1　引言

　　2006年10月，滄州煉油廠供排水車間根據(jù)工藝需要，對(duì)煉廠的污水處理系統(tǒng)進(jìn)行了改造，對(duì)原有的工業(yè)污水進(jìn)行處理，以增加工業(yè)廢水的綜合利用率，為此車間新上一套lw400-1800臥式螺旋推料沉降離心機(jī)，對(duì)工藝生產(chǎn)中產(chǎn)生的污泥進(jìn)行處理。

　　污泥脫水處理系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備是污泥脫水主機(jī)，即臥式螺旋推料沉降離心機(jī)（簡(jiǎn)稱臥螺離心機(jī)），是利用離心沉降原理分離懸浮液的設(shè)備，即當(dāng)裝有混合液的容器圍繞自己的軸線旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于組成懸浮液的比重不同，所以它們受到的離心力也不同。懸浮液中的重相受到最大的離心力將向外沉到容器內(nèi)壁，輕相則附在重相的表面。當(dāng)容器中設(shè)有進(jìn)料、出料等裝置時(shí)，即形成了連續(xù)工作式的臥螺離心機(jī)的某種分界面。分層的速度受到組成懸浮液輕重相密度差和離心力大小的影響，密度差越大，離心力越大，分層的速度越快。對(duì)固相顆粒當(dāng)量直徑≥0.005～2mm、重量濃度比≤10%或體積濃度比≤70%、液固密度差≥0.05g/cm3的各種懸浮液均適合采用該類離心機(jī)進(jìn)行液固分離。

2　系統(tǒng)組成和工作原理

　　2.1　離心機(jī)的結(jié)構(gòu)

　　圖1所示的臥式螺旋卸料離心機(jī)主要由轉(zhuǎn)鼓、螺旋和差速器組成，轉(zhuǎn)鼓由主電機(jī)拖動(dòng)，螺旋由副電機(jī)通過(guò)差速器來(lái)拖動(dòng)，主電機(jī)和副電機(jī)都通過(guò)變頻器采用共母線的方式來(lái)控制，不僅能實(shí)現(xiàn)能量共享，而且能夠有效、及時(shí)的調(diào)整差轉(zhuǎn)速，來(lái)保證離心機(jī)穩(wěn)定的分離效果。高速旋轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)裝有輸料螺旋，其旋轉(zhuǎn)方向與轉(zhuǎn)鼓相同，但兩者之間由差速器產(chǎn)生一定的速度差，懸浮液從進(jìn)料管進(jìn)入機(jī)內(nèi)，在離心力的作用下，懸浮液固相被沉降在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)壁，由推料螺旋推送到轉(zhuǎn)鼓小端，從沉渣口排出，澄清后的液相從轉(zhuǎn)鼓大端溢流口流出。轉(zhuǎn)鼓與螺旋卸料器的差轉(zhuǎn)速取決于差速器的傳動(dòng)比及其轉(zhuǎn)速。

　　2.2　系統(tǒng)的工作過(guò)程

　　轉(zhuǎn)鼓、螺旋輸送器同向高速運(yùn)轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)鼓與螺旋輸料器在差速器的作用下形成10-35r/min的差轉(zhuǎn)速，分離原液經(jīng)進(jìn)料管進(jìn)入高速轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)，在離心力的作用下液體中比重大的懸浮物迅速向筒壁積聚，分離的濾液由液管進(jìn)入水室分離排出，沉渣由螺旋輸送器推到轉(zhuǎn)筒的圓錐端經(jīng)出渣口排出。

3　系統(tǒng)的電氣控制

　　該離心機(jī)在傳動(dòng)上采用雙變頻共母線的控制方式，變頻器采用三墾力達(dá)電氣有限公司生產(chǎn)的samco－vm05變頻器，系統(tǒng)進(jìn)行檢測(cè)螺旋的力矩，通過(guò)改變副電機(jī)的頻率來(lái)調(diào)整差轉(zhuǎn)速進(jìn)行恒力矩控制，最終實(shí)現(xiàn)分離物料的恒力矩控制。如圖3所示：

　　1-主變頻器;2-主電機(jī);3-離心機(jī);4-差速器;5-副電機(jī);6-副變頻器

　　3.1　臥式螺旋卸料沉降離心機(jī)背驅(qū)動(dòng)裝置的負(fù)載性質(zhì)

　　安裝在臥螺離心機(jī)差速器小軸端的調(diào)速裝置稱為背驅(qū)動(dòng)裝置。在螺旋滯后于轉(zhuǎn)鼓時(shí)，這些裝置都是以消耗離心機(jī)動(dòng)能為代價(jià)，對(duì)小軸作用制動(dòng)力矩，借以達(dá)到調(diào)節(jié)差轉(zhuǎn)速的目的。對(duì)小軸而言，背驅(qū)動(dòng)裝置是一種負(fù)負(fù)載。

