一、前言

某采礦單位是一家國營地質(zhì)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(jīng)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(jīng)過球磨機研磨的礦石細料進入分級工序。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(jīng)過洗凈和分級的礦物混合料在經(jīng)過磁選機時，由于各種礦物的比磁化系數(shù)不同，經(jīng)由磁力和機械力將混合料中的磁性物質(zhì)分離開來。經(jīng)過磁選機初步分離后的礦物顆粒在被送入浮選機，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?？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，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。因為管網(wǎng)內(nèi)流動的液體有礦石經(jīng)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(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)過特殊工藝加工處理。一般尾礦庫的地勢略高于渣漿泵的安裝位置，因此，管網(wǎng)輸出端有止回閥，避免在泵停止的時候礦漿回流。設(shè)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(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轉(zhuǎn)，這又會使礦渣沉淀。因此，在泵的輸出端有一個調(diào)節(jié)出渣量大小的閥門，根據(jù)生產(chǎn)的需要調(diào)節(jié)出渣漿泵流量的大小。閥門的開關(guān)度大小是需要操作人員根據(jù)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的渣漿多少進行調(diào)節(jié)的，同樣，閥門開大時，可能導(dǎo)致渣漿池內(nèi)的渣漿不夠抽使泵空轉(zhuǎn)；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(zhuǎn)，用閥門進行節(jié)流調(diào)節(jié)雖然簡單，但增加了管路的阻尼，浪費了電能。

二、變頻調(diào)速方案

為節(jié)能，采用變頻器堆渣漿泵進行調(diào)速控制，只需將閥門開到最大，管網(wǎng)的阻尼最小。用渣漿池的液位信號進行自動控制，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轉(zhuǎn)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(yīng)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(jié)省成本，選液位繼電器作為液位傳感器，完全能滿足生產(chǎn)工藝要求。

利用液位繼電器檢測選礦廠渣漿池內(nèi)的液位。液位繼電器的高、中、低三個節(jié)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(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，變頻器以38Hz頻率運轉(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，變頻器以50Hz頻率運轉(zhuǎn)，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(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，變頻器以25Hz頻率運轉(zhuǎn)。由上過程可見，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(fā)生短時反復(fù)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(zhì)，變頻器不能使用風機、水泵型專用變頻器，應(yīng)選用具有恒轉(zhuǎn)矩機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)能計算

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

     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(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，電機消耗的功率與實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)流量對應(yīng)電機輸入功率PL相減后再除以PL，得電機在節(jié)流調(diào)節(jié)消耗的功率基礎(chǔ)上計算的節(jié)能率。用相似性原理P∝n3計算節(jié)能時，也應(yīng)先計算原系統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)時消耗的電能，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，要準確地計算節(jié)能，需要使用（1）式計算系統(tǒng)節(jié)流調(diào)節(jié)時消耗的電能。

在人工調(diào)節(jié)閥門時，根據(jù)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，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行計量，節(jié)能率在40%，與計算相差不大。計算表明，改造后變頻系統(tǒng)對比原來工頻系統(tǒng)工作節(jié)能達40%，在1年運行周期內(nèi)就可收回投資。

四、改造后的其它效果

1）由于變頻可實現(xiàn)電機軟起動，消除或減少了電機起動時對電網(wǎng)和機械的沖擊，使設(shè)備壽命延長。

2）用變頻調(diào)速后，渣漿泵的轉(zhuǎn)速大部分時間內(nèi)變慢了，減少了廢液介質(zhì)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(wǎng)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(shè)備，改為變頻控制后，實現(xiàn)了自動運行、無人值守，節(jié)省了人工成本。

五、結(jié)束語

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)，可以實現(xiàn)系統(tǒng)的自動運行和無人職守，具有操作簡單、維護方便、系統(tǒng)對電網(wǎng)和機械系統(tǒng)的沖擊小、運行安全可靠等優(yōu)點，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。