Способ автоматического управления процессом разделения в гидроциклоне

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 19) 4 С 11/О ПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕ ЕЛЬСТВУ Н АВТОРСКОМУ С(54) СПНИЯ ПРОЛОНЕ ретение от атического 7 Из спосоя рабо осится равле обога бам авт той гид цветной пользов и ру оциклонов и и черной ме и Ис сниз ии ноли ние способа ход электроэне дельныи гидроциклона и в точку насоса, на менения сечения яние на рабочую влияние изнасадки гидния привода ние рабочей структурная анный способ фиг.3 - есковой ты вращ а полож фиг.4 - зующая д роциклона и частнасоса на К 1 Щ иточки насоса; на блок-схема,вления. управлениобразом. Повышениействия на та полезно коз ици са приводит к сниже ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свИд .1237257,кл, В 0Авторское свидР 1445790, кл. В Р 36горнорудный инсий, Т,Ю.Трач,рольский8.8)детельство СССРС 11/00, 1984,льство СССР3 В 13/00, 1986 ОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕССОМ РАЗДЕЛЕНИЯ В ГИДРОЦИКИзобретение относится к способам автоматического управления процессом разделения в гидроциклоне и может быть использовано на обогатительных фабриках цветной и черной металлургии.Целью изобретения является снижение удельного расхода электроэнергии на перекачку пульпы путем повышения КПД насоса при заданном качестве разделения пульпы.На фиг.1 представлена гидравлическая характеристика системы трубопроводовфна фиг.2 - изменение положе ния характеристики трубопровода при перекачку пульпы. В способе производится непрерывный контроль параметров мощности и частоты вращенияприводного двигателя насоса, уровняпульпы в зумпфе , расхода пульпы идавления на входе в гидроциклон. Поэтим параметрам определяется коэффициент полезного действия насоснойустановки. В процессе работы коэффициент полезного действия поддерживается максимально возможным для данного режима путем приведения в соответствие характеристики трубопроводаи рабочей характеристики насоса, чтодостигается изменением уровня пульпыв зумпфе и сечения песковой насадкигидроциклона. Требуемое качество разделения достигается путем изменениячастоты вращения привода насоса взависимости от удельной массы твер дого в питании гидроциклона, 4 ил 2 табл. енении сечения песковой насадк Способ автоматическо осуществляется следующи3 1510944 4электроэнергии на . гидравлическим сопротивлением системы трубопроводов и величиной избыточного давления, необходимого для(1) обеспечения процесса классификации.Для перемещения пульпы по системе оса, м /ч; трубопроводов насоса за счет работы кая высота на- двигателя создается избыточный напорН, (фиг.1). удельного расхода перекачку пульпы:( Н р;С102 3600Н= Н,.+ХЬ, +бй,(2) где Ц - подача насН - геодезичеспора, м,- плотность пульпы, кг/мэ,- суммарный КПД Насосной установки",1 - время работы, с.Так как величина КПД стоит в знаменателе формулы (1), то очевидно, 15что с ростом КПД. величина удельногорасхода электроэнергии И уменьшается пропорционально увеличению КПД.Рабочая точка насосного агрегатаопределяется пересечением рабочей 20характеристики насоса Я - Н и гидравлической характеристики трубопровода, При постоянной частоте вращения двигателя насоса, рабочая характеристика Я - Н неизменна. 25При изменении расхода воды в зумпфгидроциклона или изменении сеченияпесковой насадки гидроциклона изменяется положение рабочей характеристики трубопровода. Таким образом, . 30положение рабочей точки насоса перемещается по рабочей характеристикеЯ - Н. В соответствии с этими перемещениями изменяется текущее значение КПД установки. Изменением расхода воды в зумпф гидроциклона можно добиться повышения КПД насоса внекоторых пределах. Однако часто этипределы ограничены объемом и высотойзумпфа. Добиться дальнейшего повышения КПД насоса в таких случаях возможно путем изменения положения гидравлической характеристики трубопровода, изменяя сечение песковой насадки гидроциклона при стабилизированном уровне пульпы в зумпфе, со"ответствующем максимальному для .