　　在通用變頻器調(diào)速系統(tǒng)中，和差速器小軸相連的電動(dòng)機(jī)長(zhǎng)期處于再生狀態(tài)，運(yùn)行于第4象限，從離心機(jī)接受機(jī)械能，將再生制動(dòng)的能量反饋到變頻器的直流母線上，再通過(guò)制動(dòng)電阻將其消耗掉。

　　3.2　共直流母線交流變頻調(diào)速系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)

　　圖3中，離心機(jī)3由主電機(jī)2驅(qū)動(dòng)，差速器小軸由副電機(jī)5驅(qū)動(dòng)。主、副電機(jī)的轉(zhuǎn)速由變頻器1、6控制，二者的直流母線并連，三相電源輸入主變頻器1。

　　系統(tǒng)具有如下特點(diǎn)：

　　（1）優(yōu)良的節(jié)能性能：在螺旋滯后時(shí)，再生的能量送到副變頻器的直流母線上，由于主、副變頻器的直流母線共用，該能量就經(jīng)過(guò)主變頻器被主電機(jī)利用。

　　為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，設(shè)穩(wěn)態(tài)時(shí)離心機(jī)以恒轉(zhuǎn)矩和恒差速運(yùn)行（不計(jì)及調(diào)速時(shí)加速轉(zhuǎn)矩和減速轉(zhuǎn)矩的影響），則回收的能量為：

　　p=0.8mn/9550

　　式中：p-功率（kw） m-小軸力矩（n.m） n-小軸轉(zhuǎn)速（r/min）

　　m前的0.8倍是由于再生制動(dòng)時(shí)，即使不加放電的制動(dòng)電阻，電動(dòng)機(jī)內(nèi)部也有20%的銅損被轉(zhuǎn)換為制動(dòng)轉(zhuǎn)矩。

　　（2）動(dòng)態(tài)響應(yīng)快：有些pid調(diào)節(jié)系統(tǒng)往往有超調(diào)現(xiàn)象，過(guò)渡過(guò)程時(shí)間較長(zhǎng)，例如電渦流制動(dòng)器調(diào)速系統(tǒng)，穩(wěn)定周期有時(shí)長(zhǎng)達(dá)數(shù)分鐘。而采用變頻調(diào)速系統(tǒng)轉(zhuǎn)矩響應(yīng)時(shí)間僅150－200ms，動(dòng)態(tài)特性明顯改善。

　?。?）容易處理突發(fā)事件造成的轉(zhuǎn)鼓內(nèi)物料的堆積：副電機(jī)反轉(zhuǎn)時(shí)運(yùn)行于第ⅰ象限（電動(dòng)機(jī)狀態(tài)），這時(shí)差速很大：δn=（n1+n）/i，（n1－轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速r/min;i－差速器速比），由于變頻器具有2倍額定力矩的靜態(tài)啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，使堆積在轉(zhuǎn)鼓內(nèi)的物料容易排出。

　?。?）有利于實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩控制：沉泥具有可壓縮性，含固率時(shí)時(shí)刻刻在變化，使螺旋推料力矩隨著進(jìn)料流量和含固率的波動(dòng)而變化，要求電氣系統(tǒng)根據(jù)力矩變化及時(shí)控制進(jìn)料量或差轉(zhuǎn)速，否則，很容易堵料。

　　恒力矩控制的關(guān)鍵是實(shí)時(shí)連續(xù)測(cè)量螺旋推料力矩，必須合理選擇力矩傳感元件。在液力馬達(dá)調(diào)速系統(tǒng)中，使用液油壓力變送器;在電渦流制動(dòng)器調(diào)速系統(tǒng)中，使用電阻應(yīng)變式力矩傳感器;在本文介紹的變頻器調(diào)速系統(tǒng)中，則可直接利用變頻器輸出的力矩電流模擬量，不必單獨(dú)安裝傳感器。

　　samco－vm05變頻器具有轉(zhuǎn)矩控制和轉(zhuǎn)速控制兩種工作方式：當(dāng)選擇轉(zhuǎn)矩控制方式時(shí)，變頻器輸出頻率將根據(jù)輸出力矩信號(hào)自動(dòng)調(diào)節(jié)，當(dāng)螺旋推料力矩變大時(shí)，降低輸出頻率，增加差速，將沉泥快速推出轉(zhuǎn)鼓;反之，增加輸出頻率，減小差速，使力矩增加，最終使螺旋推料力矩穩(wěn)定在設(shè)定值附近。

