螺旋秤的设计和选用

水泥工程

夏如铁．等：螺旋秤的设计和选用

中图分类号：ＴＱｌ７２．６

文献标识码：Ｂ文章编号：１００７—０３８９（２００９）０１－４６－０４

螺旋秤的设计和选用

摘要：简要介绍了螺旋秤的系统组成和工作原理；全面评析了二类螺旋秤的技术特点；客观分析了螺旋秤的局限并探讨了应

夏如铁１．张武彩１。别、秉礼２（１．合肥水泥研究设计院；２．合肥汇龙计量控制有限公司，安徽合肥２

对措施：最后根据作者的实践经验，介绍了螺旋秤选用中应注意的技术问题。

关键词：短螺旋秤；长螺旋秤；速度；负荷；设计；选用

ＤｅｓｉｇｎＸｉａ

ａｎｄ

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ｏｆ

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０前言

电子螺旋秤（即螺旋称重给料机，简称“螺旋秤”），是在管螺旋给料机的基础ｔ：基于悬臂式恒速

螺旋内物料的线负荷；秽厂料流流速，以螺旋转速代

表（视为常数）。

由于式中Ｋ，移，均为常数，称重传感器的输出信

号即可代表螺旋秤的瞬时给料量。所以，ｔ。到ｔ。时间

定量给料秤工作原理，设计开发的集给料输送、称重计量和定量控制为一体的连续给料计量设备。螺旋秤具有设备结构简单、制造容易、操作维护简单方便、系统密闭性好，对物料和生产环境适应性强、设备高度小、价格便宜等优点。它可广泛地用于建材、

冶金、化工、电力等工业生产部ｆ

的累计给料量即为：

ｒ

ｔｊ

ｒ￡ｌ

Ｑ＝Ｉ

Ｑ，ｄｔ＝Ｋｇｒｉｔ（其中Ｋ＝Ｋ％）

Ｑ，（即ｇ）值作为测量值输人称莺控制器，经过与设

定值的比较运算，控制器根据运算偏差大小和方向自动调节给料螺旋的转速．从而改变给料速率并趋近和达到设定的瞬时给料量．实现定量给料控制。

Ｊ的非粘滞性粉料、

粒状物料的流量计量、定量给料和配料控制系统：尤

其在预加水成球系统、煤粉定量给料控制系统等普遍采用；近年在粉煤灰、物料添加剂、助磨剂、脱硫剂

等粉粒状物料计量和定量控制系统也有较多应用。

值得注意的是有的给料和称重计量采用同一管

螺旋，即通过调节称重螺旋转速来调节控制瞬时给

本文就螺旋秤的设计和选用作一总结介绍，供参考。

１系统组成和工作原理

螺旋秤主要由预给料螺旋给料机（或密封叶轮

料量。但从实践证明，由于物料物性和Ｔ况等变化，

螺旋转数与其物料料流速度没有稳定线性关系，此

给料机等）、称重螺旋机、称重传感器、变频凋速器、

称蘑控制器和电气控制柜等组成（见图１）。其中，预给料螺旋给料机是系统被控的执行机构，通过变频调速调节控制给料螺旋转速来调控物料流量：称重螺旋机恒速运行．通过支点和测重点支承。当系统进入Ｔ作状态，测再点的称重传感器把物料负荷连续以电量输出给称重控制器．其瞬时给料量即为：

ＱＦＫｇ舻ｔ

式中：研一称重系数（调试时确定的常数）；ｇｒ称重

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ｌ—给料螺旋机；２—称重螺旋机；３—软连接；４—称重螺旋支点

图１螺旋秤系统示意

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２００９年第１期

水泥工程

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时螺旋转数（ｎ）往往不能代表料流速度（秽）。这种方案虽然简单，但难以保证足够的计量精度和料流稳

定。一般不宜采用。２螺旋秤的分类和技术特点２．１螺旋秤的分类

显然，前一种悬吊点设置更为合理。因为进料口中心以后全部是设备部分自重，在生产运行时基本没有

负荷变化，根据杠杆平衡原理，后端２只称重传感器

承受大部分皮重和物料进入进料口时的扰动．极少量的物料负荷（与前测重点位置有关），物料流量负荷及其变化主要反应在前端称重传感器。

（２）第二类是进料口中心两侧设支承或悬挂支点，出料口内侧设侧重点，即“悬臂式”结构。悬臂式螺旋秤在前端设１只或２只称重传感器．笔者建议采用１只称重传感器测量方式，这样更简单经济，如