данного режима КПД. Затем, изменяя частоту вращения двигателя насоса, добиваются оптимального значения критерия эффективности классификации вгидроциклоне,В процессе работы насос и систематрубопроводов, на которой установлен гидроциклон, находятся в определенной технологической связи. Так, работа насоса, обеспечивающего подачупульпы в гидроциклон, определяетсягеодезической высотой водоподъема,где Нг - геодезическая высота водоподъема,Х Ь - потери напора на гидравлических сопротивлениях,Д 1 - избыточное давление навходе в гидроциклон,обеспечивающее процесс классификации.Геодезическая высота подъема Н,.определяется уровнем пульпы в зумпфеи постоянна при постоянном уровне.Гидравлическая характеристика трубопровода смещается вдоль оси ординатв соответствии с уровнем пульпы взумпфе.Из фиг.2 видно, что при постоянномуровне пульпы в зумпфе и переменныхгидравлических сопротивлениях трубопровода изменяется угол наклона гидравлической характеристики трубопровода. Гидравлическое сопротивлениетрубопровода Х 1 изменяется при изменении сечения песковой насадки гидроциклона. При уменьшении проходногосечения песковой насадки увеличивается гидравлическое сопротивлениетрубопровода 111;, при увеличениисечения - уменьшается. Таким образом,крутизна гидравлической характеристики трубопровода тем больше, чембольше гидравлическое сопротивлениетрубопровода, Избыточное давление йЬна входе в гидроциклок определяетсяисходя из технологических условийведения процесса разделения в гидр о цикл.он ах.Положение гидравлической характеристики трубопровода системы зумпфнасос - гидроциклон определяетсяуровнем пульпы в зумпфе и сечениемпесковой насадки гидроциклона. Рабочие режимы насоса соответствуют значительно пониженным значениям коэффициента полезного действия, Зависимость КПД установки от расхода насосавыражается уравнениемоот - в "н оот, сз)1 ТН(4)50 где 1 ь. - уровень пул пы в зумпфе;пропорциональеляется в про пределяется ка- ко ффициентти, опре се насад ления,дЬ га рег Диаодного ша де В Ь - величи системы це лирования.азон измене ной ния песк анов - расход нас з/ч- частота вр насоса 1/сия с ой ределяетсяа кониа онао ср адки гидроци м Б,д, нижн части гидро я привод сечение ческой клона, с одной.Ц - расход,Н - избыточный напор,И - полезная мощность насоса,5Н - потребляемая насосом мощность,Коэффициент полезного действияобращается в нуль при 0 = О и приН = О. Вследствие этого при увеличении подачи от 0 до Ч, коэфД 4 ксфициент полезного действия проходитчерез максимум (фиг. 3) . Наличиеэкстремальной зависимости коэффициента полезного действия насоса позволяет реализовать ограничение удельного расхода электроэнергии на перекачку пульпы Иу -+ Ыпутем выбора дополнительного критерия процесса разделения ,-. Это возможнореализовать при непрерывной оценкеКПД насоса. Текущая оценка параметрадавления, расхода потребляемой мощности, частоты вращения привода насоса и уровня пульпы в зумпфе даетвозможность непрерывной оценки коэффициента полезного действия. Дляэтого потребляемая двигателем насоса мощность контролируется датчикоммощности и вторичным прибором. Частота вращения привода насоса контролируется тахогенератором. Давлениепульпы на входе в гидроциклон контролируется датчиком давления, Уровень в зумпфе контролируется поплавковым датчиком. Для контроля расходанасоса на входе гидроциклона установлен расходомер, основанный на измерении разности давлений пульпы в40колене трубопровода дифференциальным манометром. Экспериментальными исследованиями установлено, что напор насоса Нь с точностью 0,77. определяется по выра- жению2.Н= (А+ВЬ- СКЯ,)й) - номинальная частота вращения привода насоса.Это уравнение получено для опытнопромышпенной установки при А " 12,2 1, В = 5,828, С = 0,42.Плотность перекачиваемой пульпы определяется по формуле где Р - давление пульпы на входе вгидроциклон, Н - напор насоса, я - ускорение свободного падения.