一、前言

某采礦單位是一家國(guó)營(yíng)地質(zhì)局下屬的有色金屬礦山采掘單位，從礦石的開(kāi)采到選礦加工一條龍。開(kāi)采的鉛、鋅礦石先由顎式破碎機(jī)進(jìn)行初步破碎，在破碎至合理細(xì)度后經(jīng)由提升機(jī)、給礦機(jī)均勻送入球磨機(jī)，由球磨機(jī)對(duì)礦石進(jìn)行粉碎、研磨。經(jīng)過(guò)球磨機(jī)研磨的礦石細(xì)料進(jìn)入分級(jí)工序。螺旋分級(jí)機(jī)借助固體顆粒的比重不同而在液體中沉淀的速度不同的原理，對(duì)礦石混合物進(jìn)行洗凈和分級(jí)。經(jīng)過(guò)洗凈和分級(jí)的礦物混合料在經(jīng)過(guò)磁選機(jī)時(shí)，由于各種礦物的比磁化系數(shù)不同，經(jīng)由磁力和機(jī)械力將混合料中的磁性物質(zhì)分離開(kāi)來(lái)。經(jīng)過(guò)磁選機(jī)初步分離后的礦物顆粒在被送入浮選機(jī)，根據(jù)不同的礦物特性加入不同的藥物，使得所要的礦物質(zhì)與其他物質(zhì)分離開(kāi)?？紤]到環(huán)保因素，分選后含有礦渣的廢液送到渣漿池中，再由渣漿泵將其送到尾礦庫(kù)，待礦渣與液體分離后，再循環(huán)利用液體。

目前在各大礦區(qū)的選礦廠，使用的渣漿泵大多都是離心式渣漿泵，其結(jié)構(gòu)和離心式水泵基本相同，但在管路上和普通水管網(wǎng)有很大的區(qū)別。因?yàn)楣芫W(wǎng)內(nèi)流動(dòng)的液體有礦石經(jīng)過(guò)球磨機(jī)研磨過(guò)后的廢棄礦渣，對(duì)泵體和管壁的磨損大，這就要求泵體和管網(wǎng)有較高的抗磨損能力，所以渣漿泵的泵體內(nèi)壁和管網(wǎng)壁必要經(jīng)過(guò)特殊工藝加工處理。一般尾礦庫(kù)的地勢(shì)略高于渣漿泵的安裝位置，因此，管網(wǎng)輸出端有止回閥，避免在泵停止的時(shí)候礦漿回流。設(shè)計(jì)上，渣漿泵的流量要大于排到渣漿池中廢液量，如果渣漿泵一直運(yùn)轉(zhuǎn)，可能導(dǎo)致渣漿池內(nèi)的渣漿不夠抽使泵空轉(zhuǎn)；但又不可使渣漿泵間隙運(yùn)轉(zhuǎn)，這又會(huì)使礦渣沉淀。因此，在泵的輸出端有一個(gè)調(diào)節(jié)出渣量大小的閥門(mén)，根據(jù)生產(chǎn)的需要調(diào)節(jié)出渣漿泵流量的大小。閥門(mén)的開(kāi)關(guān)度大小是需要操作人員根據(jù)生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的渣漿多少進(jìn)行調(diào)節(jié)的，同樣，閥門(mén)開(kāi)大時(shí)，可能導(dǎo)致渣漿池內(nèi)的渣漿不夠抽使泵空轉(zhuǎn)；閥門(mén)開(kāi)得過(guò)小時(shí)，會(huì)使渣漿池裝滿(mǎn)溢出。不論渣漿泵的流量如何，電動(dòng)機(jī)都以全速運(yùn)轉(zhuǎn)，用閥門(mén)進(jìn)行節(jié)流調(diào)節(jié)雖然簡(jiǎn)單，但增加了管路的阻尼，浪費(fèi)了電能。

二、變頻調(diào)速方案

為節(jié)能，采用變頻器堆渣漿泵進(jìn)行調(diào)速控制，只需將閥門(mén)開(kāi)到最大，管網(wǎng)的阻尼最小。用渣漿池的液位信號(hào)進(jìn)行自動(dòng)控制，調(diào)節(jié)變頻器的頻率。目前，液位控制經(jīng)常使用的傳感器有兩種，一種是用壓力傳感器經(jīng)變送器將渣漿池液體深度信號(hào)轉(zhuǎn)換成4～20mA模擬液位信號(hào)；另一種是用液位繼電器，液位繼電器有高、中、低三個(gè)接點(diǎn)，對(duì)應(yīng)渣漿池中的高、中、低三點(diǎn)液位。前者的價(jià)格較高，可精確控制液面在某一高度；后者價(jià)格便宜，只能控制渣漿池中的液面在高、中、低之間變化。為節(jié)省成本，選液位繼電器作為液位傳感器，完全能滿(mǎn)足生產(chǎn)工藝要求。