　　3.3　調(diào)速系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

　?。?）變頻器選型：對(duì)主變頻器沒(méi)有特別要求，副變頻器要求能屏蔽輸入缺相保護(hù)。如果離心機(jī)需要恒力矩控制，應(yīng)選用矢量控制變頻器。

　?。?）主、副變頻器功率匹配：不是任意功率的變頻器都可以連接，選取主變頻器功率時(shí)必須考慮到當(dāng)副電機(jī)處于電動(dòng)機(jī)狀態(tài)時(shí)，副變頻器從主變頻器吸取功率的能力。

　?。?）副電機(jī)選型：副電機(jī)額定輸出力矩應(yīng)能滿足螺旋推料力矩的需求。由于差速器小軸傳遞力矩m是螺旋推料力矩m2的i分之一，因此副電機(jī)的額定力矩應(yīng)大于m2/i;具體計(jì)算時(shí)，應(yīng)考慮差轉(zhuǎn)速調(diào)節(jié)范圍，電機(jī)連接方式等因素。選用普通三相異步電機(jī)，轉(zhuǎn)速控制精度為0.5%-0.1%，選用帶編碼器的變頻電機(jī)，變頻器運(yùn)行在帶pg矢量控制方式下，轉(zhuǎn)速控制精度可達(dá)到0.1%－0.05%。

　　本系統(tǒng)中主、副變頻器分別選用spf－22k和spf－7.5k變頻器，主電機(jī)型號(hào)規(guī)格為：yb2－180l－2，22kw，副電機(jī)型號(hào)規(guī)格為：yb2－132m－4，7.5kw。本系統(tǒng)離心機(jī)型號(hào)為lw400－1800，為無(wú)錫市中達(dá)離心機(jī)械有限公司生產(chǎn)，運(yùn)行轉(zhuǎn)速n1=2300r/min;差速器額定輸出力矩為4000－5000，速比i=93;差速調(diào)節(jié)范圍δn=2－20r/min（正常運(yùn)行6～12r/min）;副電機(jī)和差速器小軸連接（如圖3），差速按δn=（外轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速-差速器輸入軸轉(zhuǎn)速）/差速器速比=（n1-n）/i計(jì)算，本系統(tǒng)的計(jì)算值為（2300-1650）/93=6.98，通過(guò)計(jì)算，完全可以滿足工藝要求。

4　電氣控制系統(tǒng)

主變頻器k1用于驅(qū)動(dòng)離心機(jī)，使離心機(jī)轉(zhuǎn)速0～3200r/min無(wú)級(jí)可調(diào)，變頻器的輸入控制頻率由端子di1和di2設(shè)定。系統(tǒng)操作時(shí)，先啟動(dòng)副電機(jī)，再啟動(dòng)主電機(jī)，主電機(jī)到達(dá)設(shè)定轉(zhuǎn)速后，進(jìn)清水清洗3min，關(guān)閉清洗閥，先后開啟輸送機(jī)、切割機(jī)、加藥泵，延時(shí)10s后，開進(jìn)料泵進(jìn)料工作。離心機(jī)的污泥脫水分離頻率出廠時(shí)設(shè)置為45hz（轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速3150r/min），沖洗頻率出廠時(shí)設(shè)置為5hz（轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速350r/min），如果需要改變運(yùn)行頻率，可以對(duì)變頻器參數(shù)cd631進(jìn)行設(shè)定。

　　k2是副變頻器，用于調(diào)節(jié)離心機(jī)轉(zhuǎn)鼓和螺旋速度之差，即差轉(zhuǎn)速，改變差轉(zhuǎn)速的大小可以改變離心機(jī)的推泥速度，也會(huì)影響離心機(jī)每小時(shí)污泥處理量。本機(jī)主副變頻器直流母線直接并連，具有優(yōu)良的節(jié)能效果。

5　結(jié)束語(yǔ)

　　三墾變頻器在lw400-1800臥式螺旋推料沉降離心機(jī)上的應(yīng)用，一是滿足了工藝上的要求，進(jìn)一步減少了煉油廠的污水外排量，二是共直流母線交流變頻調(diào)速系統(tǒng)較好地解決了臥式螺旋推料沉降離心機(jī)背驅(qū)動(dòng)電機(jī)再生能量的回收問(wèn)題，它給用戶帶來(lái)了很大的實(shí)惠。經(jīng)過(guò)近兩個(gè)月的應(yīng)用，系統(tǒng)運(yùn)行良好，收到了較好的效益。