Таким образом, непрерывно контролируя параметры Р, Ь, Б, ш и Я, непрерывно оцениваем коэффициент полезного действия установки по выражению (3),Для определения направления изменения коэффициента полезного действия насоса и расхода воды в зумпф гидроциклона определяют положение рабочей точки на рабочей характеристике Я-Н. Для этого на первом этапе управления осуществляется ступенчатое изменение расхода воды в зумпф . гидроциклона в направлении, определяемом технологическими ограничениямиДля выбранных управляющих воздействий технологическими ограничениями являются допустимый уровень пульпы в зумпфе и допустимое сечение песковой насадки гидроциклона.Допустимьй верхний уровень пульпы в зумпфе 1 определяется высотой зумпфа. Нижним ограничением по уровню пульпы в зумпфе является условие неразрывности потоков при изменении частоты вращения двигателя. Данное условие надежно выполняется при уровне пульпы в зумпфе не менее 1/3 его высоты. Таким образом, уровень пульпы в зумпфе может быть в пределах от 1 мин до 1 мин + 4 1 раг 11 чяс и ко лнчество и шагов регулирования уровня пульпы в зумпфе от Вятича до ЬидксЬ -Ь(7) 45 стороны, и сечением Баии воздушного столба, с другой стороны, при соблюдении условия веерообразной разгрузки песков во всех случаях.Нахождение текущего значения сечения песковой насадки гидроциклона в пределах допустимого диапазона контролируется датчиком контроля разгрузочного зонта песков, в качестве которого используется электронный сигнализатор с электродами. При выходе величины сечения из допустимого диапазона происходит блокировка изменения величины сечения,Таким образом, пошаговое изменение сечения песковой насадки может быть в пределах от Я мам до Б мин величина одного шага 4 Я определяется конкретными размерами гидроциклона и соответствующего начального сечения песковой насадки. Количество/шагов регулирования и при этом определяется как.При выборе. направления первого шага изменения расхода воды в зумпф определяется уровень пульпы в зумпфе Ь, и сравнивается с величиной Ьилий то с целью предотвращения аварийнойситуации первый шаг изменения расхо"да воды в зумпф делается в сторонууменьшения, если же то - в сторону увеличения расхода воды. После .изменения расхода воды в зумпф гидроциклона определяются знаки приращений напора и коэффициента полезного действия насоса. При совпадении знаков приращений расход воды в зумпф уменьшают, при противоположных знаках расход воды увеличивают. В табл. 1 приведены возможные при таком управлении технологические ситуации и соответствующие управляющие воздействия. Ситуация Управляющее воздействие Расход воды в зумпфуменьшить Расход воды в зумпфуменьшить Расход воды в зумпфувеличить Расход воды в зумпфувеличить При пошаговом изменении расхода воды в зумпф гидроциклона условием перехода через экстремум является перемена знака приращения коэффициента полезного действия на и-м шаге управления при постоянстве знака приращения напора. При выполнении такого условия делается шаг изменения расхода воды в зумпф в противоположном направлении, т.е. до достижения величиной коэффициента полезного действиязначения на ишаге управления, Таким образом, экстремум достигаетсяс точностью, определяемой величинойшага изменения расхода воды в зумпф гидроциклона. После достижения экстремума или достижения технологического ограничения по уровню пульпы прекращают изменение расхода воды в .зумпф гидроциклона и стабилизируютуровень пульпы в зумпфе на значении,соответствующем максимальному дляданного режима, коэффициенту полезного действия насоса. Режим определяется типом и состоянием оборудования, его топологической структурой,типом перерабатываемой руды и режимными параметрами ведения процесса,В случае достижения технологического ограничения по уровню пульпы в эумпфе дальнейшее повышение КПД насоса возможно путем изменения сечения песковой насадки гидроциклона. Выбор направления начального шага управления по изменению сечения песковой насадки гидроциклона определяется предшествующим направлением изменения расхода воды в зумпф гидроциклона до достижения технологического ограничения по уровню пульпы в зумпфе. Предположим, ограничением явился верхний уровень Ьм пульпы, в зумп 1510944Предположим, что был достигнут верхний уровень и пульпы в зумпфе. Допустим, что этому уровню соответствует точка 1 на рабочей характеристике Ц - Н (фиг.3), Первый шаг изменения сечения песковой насадки делается в сторону увеличения. После этого рабочая точка займет положение 2 на рабочей характеристике Я - Н, при этом крутизна гидравлической характеристики трубопровода уменьшается, ветви ее опускаются ниже. Определим знаки приращений для нового положения характеристики трубопровода:- , ) О, Н -Н,0. Так как знаки йриращений напора и КПД противоположны, то сечение песковой насадки увеличивают. 