图３所示。原则上支点和测重点均可采用下支承或

螺旋秤的控制器等电气系统虽然多种多样。但其均可适应各种螺旋秤体。而且与定量给料秤的电气检测控制系统基本类似或通用。所以．本节主要讨论介绍二类螺旋秤体。

（１）第一类是上世纪７０～８０年代研发应用的自

重平衡悬臂式结构秤体。其进出料口距离长度一般

仅１．２ｍ左右，螺旋叶径多为０２５０ｍｍ和０３００ｍｍ．

悬挂结构，但支点以采用支座支承更理想。确保螺旋秤体横向和纵向位置稳同。常用的有轴承支承支座高、回差小、不怕粉尘、不需维护，所以应优先选用。

可称为“短螺旋秤”。由于螺旋管过短，被检测的瞬时和簧片支承支座。簧片支座结构简单、长期灵敏度物料量过少．螺旋间隙又往往不会太小．所以受仓

压、物性变化影响较大，往往料流不稳定。极易产生

冲料、跑料。其中，对于流动性好的粉体物料，更难以控制，甚至跑料自流，不能正常运行。因此，从９０年

代中期以后，逐步被螺旋管较长的吊挂或支承的非

自重平衡结构秤体取代，即所谓“长螺旋秤”，其中包

括在进料口和出料口侧测重点处全悬浮吊挂简梁式

的“全荷式螺旋秤”。所谓全荷式螺旋秤就是螺旋秤

体质量（皮重）和螺旋管内被测物料质量全部由称重

ｌ一减速电机；２－支点；３一称重传感器；仁螺旋

图３悬臂式螺旋秤支承方式

传感器承受：并且伞荷式螺旋秤大多数采用全悬浮

吊挂支承方式（见图２），也有采用支座支承方式。

２．２全荷式螺旋秤和悬臂式螺旋秤的特点比较

（１）全荷式螺旋秤一般纵向位置不稳定。自由

为了保证螺旋秤体横向位置稳定。一般采用前

ｌ点后２点的３只称重传感器吊挂支承；而且后２

悬浮吊挂或称重传感器直接支承都对基础震动很敏感，安装现场更需远离较大震源：而机座支承的悬臂式螺旋秤，纵横两向位置稳定，基础稳同，相对抗干扰和抗震稳定性好，从而有利于保证检测精度。

（２）全荷式螺旋秤需采用３只称重传感器，所以电气检测部分较为复杂。成本高．测量误差大；而悬

臂式螺旋秤只需１只称重传感器。系统简单经济，测

点大多数设置在进料口中心的两侧，如图２（ａ），但也有设置在进料Ｅｌ后边减速电机的两侧，如图２（ｂ）。

量精度高．但机座支承部分比前者结构稍复杂。

（３）全荷式螺旋秤重量全部南称重传感器承担，

因秤体重量远大于物料负荷重量．所以导致称重传感器的总容量较大，数量又多，而后端称重传感器基本不反应物料负荷变化，从而降低ｒ测量灵敏度和测量精度：而悬臂式螺旋秤支座承受大部分秤体重量和物料入进料口的扰动负荷。称重传感器承受绝

