)械化采制樣系統(tǒng)造成的誤差尤為必要。而在整個(gè)燃料智能化系統(tǒng)建設(shè)中，特別是采制樣系統(tǒng)中樣品的制備環(huán)節(jié)十分重要。縮分器作為整個(gè)制樣系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，其縮分精度和代表性直接影響著制樣系統(tǒng)的誤差。

1 縮分器研發(fā)現(xiàn)狀

縮分器是制樣的最關(guān)鍵的程序，目的在于保證制樣和化驗(yàn)精密度及灰分偏倚合規(guī)的前提下減少試樣量。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)力求結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)潔，不堵煤，不殘留，成本合適。2010年以前，國(guó)內(nèi)的縮分器大都復(fù)制國(guó)外老舊設(shè)計(jì)，或直接引用國(guó)內(nèi)GB474—2008《煤樣的制備方法》、GB/T19494.2—2004《煤炭機(jī)械化采樣第2部分:煤樣的制備》等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的簡(jiǎn)化圖。目前在燃料智能化制樣系統(tǒng)中，特別是第一級(jí)的定質(zhì)量縮分，因每次制樣的來料量會(huì)變化，大部分還是使用的橫過皮帶的刮板式或在煤流端部以離開煤流的間歇式縮分方式實(shí)現(xiàn)定質(zhì)量縮分。縮分時(shí)，一般要求前端有整流裝置，且在進(jìn)行縮分切割時(shí)，存在脫離煤流的可能，容易造成偏差［1］。近幾年，隨著燃料智能化系統(tǒng)的推廣建設(shè)，行業(yè)發(fā)展得到資金支持和人才的聚集。國(guó)內(nèi)主流全自動(dòng)制樣機(jī)系統(tǒng)廠家所用的縮分器均為各自自主研發(fā)、生產(chǎn)，并擁有相關(guān)知識(shí)產(chǎn)權(quán)。基本上能實(shí)現(xiàn)制樣系統(tǒng)定質(zhì)量及定比縮分的需求。但設(shè)計(jì)方案上差異較大。各有優(yōu)勢(shì)，行業(yè)內(nèi)暫無統(tǒng)一的設(shè)計(jì)。

2 新型旋轉(zhuǎn)縮分器的設(shè)計(jì)

圖1 縮分器結(jié)構(gòu)示意圖

基于行業(yè)現(xiàn)狀需求，本文依據(jù)GB474-2008《煤樣的制備方法》、GB/T19494.2—2004《煤炭機(jī)械化采樣第2部分:煤樣的制備》為設(shè)計(jì)依據(jù)，提出了一種全新的螺旋型旋轉(zhuǎn)縮分器的設(shè)計(jì)思路和方案。并根據(jù)哈密頓原理，物料在沿斜面下落時(shí)，總是沿著所需時(shí)間最短的路徑由較高的平面下落到相對(duì)較低的平面。將縮分器的入料口由原來的方形結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)為帶旋轉(zhuǎn)布料器的方式，并最終形成圓環(huán)形煤流。設(shè)計(jì)中控制入料口直徑，使入料口的直徑和錐體下端直徑保持一定比例，為提高布料的精度，建議落料點(diǎn)在錐體的1/3以上部分。

此縮分器結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)主要分為3個(gè)部分，各部分具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

（1）外部及支撐結(jié)構(gòu)。主要包括入料口1，留樣口2，棄樣口3，圓形外殼4，棄料刮板5及底板6。主要完成結(jié)構(gòu)支撐及入料，留樣和棄樣的分流。

（2）切割口自動(dòng)升降調(diào)節(jié)結(jié)構(gòu)。主要包括切割口組件20（由切割板221，導(dǎo)向軸222，升降驅(qū)動(dòng)板223，導(dǎo)向板224組成），切割口調(diào)節(jié)托板21，切割口調(diào)節(jié)升降軸22，升降同步帶傳動(dòng)組件23，升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)24，螺母絲桿組件25，升降托板26，同步帶傳動(dòng)組件27。主要完成切割口大小的自動(dòng)調(diào)節(jié)和留樣收集功能。

（3）內(nèi)部主體旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。主要包括布料器30，留樣槽盒托板31，空心旋轉(zhuǎn)軸32，留樣槽盒33，空心旋轉(zhuǎn)軸支撐座34，旋轉(zhuǎn)同步帶傳動(dòng)組件35，固定螺母36，連接件37。主要實(shí)現(xiàn)圓形外殼內(nèi)的主體旋轉(zhuǎn)。