50 55 фе, т.е. изменение расхода воды осуществлялось в сторону увеличенияуровня.Увеличение расхода воды в зумпфгидроциклона соответствует уменьше 5нию геодезической высоты подъема,что, в свою очередь, при прочих равных условиях, соответствует согласноуравнению (2) уменьшению напора насоса. При неизменном уровне пульпыв зумпфе, т.е. при постоянной геодезической высоте подъема Н, и прочих равных условиях согласно уравнению (2) добиться уменьшения напоравозможно уменьшением гидравлическогосопротивления трубопровода 7 Ь;, чтосоответствует увеличению сечения песковой насадки гидроциклона и уменьшению крутизны гидравлической характеристики трубопровода (фиг. 2). Таким образом, направление первого шагапо изменению сечения песковой насадки гидроциклона определяется в зависимости от того, какой ограничительный (верхний или нижний) уровень былдостигнут при регулировании. Еслиограничением явился верхний Ьдуровень пульпы в зумпфе, первый шагпо изменению сечения песковой насадки делается в сторону увеличения,если же ограничением явился нижнийуровень пульпы в зумпфе, то первыйшаг делается в сторону уменьшениясечения,После этого определяются знакиприращений напора и КПД и сечениепесковой насадки гидроциклона увеличивают при противоположных знакахнапора и КПД и уменьшают при одинаковых знаках приращений напора и КПД.40В табл. 2 приведены возможные ситуации и соответствующие управляюЩие воздействия. Ситуация Управляющее воздействие Сечение песковой насадки уменьшить Ня-Н (О оСечение песковой насадки уменьшить Сечение песковой насадки увеличить Н,-Н,)0-,о Нг-Н СО - 0 Сечение песковой насадки увеличить При шаговом изменении сечения песковой насадки гидроциклона условием перехода через экстремум является перемена знака приращения коэффициента полезного действия на К-м шаге управления при постоянстве знака приращения напора. При выполнении такого условия или при достижении технологического ограничения по изменению сечения песковой насадки делается шаг изменения сечения песковой насадки в противоположном направлении, т.е. до достижения величиной КПД значения на Кшаге управления. Таким образом, экстремум достигается с точностью, определяемой величиной шага изменения сечения насадки, После достижения экстремума или достижения технологичес-кого ограничения при изменении сечения песковой насадки гидроциклона оценивают критерий эффективности разделения и изменяют частоту вращения привода насоса до достижения критерием эффективности оптимального значения.Пульпа из эумпфа 1 (фиг,4) откачивается насосом 2 с регулируемым приводом 3 в гидроциклон 4, снабженный регулируемой песковой насадкой 5. В вычислительное устройство (ВУ) б подаются сигналы от датчика 7 давления, установленного на входе гидроциклона 4, датчика 8 расхода воды, датчика 9 мощности и датчика 10 частоты вращения привода 3 насоса 2, датчика 11 уровня и датчика 12 расхода пульпы, датчика 13 контроляО разгрузочного зонта. В ВУ 6 по сигналам датчика 11 уровня, датчика 12расхода пульпы, датчика 10 частотывращения привода 3 насоса 2 определяется напор, создаваемый насосом 2,по выражению (4) . Плотность перекачиваемой пульпы определяется по сигналам датчика 7 давления и датчика 11уровня по выражению (5), По сигналамдатчикадавления, датчика 8 расхода воды в зумпф и датчика 9 мощности рассчитывается удельный вествердого в пульпе по формуле 5= 1+ 1 ( (8)Н я(К 11-Р Ы)где 3 - плотность твердого в пульпе, т/м,К - константа,Б - мощность двигателя насоса,кВт,Р - давление пульпы на входегидроциклона, кг/см,Н - напор, развиваемой насосом, м,8 - ускорение свободного падения, м/с ,11 - расход воды в зумпф гидроциклона, м.По сигналам датчика 11 уровня,датчика 12 расхода пульпы и датчика9 мощности рассчитывается коэффициент полезного действия насоса повыражению (3) .