１一减速电机；２，３，４一称重传感器；５一螺旋秤体

图２全荷式螺旋秤悬挂支承方式

大部分物料重量和变化，总容量较小，数量少，有利于提高测量灵敏度和精度。

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ｃ。

矗

（４）秤体任何部分积灰积料和重量变化都会导

致螺旋秤零点变化．降低计量精度，其中全荷式螺旋秤更明显。

成的测量不确定度会超过６％。

再有，螺旋秤的称重螺旋一般采用恒速运行，并

把螺旋转速视为恒定的常数。但实际由于电网频率、电压和负荷变化，螺旋转速并非恒定不变。如：网频变化ｌ

Ｈｚ，速度就产生２％的误差。可见，在精度要

综合上述分析比较，悬臂式螺旋秤结构更合理，性能更优越。是螺旋秤的优选方案，但应正确选好测

重点位置。

３螺旋秤的局限和对策３．１速度测量影响

求较高的场合。应设测速或速度补偿环节。以克服速

度变化影响。３．２负荷测量影响

螺旋秤的物料负荷虽然可直接测量。由于螺旋轴和叶片粘附物料、螺旋内不动层物料厚度随机变

螺旋秤与其它连续给料计量设备类似，其瞬时

给料量Ｑ。的准确度完伞取决于负荷盛和物料流速

∥。的测鼍精度，，但是．物料的流速秽，无法直接准确测量，而是采用测量螺旋（或电动机）转数凡来替代，可

化以及物料窜料回流等。都不可避免的直接影响负

荷测量精度，尤其粘附物料和窜料影响十分显著。所以，螺旋秤不适用于黏滞性水分较大的物料，不适用磨蚀强的物料。

３．３进料几人料偏析和波动影响

进料口纵向进料量不均衡也会造成负荷测量误

螺旋转数凡与物料流速秽，在许多正常下作条件下没有稳定的同定线性关系。物料实际的运动轨迹是既有纵向速度又有横向速度的螺旋形前进的运行轨迹，并且其纵向和横向速度不仅仪简单的取决于螺

填允量、压力变化等凶素密切相关。在实际下业生产

差，图４所示，螺旋秤进料口部皮重和物料由支点Ｒ

右边进料餐为Ｐ２。根据力平衡原理，当Ｐｌ＝Ｂ时，即进料口左右两边负荷平衡，全部重量南支点Ｒ承受，对负荷测量没有影响。但当Ｐｌ≠Ｂ时，即对秤产生一个不稳定的附加负荷：尸ｌ—Ｐ２，从而造成秤零点

旋转速．还与物料的湿度、粒度、黏滞性、流动性以及承受，以进料口中心线为界。左边瞬时进料量为Ｐｌ，中．这些凶素常常随着时间、１＿况不同而变化。冈此造成物料纵向流速与螺旋转速不可能长时间保持恒

定的｜＿Ｊ步关系。即在Ｉ＿ｊ一个螺旋转速状态下，物料的实际流速有时是不相同的。所以，测得的螺旋转数常常小能代表物料真实流速，有随机件，从而造成不可忽略的速度测量误差。町以说这是螺旋秤的“先天不

变化，导致负荷测量误差。实际上，大多数情况下

ＰＩ≠Ｐ２，尤其当进料ｆ１较大、入料不稳定、脉动冲击进料时影响更为明娩。凶此。在工艺系统方面力应求

足”。因此尽量保持物性、仓压和料流均衡稳定，定期人料比较均衡稳定，在秤体支点结构方面应尽量使经常标定校验是保证较高计量精度的必要措施。

另外，南于螺旋叶与管壁之间的螺旋｜１日Ｊ隙，造成靠近管壁间隙中产生“不动层”物料。而不动层与流动层实际并没有清晰固定的界面，即随着物料的粒度、黏着性、流动性和下况变化，不动层厚度会随机

之对此不很敏感。比如。我们设计ＬＧＣ型螺旋秤就

采用Ｊ，新型结构簧片支承．比较好的克服了偏重影

响。

３．４软连接状态影响

变化。在不动层与流动层之间的所渭“缓动层”的流

速也是不稳定的，并Ｈ由于横向速度的存在，造成无

规律的窜料回流．从而促成物料总体流速的不稳定

性。这种流速小稳定性除与物料性质、生产．ｒ况变化

有关外，与螺旋间隙的大小有更直接关系。尤其目前

许多螺旋秤的技术和加Ｔ手段水平有限，且螺旋轴、叶片的加一Ｉ：和螺旋间隙的控制确有一定技术难度，冈此造成国产螺旋秤多数螺旋间隙过大．不能适应使用要求．这是特别值得重视的问题。如德国布拉本德（Ｂｒａｂｅｎｄｅｒ

Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅ）公司介绍：对于螺旋叶径

图４支点受力示意图

无论恳臂结构还是简梁结构的计量螺旋秤体，运行期间进出口必须保持良好的软连接状态。但是，目前一般的螺旋秤大多数是进出料口直径相等，软．

为２５０ｍｍ的螺旋秤．当螺旋间隙达到４ｍｍ时，造

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求涩工程型些些

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接头过短。结构简单，并往往采用帆布等材料简单粗

糙包扎而成，松紧不当，影响上下方向自由度，产生

构”。笔者认为弹性簧片支承悬臂结构螺旋秤更稳定可靠，适应性强，计量精度较好，应优先选用。

（４）粉体物料的流动状态受物料性质和系统工艺环境及其变化影响很大，因此力求ｔ艺系统各环节下料连续均衡、稳定、防止塌仓冲料十分重要。对于要求计量精度较高的使用环节．除了螺旋秤特殊

