一種鐵精礦漿管道加速流消能和能量回饋裝置及其控制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種鐵精礦漿管道加速流消能和能量回饋裝置及其控制方法，屬于流 體加速流消能能量回饋設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 長距離漿體管道輸送系統(tǒng)常敷設(shè)于地形崎帳的山區(qū)。由于起點(diǎn)和終點(diǎn)的高程差或 在批量輸送時礦漿與水的比重差等原因，會引起漿體水力學(xué)分析中的一種常見問題，即漿 體管道加速流。運(yùn)種加速流的產(chǎn)生實際上是由多余的能最引起的，通常會在滿管流時形成 一種類似明渠的不滿流而被自動消耗掉。運(yùn)種加速流的速度可能超過正常滿管流的流速約 一個數(shù)量級，從而引起管道磨蝕加劇，大大縮短管線壽命。漿體管道所經(jīng)過的地形，一般都 不外乎是凸凹地形。運(yùn)兩種地形都可能產(chǎn)生加速流。目前解決運(yùn)加速流問題主要采用：
[0003] 1、管道保護(hù):運(yùn)種方法主要是增加管道的壁厚、管道加內(nèi)襯。此方法消能效果不明 顯，且增加了成本，對于長距離管道消能效果不明顯。
[0004] 2、消除和減緩加速流:主要是減緩管道敷設(shè)坡度、改變輸送工藝條件、減少管徑消 能等。此方法對前期的鋪設(shè)管道地形要求高，在長距離管道輸送沿線有些坡度是很難減小 且改變輸送工藝很難保證管道的輸送效率。管徑的減小勢必增大漿體對管道的磨損。
[0005] 3、提供背壓來消能:運(yùn)是現(xiàn)在消除加速流的主要方法。此方法是消能比較理想的 方法，但是此方法浪費(fèi)了大部分能量，消能的能量沒有得到很好的回收，運(yùn)是一種不經(jīng)濟(jì)的 方式。
[0006] 在長距離管道漿體輸送工程當(dāng)中，管道在正常工作條件下是二十四小時工作的， 管道加速流消能是二十四小時不間斷進(jìn)行的，傳統(tǒng)方法長年累月的消能浪費(fèi)了大量的能 量。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明的目的是提供一種鐵精礦漿管道加速流消能和能量回饋裝置及其控制方 法，W用于實現(xiàn)長距離鐵精礦漿管道加速流消能和能量回饋。
[000引本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種鐵精礦漿管道加速流消能和能量回饋裝置，包括主管 道1、副管道2、電動刀扳閥13、電動刀扳閥Π 4、離屯、累5、壓力變送器16.1、壓力變送器Π 6.2、聯(lián)軸器17.1、聯(lián)軸器Π 7.2、增速箱8、同步發(fā)電機(jī)9、整流器組10、蓄電池組11、電池檢測 模塊12、消能擋板13、控制器14、逆變器15、企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)16;
[0009]所述副管道2安裝在主管道1旁，消能擋板13安裝在副管道2上，消能擋板13的控制 輸入線接到控制器14,電動刀扳閥13、電動刀扳閥Π 4的啟閉控制線接入控制器14,壓力變 送器16.1、壓力變送器Π 6.2的壓力信號輸入到控制器14，增速箱8的變速調(diào)節(jié)輸入端與控 制器14連接，離屯、累5安裝在主管道1上，離屯、累5的轉(zhuǎn)軸與增速箱8的主動軸通過聯(lián)軸器I 7.1連接，增速箱8的從動軸與同步發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器Π 7.2連接，同步發(fā)電機(jī)9 的電能輸出端接整流器組10整流輸入端，整流器組10的輸出接蓄電池組11的充電端子，電 池檢測模塊12輸入端和蓄電池組11的輸出端連接，電池檢測模塊12輸出端接入控制器14， 整流器組10接逆變器15且通過逆變器15把多余的電能輸出并網(wǎng)到企業(yè)內(nèi)部電網(wǎng)16。
[0010] 所述蓄電池組11采用多組多個蓄電池串聯(lián)后的電池并聯(lián)而成。
[0011] -種鐵精礦漿管道加速流消能和能量回饋裝置的控制方法，所述控制器14把由電 池檢測模塊12檢測到的蓄電池組11的充電功率Pc按照效率因數(shù)ri = mri2計算出礦漿輸送中 實際消能功率
[001^ 若議則主管道1處于正常消能工況下；若化^]，側(cè)主管道1處于消能異 常狀態(tài)下：
[0013] 若主管道1處于消能異常狀態(tài)下，壓力變送器Π 6.2測得的壓頭數(shù)據(jù)在Μ值的正負(fù) 百分之十W內(nèi)，則控制器14認(rèn)為主管道1的消能設(shè)備出現(xiàn)故障，控制器14控制開啟副管道2 的電動刀扳閥Π 4，啟動消能擋板13裝置，關(guān)閉主管道1的電動刀扳閥13;
