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摘要：本文介紹了森蘭SB40系列變頻器在礦山渣漿泵上的應用，通過利用液位繼電器與變頻器的多段速運行功能，成功地將變頻調速器用于渣漿泵的調速控制系統，并得到了非常顯著的節能效果。

關鍵詞：SB40變頻器；渣漿泵；節能

1 引言

    某采礦單位是一家國營地質局下屬的有色金屬礦山采掘單位，從礦石的開采到選礦加工一條龍。開采的鉛、鋅礦石先由顎式破碎機進行初步破碎，在破碎至合理細度后經由提升機、給礦機均勻送入球磨機，由球磨機對礦石進行粉碎、研磨，經過球磨機研磨的礦石細料進入下一道工序分級。螺旋分級機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，對礦石混合物進行洗凈和分級。經過洗凈和分級的礦物混合料在經過磁選機時，由于各種礦物的比磁化系數不同，經由磁力和機械力將混合料中的磁性物質分離開來。經過磁選機初步分離后的礦物顆粒在被送入浮選機，根據不同的礦物特性加入不同的藥物，使得所要的礦物質與其他物質分離開。考慮到環保因素，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，待礦渣與液體分離后，再循環利用液體。

    目前在各大礦區的選礦廠，使用的渣漿泵大多都是離心式渣漿泵。其結構和離心式水泵基本相同，但在管路上和普通水管網有很大的區別。因為管網內流動的液體有礦石經過球磨機研磨過后的廢棄礦渣，對泵體和管壁的磨損大，這就要求泵體和管網有較高的抗磨損能力，所以渣漿泵的泵體內壁和管網壁必要經過特殊工藝加工處理。一般尾礦庫的地勢略高于渣漿泵一般尾礦庫的地勢略高于渣漿泵的安裝位置，因此，管網輸出端有止回閥，避免在泵停止的時候礦漿回流。設計上，渣漿泵的流量要大于排到渣漿池中廢液量，如果渣漿泵一直運轉，可能導致渣漿池內的渣漿不夠抽使泵空轉；但又不可使渣漿泵間隙運轉，這又會使礦渣沉淀。因此，在泵的輸出端有一個調節出渣量大小的閥門，根據生產的需要調節出渣漿泵流量的大小。閥門的開關度大小是需要操作人員根據生產過程中產生的渣漿多少進行調節的，同樣，閥門開大時，可能導致渣漿池內的渣漿不夠抽使泵空轉；閥門開得過小時，會使渣漿池裝滿溢出。不論渣漿泵的流量如何，電動機都以全速運轉，用閥門進行節流調節雖然簡單，但增加了管路的阻尼，浪費了電能。

2 變頻調速方案

    為節能，采用變頻器堆渣漿泵進行調速控制，只需將閥門開到最大，管網的阻尼最小。用渣漿池的液位信號進行自動控制，調節變頻器的頻率。目前，液位控制經常使用的傳感器有兩種，一種是用壓力傳感器經變送器將渣漿池液體深度信號轉換成4~20mA模擬液位信號；另一種是用液位繼電器，液位繼電器有高、中、低三個接點，對應渣漿池中的高、中、低三點液位。前者的價格較高，可精確控制液面在某一高度；后者價格便宜，只能控制渣漿池中的液面在高、中、低之間變化。為節省成本，選液位繼電器作為液位傳感器，完全能滿足生產工藝要求。

    利用液位繼電器檢測選礦廠渣漿池內的液位。液位繼電器的高、中、低三個節點接到變頻器X1、X2、X3輸入接點上，其控制過程如下：當液位在“低位”以下時，變頻器以25Hz頻率運轉；若渣漿泵的流量小于廢液的輸入量，渣漿池液位逐漸上升上升，液位升到“低位”時，變頻器以38Hz頻率運轉；若渣漿泵的流量仍小于廢液的輸入量，渣漿池液位繼續上升，液位升到“中位”時，變頻器以50Hz頻率運轉，一般渣漿池的液位不會超過“高位”。這時，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，變頻器以38Hz頻率運轉；若渣漿泵的流量仍大于廢液的輸入量，渣漿池液位繼續下降，液位降到“低位”時，變頻器以25Hz頻率運轉。由上述過程可見，液位上升和下降的過程中越過高、中、低三個液位時切換的頻率不同，避免了在切換點上由于液面的波動發生短時反復切換，也就是震蕩。

    選用變頻器時要考慮到渣漿泵的負載特性，即渣漿廢液含有較多的比重大于水的雜質，變頻器不能使用風機、水泵型專用變頻器，應選用具有恒轉矩機械特性的通用變頻器，于是，變頻調速器選森蘭SB40通用變頻器。

    控制方框圖如圖1所示。

                                 圖1   控制流程方框圖

    系統電氣原理圖如2圖所示。

     
                            
                                     圖2   系統電氣原理圖

3 系統的節能計算

    在改造實施以前，用戶希望能了解使用了變頻調器后的節能效果。根據GB12497《三相異步電動機經濟運行》強制性國家標準實施監督指南中的計算公式，即：風機、泵類，采用擋板調節流量對應電機輸入功率PL與流量Q的關系為：
       (1)

    式中：Pe－額定流量時電機輸入功率kW
　　　    QN－額定流量

    若流量的調節范圍（0.5~1）QN，則調節電率為：

 (2)

   （2）式表明采用變頻調速后，電機消耗的功率與實際流量和額定流量比值的三次方成正比，即，再與采用擋板調節流量對應電機輸入功率PL相減后再除以PL，得電機在節流調節消耗的功率基礎上計算的節能率。用相似性原理P∝n3計算節能時，也應先計算原系統節流調節時消耗的電能，再與系統變頻調速后消耗的電能相減，這正好是（2）式分子的表示式。因此，要準確地計算節能，需要使用（1）式計算系統節流調節時消耗的電能。

    在人工調節閥門時，根據廢水輸入量不同，閥門的開度有大有小，渣漿泵的流量也不相同。將各個時段的流量加起來求出平均值大約為0.74 QN，由（1）式
　　

　　由（2）式

　　
    在考慮到變頻器的效率為95%，則渣漿泵用變頻調速后節能率在41%上下。改造完成用有功電度表進行計量，節能率在40%，與計算相差不大。計算表明，改造后變頻系統對比原來工頻系統工作節能達40%，在1年運行周期內就可收回投資。

4 改造后的其它效果

   （1）由于變頻可實現電機軟起動，消除或減少了電機起動時對電網和機械的沖擊，使設備壽命延長。
   （2）用變頻調速后，渣漿泵的轉速大部分時間內變慢了，減少了廢液介質對泵、閥門、管道的磨損。在沒改變頻器之前每3-5個月就要更換一次管網出口閥門，改用變頻控制后1年才換一次，維修費用大大降低。
   （3）之前專門有人負責看管、操作這臺設備，改為變頻控制后，實現了自動運行、無人值守，節省了人工成本。

5 結束語

    以森蘭SB40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，可以實現系統的自動運行和無人職守，具有操作簡單、維護方便，且節能效果明顯，系統對電網和機械系統的沖擊小，運行安全可靠等優點，可以在各大礦山選礦廠的渣漿泵設備上應用，為渣漿泵的節能降耗提供了又一范例。