利用液位繼電器檢測(cè)選礦廠渣漿池內(nèi)的液位。液位繼電器的高、中、低三個(gè)節(jié)點(diǎn)接到變頻器X1、X2、X3輸入接點(diǎn)上，其控制過(guò)程如下：當(dāng)液位在“低位”以下時(shí)，變頻器以25Hz頻率運(yùn)轉(zhuǎn)；若渣漿泵的流量小于廢液的輸入量，渣漿池液位逐漸上升，液位升到“低位”時(shí)，變頻器以38Hz頻率運(yùn)轉(zhuǎn)；若渣漿泵的流量仍小于廢液的輸入量，渣漿池液位繼續(xù)上升，液位升到“中位”時(shí)，變頻器以50Hz頻率運(yùn)轉(zhuǎn)，一般渣漿池的液位不會(huì)超過(guò)“高位”。這時(shí)，若渣漿泵的流量大于廢液的輸入量，則渣漿池液位逐漸下降，液位降到“中位”時(shí)，變頻器以38Hz頻率運(yùn)轉(zhuǎn)；若渣漿泵的流量仍大于廢液的輸入量，渣漿池液位繼續(xù)下降，液位降到“低位”時(shí)，變頻器以25Hz頻率運(yùn)轉(zhuǎn)。由上過(guò)程可見(jiàn)，液位上升和下降的過(guò)程中越過(guò)高、中、低三個(gè)液位時(shí)切換的頻率不同，避免了在切換點(diǎn)上由于液面的波動(dòng)發(fā)生短時(shí)反復(fù)切換，也就是震蕩。

選用變頻器時(shí)要考慮到渣漿泵的負(fù)載特性，即渣漿廢液含有較多的比重大于水的雜質(zhì)，變頻器不能使用風(fēng)機(jī)、水泵型專(zhuān)用變頻器，應(yīng)選用具有恒轉(zhuǎn)矩機(jī)械特性的通用變頻器，于是，變頻調(diào)速器選森蘭SB70通用變頻器。

控制方框圖如圖1所示：  

圖1：控制流程方框圖

三、系統(tǒng)的節(jié)能計(jì)算

在改造實(shí)施以前，用戶(hù)希望能了解使用了變頻調(diào)器后的節(jié)能效果。根據(jù)GB12497《三相異步電動(dòng)機(jī)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行》強(qiáng)制性國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)實(shí)施監(jiān)督指南中的計(jì)算公式，即：風(fēng)機(jī)、泵類(lèi)，采用擋板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電機(jī)輸入功率PL與流量Q的關(guān)系為

     式中：Pe－額定流量時(shí)電機(jī)輸入功率kW

           QN－額定流量

     若流量的調(diào)節(jié)范圍（0.5～1）QN，則調(diào)節(jié)電率為：

2）式表明采用變頻調(diào)速后，電機(jī)消耗的功率與實(shí)際流量和額定流量比值的三次方成正比，再與采用擋板調(diào)節(jié)流量對(duì)應(yīng)電機(jī)輸入功率PL相減后再除以PL，得電機(jī)在節(jié)流調(diào)節(jié)消耗的功率基礎(chǔ)上計(jì)算的節(jié)能率。用相似性原理P∝n3計(jì)算節(jié)能時(shí)，也應(yīng)先計(jì)算原系統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)消耗的電能，再與系統(tǒng)變頻調(diào)速后消耗的電能相減，這正好是（2）式分子的表示式。因此，要準(zhǔn)確地計(jì)算節(jié)能，需要使用（1）式計(jì)算系統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)時(shí)消耗的電能。

在人工調(diào)節(jié)閥門(mén)時(shí)，根據(jù)廢水輸入量不同，閥門(mén)的開(kāi)度有大有小，渣漿泵的流量也不相同。將各個(gè)時(shí)段的流量加起來(lái)求出平均值大約為0.74，由（1）式

由（2）式

在考慮到變頻器的效率為95%，則渣漿泵用變頻調(diào)速后節(jié)能率在41%上下。改造完成用有功電度表進(jìn)行計(jì)量，節(jié)能率在40%，與計(jì)算相差不大。計(jì)算表明，改造后變頻系統(tǒng)對(duì)比原來(lái)工頻系統(tǒng)工作節(jié)能達(dá)40%，在1年運(yùn)行周期內(nèi)就可收回投資。

四、改造后的其它效果

1）由于變頻可實(shí)現(xiàn)電機(jī)軟起動(dòng)，消除或減少了電機(jī)起動(dòng)時(shí)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械的沖擊，使設(shè)備壽命延長(zhǎng)。

2）用變頻調(diào)速后，渣漿泵的轉(zhuǎn)速大部分時(shí)間內(nèi)變慢了，減少了廢液介質(zhì)對(duì)泵、閥門(mén)、管道的磨損。在沒(méi)改變頻器之前每3-5個(gè)月就要更換一次管網(wǎng)出口閥門(mén)，改用變頻控制后1年才換一次，維修費(fèi)用大大降低。

3）之前專(zhuān)門(mén)有人負(fù)責(zé)看管、操作這臺(tái)設(shè)備，改為變頻控制后，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)運(yùn)行、無(wú)人值守，節(jié)省了人工成本。

五、結(jié)束語(yǔ)

以森蘭SB70變頻器、液位繼電器和輔助電路組成礦用離心式渣漿泵控制系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的自動(dòng)運(yùn)行和無(wú)人職守，具有操作簡(jiǎn)單、維護(hù)方便、系統(tǒng)對(duì)電網(wǎng)和機(jī)械系統(tǒng)的沖擊小、運(yùn)行安全可靠等優(yōu)點(diǎn)，且節(jié)能效果明顯，可以在各大礦山選礦廠的渣漿泵設(shè)備上應(yīng)用，為渣漿泵的節(jié)能降耗提供了又一范例。