[0014] 若主管道1處于消能異常狀態(tài)下，壓力變送器Π 6.2測得的壓頭數(shù)據(jù)在Ν值的正負(fù) 百分之十W內(nèi)，則控制器14認(rèn)為主管道1發(fā)生堵塞，控制器14控制開啟副管道2的電動刀扳 閥Π 4,關(guān)閉主管道1的電動刀扳閥13,同時拔除副管道2的所有消能擋板13;
[0015] 式中，ru是離屯、累5的效率因數(shù)，112是同步發(fā)電機(jī)9的效率因數(shù)，Ρζ是正常給定消能 功率，Μ是消能設(shè)備故障時的特征壓頭數(shù)據(jù)，Ν是主管道1堵塞時的特征壓頭數(shù)據(jù)。
[0016] 本發(fā)明的工作原理是：
[0017] 從能量守恒的觀點(diǎn)來看，傳統(tǒng)的礦漿漿體輸送管道的消能裝置在消除礦漿漿體加 速流的同時也相當(dāng)于消耗了輸送系統(tǒng)的電能。本裝置采用消能一一發(fā)電一一儲能方式進(jìn)行 消能和回饋能量。
[0018] 在正常工況條件下控制器14遠(yuǎn)程控制電動刀扳閥13、電動刀扳閥Π 4,使得電動刀 扳閥13開、電動刀扳閥Π 4關(guān)，主管道1用于漿體的加速流消能和能量的回饋，此時副管道2 被旁路掉。當(dāng)控制器14檢測到主管道1發(fā)生故障等特殊情況，控制器14遠(yuǎn)程控制電動刀扳閥 13、電動刀扳閥Π 4，使得電動刀扳閥13關(guān)、電動刀扳閥Π 4開，此時副管道2為加速流消能通 道且沒有能量回饋功能，主管道1被旁路掉。消能擋板13的擋板數(shù)量的增加和減少受控制器 14的實時控制，達(dá)到實時的對副管道2的消能功率進(jìn)行調(diào)節(jié)。壓力變送器16.1、壓力變送器 Π 6.2用于檢測加速流消能前后壓頭的變化，壓力變送器16.1檢測高位壓頭，壓力變送器Π 6.2檢測底位壓頭，壓頭數(shù)據(jù)輸入控制器14。當(dāng)僅使用副管道2消能時，控制器14根據(jù)輸入的 壓力變送器16.1、壓力變送器Π 6.2測得的壓頭數(shù)據(jù)可W實施控制消能擋板13的擋板數(shù)量 添加和減除W便對消能能量進(jìn)行動態(tài)控制。離屯、累即十輪采用陶瓷耐磨組件。離屯、累5用于 減小長距離大高差管道中運(yùn)動漿體的機(jī)械能。高速運(yùn)動的礦漿沖刷離屯、累5的葉輪帶動離 屯、累5的軸轉(zhuǎn)動，把高壓礦漿的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成離屯、累即十輪的動能。在保證流體流速穩(wěn)定條 件下，削弱管道中礦漿加速流，減小礦漿對管道壁的磨損，起到保護(hù)管道和回收能量的作 用。聯(lián)軸器17.1將離屯、累5軸與增速箱8的主動軸連接，增速箱8的從動軸與同步發(fā)電機(jī)9的 轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)軸通過聯(lián)軸器Π 7.2連接，增速箱8接收控制器14的控制信號來改變變速器的變速 比，從而改變離屯、累5和同步發(fā)電機(jī)9的轉(zhuǎn)速比，保證同步發(fā)電機(jī)9的輸出電壓和電流在合理 的區(qū)間。當(dāng)僅使用主管道1消能時控制器14根據(jù)輸入的充電功率和工程給定消能功率的差 值實施控制增速箱8的增速比，從而起到調(diào)節(jié)消能功率的目的。同步發(fā)電機(jī)9的輸出端接整 流器組10的輸入，整流器組10把同步發(fā)電機(jī)9輸出的Ξ相交流電整流成直流，整流器組10采 用Ξ相橋式整流組件構(gòu)成。
[0019] 1、消能方法
[0020] 主管道的消能部分主要是離屯、累5、同步發(fā)電機(jī)9和控制器14等部分組成。主管道 消能方法如下:控制器14通過控制電動刀扳閥13開啟和電動刀扳閥Π 4關(guān)閉來啟用主管道1 和關(guān)閉副管道2,主管道1進(jìn)入消能模式。手動給定控制器14在消能模式下主管道的消能功 率。通過檢測蓄電池組11的充電功率，利用給定消能功率和蓄電池組11的充電功率的差值 進(jìn)行PI控制增速箱的轉(zhuǎn)速比，從而使得離屯、累5吸收的礦漿能量跟蹤手動給定的期望消能 功率，進(jìn)而控制同步發(fā)電機(jī)9在恒功率條件下發(fā)電，實現(xiàn)同步發(fā)電機(jī)9在給定的消能功率下 發(fā)電。至此主管道消能結(jié)束。如圖3消能示意圖所示。
[0021] 主管道消能裝置的自我診斷保護(hù)機(jī)制：由流體力學(xué)得知，在管道內(nèi)徑不變，管道滿 管流時，在流量不變的條件下，流體的流速不變，漿體壓頭受到摩阻，高差等因素的影響而 變化。壓力變送器16.1、壓力變送器Π 6.2的壓頭參數(shù)反映了裝置的運(yùn)行狀態(tài)。離屯、累5長時 間工作可能產(chǎn)生故障，同時其它的設(shè)備也會產(chǎn)生故障。再者管道發(fā)生堵塞時，主管道1就應(yīng)