В вычислительном устройстве 6определяется направление первого шага изменения расхода воды в зумпф 1гидроциклона 4 исходя из логическихусловий (б) и (7). Далее в вычислительном устройстве 6 определяютсязнаки текущих приращений напора икоэффициента полезного действия иопределяется направление следующего шага изменения расхода воды. Управляющий сигнал от вычислительногоустройства б через усилитель 14 поступает на исполнительный механизм 15регулирующего органа 16 подачи воды,который изменяет расход воды в зумпф1 гидроциклона 4 согласно выработанному управляющему воздействию.1За несколько аналогичных шаговдля этого режима КПД насоса достигнет максимального значения. При достижении экстремума вычислительноеустройство б подключает контур регулирования качества выходного продукта гидроциклона 4 по параметрам 30 35 40 45 50 55 удельного веса твердого в питании, определяемого по выражению (8), путем изменения частоты вращения привода насоса при стабилизации уровня в зумпфе 1. При достижении технологического ограничения по уровню пульпы в зумпфе 1 вычислительноеустройство б вьдает сигнал на прекращение изменения расхода воды в зумпф 1 в зависимости от знаков приращенийнапора и КПД насосной установки исигнал на стабилизацию уровня пульпыв зумпфе 1 на этом значении. Послеэтого в вычислительном устройстве 6оценивается значение достигнутогоограничительного уровня пульпы взумпфе 1: мин или Ьмднс. Если достигнут верхний ограничительный уровень Ь , вычислительное устройство 6 вьдает управляющий сигнал исполнительному механизму 17 на увеличение сечения песковой насадки 5 гидроциклона 4, если же достигнутнижний ограничительный уровень Ьц,то вычислительное устройство б выдает управляющий сигнал на уменьшение сечения песковой насадки 5. Затемв вычислительном устройстве 6 оцениваются знаки текущих приращений напора и КПД и вьдается сигнал на изменение сечения песковой насадки гидроциклона согласно табл. 2 в зависимости от имеющейся ситуации. За несколько аналогичных шагов системавыйдет на режим работы с максимальным коэффициентом полезного действиянасоса. При этом непрерывно контролируется процесс разгрузки песков гидроциклона 4. В случае максимальногоразгрузочного зонта, соответствующегосечению Бд , от датчика 13 разгрузочного зонта в вычислительноеустройство б поступает сигнал " 1",в случае отсутствия веерообразнойразгрузки, от датчика 13 поступаетсигнал "О", что соответствует достижению нижнего предела изменениясечения Б н, В этих случаях, атакже в случае перемены знака прира 1щения КПД при сохранении знака приращения напора, что соответствует переходу через экстремум, вычислительное устройство б вьдает управляющийсигнал на изменение сечения насадки5 в противоположном направлении навеличину д Б, Исполнительный механизм .17 изменяет сечение песковой насадки 5 гидроциклона 4 согласно вырабо 13141510944танному управляющему воздействию.После этого величина сечения лесковой насадки 5 поддерживается неизменной. Далее в вычислительном устройстве 6 оценивается эффективность разделения в гидроциклоне 4 по параметрам удельного веса твердого в его питании, определяемого по выражению (8), и частоты вращения привода 3 насоса 2, и вычислительное устройство 6 выдает управляющий сигнал на изменение час. тоты вращения привода 3 насоса 2 в зависимости от удельного веса твердого до достижения критерием эффективности Х заданного оптимального значения сд, . При этом вычислительное устройство 6 поддерживает уровень пульпы в зумпфе 1 на значении, соответствующем достигнутому в предшествующем режиме максимальному значению КПД.Предположим, путем изменения расхода воды в зумпф 1 гидроциклона 4 достигнут верхний ограничительный уровень Ьм тогда вычислительное устройство 6 выдает сигнал на прекращение изменения расхода воды в зумпф 1 согласно ситуациям, приведенным в табл. 1, и на стабилизацию этого уровня изменением расхода воды в зумпф 1, Вычислительное устройство 6 выдает также сигнал на увеличение сечения песковой насадки 5 гидроциклона 4, так как достигнут верхний 11 мрк ограничительный уровень. Пусть35 рабочему режиму в точке 1 (фиг.