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    作者簡介：

    徐明章（1968-），男，四川遂寧人，工程師，現就職于希望森蘭科技股份有限公司，主要從事變頻調速系統設計和現場應用方面的工作。

    摘要：礦山水力旋轉分級系統是礦漿通過渣漿泵獲得動能后，進入水力旋轉器，在離心力的作用下將粗礦粒和細礦粒分離。通過變頻調速改變礦漿泵的轉速可以滿足不同分離工藝要求。森蘭SB70G500kW矢量控制變頻器已在銅礦水力旋轉分級系統中替代國外變頻器，投運以來，其性能和可靠性完全滿足生產工藝的要求，國產化是必由之路。

    關鍵詞：礦漿泵；水力旋轉器；變頻器；國產化

    1 概述

    中國是世界銅礦較多的國家之一。總保有儲量銅 6243 萬噸，居世界第 7 位。探明儲量中富銅礦占 35% 。銅礦分布廣泛，除天津、香港外，包括上海、重慶、臺灣在內的全國各省 ( 市、區 ) 皆有產出。已探明儲量的礦區有 910 處。江西銅儲量位居全國榜首，占 20.8% ，西藏次之，占 15% ；再次為云南、甘肅、安徽、內蒙古、山西、湖北等省，各省銅儲量均在 300 萬噸以上。

    目前，我國勘探和開采的銅或銅多金屬礦床，大部分銅礦石都要經過選礦富集成銅精礦才能冶煉成銅金屬，銅礦選礦工藝流程是礦石經過破碎、球磨和細篩的篩選，得到較細的礦漿液，再經過礦漿泵輸送給水力旋轉器分離出滿足浮選工藝要求的礦漿，在整個選礦過程中水力旋轉器工作的好壞將直接影響選礦的質量和效率。影響水力旋轉器的工作主要有以下因素：礦漿入口的壓力和流速；溢流管、排砂咀的尺寸及其與直徑之比；圓錐角的大小以及礦漿濃度等。在選好一個型號的水力旋轉器后可變的因數就只有礦漿入口的壓力和礦漿濃度是變化量了，因此礦漿入口的壓力和礦漿濃度必須控制，才能給下工序（浮選）輸送滿足要求的礦漿。濃度可以通過二段池補加水閥開度來控制。礦漿入口的壓力和流速，可以通過改變礦漿泵的轉速來實現，礦漿泵的轉速又可以通過變頻調速來實現。選礦工藝流程如圖1所示.

               

                             圖1 選礦工藝流程

    變頻調速是一種高效、無級的調速方式。隨著電力電子技術和控制技術不不斷完善和發展，變頻調速已在各行業廣泛應用，但遺憾的是由于多種原因，國內很多行業關鍵設備的變頻調速器還是被國外品牌的變頻器所壟斷。例如，本案例發生在江西德興銅礦，該公司是我國最大的銅礦開采企業，以前他們的礦漿泵變頻調速器只選擇ABB、西門子等國外著名品牌。令人欣慰的是該企業在實施設備國產化進程中，通過對比國內各變頻器制造商實力以及對現場方案的解決，最后選定森蘭變頻器。經過一年多的運行證明該變頻器完全能滿足要求。

    2 水力旋轉器的工作原理

    水力旋流器是利用離心力作用進行分級的設備。在磨礦回路中用作檢查分級和控制分級，它是當前細粒物料分離比較有效的設備。水力旋流器的構造：上部為圓錐形。在圓柱形筒體上裝有與筒壁呈切線方向的給礦管。圓錐上部裝有與圓柱部分相連通的中心溢流管。溢流管的上端則通過緩沖室或直接與外部管道聯接以排出溢流。在圓錐形底部裝有沉砂咀，以排出粗粒沉砂。

    水力旋流器的工作原理：當礦漿用礦漿泵（或高差）以一定壓力和流速經給礦管沿切線方向進入圓筒后，礦漿便以很快的速度沿筒壁旋轉，而產生很大的離心力。在離心力和重力的作用下，較粗、較重的礦粒被拋向器壁，沿螺旋線的軌跡向下運動，并由圓錐體下部的排吵咀排出，而較細的礦粒則在錐體中心和水形成內螺旋狀的上升礦漿流，經溢流管排出，實現粗礦粒和細礦粒的分離。

    3 系統要求

    （1）變頻器額定電壓、頻率為：三相380V，50Hz，適配電機功率為：450kW。
    （2）啟動轉矩：0.5Hz大于150%額定轉矩。
    （3）變頻器可靠性高，過載能力：150%額定電流1分鐘。
    （4）變頻器輸入側總電壓諧波畸變率：THVD小于5%；輸出側：為了不給昂貴的電機造成傷害要求輸出電壓為正弦波。
    （5）變頻器控制系統能實現：現場就地、現場遠程、本柜就地、本柜遠程、緊急停車等功能。4 森蘭變頻器礦山水力旋轉分級系統的應用

    SB70G系列變頻器為希望森蘭變頻器制造公司自主開發的新一代低噪音、高性能、可靠性高、功能強大的變頻器，采用轉子磁場定向的無速度傳感器矢量控制方式，0.5Hz時的轉矩大于150%，實現了對電機大轉矩起動和高精度的控制。考慮到使系統更加可靠，可以放大一擋選用SB70G500kW變頻器，完全能滿足系統的前3條要求。為滿足第4條要求，可以采用以下措施。采用12脈波整流方式以減小輸入側的諧波，與6脈波輸入方式相比，可以消除5次、7次諧波，完全滿足THVD小于5%的要求。為了使輸出的電壓波形是正弦，在變頻器的輸出安裝了正弦波濾波器，經過現場測試變頻器輸出電壓波形滿足要求，徹底消除了過沖電壓，減小了轉子軸電壓和軸承電流。鑒于SB70G變頻器有自身強大的模塊化設計和可編程單元設計以及多種可選配件，根據要求對其進行二次開發滿足了第5條要求。其變頻控制原理圖如圖2所示。

                  

                                    圖2 變頻器控制原理圖

    本系統的控制分為手動控制和自動控制。手動控制時，變頻器的頻率通過電位器RP1調節，變頻器的起/停通過按鈕控制中間繼電器INV實現。自動控制時，變頻器的啟動/停止由PLC控制中間繼電器INV實現。礦漿壓力由礦漿入口壓力計輸出的4~20mA反饋信號送給PLC，PLC再根據進料給定壓力值進行計算，最后并輸出4~20mA信號給變頻器，控制變頻器的壓力實現閉環控制，使礦漿的壓力在給定范圍內變化，使水力旋轉器在最佳工作狀態。

    5 結語

    SB70G500kW變頻器投運以來，運行可靠平穩，控制靈活方便，精度高，充分滿足了水力旋轉器的工藝要求，大大優化了生產指標，提高了礦漿的分離精度，并且在調速過程中有節能效果。實踐證明，森蘭SB70G500kW變頻器其性能和可靠性完全滿足閉環選礦生產工藝的要求。

    摘自《自動化博覽》2010年第七期