縮分器具體工作原理如下：當(dāng)從入料口連續(xù)來料時(shí)，煤樣會(huì)先被旋轉(zhuǎn)的布料器分散開來，形成環(huán)形樣品流，設(shè)置在此的切割口組件20在環(huán)形煤流的下方勻速旋轉(zhuǎn)，從而進(jìn)行煤樣切割。在煤流不斷下降過程中，通過切割口進(jìn)到留樣槽盒的即為縮分后的保留樣，保留樣通過側(cè)面留樣口通道排出并被收集。其他未通過留樣槽盒的則為棄料，所有棄料落到底板上，通過設(shè)置下面的棄料刮板5的旋轉(zhuǎn)刮掃至底板的棄料口通道排出。留樣和棄樣通過兩個(gè)通道分離，有效避免交叉污染的可能。

在來樣重量未知的情況下，實(shí)現(xiàn)定質(zhì)量縮分功能時(shí)需要依賴外部控制系統(tǒng)計(jì)算縮分比。在升降驅(qū)動(dòng)電機(jī)24動(dòng)作后，通過螺母絲桿組件25帶動(dòng)升降托板26上下移動(dòng)。此時(shí)切割口調(diào)節(jié)升降軸22和升降驅(qū)動(dòng)板223也同步上下移動(dòng)，帶動(dòng)導(dǎo)向軸222在導(dǎo)向板224的滑曹里移動(dòng)來控制同一個(gè)留樣槽盒上兩個(gè)切割板221的開合角度來調(diào)整切割口的大小，完成縮分比的確定。旋轉(zhuǎn)同步帶組件35通過電機(jī)驅(qū)動(dòng)空心旋轉(zhuǎn)軸32旋轉(zhuǎn)。留樣槽盒托板31固定在空心旋轉(zhuǎn)軸32上，留樣槽盒33固定在留樣槽盒托板31上和空心旋轉(zhuǎn)軸同步旋轉(zhuǎn)。在來料重重已知的情況下，即作為定比縮分器使用時(shí)，只需要一次調(diào)試到需要位置即可。不必重復(fù)調(diào)整。

此縮分器在整個(gè)縮分的過程中，切割口全過程接觸煤流，是一種不離開煤流的多切割口旋轉(zhuǎn)切割方式。真正實(shí)現(xiàn)全煤流的連續(xù)切割，全斷面切割，并形成3條螺旋切割軌跡并貫穿整個(gè)煤流。

3 擴(kuò)展設(shè)計(jì)

當(dāng)前端來樣量較少時(shí)，為提高縮分比，獲得更多的留樣量，可以在上述結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上更一步地優(yōu)化設(shè)計(jì)。延長(zhǎng)切割口調(diào)節(jié)升降軸22，增加一層包括3個(gè)切割口組件20及留樣槽盒33的機(jī)構(gòu)，此層的結(jié)構(gòu)與下層原理及結(jié)構(gòu)相同，但需要上下錯(cuò)位設(shè)置，以保證在不同的煤流環(huán)區(qū)域進(jìn)行切割，避免重復(fù)切割或無效切割。兩層之間通過連接件與上下切割口調(diào)節(jié)托板固定連接。即可共用一個(gè)動(dòng)力機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)兩層同步調(diào)節(jié)切割口開口大小，提高縮分比及留樣量。此縮分為立式結(jié)構(gòu)，可直接與立式破碎機(jī)對(duì)接，形成破碎縮分一體式的整體結(jié)構(gòu)。不僅外形美觀而且體積小巧。

4 結(jié)束語

本文設(shè)計(jì)的新型旋轉(zhuǎn)式縮分裝置為立式結(jié)構(gòu)，主要克服的難點(diǎn)在于使用一個(gè)動(dòng)力裝置，在旋轉(zhuǎn)的狀態(tài)下同時(shí)控制3個(gè)切割口的大小調(diào)節(jié)。結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)巧妙，可直接與立式破碎機(jī)對(duì)接形成破碎縮分一體式的密封結(jié)構(gòu)。實(shí)現(xiàn)全煤流、全斷面的螺旋式連續(xù)切割。可滿足根據(jù)控制系統(tǒng)的反饋實(shí)時(shí)在線調(diào)整縮分比的需求，為減小目前行業(yè)制樣設(shè)備龐大的外形體積提供可能性。當(dāng)切割口固定時(shí)，也能當(dāng)作定比縮分器使用，能更好地應(yīng)用于全自動(dòng)制樣系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)中。