З) соответствовал уровень пульпы в зумпфе Ьм напор Н, и КПД , . После увеличения сечения песковой насадки 5 гидроциклона 4 на величину й Б гид 40 равлическая характеристика трубопровода опустится ниже. Этому положению гидравлической характеристики соответствует рабочая точка 2. Точке 2 соответствует напор Н и КПДВ вычислительном устройстве 6 по сйгналам соответствующих датчиков определяются знаки приращений напораи КПД: Н-Н ( О,- 7,)950Так как знаки приращений противоположны, вычислительное устройство 6,согласно табл. 2, выдает управляющийсигнал на увеличение сечения песковойнасадки 5 на величину д Б. Исполнительньй механизм 17 увеличит сечениепесковой насадки 5 на величину д Б.Теперь рабочая точка переместитсявниз по характеристике Я - Н и зай- . мет положение 3 и т.дЗа несколько аналогичных шагов КПД насоса достигнет экстремального значения или же сечение песковой насадки 5 достигнет верхнего предела регулирования Бм 4 мсПредположим, на К-м шаге управления достигнут верхний предел изменения сечения песковой насадки Б. От датчика 13 контроля разгрузочного зонта поступает в вычислительное устройство 6 сигнал "1"Вычислительное устройство 6 выдает управляющий сигнал на уменьшение сигнала песковой насадки на величину 4 Б. Система будет работать в установившемся режиме в точке, которой соответствуют параметры процесса разделения на Кшаге управления, После этого в вычислительном устройстве 6 оценивается критерий эффективности процесса разделения по параметру удельного веса твердого в питании, определяемого по выражению (8), и частоты вращения.При изменении типа перерабатываемой руды, например, в сторону уменьшения содержания полезного компонента уменьшается удельный вес твердого в питающей пульпе, плотность и давление на входе гидроциклона 4, Для обеспечения заданного качества выходного продукта гидроциклона 4 вычислительное устройство 6 выдает сигнал на увеличение частоты вращения привода 3 насоса 2. Тиристорный преобразователь 18 увеличивает частоту вращения привода 3 насоса 2. При этом вычислительное устройство 6 по сигналу датчика 11 уровня осуществляет стабилизацию уровня пульпы в зумпфе 1 на значении, соответствующем достигнутому ранее максимальному КПД насоса 2. При этом рабочая характеристика насоса 2: Я - Н переместится вправо (см. фиг.З) и ра бочая точка займет положение 4 на рабочей характеристике 0 - Н, а коэффициент полезного действия останется неизменным .и максимальным.Формула изобретенияСпособ автоматического управления процессом разделения в гидроциклоне, включающий измерение расхода воды в зумпф и уровня пульпы в зумпфе, давления пульпы на входе в гидроциклон, мощности, потребляемой двигателем на 3 б151510944соса, расхода пульпы,в гидроциклон,частоты вращения привода насоса, изменение частоты вращения привода насоса в зависимости от плотности твердого в питании гидроциклона, определение знаков текущих приращений напора перед гидроциклоном и КПД насоса, изменение КПД насоса, изменение расхода воды в зумпф гидроциклона осуществляют в направлении, определяемом знаками приращений напора и КПД до достижения величинойКПД максимально возможного для данного режима значения, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с цельюснижения удельного расхода электроэнергии на перекачку пульпы путемповышения КПД насоса при заданномкачестве разделения пульпы, послечрекращения изменения расхода воды в зумпф гидроциклона при стабилизированном уровне пульпы в зумпфе изменяют сечение песковой насадки гидроциклона и дополнительно КПД насосной установки, при этом изменения сечения насадки гидроциклона осуществляют до достижения величиной КПДнасоса максимально возможного дляданного режима значения, причем приодинаковых знаках приращений напораи КПД насоса сечение песковой насадки гидроциклона уменьшают, а при противоположных знаках текущих приращений - увеличивают и после достижения величиной КПД максимально возможного для данного режима значенияизменение сечения песковой насадкипрекращают, после чего изменяют частоту вращения привода насоса при стабилизации уровня пульпы в зумпфе,