加Ｔ制作外，最好系统设有“在线”称重校正仓或“离

附加负荷。尤其经过一段运行时间后常常造成软接头处积料。并逐渐变成半硬或硬连接，失去软连接功能，自然使计量不准。所以，科学合理的软连接结构和确保足够的软连接长度十分重要。笔者设计带套

管的新型软接头结构（专利２００８２００３

４８９６．５号）．

很好的解决这一难题，确保长期良好的软连接功

能。

线”校验装置，以备经常定期校验和调整螺旋秤精度状态。

３．５严防和及时清除积灰积料

不论哪种螺旋秤体，一经凋整好就应尽量保持皮重不变，以保持系统零点稳定。所以，从秤体结构设计方面应力求积灰积料面小．各部位重量稳定：从

维护方面应经常及时清除积灰积料等＝；＇ｌｄＪｎ负荷变

５结语

（１）基于螺旋秤的结构和Ｔ作原理的局限性，尤其物料流速与螺旋转速常常没有稳定的线性关系，义没有办法直接测】｝ｎ料流实际流速，加上电源频率、电压等条件变化，往往导致不可忽视的速度误差。国产无缝钢管内径和厚度误差较大，大直径螺旋加工有一定难度，常常导致螺旋间隙偏大。另外。有些物料在螺旋管内容易粘附或窜料等都会造成不可忽略的误差，所以，螺旋秤计量控制精度不高，一般误差值为１．０％～３．ｏ％左右，有时更大。因此，不宜用于要求计量精度很高的蘑要场合，但必要时可设速度补偿环节和配置在线称重校正仓，以保证较高计

量精度。

化。为此经常定期检测调整．这也是保证良好计量精

度的重要手段。

４选用中应注意的技术问题

（１）根据物料实际流量和特性恰当选择螺旋秤的规格。代表螺旋秤规格尺寸是螺旋叶径和进出料口尺寸．螺旋叶径按实际最大体积流量选取，进｝｝｛料口长度应确保不冲跑料、不堵卡料和足够的瞬日寸测

量负荷．以利采样测量比较稳定，过长过短都会产出不利影响。笔者推荐螺旋进出口长度Ｌ＝（８～１２）Ｏ（Ｏ为螺旋直径）左右。对于流动性很好的物料和Ｄ较

（２）粉体物料的料流连续性、流动性、均匀稳定性和粘附性对计量精度和稳定正常运行影响明显。因此应保证物性和仓压比较稳定，料仓出料均匀顺畅，防止塌仓冲料或起拱堵料。另外，电网电压频率比较稳定，秤体七无明显积灰积料，保持秤体各部分重量不变，对保证计量精度至关重要．必须给予足够

保障。

小时可适当长一点；反之，对于流动性差和Ｄ较大时可相对短一些。如果由于工艺布置要求需要加长，一般先考虑加长给料螺旋；反之，如果要求缩短尺寸，应首先考虑缩短称重螺旋尺寸。但均需在合理范

围内。

（２）根据物料特性选择螺旋结构。一般国产螺

旋秤的螺旋结构尺寸是固定的，这对不同的工艺条

（３）螺旋秤系统虽不算复杂，但各家技术和产品质量水平差异较大，比较科学、完善的设计不多，特别在螺旋结构、软连接和间隙控制方面至关重要，应选择有技术实力和设计优秀、制造精良的产品。这样虽然设备成本可能偏高．但从长期使用考虑应是最经济、最实效的方法。

件不同的物料特性适应性较差。笔者认为最好要根据物料的流动、粘滞、容重等特性和螺旋管的长短，选用螺旋结构和尺寸。螺旋叶分为等螺距、变螺距、

变叶径、变轴径和双螺叶等结构方式。采用哪种结构方式应根据具体物料特性和条件要求确定．切不可

千篇一律，更不能把采用变螺距等就视为“先进”，应【第一作者简介】夏如铁（１９６１一），高级工程师，主要从事工业因“地”制宜。如对于流动性很好的泻性粉料，又没有明显反风问题就不需采用变螺距。

（３）如前述，短螺旋秤应予淘汰。长螺旋秤又分为悬吊或下支结构的“全荷式”和“悬臂式支承结

自动化计量装备研发和应用技术。

（编辑：刘翠荣）（收稿日期：２００８—１２—１０）

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/knm1.html